誰給化石“染”了色

在一些博物館里，會展出形態(tài)各異的古生物化石。其中，由動物骨骼形成的化石有的為灰白色，有的為棕褐色，還有的呈現(xiàn)出黑色，而植物化石更是五顏六色。

為什么古生物化石會呈現(xiàn)出不同的顏色？這些化石的顏色就是生物本來的顏色嗎？

在回答這個問題之前，我們首先了解一下化石是如何形成的。生物死亡后的遺體、足跡等被沉積物（如泥沙、火山灰等）快速掩埋，遺體中的有機(jī)質(zhì)被分解殆盡，只留下骨骼、外殼、牙齒等較為堅硬的物質(zhì)，或者留下印模。它們與周圍的沉積物經(jīng)過壓實成巖作用變成石頭，同時，原來的成分也被礦物所取代。這樣的古生物遺體或者遺跡被稱為化石。

我們今天看到的古生物化石的顏色與其生物本來的顏色完全不同。化石的顏色直接取決于埋藏環(huán)境的情況，礦物浸染、礦化作用和其他致色因素都會導(dǎo)致化石呈現(xiàn)出不同的顏色。

礦物侵染

新鮮的動物骨骼是白色的，因為骨骼的主要成分是磷酸鈣和碳酸鈣。相較于地球上的生命歷史而言，第四紀(jì)的動物骨骼由于形成時間較短，最長的不過258萬年，很多骨骼沒有受到埋藏環(huán)境太大的影響，所以依然呈現(xiàn)正常的骨骼+EpyDVW0U0Nb1uiyQIrgba66VeBIb6SZRgc8hE2bgrA=顏色。例如，距今30萬—21萬年的遼寧營口金牛山遺址A點的哺乳動物骨骼化石就是白色的（圖2），第四紀(jì)的鴕鳥蛋化石也是白色的（圖3）。

發(fā)現(xiàn)于甘肅臨夏盆地的大唇犀頭骨化石表面呈白色，內(nèi)部則充填了黏土礦物（圖4）。大唇犀生活在中新世晚期，距今有1200萬—500萬年。

當(dāng)然，并不是所有的動物骨骼化石都為白色或淡黃色。由于被錳或鐵的氧化物附著于表面或者滲入到骨骼、牙齒縫隙中，有些埋藏于地下的古生物化石顯現(xiàn)出黃色、褐色、黑褐色或黑色等顏色。如被褐鐵礦侵染的王冠蟲化石的顏色為黃褐色或褐色（圖5和圖6）。滄龍的牙齒化石因為相同的原因而被侵染成黃褐色（圖7）。

在巨鬣狗灰色的牙齒化石上可以看到一條條的黑色痕跡，那是鐵錳氧化物侵染的結(jié)果（圖8）。這些牙齒之所以會變成灰白色，也是被其他礦物侵染所致。

礦化作用或交代作用

除了礦物侵染，礦化作用或者交代作用也可能使古生物化石呈現(xiàn)出特別的顏色。礦化作用或者交代作用是化石形成的主要機(jī)制：含有礦物的溶液滲透到生物有機(jī)體內(nèi)的縫隙中，進(jìn)而礦化，使得生物組織變得更加堅硬。根據(jù)所含礦物的不同，礦化作用可以分為硅化作用、歐泊化作用、黃鐵礦化作用和方解石化作用等。

硅化作用

硅化作用常常被描述為“石化作用”，石化作用是有機(jī)組織被礦物取代，逐漸變成化石的過程。

硅化木（圖9）就是由于硅化作用形成的。作為一種比較常見的木化石，硅化木是生長在幾百萬年前或更早以前的樹木被迅速埋葬于地下后，木材中的有機(jī)質(zhì)在地下環(huán)境中逐漸被地下水中的二氧化硅（SiO2）替換而形成的樹木化石。雖然樹木原本的結(jié)構(gòu)和紋理被保留下來，但其內(nèi)部已經(jīng)完全變成了含硅的礦物質(zhì)，異常致密而堅硬。

不同地方形成的硅化木的礦物種類不同，主要包括石英、玉髓和蛋白石。比如，形成于緬甸的硅化木（圖10）又被稱作“樹化玉”，是一種流行的觀賞石，其主要成分就是蛋白石（SiO2·nH2O）。

由于硅化木中含有的元素不同，導(dǎo)致它們具有多變的顏色：鐵元素可使硅化木呈現(xiàn)紅色、褐色或是淺綠色，銅元素可使硅化木呈現(xiàn)綠色和藍(lán)色，錳元素則會使硅化木呈現(xiàn)粉紅色。此外，硅化木還可能有乳白色（因含有蛋白石）、無色（因含有水晶）、煙灰色、黑色（因含有碳）等多種顏色。

歐泊化作用

歐泊化作用其實是硅化作用的一種特殊形式（圖11）。歐泊的礦物名稱為蛋白石，達(dá)到寶石級別的蛋白石一般被稱為歐泊。

歐泊是凝膠狀或液體的硅石流入地層裂縫和洞穴中沉積凝固成無定形的非晶體寶石礦物，其中有一些動植物的遺體被這些液體充填，待液體結(jié)晶后就形成了歐泊化的化石。

歐泊是典型的具有變彩效應(yīng)的寶石，一塊歐泊上可同時展現(xiàn)出從藍(lán)色到綠色、從黃色到橙色和紅色等多樣的顏色。歐泊的變彩效應(yīng)是由特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。蛋白石內(nèi)部存在著很多厚度與可見光波長相當(dāng)?shù)募?xì)微葉片狀或者層狀、粒狀結(jié)構(gòu)，由此導(dǎo)致光的衍射和干涉，從而使蛋白石在不同的角度下能夠呈現(xiàn)出絢麗的色彩。

黃鐵礦化作用

黃鐵礦是一種常見的礦物，因顏色呈金黃色，酷似黃金，常被人們誤認(rèn)為黃金，因此，也被稱為“愚人金”。當(dāng)含有黃鐵礦（FeS2）的液體進(jìn)入動物軀體后，由于水分蒸發(fā)，黃鐵礦結(jié)晶，最終形成了黃鐵礦化的生物化石（圖12）。此類生物化石主要包括菊石、箭石、海膽和三葉蟲等海生動物。需要注意的是，由于沉積環(huán)境問題，陸生動物很少會形成黃鐵礦化的化石。

方解石化作用

方解石的化學(xué)成分是碳酸鈣（CaCO3）。如果含有鈣離子的水溶液進(jìn)入動物體內(nèi)，替代動物原來的骨骼或者外殼，待水分蒸發(fā)后，留下方解石晶體或者隱晶質(zhì)方解石，就形成了方解石化的化石（圖13）。這些化石十分漂亮，有的猶如白玉一般。

馬達(dá)加斯加菊石化石因為其外殼復(fù)雜的縫合線像菊花而得名，將它剖開后，可以看到菊石內(nèi)部漂亮的方解石結(jié)晶（圖14）。

不過，并不是所有的方解石化的化石都美輪美奐，絕大部分方解石化的化石為灰色、灰白色、灰褐色和褐色（圖15），這是因為其內(nèi)部摻雜了黏土或者其他礦物。

其他作用

除了礦物侵染和礦化作用，還有些化石的顏色是本身的成分造成的，例如加拿大的斑彩菊石（圖16）。

加拿大所出產(chǎn)的斑彩菊石來源于7500萬—7000萬年前。那時，在斑彩菊石產(chǎn)地附近的淺海處有一座巨大的火山。由于落基山脈頻繁的造山運動，這座火山時常噴發(fā)。每次的火山噴發(fā)都會使包括菊石在內(nèi)的當(dāng)?shù)貛缀跛袆游镅杆贁烂⒈谎诼裨诤５住；鹕交易钃趿司帐z體與海水接觸的可能，地殼運動又把豐富的鐵、鎂元素帶進(jìn)菊石殘骸體內(nèi)，日積月累，這些菊石就變成了獨一無二的斑彩菊石。

斑彩菊石美麗的暈彩源于其多層文石礦物薄層對光的反射而形成的干涉色。文石礦物薄層的厚度愈大，形成的紅色和綠色愈多；反之，則具有更多的藍(lán)色和紫色。此外，菊石殼中的黃鐵礦等其他礦物質(zhì)成分的含量變化以及微量元素的參與，也會影響其顏色的變化。

總而言之，化石并不是冷冰冰的石頭，它們曾是有溫度的，曾經(jīng)是一個個鮮活的生命。神奇的大自然造就了美麗的化石，如果你喜歡化石，就去探索美麗的生命世界吧！

【責(zé)任編輯】趙 菲