千年奇觀的樹木化石，矽化木的成因

##感謝萬裡無雲的投稿##

在中國地質大學(武漢)東區，有一片與眾不同的神奇樹林。它們遠看像錯落有致、高低不一的石柱群，近觀才發現他們是沒有葉子的“樹木”，只有粗壯的樹乾和和根系。

手輕輕拂過它的“樹皮”，你會發現它保留了樹木的木質結構和紋理，但冰冷而堅硬的觸感與石頭相似。即使你還不清楚它們是什麽，也能在這幾分鐘的邂逅中感受到時間的厚重。哦，它們並不簡單！

它們就是矽化木，是幾百萬年或更早以前的樹木被迅速埋葬地下後，被地下水中的SiO2（二氧化矽）替換了成分而形成的樹木化石。我們知道，從寒武紀到白堊紀，地球上生活過許許多多的生物，它們給我們留下了豐富的化石，而矽化木就是其中一個重要的類別。

矽化木最著名的叫樹化玉。緬甸地區的矽化木品質優秀、質地細膩、紋理清晰、色彩豐富，多具彩色瑪瑙品相，光彩奪目，把玩起來的確會有“玉”的感覺。

圖中的“樹疙瘩”就很有類似玉的質感。面對這種神奇的大自然產物，除了特殊的質感，它漫長的形成過程才是地質學家們更加關心的。

矽化木在全球分布廣泛，從石炭紀至第四紀均有產出。中國的矽化木主要產於侏羅紀、白堊紀，並多形成蔚為壯觀的石化森林群。中國古代很早就注意到了矽化木。唐代的著名詩人陸龜蒙就有“東陽多名山，金華為最大。其問繞古松，往往化為石”的詩，詩中明確指出“松木入水歷一千年則化為石”。

矽化木的形成

目前關於矽化木形成的觀點主要有火山爆發說（火成說）、水成說和矽藻生物攝取碳基物質說等。這三種觀點給出了迥異的矽質供給方式與埋藏環境，在不同環境中各種作用大小不同。

火山爆發說是流傳最廣的矽化木成因假說。

板塊交界處常伴隨強烈的火山活動，火山噴發帶來了大量的火山灰，漫天蓋地，隨風飄向遠方，在風停的地方，就會快速沉積。如果沉降在濕潤多水環境，比如說熱帶雨林，那麽事情就變得有趣起來。森林被火山灰迅速掩埋，參天的大樹將與地表環境隔離而長期處於無氧狀態，木質很難腐爛。

在高溫富含矽的地下水作用下，通過熱液循環促使植物與周圍地下水進行分子置換，樹木中的有機質逐漸被周圍地下水溶解，水中的矽質成分則逐漸在溶解後的孔洞中沉積，經過漫長的時期後最終替換了木頭。雖然材質變了，但樹木的外觀、年輪和內部結構等特徵，被完美地保存下來。這個過程稱為交代作用，交代作用的過程是很漫長的，對地質環境也十分嚴苛，只有火山、地震活動的區域，矽化森林能夠完好保存。

另一種說法是水成說。

在樹木死亡後，所有的綠葉、樹皮和大多數的樹枝都脫落了，但只要樹乾仍然挺立，矽質水就能通過莖的毛細引力上升，由樹皮向內交代，逐漸變成矽質固體。這個過程也比較漫長，且期間樹不能倒下去。因為倒下矽質水就難以順利傳輸。所謂毛細引力就是指液體在細管的內部，因為內聚力和附著力的差異，克服地心引力向上升的現象。舉個例子，你用很細的透明吸管喝飲料時，吸管內外的液面會有明顯的高度差，這就是吸管裡面毛吸引力的作用導致的。

毛細引力很小，如何能將矽質水送到樹木的每一個枝丫呢？一位德國植物學家 Otto Kuntze 在美國黃石國家公園觀察到了能證明“水成說”的自然現象。

公園位於地幔柱上方，因此有許多間歇熱泉，富含矽質，熱泉附近有許多正在形成的矽化木。這些正在“發育”的矽化木無一例外都是直立的，木頭變得空心，然後有逐漸被其他的礦物填滿。而那些傾倒入水中的大樹，並沒有石化，而是慢慢腐爛。

裡面都是什麽？

矽化木裡填充的礦物主要有石英 (主要是隱晶質或細粒石英 )及石英變種、蛋白石、瑪瑙、玉髓及少量的方解石、白雲石、褐鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦、菱輝石及炭質等。這些少量的礦石會讓矽化木變得五顏六色。在不同類型的矽化木中，主要礦物的含量都有很大變化，但石英類均佔 90% 以上；少量礦物和微量礦物的種類含量多少也有變化。

從總體看，石英為主的矽化木佔矽化木總數的70%以上，而其變種蛋白石、瑪瑙、玉髓共計佔其總數的25%左右，其他成分的矽化木約在5%以內。古地史時期形成的矽化木的主要植物為大量的喬木樹種類，包括松柏、水松、雲杉、銀杏、樺木、大巨木、異木、真蕨、種子蕨等 15種以上的喬木類。而灌木類的蘇鐵、棕櫚等植物則比較少見。新生代則多為被子植物。根據目前已發現的矽化木保存情況主要為樹乾，而樹枝等大部分都沒有被保存下來。

矽化木一方面可以揭示古植物特徵和古地理環境，又可用來觀賞，是一類重要的化石觀賞品。

矽化木可以做成擺件、手串之類的。還有的做成茶盤、家具等。它們擁有玉的質感但卻比玉製的實惠多了，堪稱業界良心。一些擺件創意靈動、寓意美好，用來裝飾家居、收藏饋贈十分不錯。

下次再遇見這些自然沉澱而成的藝術品，你是否會感歎大自然的鬼斧神工呢？

參考資料：

希臘萊斯沃斯矽化森林特點與成因探析曾昱昕

緬甸矽化木(“樹化玉”)的成因王義昭

緬甸矽化木的寶石學特徵及其開發前景楊曉文，張良钜，於海燕，李繼紅，林勁暢

中國矽化木的地質特徵及其開發利用周世全，李進蓮，郭榮華

Fossil Forests and Silicified Trunks Carl Erns Otto Kuntze