化石的成因與演變過程
化石的成因與演變過程
化石是指古代生物的遺體、遺物或遺跡埋藏在地下變成的跟石頭一樣的東西。形成化石的因素有很多，下面就讓學習啦小編來給你科普一下化石是如何形成的。
化石形成的因素
(1)有機物必須擁有堅硬部分，如殼、骨、牙或木質組織。然而，在非常有利的條件下，即使是非常脆弱的生物，如昆蟲或水母也能夠變成化石。
(2)生物在死后必須立即避免被毀滅。如果一個生物的身體部分被壓碎、腐爛或嚴重風化，這就可能改變或取消該種生物變成化石的可能性。
(3)生物必須被某種能阻礙分解的物質迅速地埋藏起來。而這種掩埋物質的類型通常取決于生物生存的環(huán)境。海生動物的遺體通常都能變成化石，這是因為海生動物死亡后沉在海底，被軟泥覆蓋。軟泥在后來的地質時代中則變成頁巖或石灰?guī)r。較細粒的沉積物不易損壞生物的遺體。在德國的侏羅紀的某些細粒沉積巖中，很好地保存了諸如鳥、昆蟲、水母這樣一些脆弱的生物的化石。
(4)被埋藏的生物尸體還必須經(jīng)歷長時間的石化作用后才能形成化石。有時生物死后雖然被迅速埋藏，但不久因沖刷等各種因素暴露出來而遭到破壞，也不能形成化石。有一些保存在較古老巖層中的化石，因巖層的變形和變質作用，使化石遭到破壞。
(5)沉積物在固結成巖的過程中，壓實作用和結晶作用都會影響化石的石化作用和保存。
化石的演變過程
人們已知道，由附近火山落下的火山灰曾覆蓋過整片森林，在森林化石中有時還可見到依然站立的樹，以很好的姿態(tài)被保存下來。流沙和焦油瀝青通常也能迅速把動物掩埋起來。焦油瀝青的行為好像一個捕獲野獸的陷阱，又像防腐劑能阻止動物堅硬部分的分解。洛杉磯的蘭喬·拉·布雷(Rancho laBrea)瀝青湖由于在其中發(fā)現(xiàn)許多骨化石而聞名，在其中發(fā)現(xiàn)的骨化石包括長著銳利牙齒的野豬、巨大的陸地樹懶以及其它已經(jīng)絕滅的動物。在冰期生存的某些動物的遺體被凍結在冰或凍土之中，顯然，被冰凍的動物有的可以保存下來。
雖然地球上曾有眾多的人們并不知道的生物生存過，而只有少數(shù)生物留下了化石。然而，使生物變成化石的條件即使都滿足了，仍然還有其它原因使得某些化石從未被人們發(fā)現(xiàn)過。例如，很多化石由于地面剝蝕而被破壞掉，或它的堅硬部分被地下水分解了。還有一些化石可能被保存在巖石中，但由于巖石經(jīng)歷了強烈的物理變化，如褶皺、斷裂或熔化，這種變化可以使含化石的海相石灰?guī)r變?yōu)榇罄韼r，而原先存在于石灰?guī)r中的生物的任何痕跡會完全或幾乎完全消失。還有很多化石則存在于無法獲得來進行研究的沉積巖層中，也還有很好出露于地表的含化石的巖石分布在世界上的某些地方，卻沒有進行地質學研究。另外一個很普遍的問題是，可能由于生物的殘體變成碎片或保存得很差，而不能充分顯示出該生物的情況。
再者，當我們向過去回溯的時間越古老，化石記錄缺失的時間間隔越長。巖石越老，受到破壞性力量的機會就越多，化石也就越加不可辨認。而且由于較古老的生物和今天的生物不同，因而對它們進行分類就很困難，這一情況使問題進一步復雜化了。然而，盡管如此，大量保存下來的生物化石仍為我們認識過去提供很好的記錄。
動物和植物變成化石可以通過很多不同途徑，但究竟通過哪種途徑，通常取決于：(1)生物的本來構成; (2)它所生存的地方;(3)生物死后，影響生物遺體的力。
大多數(shù)古生物學家認為生物殘體的保存有四種形式，每一種形式取決于生物遺體的構成或者生物遺體所經(jīng)歷的變化。
生物的本來的柔軟部分只有當它被埋在能夠阻止其柔軟部分分解的介質中時，才能得以保存。這種介質有凍土或冰，飽含油的土壤和琥珀。當生物在非常干燥的條件下變成木乃伊，也能保存它的身體上本來的柔軟部分。這種情況一般只發(fā)生于干旱地區(qū)或沙漠地區(qū)，并且在遺體不被野獸吃掉的情況下。
大概動物柔軟部分的化石得以保存的最著名的例子是在阿拉斯加和西伯利亞。在這兩個地區(qū)的凍原上發(fā)現(xiàn)的大量的凍結的多毛的猛犸遺體——一種絕滅的象。這些巨獸有的已被埋藏達25000 年。當凍土融解，猛犸的遺體就暴露出來。也有些尸體保存得很不好，當它們暴露出來時，其肉被狗吃了，其長牙被象牙商倒賣。猛犸象的毛皮在很多博物館展覽，有的把猛犸象的肉體或肌肉放在乙醇中保存。
生物身體的柔軟部分在東波蘭的飽含油的土壤中也發(fā)現(xiàn)到，在這里有保存很好的一種絕滅的犀牛的鼻角、前腿和部分皮。在新墨西哥州和亞利桑那州的洞穴中和火山口里發(fā)現(xiàn)了地樹懶的天然形成的木乃伊。這里的極端干燥的沙漠氣候能夠使動物的軟組織在腐爛之前就全部脫水，并能保存部分的皮、毛、腱、爪等。
生物變成化石的更有趣和不尋常的一種方式就是在琥珀中保存。古代的昆蟲可被某些針葉樹分泌出的粘樹膠所捕獲。當松脂硬結后并進一步變成琥珀，昆蟲便留在其中。有些昆蟲和蜘蛛被保存得非常好，甚至能在顯微鏡下研究它的細毛和肌肉組織。
雖然生物體的軟組織的保存形成了一些有趣的和令人嘆為觀止的化石，但這種方式形成的化石是相對罕見的。古生物學家更經(jīng)常地是研究保存在巖石中的化石。
生物體上的硬組織也能被保存下來。差不多所有的植物和動物都擁有一些硬部分，例如蛤、蠔或蝸牛;脊椎動物的牙和骨頭;蟹的外殼和能夠變成化石的植物的木質組織。生物體的堅硬部分由于是以能抵抗風化作用和化學作用的物質構成的，所以這類化石分布的較普遍。無脊椎動物例如蛤、蝸牛和珊瑚等的殼是由方解石(碳酸鈣)組成的，其中很多沒有或幾乎沒有發(fā)生物理變化而被保存下來。脊椎動物的骨頭和牙以及許多無脊椎動物的外甲含有磷酸鈣，因為這種化合物抵抗風化作用的能力非常強，所以許多由磷酸鹽組成的物質也能保存下來，如曾發(fā)現(xiàn)一枚保存極好的魚牙。由硅質(二氧化硅)組成的骨骼也具有這種性質。微體古生物化石的硅質部分和某些海綿通過硅化而變成化石。另一些有機物具有幾丁質(一種類似于指甲的物質)的外甲，節(jié)足動物和其它有機物的幾丁質外甲可以成為化石，由于它的化學成分和埋葬的方式，使這種物質以碳的薄膜的形式而保存下來。碳化作用(或蒸餾作用)是生物埋葬之后在緩慢腐爛的過程中發(fā)生的，在分解過程中，有機物逐漸失去所含有的氣體和液體成分，僅留下碳質薄膜。這種碳化作用和煤的形成過程相同。在許多煤層中可以看到大量的碳化植物化石。在許多地方，植物、魚和無脊椎動物就是以這種方式保存下它們的化石。有些碳的薄膜精確地記錄了這些生物的最精細的結構。
化石還可以通過礦化作用和石化作用而保存下來。當含礦化的地下水把礦物沉淀于生物體的堅硬部分所在的空間時，使得生物的堅硬部分變得更堅硬、抵抗風化作用的能力更強。較普通的礦物有方解石、二氧化硅和各種鐵的化合物。所謂置換作用或礦化作用是生物體的堅硬部分被地下水溶解，與此同時其它物質在所空出來的位置上沉淀下來的過程。有些置換形成的化石的原始結構被置換的礦物所破壞。
不僅動植物的遺體能形成化石，而且表明它們曾經(jīng)存在過的證據(jù)或蹤跡也都能形成化石。痕跡化石能提供有關該生物特點的相當多的情況。很多殼、骨、葉以及生物的其它部分，都能以陽模和陰模的形式保存下來。如果一個貝殼在沉積物硬化成巖之前就被壓入海底，它的外表特征就會留下壓印(陰模)。如果陰模后來又被另外一種物質充填，就形成陽模。陽模能顯示出貝殼本來的外部特征。外部陰模顯示的是生物體硬部分的外部特征，內(nèi)部陰模顯示的是生物體堅硬部分的內(nèi)部特征。
一些動物以痕、印、足跡、孔、穴的形式留下了它們曾經(jīng)存在的證據(jù)。
其中如足跡，不僅能表明動物的類型，而且提供了有關環(huán)境的資料?？铸埖淖阚E化石不僅揭示了它的足的大小和形狀，還提供了有關它的長度和重量的線索，留有足跡的巖石還能幫助確定恐龍生存的環(huán)境條件。世界上最著名的恐龍足跡化石發(fā)現(xiàn)于得克薩斯州索美維爾縣羅斯鎮(zhèn)附近的帕盧西河床中的晚白堊紀石灰?guī)r中，年代大約在1.1 億年前。留有恐龍足跡的大的石灰?guī)r板被運到全世界的博物館中，成為這種巨大爬行動物的啞證據(jù)。無脊椎動物也能留下蹤痕。在許多砂巖和石灰?guī)r沉積層的表面可以看到它們的蹤跡。無脊椎動物的蹤痕既有簡單的蹤跡，也有蟹及其它爬蟲的洞穴。
這些蹤痕提供了有關這些生物的活動方式和生活環(huán)境的證據(jù)。洞穴是動物為著藏身覓食而在地上、木頭上、石頭上以及其它能打洞的物質上打出的管狀或圓洞狀的孔穴，后來若被細物質充填，就可能得以保存下來。打出該洞穴的動物的遺體偶爾也能在充滿洞中的沉積物中找到。在松軟的海底，蠕蟲、節(jié)肢動物、軟體動物以及其它動物都可留洞穴。某些軟體動物，如鑿船蟲——一種鉆木的蛤、石蜊(Litho-domus)——一種鉆石的蛤，它們的洞穴化石和鉆孔化石也常常能被發(fā)現(xiàn)。在人們所知的最古老的化石之中，有管狀構造，據(jù)認為這種管狀構造是蠕蟲的洞穴。在許多最古老的砂巖中，就有這種管狀構造。
鉆孔是某些動物為了覓食、附著和藏身而打的洞。鉆孔經(jīng)常出現(xiàn)在化石化的貝殼、木頭和其它生物體的化石之上。鉆孔也是一種化石。象鉆孔蝸牛這種食內(nèi)動物就能穿過其它動物的殼來鉆孔以吃食其軟體部分。許多古代軟體動物的殼上可見到象是鉆孔蝸牛打的整齊的洞。
化石對于追溯動植物的發(fā)展演化是有用的，因為在較老的巖石中的化石通常是原始的和較簡單的，而在年代較新的巖石中的類似種屬的化石就要復雜和高級。
某些化石作為環(huán)境的指示物是很有價值的。例如造礁珊瑚似乎總是生活在與今天相似的條件下。因此，如果地質學家找到了珊瑚礁化石——珊瑚最初被埋藏的地方，就可以有理由地認為，這些含有珊瑚的巖石形成于溫暖的相當淺的海中。這就使得勾畫出史前時期海的位置及范圍成為可能。珊瑚礁化石的存在還可指示出古代水體的深度、溫度、底部條件和含鹽度。
化石的一個更重要的用途是用來進行對比——確定若干巖層間彼此相互關系的密切的程度。通過對比或比較各巖層所含的特征化石，地質學家可以確定一個特定區(qū)域的某種地質建造的分布。有的化石在地質歷史上生存的時間相當短，然而在地理分布上卻相當廣泛。這種化石被稱為指示化石。由于這種化石通常只是和某一特定時代的巖石共生，所以在對比中特別有用。
微體生物的化石對于石油地質工作者作為指示化石特別有用。微體古生物學家(研究微體古生物的學者)通過對從鉆孔中取得的巖心進行沖洗、將微小的化石分離出來，然后在顯微鏡下進行研究。通過對這些細小的古生物遺體的研究所獲得的資料對于判斷地下巖層的年代和儲油的可能性是非常有價值的。微體古生物化石對于世界油田之重要可從某些儲油地層用某些關鍵的有孔蟲的屬來命名這一點見其一斑。其它微體古生物化石，例如：介形蟲、孢子和花粉，也被用來確定世界其它許多地區(qū)的地下巖層。
雖然植物化石對于指示氣候十分有用，但用于地層對比就不很可靠。植物化石提供了許多有關整個地質時代的植物演化的資料。
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