丹霞地貌的岩层为啥是红色？氧化铁沉积与地质年代全解

丹霞地貌那标志性的红色岩层，其鲜艳色彩的秘密主要就在于岩石中含有丰富的氧化铁（主要是赤铁矿，Fe₂O₃）。这不仅仅是表面现象，而是贯穿岩层内部的本质特征。结合氧化铁沉积和地质年代，我们可以进行一个全面的解析：

一、 红色的核心成因：氧化铁的富集

物质来源：

• 母岩风化： 形成丹霞地貌的沉积岩（主要是砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩等），其物质来源于更古老的岩石（母岩）的风化剥蚀。这些母岩，如富含铁镁矿物（橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等）的岩浆岩（如花岗岩、玄武岩）或变质岩，在风化过程中会释放出铁元素。
• 化学风化主导： 在特定的气候条件下（通常是炎热、半干旱到干旱的气候），化学风化作用（尤其是氧化作用和水解作用）非常活跃，能够有效地将母岩中的含铁矿物分解，释放出铁离子（Fe²⁺或Fe³⁺）。

沉积环境与氧化条件：

• 氧化环境： 这些被释放出来的铁离子，在富含氧气的环境中（通常是陆地或浅水环境），很容易被氧化成三价铁（Fe³⁺）。
• 沉积盆地： 风化产物（碎屑颗粒和溶解物质）被河流、风力等搬运到相对低洼的内陆盆地、山间盆地或大型湖泊中沉积下来。
• 浅水或暴露环境： 这些盆地常常处于间歇性积水或周期性暴露于大气的状态（河漫滩、三角洲、滨浅湖等）。在这种环境下：
  • 水体浅薄或暴露时，沉积物直接接触空气，氧气供应充足。
  • 沉积速率可能相对较快或环境波动较大，使得有机质（消耗氧气的还原剂）难以大量富集保存。
• 铁的固定： 在氧化环境下，三价铁离子会与水中的氧结合，形成难溶于水的赤铁矿（Fe₂O₃） 或水合氧化铁（如针铁矿 FeOOH）。这些微小的赤铁矿颗粒（呈红色）会：
  • 包裹在沉积的碎屑颗粒（砂、砾石）表面，像一层红色油漆。
  • 填充在颗粒之间的孔隙里作为胶结物。
  • 在细粒的泥质沉积物中均匀分布。

成岩作用强化：

• 在沉积物被埋藏、压实、固结成岩的过程中（成岩作用），原有的赤铁矿会被保留下来。
• 有时，孔隙水中的铁质可能会进一步迁移、沉淀，加强红色胶结或浸染效果，使红色更加均匀和鲜艳。

二、 地质年代背景：红层发育的关键时期

丹霞地貌发育在特定的沉积岩基础上——陆相红层。这些红层的形成与特定地质历史时期的古地理和古气候环境密切相关。在中国，丹霞地貌主要发育在中生代，尤其是白垩纪（约1.45亿年 - 6600万年前） 和古近纪（约6600万年 - 2300万年前） 的红层中。

构造背景：板块活动与盆地形成：

• 中生代，特别是侏罗纪晚期到白垩纪，是中国东部乃至东亚地区重要的构造活跃期。太平洋板块向欧亚板块的强烈俯冲，导致中国东部发生广泛的拉张裂陷作用。
• 这种拉张作用在中国东南、华南、西南等地区形成了大量断陷盆地或拗陷盆地（如信江盆地、南雄盆地、四川盆地周边的小型盆地等）。这些盆地为接受巨厚的陆源碎屑沉积提供了场所。

古气候条件：炎热干旱-半干旱主导：

• 白垩纪是全球著名的温室气候期，气温普遍较高。中国大部分地区（尤其是中低纬度地区）处于干旱、半干旱气候带。
• 这种气候特点非常有利于前述的化学风化（尤其是氧化作用）和红色沉积物的形成：
  • 强烈的蒸发作用导致盆地水体盐度可能升高或周期性干涸。
  • 植被覆盖相对稀疏（尤其盆地内部），有机质供应少，沉积环境氧化性强。
  • 季节性降水带来风化产物搬运，但持续干旱保证了沉积物暴露氧化的时间。

沉积相特征：陆相红层为主：

• 在上述构造和气候背景下，盆地内主要发育河流相（辫状河、曲流河）、湖泊相（滨浅湖、三角洲）、洪积扇相等陆相沉积。
• 这些沉积环境普遍具有氧化或弱氧化的条件，水流动力变化大，沉积物（砂、砾、泥）分选性有时较差，颜色以红色、紫红色、砖红色、褐红色为主，统称为红层。
• 红层中常含有石膏、盐岩等蒸发岩矿物，是干旱气候的有力证据。

三、 氧化铁沉积与地质年代的结合：红层形成的全链条 特定地质年代（中生代白垩纪-古近纪）： 构造拉张形成众多内陆盆地。 特定古气候（炎热干旱-半干旱）： 促进母岩强烈化学风化释放铁质；盆地沉积环境保持氧化状态。 沉积过程： 风化产物（含铁碎屑和溶解铁）被搬运到盆地中，在氧化性的河流、湖泊（滨浅水）、洪积扇环境中沉积。铁离子迅速氧化成Fe³⁺并形成赤铁矿。 成岩过程： 沉积物埋藏固结，赤铁矿作为颗粒包膜、胶结物或泥质基质被保存下来，形成红色为主的沉积岩。 后期构造抬升与侵蚀： 新生代以来（尤其是新近纪和第四纪），这些红层盆地受到构造运动（如喜马拉雅运动影响）抬升，出露地表。在流水侵蚀（河流下切、侧蚀）、风化（物理崩解、化学溶解）、重力崩塌等作用下，形成了以陡崖坡为特征的丹霞地貌。红色岩层被切割、暴露，构成其壮丽景观的底色。 四、 颜色深浅变化的解释

• 氧化铁含量： 赤铁矿含量越高，颜色越红、越鲜艳。含量低则可能呈粉红、黄褐或灰白色。
• 铁的价态和矿物： 完全氧化成赤铁矿呈鲜红；部分氧化或水合作用（如形成针铁矿）可能呈黄褐、赭石色；如果局部存在还原环境（如有少量有机质），铁可能被还原成二价（形成绿泥石等），导致局部出现灰绿色斑块。
• 颗粒大小与胶结： 细粒泥质岩因赤铁矿分布均匀常呈均匀的红色；粗粒砂岩或砾岩的颜色可能受胶结物颜色控制或颗粒本身颜色影响，有时显得不均一。
• 后期风化： 暴露地表后，持续的氧化风化会使红色更鲜艳（如南方湿润区丹霞）；而强烈的淋滤作用可能褪色（但丹霞区相对干旱，褪色不严重）。表面的藻类、苔藓生长会形成黑色“油彩”，与红色形成对比。

总结

丹霞地貌岩层的红色，本质是岩石中富含在特定古地理（内陆盆地）、古气候（干旱-半干旱氧化环境）和地质年代（中生代白垩纪-古近纪为主）背景下形成的赤铁矿（Fe₂O₃）。这种红色是沉积时期原生环境（强氧化）和原生沉积物（富铁）的直接产物，并在成岩过程中得到固定和强化。后期构造抬升和侵蚀作用则将这部埋藏在地下的“红层史书”翻开，雕琢成如今我们所见的壮丽丹霞景观。氧化铁的存在和地质年代的特定环境条件是理解丹霞之“红”的关键。