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头条:京西有座“化石山”,周末带娃“挖”化石~

审稿专家:马志飞

地质科普作家,高级工程师

门头沟区地处北京西山,这里有幽深绵长的峡谷,蜿蜒曲折的河流,怪石嶙峋的地下溶洞,绿波浩荡的高山草甸,还有来自远古世界的神秘使者——古生物化石。

在地球上生命演化的几十亿年中,无数生物来来往往,在漫长的时光中经历巅峰与终结。而化石让我们得以窥见地球亿年前的生命原野。当你一锤锤地敲开一块化石,便开启了一段尘封的往事。周末假期,化身“野外探险家”,去探索史前生命的奥秘吧!

怎么找化石?我们此行的目的地是门头沟区军庄镇灰峪村,这里有一座“化石山”。野外的岩石那么多,怎么确定哪些岩石里有化石呢?

首先,让我们来认识一下岩石。地球上的岩石类型分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类,但只有在沉积岩中才可能找到化石。沉积岩的形成要经过漫长的过程,大量碎屑物堆积在凹陷或盆地中,经过长期的压实作用,固结成岩而形成坚硬的岩石。

沉积岩的形成过程示意图 来源|搜狐

在野外怎么识别沉积岩呢?最简单的方法是看岩石是否“一层一层”的,因为沉积岩在形成时是一层一层往上叠加的,就像做千层饼一样,因此,沉积岩具有典型的层理构造,岩石的年龄“下老上新”。如果岩石形成时沉积环境较稳定,后期也没有受到挤压破坏,那么岩层一般呈水平状,我们能清晰地看到岩石的纹层。

能明显看出沉积岩是分层的 来源|马志飞

常见的沉积岩类型有砾岩、砂岩、粉砂岩、页岩、石灰岩等,门头沟的化石就主要“藏”在砂岩、粉砂岩和页岩中,形成于距今约2~3亿年的石炭—二叠纪。页岩具有薄页状或薄片状的层理,颜色一般为灰黑色,硬度较低;砂岩按碎屑粒径从大到小又分为粗砂岩、中砂岩、细砂岩等;粉砂岩的碎屑粒径很小,主要在0.0625-0.0039mm之间,一般而言,沉积物越细腻,越有利于化石的保存。

来源|人教版高中地理教材

化石的形成当地质历史时期生物的遗体、生命活动的遗迹、生物成因残留的有机分子等被保存在岩层中,就有了化石。化石记录了远古生物的信息,是我们回溯过去的“时光机”。从栩栩如生的化石中,我们看到了恐龙的足迹,鸟类的羽毛,鱼类的牙齿,树叶的叶脉,为何经历了几百万年,甚至上亿年的时间,它们依然保存得较好呢?

始祖鸟化石 来源|惠俊博

我们知道,动植物死亡后,如果和空气接触,软体组织会很快被微生物分解;而骨骼、牙齿、木质纤维等硬体部分更容易被保存,但如果经历长时间的风化、侵蚀作用,硬体部分也会逐渐消失。

那么,化石的形成需要哪些条件呢?

生物死后,必须要被迅速地掩埋,且后期不会被冲刷而露出地表。如果生物遗体落入了河湖、沼泽中,被周围的沉积物覆盖而掩埋在水底,瞬间隔绝了空气,那么形成化石的机率就增加了。前面提到,沉积物被不断压实而固结成岩,当压力作用过大,生物遗体的形态会发生变形,因此,在压实作用和重结晶作用较小的情况下,生物遗体才可能形成完好的化石。

化石形成过程 来源|NDstudies.gov

化石的形成过程必须有石化作用的参与。石化作用是指古生物的遗体、遗物和遗迹通过物理和化学作用,使其变得坚硬如石的过程。今天介绍主要的三种石化作用:

1. 矿质充填作用。生物体的某些硬质部分如骨骼较疏松多孔,孔隙被矿物质所填充,使得硬体变致密坚实、变重而形成骨骼化。

2. 置换作用。岩石中的矿物质渗入生物遗体中,并和生物体的组成物质发生交换,经过漫长的岁月,生物体的成分被矿物质取代形成了化石,而内部的结构保持不变。典型的例子是硅化木,树木中的碳元素被硅、钙等元素取代,而树干的形态还保持原样,甚至年轮也清晰可见。

硅化木 来源|马志飞

3. 碳化作用。岩石在形成过程中,温度和压力会增大,使得生物体被分解、升馏,易挥发的氮、氢、氧元素逃逸,只有较稳定的碳质薄膜保留下来成为化石。

几经沧桑巨变,动物的骨骼、植物的叶片等和岩石融为一体,变成了坚硬的化石。后期,在地壳运动的影响下,含有化石的地层被抬升至地表,遭受外力作用的侵蚀,从而暴露出来,就被我们发现了。

挖化石的技巧终于到了让人期待的动手环节,怎么才能完美地敲出一块化石呢?“工欲善其事必先利其器”,首先你需要一套装备——地质锤、劈刀、毛刷、手套。找到地层剖面后,从上至下揭取岩层,我们需要的是页岩岩层。取出岩石后观察,先看横截面上是否有化石,如果有,要尽量避免破坏它;纵剖面上,岩石是分层的,上面分布着一些裂缝或缝隙,即为层理,沿着层理,岩石最容易被敲开,含有化石的可能性也较大。然后将岩石放到地面上,最好将其固定,将劈刀的尖端卡在层理处,再用地质锤敲击劈刀另一端,这样石板就被劈开了。

来源丨某购物网站

一块石板往往可以被分开为好几层,每劈开一层,要注意观察出露面上是否有化石,有时候一块石板里会有多个化石。化石出露后,可用毛刷轻轻扫去尘土,再放到收纳盒中保存,后期还可以学习化石的修复。大家要记得,千万不要胡乱地敲,不仅费力气还会破坏化石的完整性。

认识这些典型的化石灰峪村的地层含有大量陆生植物化石,如鳞木、脉羊齿、楔羊齿、轮叶、科达木等。最后,让我们来认识一下这些神奇的化石吧。

• 鳞木:为石松纲鳞木目的一属,具有鳞片状树皮,树干表面有菱形的叶座,叶痕(即叶着生于茎的部分)为横菱形、斜方形等,而且大小较均匀。

来源丨地球科学大辞典

来源丨百度百科

• 羊齿类植物:属真蕨纲和种子蕨纲大羽羊齿目,枝叶如羽毛状排列,其叶形为蕨形叶。根据蕨叶形态类型的差异,又分为栉羊齿、楔羊齿、扇羊齿、脉羊齿等。

来源丨《中国中生代真蕨植物大化石记录》

来源丨百度百科

• 轮叶:为楔叶纲木贼目轮叶属植物,是芦木的叶化石。枝叶两侧对称,叶轮生,叶片呈放射状排列于末级枝或末二级枝的节部。灰峪村常见东方轮叶,每轮叶片为16~20枚左右,叶长短较均匀。

轮叶 Annularia 来源丨《北京地区首次发现石炭纪石松化石》,尹继才、吕林素

现生的木贼类植物 来源丨百度百科

• 芦木:为楔叶纲木贼目芦木属植物,植物体为高10~30m的乔木,树干具有明显的分节,节间布满了纵向的、相互平行的纹路,枝叶轮状生长,地下茎横卧生长。

轮叶与芦木复原图 来源丨维基百科

资料图片仅供参考

树干上的纹路 来源丨地球科学大辞典

• 科达:为科达纲科达属植物,在石炭、二叠纪最为繁盛,多为细高的乔木,一般高15~30m,其叶片巨大,单叶最长可达1m,宽近20cm,表面具有多条平行叶脉。

来源丨地球科学大辞典

来源丨维基百科

今天的“寻宝探险之旅”就接近尾声啦,希望你有机会亲自开采约3亿年前的化石,去解锁远古世界的生命密码,收藏一块化石,就是收藏一段难忘的穿越时光。

关键词: 地球科学 石化作用 百度百科

责任编辑:Rex_12

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