化石：神奇的“時(shí)空指示器”

馮偉民

18世紀(jì)中期，化石被賦予了科學(xué)的定義，其神秘面紗也被一層層揭開。英國地質(zhì)學(xué)家威廉·史密斯發(fā)現(xiàn)，各類生物的化石在地層中的出現(xiàn)是有一定順序的，每個地質(zhì)時(shí)期的地層中都保存著特有的化石。也就是說，化石就像一個“時(shí)空指示器”，讀懂了化石中的信息，就等于擁有了一臺可以重返遠(yuǎn)古的時(shí)光機(jī)器！下面，我們就一起看看化石在古環(huán)境解讀上的神奇作用吧！

化石是地球環(huán)境的“監(jiān)視器”

生物對環(huán)境變化極為靈敏，在環(huán)境發(fā)生變化時(shí)會發(fā)生遷徙，改變生活方式，或因不適應(yīng)而走向滅絕。因此，生物的變化反過來又可以指示環(huán)境的變化，成為地球海陸變遷的“監(jiān)視器”。

說明地殼運(yùn)動的幅度

例如，現(xiàn)代的造礁珊瑚在深20～40米的較淺水域內(nèi)繁殖最快，水深超過90米就不能生存，向上露出水面則停止生長。只有在海底連續(xù)沉降的情況下，珊瑚礁才能連續(xù)地生長。因此，珊瑚礁巖層的厚度可以作為研究地殼沉降幅度的依據(jù)。

又如，在希夏邦馬峰北坡海拔5000米處的第三紀(jì)末期黃色砂巖里，曾找到高山櫟（Quercus semicarpifolia）和黃背櫟（Quercus pannosa）化石，這兩種植物現(xiàn)今生長在海拔約2500米的喜馬拉雅山南坡干濕交替的常綠闊葉林中，與化石產(chǎn)地的高度差達(dá)2500米。由此推測，希夏邦馬地區(qū)在第三紀(jì)末期以來的200多萬年里上升了約2500米。

見證海陸變遷

例如，世界最高峰珠穆朗瑪峰所在的西藏定日縣山巒起伏、雪峰巍峨，縣境內(nèi)平均海拔在5000米以上，有4座8000米以上的山峰。而這個地區(qū)在距今2億多年前的中生代三疊紀(jì)時(shí)期，曾是一片汪洋大海，已發(fā)現(xiàn)的海生爬行動物喜馬拉雅魚龍?jiān)沁@里的海洋霸主之一。此外，在定日縣蘇熱山、聶拉木縣土隆上三疊統(tǒng)地層，還發(fā)現(xiàn)另一種體型巨大的定日西藏魚龍。

又如，在青海可可西里海拔約5000米的漢臺山和康特金等地，發(fā)現(xiàn)了深海相的石炭紀(jì)-二疊紀(jì)放射蟲化石，在海拔約5300米的烏蘭烏拉山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了淺海-濱海相侏羅紀(jì)雙殼類化石。由此可知，在這些化石沉積之后，該地區(qū)地殼上升了5000～6000米，由深邃的海洋隆起為高聳入云的高原。

展示古地理和古環(huán)境變化

和政縣地處甘肅蘭州南偏西約100千米處，位于青藏高原與黃土高原交會地帶。和政地區(qū)新生代動物化石分布時(shí)間從漸新世開始，一直延續(xù)到更新世，歷經(jīng)3000萬年。在這段時(shí)間里，和政地區(qū)的古地理、古氣候環(huán)境發(fā)生了翻天覆地的變化，生活的動物群成員的種類和數(shù)量等也相應(yīng)出現(xiàn)了很大差異。

生活在這里的古動物，按生存時(shí)間可分成4個古動物群，即：晚漸新世巨犀動物群、中中新世鏟齒象動物群、晚中新世三趾馬動物群和早更新世真馬動物群。和政地區(qū)地處青藏高原東側(cè)，這4個動物群分別見證了和政地區(qū)地理環(huán)境的改變，即從漸新世晚期低海拔、擁有高大樹木的巨犀生態(tài)環(huán)境，到中中新世擁有茂密森林和大量湖泊的鏟齒象生活環(huán)境，再到高海拔稀樹草原的三趾馬動物生存環(huán)境，最后到早更新世高山草甸草原的真馬生態(tài)環(huán)境。

和政地區(qū)氣候環(huán)境逐漸干旱、海拔逐漸升高的過程都是由于青藏高原隆起所造成的，可以說，和政動物群是這一歷史過程最好的見證者之一。

化石是地球氣候的“溫度計(jì)”

溫度是對生物生長最具影響的環(huán)境因素，不僅控制著生物的緯度分布，也決定了海洋生物和陸生生物垂直向上的分布。因此，生物可以劃分為熱帶生物、溫帶生物和寒帶生物，也可以分為喜暖生物和喜冷生物，甚至還有熱泉生物和冷泉生物。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)珊瑚、腕足類、頭足類、棘皮動物等海洋生物化石時(shí)，無論發(fā)現(xiàn)地在何方，都表明該地曾是溫暖的海洋環(huán)境。此外，化石的定向排列或定向彎曲，指示著化石埋葬時(shí)的水流方向；再沉積的化石，指示了水下或風(fēng)暴搬運(yùn)等活動。由植物形成的厚層煤，一般標(biāo)志著一種濕熱的氣候。

各種生物都生活在特定的環(huán)境中，因此生物的身體結(jié)構(gòu)和形態(tài)能反映不同生活環(huán)境的特征。生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)（如珊瑚的生長環(huán)、雙殼綱的生長層、樹木的年輪、疊層石的薄層理等），記錄了氣候的季節(jié)性變化；生物體（如箭石）中氧同位素的含量，則是可靠的地史溫度計(jì)。通常，用O18和O16的比值來指示溫度的變化，當(dāng)O16含量高時(shí)，指示當(dāng)時(shí)溫度上升，反之則下降。另外，錳、鍶元素也能很好地指示季節(jié)性的變化。

巖石的“溫度計(jì)”—牙形刺

除了環(huán)境的溫度，巖石的溫度也可由化石得知。例如，牙形刺（一類已滅絕的海相微體化石）的顏色、結(jié)晶顆粒和熒光反應(yīng)，都可以測定巖石的變質(zhì)溫度。牙形刺不僅是生物地層的計(jì)時(shí)器，也是巖石地層的地溫溫度計(jì)，在石油勘探工作中起參考作用。

化石是地球板塊的“拼圖師”

化石在不同地區(qū)的分布，隱含著非常重要的古地理和古環(huán)境信息。那些如今隔海相望的化石，或許曾是生活在同一塊大陸上的鄰居。因此，研究化石的生物屬性和地理分布，可以重建不同地質(zhì)時(shí)代的大陸、海洋、深海、淺海、海岸線、湖泊甚至河流的分布。

遠(yuǎn)古大陸是何模樣

20世紀(jì)初，德國人魏格納提出了大陸漂移假說，他發(fā)現(xiàn)北美與歐亞大陸曾連在一起，稱為勞亞大陸（北方大陸）；南極洲、澳大利亞、印度、非洲和南美洲連在一起，稱為岡瓦納大陸（南方大陸）；南、北古大陸之間隔著一條東西向展布的特提斯洋（古地中海）。這些大陸在中生代解體，漂移到現(xiàn)在地球的不同位置，形成七大洲大陸板塊。

用化石推演真相

古生物化石為大陸漂移提供了直觀而有力的證據(jù)，可以幫助再造遠(yuǎn)古時(shí)代大陸板塊。比如，舌羊齒類植物廣布于南美洲、非洲、南極洲、澳大利亞和印度的石炭紀(jì)-二疊紀(jì)地層中；淡水爬行動物中龍產(chǎn)于南美洲和非洲早二疊世地層；非海相動物水龍獸主要分布于岡瓦納大陸，也見于中國新疆和包括俄羅斯烏拉爾在內(nèi)的東歐等其他陸塊的二疊紀(jì)末-早三疊世地層中。這些都充分說明，二疊紀(jì)時(shí)岡瓦納大陸確實(shí)存在，但已向北漂移，與勞亞大陸相連，形成貫通南北極的聯(lián)合大陸。endprint