審稿專家:馬志飛
地質(zhì)科普作家,高級工程師
門頭溝區(qū)地處北京西山,這里有幽深綿長的峽谷,蜿蜒曲折的河流,怪石嶙峋的地下溶洞,綠波浩蕩的高山草甸,還有來自遠古世界的神秘使者——古生物化石。
在地球上生命演化的幾十億年中,無數(shù)生物來來往往,在漫長的時光中經(jīng)歷巔峰與終結(jié)。而化石讓我們得以窺見地球億年前的生命原野。當你一錘錘地敲開一塊化石,便開啟了一段塵封的往事。周末假期,化身“野外探險家”,去探索史前生命的奧秘吧!
怎么找化石?我們此行的目的地是門頭溝區(qū)軍莊鎮(zhèn)灰峪村,這里有一座“化石山”。野外的巖石那么多,怎么確定哪些巖石里有化石呢?
首先,讓我們來認識一下巖石。地球上的巖石類型分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類,但只有在沉積巖中才可能找到化石。沉積巖的形成要經(jīng)過漫長的過程,大量碎屑物堆積在凹陷或盆地中,經(jīng)過長期的壓實作用,固結(jié)成巖而形成堅硬的巖石。
沉積巖的形成過程示意圖 來源|搜狐
在野外怎么識別沉積巖呢?最簡單的方法是看巖石是否“一層一層”的,因為沉積巖在形成時是一層一層往上疊加的,就像做千層餅一樣,因此,沉積巖具有典型的層理構造,巖石的年齡“下老上新”。如果巖石形成時沉積環(huán)境較穩(wěn)定,后期也沒有受到擠壓破壞,那么巖層一般呈水平狀,我們能清晰地看到巖石的紋層。
能明顯看出沉積巖是分層的 來源|馬志飛
常見的沉積巖類型有礫巖、砂巖、粉砂巖、頁巖、石灰?guī)r等,門頭溝的化石就主要“藏”在砂巖、粉砂巖和頁巖中,形成于距今約2~3億年的石炭—二疊紀。頁巖具有薄頁狀或薄片狀的層理,顏色一般為灰黑色,硬度較低;砂巖按碎屑粒徑從大到小又分為粗砂巖、中砂巖、細砂巖等;粉砂巖的碎屑粒徑很小,主要在0.0625-0.0039mm之間,一般而言,沉積物越細膩,越有利于化石的保存。
來源|人教版高中地理教材
資料圖片僅供參考
化石的形成當?shù)刭|(zhì)歷史時期生物的遺體、生命活動的遺跡、生物成因殘留的有機分子等被保存在巖層中,就有了化石。化石記錄了遠古生物的信息,是我們回溯過去的“時光機”。從栩栩如生的化石中,我們看到了恐龍的足跡,鳥類的羽毛,魚類的牙齒,樹葉的葉脈,為何經(jīng)歷了幾百萬年,甚至上億年的時間,它們依然保存得較好呢?
始祖鳥化石 來源|惠俊博
我們知道,動植物死亡后,如果和空氣接觸,軟體組織會很快被微生物分解;而骨骼、牙齒、木質(zhì)纖維等硬體部分更容易被保存,但如果經(jīng)歷長時間的風化、侵蝕作用,硬體部分也會逐漸消失。
那么,化石的形成需要哪些條件呢?
生物死后,必須要被迅速地掩埋,且后期不會被沖刷而露出地表。如果生物遺體落入了河湖、沼澤中,被周圍的沉積物覆蓋而掩埋在水底,瞬間隔絕了空氣,那么形成化石的機率就增加了。前面提到,沉積物被不斷壓實而固結(jié)成巖,當壓力作用過大,生物遺體的形態(tài)會發(fā)生變形,因此,在壓實作用和重結(jié)晶作用較小的情況下,生物遺體才可能形成完好的化石。
化石形成過程 來源|NDstudies.gov
化石的形成過程必須有石化作用的參與。石化作用是指古生物的遺體、遺物和遺跡通過物理和化學作用,使其變得堅硬如石的過程。今天介紹主要的三種石化作用:
1. 礦質(zhì)充填作用。生物體的某些硬質(zhì)部分如骨骼較疏松多孔,孔隙被礦物質(zhì)所填充,使得硬體變致密堅實、變重而形成骨骼化。
2. 置換作用。巖石中的礦物質(zhì)滲入生物遺體中,并和生物體的組成物質(zhì)發(fā)生交換,經(jīng)過漫長的歲月,生物體的成分被礦物質(zhì)取代形成了化石,而內(nèi)部的結(jié)構保持不變。典型的例子是硅化木,樹木中的碳元素被硅、鈣等元素取代,而樹干的形態(tài)還保持原樣,甚至年輪也清晰可見。
硅化木 來源|馬志飛
3. 碳化作用。巖石在形成過程中,溫度和壓力會增大,使得生物體被分解、升餾,易揮發(fā)的氮、氫、氧元素逃逸,只有較穩(wěn)定的碳質(zhì)薄膜保留下來成為化石。
幾經(jīng)滄桑巨變,動物的骨骼、植物的葉片等和巖石融為一體,變成了堅硬的化石。后期,在地殼運動的影響下,含有化石的地層被抬升至地表,遭受外力作用的侵蝕,從而暴露出來,就被我們發(fā)現(xiàn)了。
挖化石的技巧終于到了讓人期待的動手環(huán)節(jié),怎么才能完美地敲出一塊化石呢?“工欲善其事必先利其器”,首先你需要一套裝備——地質(zhì)錘、劈刀、毛刷、手套。找到地層剖面后,從上至下揭取巖層,我們需要的是頁巖巖層。取出巖石后觀察,先看橫截面上是否有化石,如果有,要盡量避免破壞它;縱剖面上,巖石是分層的,上面分布著一些裂縫或縫隙,即為層理,沿著層理,巖石最容易被敲開,含有化石的可能性也較大。然后將巖石放到地面上,最好將其固定,將劈刀的尖端卡在層理處,再用地質(zhì)錘敲擊劈刀另一端,這樣石板就被劈開了。
來源丨某購物網(wǎng)站
一塊石板往往可以被分開為好幾層,每劈開一層,要注意觀察出露面上是否有化石,有時候一塊石板里會有多個化石?;雎逗?,可用毛刷輕輕掃去塵土,再放到收納盒中保存,后期還可以學習化石的修復。大家要記得,千萬不要胡亂地敲,不僅費力氣還會破壞化石的完整性。
認識這些典型的化石灰峪村的地層含有大量陸生植物化石,如鱗木、脈羊齒、楔羊齒、輪葉、科達木等。最后,讓我們來認識一下這些神奇的化石吧。
? 鱗木:為石松綱鱗木目的一屬,具有鱗片狀樹皮,樹干表面有菱形的葉座,葉痕(即葉著生于莖的部分)為橫菱形、斜方形等,而且大小較均勻。
來源丨地球科學大辭典
來源丨百度百科
? 羊齒類植物:屬真蕨綱和種子蕨綱大羽羊齒目,枝葉如羽毛狀排列,其葉形為蕨形葉。根據(jù)蕨葉形態(tài)類型的差異,又分為櫛羊齒、楔羊齒、扇羊齒、脈羊齒等。
來源丨《中國中生代真蕨植物大化石記錄》
來源丨百度百科
? 輪葉:為楔葉綱木賊目輪葉屬植物,是蘆木的葉化石。枝葉兩側(cè)對稱,葉輪生,葉片呈放射狀排列于末級枝或末二級枝的節(jié)部?;矣宄R姈|方輪葉,每輪葉片為16~20枚左右,葉長短較均勻。
輪葉 Annularia 來源丨《北京地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)石炭紀石松化石》,尹繼才、呂林素
現(xiàn)生的木賊類植物 來源丨百度百科
? 蘆木:為楔葉綱木賊目蘆木屬植物,植物體為高10~30m的喬木,樹干具有明顯的分節(jié),節(jié)間布滿了縱向的、相互平行的紋路,枝葉輪狀生長,地下莖橫臥生長。
輪葉與蘆木復原圖 來源丨維基百科
樹干上的紋路 來源丨地球科學大辭典
? 科達:為科達綱科達屬植物,在石炭、二疊紀最為繁盛,多為細高的喬木,一般高15~30m,其葉片巨大,單葉最長可達1m,寬近20cm,表面具有多條平行葉脈。
來源丨地球科學大辭典
來源丨維基百科
今天的“尋寶探險之旅”就接近尾聲啦,希望你有機會親自開采約3億年前的化石,去解鎖遠古世界的生命密碼,收藏一塊化石,就是收藏一段難忘的穿越時光。
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