神奇的「時空指示器」——化石帶你重返遠古

撰文/馮偉民

18世紀中期，化石被賦予了科學的定義，其神秘面紗被一層層揭開。英國地質學家威廉·史密斯發現，各類生物的化石在地層中的出現是有一定順序的，每個地質時期的地層中都保存著特有的化石。也就是說，化石就像一個「時空指示器」，讀懂了化石中的資訊，就等於擁有了一台可以重返遠古的時光機器！

下面，我們就一起來了解一下化石在古環境解讀上的神奇作用吧！

化石是地球環境的「監視器」

生物對環境變化極為靈敏，在環境發生變化時會發生遷徙，改變生活方式，或因不適應而走向滅絕。因此，生物的變化反過來又可以指示環境的變化，成為地球海陸變遷的「監視器」。

說明地殼運動的幅度

例如，在希夏邦馬峰北坡海拔5000米處的第三紀末期黃色砂岩裡，曾找到高山櫟（Quercus semicarpifolia）和黃背櫟（Quercus pannosa）化石，這兩種植物現今生長在海拔約2500米的喜馬拉雅山南坡乾濕交替的常綠闊葉林中，與化石產地的高度差達2500米。由此推測，希夏邦馬地區在第三紀末期以來的200多萬年裡上升了約2500米。

在西藏發現的高山櫟化石

高山櫟現今生長在海拔約2500米的喜馬拉雅山南坡

見證海陸變遷

例如，在青海可可西裏海拔約5000米的漢台山和康特金等地，發現了深海相的石炭紀-二疊紀放射蟲化石，在海拔約5300米的烏蘭烏拉山地區發現了淺海-濱海相侏羅紀雙殼類化石。由此可知，在這些化石沉積之後，該地區地殼上升了5000～6000米，由深邃的海洋隆起為高聳入雲的高原。

放射蟲化石

展示古地理和古環境變化

和政縣地處甘肅蘭州南偏西約100千米處，位於青藏高原與黃土高原交會地帶。和政地區新生代動物化石分布時間從漸新世開始，一直延續到更新世，歷經3000萬年。在這段時間裡，和政地區的古地理、古氣候環境發生了翻天覆地的變化，生活的動物群成員的種類和數量等也相應出現了很大差異。

生活在這裡的古動物，按生存時間可分成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。和政地區地處青藏高原東側，這4個動物群分別見證了和政地區地理環境的改變，即從漸新世晚期低海拔、擁有高大樹木的巨犀生態環境，到中中新世擁有茂密森林和大量湖泊的鏟齒象生活環境，再到高海拔稀樹草原的三趾馬動物生存環境，最後到早更新世高山草甸草原的真馬生態環境。

和政地區氣候環境逐漸乾旱、海拔逐漸升高的過程都是由於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。

和政生物群生態景觀圖

化石是地球氣候的「溫度計」

溫度是對生物生長最具影響的環境因素，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。

當發現珊瑚、腕足類、頭足類、棘皮動物等海洋生物化石時，無論發現地在何方，都表明該地曾是溫暖的海洋環境。此外，化石的定向排列或定向彎曲，指示著化石埋葬時的水流方向；再沉積的化石，指示了水下或風暴搬運等活動。由植物形成的厚層煤，一般標誌著一種濕熱的氣候......

疊層石上典型的生長紋路

化石是地球板塊的「拚圖師」

化石在不同地區的分布，隱含著非常重要的古地理和古環境資訊。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，可以重建不同地質時代的大陸、海洋、深海、淺海、海岸線、湖泊甚至河流的分布。

遠古大陸是何模樣

20世紀初，德國人魏格納提出了大陸漂移假說，他發現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，漂移到現在地球的不同位置，形成七大洲大陸板塊。

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，可以幫助再造遠古時代大陸板塊。比如，舌羊齒類植物廣佈於南美洲、非洲、南極洲、澳大利亞和印度的石炭紀-二疊紀地層中；淡水爬行動物中龍產於南美洲和非洲早二疊世地層；非海相動物水龍獸主要分布於岡瓦納大陸，也見於中國新疆和包括俄羅斯烏拉爾在內的東歐等其他陸塊的二疊紀末-早三疊世地層中。這些都充分說明，二疊紀時岡瓦納大陸確實存在，但已向北漂移，與勞亞大陸相連，形成貫通南北極的聯合大陸。

所以，化石是唯一開啟地球生命歷史進程的視窗，研究它們意義重大。

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