化石小議

摘要：化石，即是保存于地層中的古生物遺體或遺跡，人們通過研究它，可以了解古生物的形態、結構和類別；可以推測出生物的起源、演化和發展過程；還可以恢復地質歷史時期的生態環境…

關鍵詞：化石 地層 古生物 演化

人們常將地殼中經長期演變而成的成層地層比作是一本史冊，一層層的沉積巖就像是書頁，夾在其中的化石就好像是文字的記載。它記載著生命的起源和生物演變史，以及由其相聯系得出的地殼發展歷史。因此，化石不僅是古生物學研究的主要對象，而且也是研究地史的重要根據之一。

1 什么是化石

日常生活中，常會見到在有些大理巖建筑石材中，有許多大小不等、形如同心圓狀的天然花紋，這些花紋就是化石，是一種低等植物的藻類化石。又如，在煤井附近，與煤炭一起挖出來的石塊上，也常會見到一些樹干和樹葉的印痕，這也是化石，是古代林木的遺跡。

所謂化石，就是指保存在地層中的屬于古地質年代的生物遺體和遺跡。遺體是指保存的古生物體本身部分，如植物的根、莖、葉和動物的骨骼、牙齒、甲殼等，這類化石稱為遺體化石。遺跡則是指被保存下來的生物生活活動的痕跡。化石不論其形體大小如何，都能反映一定的生物特征。因此，絕不能把地層中某些看起來似乎有定形的無機結構物視為化石。例如，野外經常在砂巖、頁巖的層面或裂隙面上，見到許多黑色的枝條，形如植物化石，其實并非化石，而是地下水中的鐵、錳等物質在巖石面上的凝聚物，是一種假化石。

2 化石是如何形成的

既然化石是古生物的遺體和遺跡，那么是否所有的生物遺體、遺骸或其生活活動的痕跡都能形成化石呢？不是的，它們之中只有極少一部分能夠形成化石。因為古生物保存為化石需要一定的條件：

2.1 生物的遺體、遺骸或遺跡要具有良好的保存條件

這些條件能使生物與氧氣和水隔絕，避免腐爛和分解或被其它動物吞食。如在西伯利亞凍土層中，曾找到幾十只十多萬年前的猛犸象，有的不僅骨架保存完整，甚至連皮毛和肌肉也保存完好。這就是由于猛犸象死亡后被具有防腐作用的凍土埋藏密封的結果。如我國撫順第三紀煤層內一些琥珀中，常保存著栩栩如生的昆蟲化石，這是由于很黏的樹脂從樹的裂縫內往外流出時，將爬在樹上的小昆蟲粘住，樹脂越流越多，將小昆蟲團團包裹。后來，由于地殼變遷，大樹被埋在地下，經過埋藏作用，樹脂在地下變成了琥珀，包裹在琥珀內的小昆蟲就變成化石了。

2.2 生物需要有硬體部分，如動物的骨骼、鱗片、牙齒，植物的木質纖維等

當被掩埋的生物遺體在地層中受到氧化、熱力、壓力等相互作用時，有機體迅速分解、腐爛，最終揮發掉。所以一般情況下見不到生物的肌肉、毛皮等軟體部分成為化石，而絕大多數化石則是生物的硬體部分，其中有些含有相當數量的無機物質，不僅不易腐爛，反而容易與外界礦物質起交換作用，加固其構造。所以常見的化石，實際上是指生物的硬體部分的化石。如恐龍化石，象類化石等，都是硬體部分的化石。

2.3 生物遺體還必須經過較長時間的埋藏，以便隨著沉積物固結成巖。生物遺體要經歷種種不同的石化作用，才能保存為化石。而石化作用主要有以下幾種：

2.3.1 礦物填充作用：指生物硬體結構的空隙為地下水中所含的礦物填充，原有的結構組織仍被保持，但使硬體變得比較致密并增加了重量。如新生代地層中有些貝殼化石和哺乳動物的骨骼化石或多或少均被礦物質填充變得比較致密、堅硬，重量也增加了。

2.3.2 置換作用：是生物硬體的原來成分被地下水中所含的礦物置換，其置換的物質一般為方解石（稱方解石化）、二氧化硅（稱硅化）、黃鐵礦（稱黃鐵礦化）等。有時置換得極為細致，分解與填充作用進行的很協調，使生物體的細微結構保存下來，如華北二迭紀地層中的硅化木，原來的木質纖維均被硅質所置換，其中的微細結構均清晰可見。

2.3.3 升溜作用：是指生物死亡被埋藏后，不穩定的成分遭到分解，可揮發的物質首先揮發消失，僅留下碳質渣滓保存成化石。如筆石的骨骼，其成分為C15H26N2O10，埋藏后，經升溜作用，氫、氮、氧等易揮發的物質分解即行逸出，僅保留碳質薄膜。

3 化石有哪些用途

化石不僅對了解生命的起源、生物進化、闡明生物界的發展史、充實和提高生物進化理論等方面具有十分重要的意義，而且在解決地層的時代劃分和對比、恢復古地理、古氣候和尋找某些沉積礦產等方面也起著重要的作用。下面著重談談化石在地史研究工作中的作用。

3.1 化石可用以確定地層時代及劃分以及對比地層

從地層中生物化石出現的規律上可以看出，在先沉積、地質時代愈老的地層中，其所含化石的構造愈簡單、愈低級，與現代生物的差別愈大；后沉積的、地質時代愈新的地層中所含化石的構造愈復雜、愈高級，和現代生物愈相似。這說明在漫長的地史時期，生物是不斷由簡單到復雜，由低級到高級，由低等無脊椎動物直至發展到人類，表現了整個生物演化上的進步性。同時，生物在漫長復雜的演化過程中，古老的生物科屬不斷衰退、死亡，許多新的生物屬種不斷發生和興盛，經過了無數次從量變到質變的飛躍，每次飛躍都有更高級生物出現，給當時生物界帶來嶄新的、繁榮的面貌。例如地球發展到寒武紀，以前生命的星星之火，到這時已成為燎原之勢，這就是地球上動物界的第一次大發展。其它如泥盆紀的魚類，石炭——二迭紀的兩棲類，中生代的爬行類，新生代的哺乳類以及第四紀的人類，都是經過質變的飛躍產生和大量繁殖的，它們的出現明顯地體現了生物演化的階段性。由于生物在整個發展過程中具有進步性、階段性、不可逆性，因而使保存在地層中的化石，隨著地層形成的先后，相應的表現為不同門屬種。即不同時代的地層有不同門類的化石。相同時代地層中有門類相同的化石。因此，化石可用以劃分地層時代并進行地層的對比。

3.2 化石可用以說明古地理和古氣候的情況

生物的發展進化是以其生物體內因條件為依據的，但環境通過物理的、化學的和生物的因素作用于生物，也必然影響生物的發展進化，因此，生物群的組成以及每一種生物的形態特征和生物體組織都必須和它的生活環境相適應。根據生物與其生活環境的這種緊密聯系，我們就能有效地追溯古地理、古氣候環境的面貌。例如，現代造礁珊瑚，主要分布在年平均溫度為18℃——20℃、鹽度正常、水深不超過100米的淺海地帶。在30米水深之內、水溫為20℃左右的地方珊瑚最為發育。因此，當我們在某一地層中發現造礁珊瑚化石時，就可以斷定當地在某一地質歷史時期曾經是溫暖的淺海區。根據我國南方各省早二迭世時普遍發育了含有珊瑚礁化石的石灰巖地層，由此可以推斷廣大的華南地區當時正處于熱帶或亞熱帶的海洋之中。又如大量繁盛的植物只能在溫暖潮濕的陸地或沼澤地區生長，所以在某一地區找到富含植物化石的含煤地層時，則可以推斷當地在某一地史時期曾經是一種潮濕氣候條件下的沼澤環境。

3.3 化石可用以幫助指明某些沉積礦產的找礦規律

沉積礦產的形成與一定的時間（地質時代）和一定的空間（沉積環境）條件關系密切，而化石能幫助我們確定地層年代和追溯地層各階段的自然地理環境，就能直接幫助我們尋找沉積礦產。如全為沉積生成的石油、天然氣、煤和沉積的鈾礦、鐵礦、錳礦、銅礦、鉀鹽、巖鹽等礦產的形成嚴格受各種古地理條件所控制。油田的形成與大型內陸湖泊、淺海及三角洲等環境關系非常密切，我國重要油田均產在這類古地理環境中。因此，我們就可以根據沉積礦產和化石之間這種互相聯系和互相影響的規律，通過對地層的劃分和對比而達到找礦的目的。