挖出來的這塊石頭,形似龍爪,爪上還有鱗,它真的是龍爪化石嗎?
不久之前,因爲修路,有人在湖南武岡的路邊挖出一些形似龍爪,爪上有“鱗”的岩石。記錄了龍爪岩石的視頻着實在某短視頻平臺上火了一把。很多人紛紛猜測,這是不是就是龍爪的化石?
網傳“龍爪化石”圖片(圖片來源:瀟湘晨報)
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先說答案:它們並不是什麼龍爪化石,只是一些普通的灰巖而已。那爲什麼灰岩石能夠長得像龍爪化石呢?我們可以將這個問題拆解成兩個子問題:一、爲什麼它長得像龍爪?二、“龍鱗”怎麼形成的?
一、爲什麼長的那麼像龍爪?
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這是水溶蝕灰巖的結果,是一種典型的岩溶地貌。
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灰巖的化學成分是碳酸鈣,相對其他類型的岩石來說,是一種比較容易溶於水的岩石。因爲空氣中的二氧化碳往往會溶於水中,當它們與灰巖接觸之後就會發生化學反應,形成可溶性的碳酸氫鈣。隨着水的流動,碳酸氫鈣就會被帶走,灰巖也因此而被溶蝕。
爲了幫助大家複習一下初中化學,我們很貼心地將上面所說的化學反應方程式放在了下面:
這一過程就是岩石被溶解的反應,國內學者很形象地將其稱爲岩溶作用。在灰巖這種可溶岩的覆蓋區,水與可溶岩之間相互反應(岩溶作用)很普遍,會形成一系列壯美的景觀,其中最著名的可能要數溶洞和天坑了。這些特殊的景觀就被稱爲岩溶地貌(在國際上稱之爲喀斯特地貌)。
溶洞、天坑等都是常見的岩溶地貌,桂林也因岩溶作用而形成了著名的山水景觀(圖片來源:wikipedia)
岩溶地貌的全球分佈狀況,可以看到我國南方(尤其是雲南、貴州、湖南、重慶、廣西)大部分都被覆蓋了(圖片來源:wikipedia)
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不過,溶洞和天坑是在灰巖巖層內部形成的,我們今天見到的“龍爪化石”這種地貌則發生在灰巖表面。
它的形成過程是這樣的:當雨水或是其他水流接觸到灰巖後,由於灰巖是不透水的,所以水最初就會在灰巖表面流動——由於地形有坡度、灰巖表面凹凸不平,以及灰巖表面可能存在裂隙,水流自然會沿着灰巖表面的小型凹槽流動。
灰巖表面的裂隙非常普遍(當然本圖只是一個極端的示例),同時灰巖內部成分也並不是均一的,有些地方難溶,有些地方更易溶,這都是灰巖表面出現溝槽的原因(圖片來源:wikipedia)
我們從前文已經知道,灰巖是可溶於水的,所以這些凹槽會變得越來越寬大,於是形成了溶槽。而溶槽之外的其他部分則會凸起成壟狀,或者是柱狀(由於灰巖表面的裂隙是縱橫交錯的,溶槽也是縱橫交錯的,因此溶槽之外的其他部分就被分隔成了方塊狀,隨着方塊繼續被溶蝕,則會變成柱狀)。這些壟狀或柱狀的凸起,我們可以將其稱爲石芽。
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石芽與溶槽(圖片來源:wikipedia)
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以上所說的變成壟狀或者柱狀,是灰岩層直接暴露在地表的情況。在我們今天討論的“龍爪狀”的情況中,灰巖是被埋在土壤層之下的,但本質並沒有什麼不同——因爲衆所周知,土壤也是透水的。
我們見到的龍爪狀的形態,其實就是被半埋在土中的溶槽和石芽。如果我們繼續往下挖,就會發現它們下方連接着完整的灰岩層,這些“龍爪”只是灰岩層上的小突起而已。但正是這種半掩半暴露的情況,讓它們看上去像是龍爪而已。
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更大一點的石芽,大家可以想象一下它的底下都被埋在土中,只剩下最上層露出地表,其形態是不是就與“龍爪”有幾分相似了?(圖片來源:PxHere)
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二、鱗片是怎麼形成的?
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“龍爪化石”上呈現的這種鱗片狀的結構,是由於灰巖中特殊的網狀紋理被風化形成的。在武岡的這種灰巖,極有可能是寶塔灰巖,中國著名地質學家李四光先生在上個世紀20年代就發現並命名了這種灰巖——寶塔灰巖。叫寶塔,是因爲這種灰巖中富含奧陶紀的古生物化石,其中最顯眼的一種化石叫做中華震旦角石(Sinoceras chinense),角石是長錐形,被保存在岩層中後,就像一座座小小的寶塔一樣,所以叫它寶塔灰巖。
這種灰巖還有一個很明顯的特徵——有網狀紋路。有人將其命名爲馬蹄紋,也有人因爲其被風化後的裂紋結構呈六邊形,整個岩層像龜背,命名其爲龜裂紋。
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寶塔灰巖上形似寶塔的直角石化石,以及寶塔灰巖的網狀紋路(圖片來源:參考文獻1)
至於這種網狀裂紋是怎麼形成的,地質學家們至今沒有統一的答案。最初,有些人認爲,這是岩層在形成時曾被直接暴露於陽光下而乾裂,進而形成的。
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這種乾裂的現象在我們日常生活中非常常見(尤其是生活在農村的人可能見得非常多)。以現代乾裂爲例,它們往往形成在暴雨之後的泥地中,一旦太陽曝曬,泥地表面就會迅速失水收縮,形成六邊形的裂紋,這被稱爲泥裂。
現代的泥裂(圖片來源:Jonathan Wilkins)
被保存在泥岩中的泥裂(圖片來源:David Tanner, Leibniz Institute for Applied Geophysics (LIAG), Hannover, Germany)
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由於灰巖往往形成於淺海或濱海環境中,有科學家就認爲這些寶塔灰巖可能形成的環境非常淺。灰巖間歇性暴露於陽光之下,在陽光曝曬下,還是淤泥狀態的灰巖乾裂,從而形成了這些裂紋。但是最近這種說法已經很少有人提了。
另一些人認爲,網狀裂紋可能是灰巖形成時在水下脫水收縮而成。如前文所述,灰巖形成於淺海環境中,要麼是由於海水的大量蒸發,導致其中鈣離子濃度增加,從而形成灰泥沉澱,灰泥最後固結形成灰巖;要麼是由於海洋中富含鈣質的生物,比如貝殼、珊瑚等生物死亡後,其鈣質外骨骼沉澱形成富含生物質的灰泥,灰泥進一步形成灰巖。
灰巖的形成主要與海水中鈣離子的沉澱以及生物外骨骼的沉澱有關係(圖片來源:參考文獻2)
但無論哪種成因,在其沉澱於海底之後,都會繼續被後續形成的沉澱所覆蓋、壓實。就在這個壓實的過程中,原本富含水分的沉澱物(此時可能是一種膠狀物)會因爲壓力越來越大而逐漸脫水,脫水的過程中自然體積變小收縮,由此形成裂紋。裂紋隨後又被泥質物質填充,於是最終就形成這種規則的網格狀結構。
這是對玄武岩六棱柱成因(著名的巨人之路就是這一地貌的典型代表)的示例。本文中灰泥脫水後形成裂隙的原理也與此類似,灰泥脫水後,局部產生張力,會自然產生規則的形狀和規則的裂隙(圖片來源:wikipedia)
也有人認爲,網狀裂紋的形成原因是這樣的:這種灰巖形成時,灰泥層之間夾有薄層的粘土層,在它們整體被壓實時,灰泥最先脫水,這些水分很大一部分被粘土層吸收。而後,隨着壓力繼續增強,粘土層也開始脫水。由於粘土層中本身有細菌等有機物的存在,會讓粘土層中的水呈現出酸性,這些酸性水會在脫水時向灰岩層(原本的灰泥層,因脫水此時已經固結成爲灰巖)中擠出,並部分溶解灰岩石層(也就是壓溶作用),導致這種裂紋出現。
淺埋條件下,灰泥先脫水,水分集中到粘土中;到了深埋條件下,粘土中的水分涌出,開始溶蝕灰巖,導致灰巖形成裂隙(圖片來源:參考文獻1)
還有人認爲這與構造作用有關。簡單來講就是,在這一區域成巖時,受到比較複雜的壓力或是拉力的作用,從而將未固結的沉積物拉裂或壓裂,形成裂隙網絡。隨後的沉積作用又對這些裂隙進行了改造,變成我們現在見到的樣子。
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(a)、沉積階段,灰泥還是鬆散的沉積物;(b)、受到構造作用力的影響,沉積物中出現裂紋;(c)、在深埋之後,受到壓溶作用;(d)、在暴露在地表後,受到風化作用,進一步被改造成我們見到的樣子(圖片來源:參考文獻1)
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總而言之,爲什麼灰巖會呈現龍鱗的樣子,科學家們對其成因還不太確定。不過我們可以確定的是,發現的並不是龍爪,只是普通的灰巖而已。至於上面的層層鱗片,這只是一種灰巖自帶的結構,而不是所謂的龍鱗。
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注:文中拉丁文應爲斜體
出品:科普中國
作者:地星引力
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監製:中國科普博覽
編輯:郭雅欣
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