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地球遠古的那些動物經歷了什麼才能形成化石?

5月
12
2019

2019年5月12日05時 今日科學 獨品一鳴

獨品一鳴

它們是不同尋常的石頭,是研究地球歷史、生物發展史的重要見證。

遠古生物死亡以後,被迅速掩埋在地下,皮肉很快腐爛消失,而骨、角、齒等硬體部分則在經歷一番「石化作用」後,變成了石頭模樣。同時,這些硬體的原來成分也被後來的礦物質所替換。這樣的古代生物遺骸被稱為" 化石"。

遠古生物能保存下來變成化石並被人發現的機會,可謂九牛一毛。有人估計,一萬個生物死亡以後,大概只有一個能保存為化石。因此,每一塊化石都有自己不平凡的歷史。那麼,形成化石需具備哪些條件呢?

聚居生活集體死亡

形成化石的首要條件是生物的大量死亡,而大量生物死亡的前提是大量生物聚居在一起。以珊瑚蟲為例,它們集群生活,對於生活環境條件,比如海水的含鹽度、水溫和深度等,有大體一致的要求,如果這些基本生活條件發生改變,就有可能導致珊瑚蟲的集體死亡。因此,對於珊瑚蟲來說,形成化石的可能性就大一些。

再以哺乳動物為例。當它們生活的環境發生變化並令它們感到不適應時,它們可以憑藉善走的四肢逃離有死亡威脅的地方而去尋找適宜於生活的新處所;即使在逃亡途中大批死亡,但其數量與珊瑚蟲相比仍然要少得多,一般不大會出現集體死亡。因此,對於哺乳動物來說,形成化石的機會相對少得多。

由此可見,海洋中的一些無脊椎動物、藻類,特別是那些群體固著生活或底棲生活的生物,它們形成化石的機會較之陸上散居生活的動物要多。在森林茂密地區,一旦自然環境出現劇變,植物大批死亡,成為化石的機會也極多。所以,在海洋環境裡形成的地層中尋找化石比較容易,在含煤地層中尋找植物化石也不難。

迅速掩埋及時保存

形成化石的第二個條件是生物在死亡以後必須迅速掩埋,否則它們的遺體就會遭到其他動物的噬食,或者氧化、腐爛。即使是堅硬的貝殼、骨骼之類,年長月久,遭受風化腐蝕,也會變成粉末,隨風飛揚或隨水漂流而消失。

那麼,在自然界,怎樣才能做到迅速掩埋呢?這和地殼運動、生物死亡地點的地勢、水文等條件有一定的關係。比如,珊瑚蟲集體死亡後,如果地面下降,珊瑚礁體就會沒于海底,並被新的沉積物不斷覆蓋。又比如,遊動生物死後,沉落水底,周圍源源而來的泥沙將其埋蓋。水生動物形成化石的理想處所是,臨近地區是地殼上升區,剝蝕作用強烈,有足夠的沉積物供應,或者有較大的河流帶來大量沉積物。

陸生動物的理想埋葬地是湖泊、沼澤、河漫灘、洞穴等,這些地方往往是陸生動物的聚居地。動物覓食飲水來到淤泥或流沙地帶,失足沉陷,新的沉積物不斷掩來,動物屍體被迅速掩埋。距今1 億多年或6500

萬年前,我國的山東東部、四川盆地、雲南東北部等地區是持續沉降的大盆地,其中有好些湖泊,氣候炎熱,水草繁茂,成為草食性恐龍喜歡聚居的地方。後來,地殼發生變動,自然條件改變,恐龍覆滅。恐龍的遺體被掩埋在水底,又被盆地周圍的沉積物不斷覆蓋。所以,這些地區是我國出產恐龍化石最豐富的地區。

硬體的優越性

形成化石的第三個條件是生物本身的特點。當被掩埋的生物遺體在地層內受到氧化和熱力、壓力等的綜合作用時,有機體就會迅速分解、腐爛,最終揮發。所以,通常很難見到動物的肌肉、毛髮、皮膚等軟組織形成的化石,而絕大多數化石都是生物體的硬質部分,諸如介殼、骨骼、牙齒、角、樹幹、孢子、花粉等,其中有些含有相當分量的無機物質,不但不易腐爛分解,反而容易和外界的礦物質起交替作用,從而加固其構造。所以,常見的化石實際上指的是生物體的硬質部分的化石。早期出現的低級生物,一般不具硬質部分,縱然它們有億萬遺體,最終只有極少數成為化石保存下來。後期出現的高等生物,大多具有硬質部分,保存為化石的機會自然比較多。比如,我們所熟悉的恐龍化石,多是它們的骨骼;象類化石,多是它們的牙齒和骨骼;河蚌化石,多是它們的介殼;三葉蟲化石,多是它們的甲殼。

石化加固

形成化石的第四個條件是「石化」過程,也就是如何使一些本來並不十分堅硬的生物遺體(即使是它們的硬質部分)變成堅如石頭的化石。這個過程基本上有兩類:化學過程和物理過程。

所謂化學過程是指,在埋藏生物遺體的地層中,當濃度較高的礦物質水溶液( 主要是碳酸鈣溶液、二氧化矽溶液和黃鐵礦溶液) 流過生物遺體時,生物遺體的硬體部分的原來成分被地下水溶液中的礦物質逐漸置換,久而久之變為幾乎全新的礦物成分,而硬體部分的形態特點,甚至內部細微的紋理等則被完整地保存下來。最常見的有骨骼化石、貝殼化石及植物的莖幹化石。

所謂物理過程是指,生物體的外形或殼體的花紋烙印在岩層上,或者生物體的殼體、骨骼等空隙被泥沙或其他礦物質所充填。比如,在海灘泥塗、河灘或湖灘上,帶殼的動物落在柔軟的泥沙層上,被新的沉積物覆蓋,遺體或遺蹟被緊緊壓住,年深月久,灘地上就會印上動物殼體的花紋、動物的足跡等,最終成為化石。

當然,化石的石化過程所需的時間是相當久長的,幾十萬年、幾百萬年往往還不夠。從生物死亡、埋葬到石化的整個過程中,自然界的各種不利因素時刻都有可能襲來,比如風吹、雨淋、日曬、腐爛、風化、沖刷、搬運,以及地殼運動的反覆等,都可以使化石在形成中途夭折。即使形成化石,被埋在地層中,也可能受到岩漿入侵發生變質而化為烏有。可見生物形成化石的機會是多麼難得!


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