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内容导航:1、关于植物的化石资料:这些五彩斑斓的化石是怎么来的?2、关于植物的化石资料,植物化石从煤炭到宝石1、关于植物的化石资料:这些五彩斑斓的化石是怎么来的?
说起化石,你第一时间想到的是灰不溜秋的石头吧?但其实,有的化石具有比彩虹更丰富的颜色。
七彩“鱼鳞”斑彩石
斑彩石是一种非常美丽的石头,拿起一块斑彩石在光下转动,能看到绿色、红色、金黄色和蓝色等多种绚烂的色彩,它的美丽程度甚至达到了宝石级,深受爱美的女士们欢迎。你一定想不到,这么美丽的斑彩石其实是在地球上生存了3.5亿年的软体动物——菊石的化石。
菊石出现于泥盆纪早期,和恐龙一起灭绝于白垩纪末期。菊石与鹦鹉螺是近亲,它们都靠头部“肌肉”游动。在菊石刚出现的时候,原始海洋中的物种都还是运动能力不强的小型无脊椎动物,也没有很多的竞争者,那时候的菊石通常背着厚重的硬壳,悠闲地在海里游动。但慢慢地,海洋动物的种类越来越多,到了白垩纪末期,已经有大半的物种比菊石游得快得多,各种鱼类和蛸类(章鱼、乌贼)动物瓜分着菊石的食物。为了活得更好更久,菊石不断演化以适应变化的环境,改变硬壳是它们选择的策略。
菊石的壳是随着环境的变化逐渐变弯的。研究认为,菊石是由角石类软体动物进化来的,角石类的壳是笔直的,进化成菊石后,壳就变弯了,并随着时间的变迁,圈数越来越多。壳被“掰弯”是为了提高运动的速度,研究表明,随着壳盘旋圈数的增加,游泳速度也在不断增加。
壳不仅越来越弯,隔室也逐渐增多。菊石的壳是随着年龄的增长而变大的。刚出生的小菊石的第一个壳叫做原壳,随着菊石不断长大,内部的软体不断地向前分泌新的壳,壳和壳之间被一片片隔壁分隔开来,就形成了一个个隔室。菊石可以在这些隔室里填充空气和水,用来控制上下浮沉,原理与潜水艇相似。当隔室中只有气体时,菊石就会漂浮在海面上,如果在隔室中装载20%体积的海水,菊石便可以在海中悬浮。
晚期的菊石外壳也变得越来越薄,“减负”后的菊石比之前辈具有更快的游泳速度——最后的糕菊石被认为是菊石类游泳竞赛的冠军。当然,和擅长游泳的鱼类、蛸类相比,最快的菊石在速度上也毫无竞争优势。因此,当小行星撞上地球,很长一段时间地球生物都“缺衣少穿”时,菊石最终没有竞争过其他海洋生物,走向了灭绝。不过,虽然壳的变化没有成功挽救菊石,但却给地球留下了炫丽的宝石——斑彩石。
菊石壳的主要成分是文石和方解石,这两种矿物的化学成分都是碳酸钙,由于原子排列方式的不同,形成了不同的矿物,折射光线的效果也不同。文石的晶体呈平行排列,光线照射时会逐层发生反射,这些反射光之间再发生干涉,就会呈现出斑彩石的七色变彩。再加上菊石在不同时期分泌的壳厚度各不相同,壳越厚,越容易形成红色的变彩;壳越薄,越容易形成蓝到紫色的变彩。由于糕菊石的文石层很薄,仅有0.5~0.8毫米厚,折射的光线能很清晰地呈现出来,而如此薄的一层文石,在化石的形成过程中也非常容易碎裂,最后我们看到的就是螺旋形的被“分割”成一片片鱼鳞状的七彩斑彩石。这块美丽而脆弱的宝石经过工匠们的妙手改造后,将成为点缀女士们美丽容颜的利器。
炫彩的“色斑”欧珀
欧珀也是一种五颜六色的美丽石头,它拥有红橙黄绿青蓝紫等各色“色斑”,人们为了赞赏它的华丽多彩而称之为“上帝的油画”。在这幅“油画”中,有时候会描绘出远古时代动植物的“音容笑貌”。
在高温高压作用下,岩石和砂砾熔化成了二氧化硅溶液,二氧化硅溶液犹如岩浆流入地表下约40米深处的缝隙中,经过约一二百万年的冷却。二氧化硅溶液开始慢慢凝固,最终“浴火重生”,从普通石头变成了美丽的欧珀。而沉积的过程也相当漫长,大约每500万年沉积物会增加一厘米的厚度,在这个过程中,二氧化硅溶液可能会覆盖住各种动植物的遗骸或渗透到其缝隙之中,将之包覆住,最终形成的欧珀就成了动植物化石。
二氧化硅渗透过的动物包括大名鼎鼎的恐龙。在澳大利亚的内陆小镇闪电岭附近的专门开采欧珀的韦瓦拉矿区,矿工们发现了一种名为韦瓦拉龙的恐龙遗骸,是很少见的含有下颌和牙齿的恐龙化石。而且,这只恐龙的右下颌中曾有一些二氧化硅溶液“入侵”,现在它已经成了拥有世界上第一个“彩虹”下巴的新潮“达龙”了。人们可以到澳大利亚蛋白石中心博物馆一睹它的风采。
除了恐龙,在这个矿区还曾经发现了另一只接受过“欧珀整容术”的动物,那就是现代鸭嘴兽的祖先——硬齿鸭嘴兽。在欧珀的帮助下,这只硬齿鸭嘴兽的颧骨呈现出一种淡淡的乳白珍珠光泽,是亚洲女性梦寐以求的肤色。
在韦瓦拉矿区,二氧化硅溶液还包覆了许多植物残骸,形成了大量的零碎的植物化石欧珀。植物化石欧珀主要为树木树皮、种子和坚果类,大部分都是没有变彩现象,以黑色或者白色底色为主的欧珀。但也有少数拥有绚烂丰富的变彩效应,并且保留较多植物内部细节的珍贵欧珀,这些都可在澳大利亚的博物馆中见到。
欧珀之所以具有这样丰富多彩的颜色是因为其特殊的结构,它是由微小的二氧化硅球体紧密堆积而成的大型三维结构。光线在球体之间的微小空隙发生衍射,同时在球体层间发生干涉作用,分离成了各种波长的光,我们就看到多种色彩。欧珀产生的颜色与二氧化硅球体的直径有关,直径在160~220纳米之间出现蓝绿色变彩,在220~360纳米之间出现红至蓝色的全变彩,在370~460纳米之间出现红色变彩,这些变彩呈现出一块块色斑的样子。化石欧珀不仅是宝石界的一大“擎天柱”,更对地质学、古生物学等研究有重大帮助。
“鲜花”怒放化石玉
彩色化石玉是一种来自深海的有机宝石,在或黑或红的底色上,盛开着一朵朵形态多样的“菊花”,或呈放射状,或呈卷纹状,或花团锦簇,或孤芳自赏……化石玉的颜色多姿多彩,是不可多得的收藏级珍品。顾名思义,彩色化石玉也是一种化石,而“菊花”的前身其实是各种古海洋生物。
因为地形优势,中国西部地区是品质最好的彩色化石玉的产区。距今4.36亿年前,中国西部在火山爆发等剧烈的地壳运动变化中开始由浅海隆升成陆地,再成长为高原,其间一大片海域内所有的古海洋生物被突发的火山所淹埋。这些海百合茎、珊瑚、海胆、苔藓、层孔虫和腕足类等古海洋生物的遗骸,经长期沉积、地热煎烤、造山运动挤压作用而形成化石。在此期间,因长时间高温、高压而产生了大量二氧化硅溶液,溶液渗入部分化石中就形成了被称为彩色化石玉的宝石。不过,除了中国西部外,世界各地曾发生过沧海桑田的地质变迁的地方也可找到化石玉。
珊瑚玉是发现最多也是最早进入商品市场的化石玉,因其美丽的外形深受消费者青睐。海底火山爆发后产生了很多火山灰,给海洋带来了丰富的常量元素(如有色元素铁、铜、锰等和无色元素镁、钾、钠等)以及微量元素(如锌、铬、镍等)。珊瑚虫在生长的过程中会吸收水中的各种元素,制造坚硬的石灰质骨骼——珊瑚,珊瑚经石化作用后就形成了珊瑚石。不同种类的珊瑚虫吸收的元素类型不同,如果珊瑚虫以吸附铁元素为主,珊瑚石的颜色就是红色的;如果吸附镁元素为主,兼有少许铁质,那么珊瑚石的颜色就会是粉红色或是粉白色的;如果吸附镁元素,珊瑚石的颜色就是白色的;吸附铜为绿色,吸附锰为黑色;等等。又经过亿万年漫长而复杂的地壳活动,珊瑚石中渗入了一些硅元素,就形成了多彩的珊瑚玉。目前,中国台湾是珊瑚玉最大的产地。
海百合是地球上最古老的动物之一,已经生存了5亿年。在2.3亿年前,海洋里到处都生长着海百合,因此一旦发生地质运动,海百合就很容易被掩埋在地层中形成化石。海百合长得很像植物,它会吸收海洋中的钙质长出长长的茎扎根海底,然后张大花朵样的嘴巴迎向水流,专等食物“自动”上门。海百合死后,这些钙质茎萼不易被微生物分解,然后保存下来成为化石。由于海水的扰动,这些茎萼往往不能保存生前的整株“花”的形态,而会分散成一个个小圆圈或五角星聚集在化石表面。海百合化石的主要成分是单晶的方解石,通常是白色的,有时会混入三价铁离子,呈现出鲜艳的红色,在青灰色围岩的衬托下十分美丽。除了做成珠宝首饰外,大块的化石玉还可被做成茶壶、杯具、花瓶,甚至桌椅等家具。
化石并不都是灰扑扑的,彩虹色的化石甚至能替代人造宝石和建筑材料,装点出人们丰富多彩的生活。
2、关于植物的化石资料,植物化石从煤炭到宝石
提起化石,人们首先想到的多半会是恐龙那巨大壮观的骨骼化石,而如果提到地球漫长历史中曾经生存过的各种植物,大多数人恐怕都只会想到,煤是由远古植物形成的。
的确,煤是由植物残骸经过复杂的变化形成的,但远古植物的遗迹却不仅仅有煤。植物也形成了数目庞大的化石,虽然不像大型动物的骨架化石那样震慑人心,但植物化石和动物化石一样,可以带给我们大量来自远古的信息。从这些“残页”之中,我们也许永远也拼凑不出已经消逝的历史全貌,但已足以让我们一窥它的端倪,在一定程度上满足我们的好奇心,并给予我们关于现在和未来的启示。
人类对化石来历的研究,最早可以上溯到公元前6世纪。当时古希腊科学家已对化石作出正确的解释,指出化石是生物的遗骸,这些生物生活在自然条件与当时迥然不同的远古时代。到了公元前4世纪,亚里士多德提出化石是自然生成的,是地底深层气体蒸发形成的——这种假设影响了整个中世纪甚至更晚的时代。
到了文艺复兴时期,关于化石的起源又有了各种古怪的说法:有人说化石来自微小的石头种子,在地下生长最后死于地下;有人认为化石是“造物主的败笔”,所以没有生命;还有人说化石是撒旦造的,为的是与上帝抗衡,结果失败了。
16世纪,伟大的天才——列奥纳多·达·芬奇也对化石产生了浓厚兴趣,他否定了亚里士多德的自然发生学说,对化石的形成做作了正确解释,可惜直到19世纪才有人把他的手稿整理出来。
显然,不是所有的生物遗体都能保留下来,只有极少数生物在某些特定条件下保存为化石——现今地球上已记录定名的生物物种约有170万种,而迄今已发现的、生活在在漫长的几十亿年地质历史中的物种总共才20多万种;从这种极度不相称中可以看出,我们对地球上过去的居民的了解是相当有限的。
化石除了可以直接告诉我们地球历史上形形色色的古生物的有关信息以外,还能帮助我们了解远古的地质、气候和重大自然事件等方面的情况。例如前面提到的石化木材就可以告诉我们远古时代的气象资料:温带四季分明,年轮因此很清晰;而热带季节性变化很小,形成的细胞没什么区别,年轮也不那么分明。而对一些叶片化石的细致研究则有可能推测出亿万年前地球上的二氧化碳含量。
化石中所保留的历史信息不仅在于化石本身,还有赖于化石和原产地的地质现象构成有机的组合——只有和它们所处的地质环境共同分析,科学家们才能得到更多、更准确的关于太阳光照、雨水丰沛程度、千百年气候变化、植物群落组合等等的资料。
然而化石资源在全世界遭到盗采、破坏的情况令人触目惊心。例如在亚利桑那的化石森林国家公园,在严格的保护之下,每年被游客偷偷带走的化石仍超过12吨,相当于近万块;1922年设立于南科达他州的苏铁化石国家公园,更是由于被破坏得太严重,于1957年被撤销了国家公园的地位。
具体到古植物方面,从化石信息中我们可以看出,植物是如何一步一步从海洋登上陆地,如何与动物相互适应、共同进化,如何适应气候变化等自然因素,并逐渐淘汰不能适应的物种。比较古代植物和现代物种的区别,我们可以看出植物是在往什么方向发展进化。
那些已在遥远的过去消失、只存在于化石中的植物,我们就只能凭借化石中支离破碎的信息将其复原,它们的存在和关于它们的一切,主要来自于古植物学家们从化石中读到的信息,至于导致它们消失的具体原因或许永远是不解之谜。
整个动物(或者是其整个的骨架)形成化石的情况并不罕见,我们在古生物博物馆里一般都能看到不少张牙舞爪的完整动物骨架化石(这也是人们对古动物的印象远比古植物来得深刻的重要原因)。
但在植物界,情况就不同了,整个植物体保存成为化石的机会微乎其微;一般所见的都是各种植物碎片的化石,最常见的是叶片。
最普通的植物化石类型是压印化石。覆盖的沉积物在植物碎片上由于重力作用而向下压,就形成了压印化石。压印化石又可以分成两种:植物在这种压实作用下扁化成一层很薄的碳膜,如果这层膜保存下来,这种化石就称为压型化石;如果它没能保存下来,就形成印痕化石。压印化石保存了植物碎片的形状和表面细节。
如果在强大的压实作用发生之前,植物碎片周围的沉积物变得硬化,就可能保存下来碎片的三维信息。
在温泉中我们就可以看到这样的过程。落入泉水中的树叶、茎干等在腐烂之前就被水中的碳酸钙包裹起来,形成清晰的“模子”(印痕);后来,植物体本身腐烂分解了,但在碳酸钙沉积中却留下了空腔;再后来,空腔被其他沉淀物填充,就又形成了和植物体一模一样的“铸型”。形成印痕和铸件的这种保存形式,不仅可以通过碳酸钙沉积这种方式,还可以由其他富集的矿物(如菱铁矿)来完成。这类化石被认为是植物自身矿化作用形成的,
植物茎干的中央空腔可以形成另一类铸型化石。茎干落入水中,在周围组织腐烂以前,它的中央空腔被沉积物填充,周围组织腐烂后,就保留了内部沉积物的铸型,这种化石称为“髓核”。比如茎部中空的芦木就非常容易形成这种化石。
除了一般的石化木材,还有两种比较罕见的:蛋白石化木材,以蛋白石矿物为主;玛瑙石化木材,以玛瑙矿物为主。
当石化木材中的浸润填充质为结晶致密细腻的玉髓质时,后期再被含铁的矿物溶液浸染,便会呈现迷人的红色,类似玛瑙。这种石化木材有着玉石般的质地和色泽,如果不是有的地方还能辨认出年轮和细胞的结构,人们很难将它同植物联系起来。
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