《化石:神奇的\"时空指示器\"》教你读懂化石中的信息,就像拥有了...
冯伟民
18世纪中期，化石被赋予了科学的定义，其神秘面纱也被一层层揭开。英国地质学家威廉·史密斯发现，各类生物的化石在地层中的出现是有一定顺序的，每个地质时期的地层中都保存着特有的化石。也就是说，化石就像一个“时空指示器”，读懂了化石中的信息，就等于拥有了一台可以重返遠古的时光机器！下面，我们就一起看看化石在古环境解读上的神奇作用吧！
化石是地球环境的“监视器”
生物对环境变化极为灵敏，在环境发生变化时会发生迁徙，改变生活方式，或因不适应而走向灭绝。因此，生物的变化反过来又可以指示环境的变化，成为地球海陆变迁的“监视器”。
说明地壳运动的幅度
例如，现代的造礁珊瑚在深20～40米的较浅水域内繁殖最快，水深超过90米就不能生存，向上露出水面则停止生长。只有在海底连续沉降的情况下，珊瑚礁才能连续地生长。因此，珊瑚礁岩层的厚度可以作为研究地壳沉降幅度的依据。
又如，在希夏邦马峰北坡海拔5000米处的第三纪末期黄色砂岩里，曾找到高山栎（Quercus semicarpifolia）和黄背栎（Quercus pannosa）化石，这两种植物现今生长在海拔约2500米的喜马拉雅山南坡干湿交替的常绿阔叶林中，与化石产地的高度差达2500米。由此推测，希夏邦马地区在第三纪末期以来的200多万年里上升了约2500米。
见证海陆变迁
例如，世界最高峰珠穆朗玛峰所在的西藏定日县山峦起伏、雪峰巍峨，县境内平均海拔在5000米以上，有4座8000米以上的山峰。而这个地区在距今2亿多年前的中生代三叠纪时期，曾是一片汪洋大海，已发现的海生爬行动物喜马拉雅鱼龙曾是这里的海洋霸主之一。此外，在定日县苏热山、聂拉木县土隆上三叠统地层，还发现另一种体型巨大的定日西藏鱼龙。
又如，在青海可可西里海拔约5000米的汉台山和康特金等地，发现了深海相的石炭纪-二叠纪放射虫化石，在海拔约5300米的乌兰乌拉山地区发现了浅海-滨海相侏罗纪双壳类化石。由此可知，在这些化石沉积之后，该地区地壳上升了5000～6000米，由深邃的海洋隆起为高耸入云的高原。
展示古地理和古环境变化
和政县地处甘肃兰州南偏西约100千米处，位于青藏高原与黄土高原交会地带。和政地区新生代动物化石分布时间从渐新世开始，一直延续到更新世，历经3000万年。在这段时间里，和政地区的古地理、古气候环境发生了翻天覆地的变化，生活的动物群成员的种类和数量等也相应出现了很大差异。
生活在这里的古动物，按生存时间可分成4个古动物群，即：晚渐新世巨犀动物群、中中新世铲齿象动物群、晚中新世三趾马动物群和早更新世真马动物群。和政地区地处青藏高原东侧，这4个动物群分别见证了和政地区地理环境的改变，即从渐新世晚期低海拔、拥有高大树木的巨犀生态环境，到中中新世拥有茂密森林和大量湖泊的铲齿象生活环境，再到高海拔稀树草原的三趾马动物生存环境，最后到早更新世高山草甸草原的真马生态环境。
和政地区气候环境逐渐干旱、海拔逐渐升高的过程都是由于青藏高原隆起所造成的，可以说，和政动物群是这一历史过程最好的见证者之一。
化石是地球气候的“温度计”
温度是对生物生长最具影响的环境因素，不仅控制着生物的纬度分布，也决定了海洋生物和陆生生物垂直向上的分布。因此，生物可以划分为热带生物、温带生物和寒带生物，也可以分为喜暖生物和喜冷生物，甚至还有热泉生物和冷泉生物。
当发现珊瑚、腕足类、头足类、棘皮动物等海洋生物化石时，无论发现地在何方，都表明该地曾是温暖的海洋环境。此外，化石的定向排列或定向弯曲，指示着化石埋葬时的水流方向；再沉积的化石，指示了水下或风暴搬运等活动。由植物形成的厚层煤，一般标志着一种湿热的气候。
各种生物都生活在特定的环境中，因此生物的身体结构和形态能反映不同生活环境的特征。生物的形态结构（如珊瑚的生长环、双壳纲的生长层、树木的年轮、叠层石的薄层理等），记录了气候的季节性变化；生物体（如箭石）中氧同位素的含量，则是可靠的地史温度计。通常，用O18和O16的比值来指示温度的变化，当O16含量高时，指示当时温度上升，反之则下降。另外，锰、锶元素也能很好地指示季节性的变化。
岩石的“温度计”—牙形刺
除了环境的温度，岩石的温度也可由化石得知。例如，牙形刺（一类已灭绝的海相微体化石）的颜色、结晶颗粒和荧光反应，都可以测定岩石的变质温度。牙形刺不仅是生物地层的计时器，也是岩石地层的地温温度计，在石油勘探工作中起参考作用。
化石是地球板块的“拼图师”
化石在不同地区的分布，隐含着非常重要的古地理和古环境信息。那些如今隔海相望的化石，或许曾是生活在同一块大陆上的邻居。因此，研究化石的生物属性和地理分布，可以重建不同地质时代的大陆、海洋、深海、浅海、海岸线、湖泊甚至河流的分布。
远古大陆是何模样
20世纪初，德国人魏格纳提出了大陆漂移假说，他发现北美与欧亚大陆曾连在一起，称为劳亚大陆（北方大陆）；南极洲、澳大利亚、印度、非洲和南美洲连在一起，称为冈瓦纳大陆（南方大陆）；南、北古大陆之间隔着一条东西向展布的特提斯洋（古地中海）。这些大陆在中生代解体，漂移到现在地球的不同位置，形成七大洲大陆板块。
用化石推演真相
古生物化石为大陆漂移提供了直观而有力的证据，可以帮助再造远古时代大陆板块。比如，舌羊齿类植物广布于南美洲、非洲、南极洲、澳大利亚和印度的石炭纪-二叠纪地层中；淡水爬行动物中龙产于南美洲和非洲早二叠世地层；非海相动物水龙兽主要分布于冈瓦纳大陆，也见于中国新疆和包括俄罗斯乌拉尔在内的东欧等其他陆块的二叠纪末-早三叠世地层中。这些都充分说明，二叠纪时冈瓦纳大陆确实存在，但已向北漂移，与劳亚大陆相连，形成贯通南北极的联合大陆。endprint
