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人文历史

叠层石的形成条件是什么?

人文历史佚名2023-01-05

在我们生存的地球上,有着非常多的问题人类一直孜孜不倦的追寻。生命是如何进化的?地区从开始到现在发生了哪些变迁?种种问题围绕着人类。想要找到这些问题的答案并不容易,科学家们数年如一日的研究,方才窥得一斑。今天我们就走进地球上最古老的生物化石——叠层石,透过这种古老的生物化石,窥一窥地球的秘密。

相信很多人都听过盘古开天的故事,盘古从沉睡中醒来,发现大地一片混沌,于是用斧头劈开了天地。混沌的大地,其实是地球产生之初的真实写照。地球大约诞生于46亿年前,这之后很久,地球上都没有生命迹象,这里到处充满了氮气、二氧化碳等气体,那时候地球上还没有氧气。

到距今38亿—39亿年前,在大海里,地球上最古老的生命——古细菌出现了。这些海洋里面的生物几乎是在无氧状态下成长,它们生存并不需要氧气,氧气对它们来说甚至是毒气。直到距今大约35亿年前,一种有着特殊本领的生物——蓝细菌诞生了,它们可以进行光合作用,“吃”下二氧化碳,“吐”出氧气。

蓝细菌在进行光合作用的过程中,还会分泌出一些黏液,把其他一些微生物粘连在一起,也会把海水中微小的矿物颗粒胶结起来,从而形成一种独特的微生物沉积岩——叠层石。叠层石与珊瑚有些类似,不过珊瑚是珊瑚虫建造的,而叠层石是以蓝细菌为代表的微生物群构筑的。

叠层石可以说是有生命的岩石。那些粘连在一起的微生物,如好氧异养菌、硫酸盐还原菌、硫氧化菌以及发酵菌等,慢慢堆叠成厚一些的微生物垫。随着微生物垫不断发展,生活在其中的菌类互相合作,一种菌的代谢产物为另一种菌提供养料,形成了地球上第一个生态系统。

在叠层石上,每平方米大约生活着36亿个微生物。它们一层一层缓慢地生长着,新的不断覆盖旧的,越长越大,数量也越来越多。在此后的20亿年中,以蓝细菌为主的微生物们不断释放着氧气,最终使地球大气中的氧含量增加到21%,为生命史的下一章也是更复杂的一章奠定了基础。

和树木的年轮一样,叠层石也有着自己的纹理。任意剖开一块叠层石,就可以看到剖面上层层叠叠的纹理。而且这些纹理,每一层都是“长”出来的,是叠层石的生长记录。

据科学家研究推测,叠层石上明暗相间的纹理和叠层石上蓝细菌生长的趋光性有关。白天阳光充足,蓝细菌对日照特别敏感,纷纷向光源方向直立生长,在生长过程中产生的黏液将周围的矿物颗粒胶结起来,这样就形成了叠层石中的亮纹层;夜晚光线弱,蓝细菌便由直立转为密集匍匐分布,并停止了堆积,这就形成了叠层石中的暗纹层。

这些明暗相间的纹理是蓝细菌生长的记录,也是昼夜和季节变化的信息,研究这些纹理,我们可以推测以前的时间变化。科学家根据对叠层石的研究发现,在13亿年前,地球一年约546—588天、约13—14个月,而且这些研究数据,与天文观测计算出的结果相差无几。

此外,专家通过对10亿年前的叠层石的研究还发现,当时的地球黄赤交角约为30°,比现在的23°27′明显要大,也就是说,当时地球的倾斜角度更大。结合其他结论,科学家认为由于月球逐渐远离地球以及潮汐作用对能量的消耗,地球的自转速度和月球绕地球的公转速度都在不断减慢,地球的黄赤交角因此不断减小,越来越“正”了。

除了以上的作用,叠层石还可以“制造”铁矿。今天在一些叠层石的表面能看到很多发红的地方,那些都是因为含有铁元素的关系。在蓝细菌繁盛的年代,海洋中存在过大量铁元素,蓝细菌通过光合作用产生氧气,铁元素被氧化后沉积在海底。后来,又经过漫长的地质作用便形成了铁矿。

叠层石的形成年代十分久远。地质学家在澳大利亚、北美和南非三个不同大陆的11个地点均发现了叠层石的身影,其年龄在25亿年以上。此外,在美国、西班牙、澳大利亚等地寒武纪地层中也有发现。目前,世界上最古老的叠层石化石是2016年,于格陵兰岛西南部伊苏阿变质岩中发现的,约形成于37亿年前。

年代久远的叠层石是非常稀少的。据专家研究,在36亿—28亿年前(古太古代及中太古代),叠层石还是非常稀少的。到28亿—25亿年前(新太古代以后),叠层石的分布范围和种类渐渐丰富起来。到约12.5亿年前,叠层石的繁盛达到了顶峰,这一时期的叠层石,在全球七大洲各地几乎都曾被发现。之后,寒武纪迎来了生命大爆发,叠层石的数量开始急剧减少。

科学家们猜测,叠层石减少的原因可能是寒武纪生命大爆发后,后生动物(除原生动物之外所有动物的总称)捕食蓝细菌,蓝细菌的生存竞争增加,使其数量减少,叠层石随之减少;另一种可能是,海洋环境的变化,如碳酸盐浓度的降低也可能导致了叠层石建造的缓慢。