這種石頭有生命

霍飛燕

澳大利亞鯊魚灣的疊層石是目前世界上海洋環(huán)境中保存最完整的疊層石。

世界上大多數(shù)的石頭都是死物，但我們今天要說的一類石頭不僅是活生生的，它“生老病死”的一生還記載著地球的故事，它就是疊層石。讓我們一起走近它，解讀其中的故事。

疊層一出萬物生

我們知道，地球誕生初期是個炎熱的大火球，整個地球溫度都非常高，別說人類，全世界都沒有幾種生物能在這樣的環(huán)境中生存，直到疊層石的出現(xiàn)改變了這一切。

藍(lán)細(xì)菌是一種微小的低等生物，它們誕生的時間非常早，大約37.7億年前就出現(xiàn)在地球上了，而這件事正是疊層石告訴我們的。藍(lán)細(xì)菌生活在陽光可以穿透的大海表層，利用陽光進(jìn)行光合作用，將海洋中的無機(jī)物轉(zhuǎn)化成有機(jī)物，同時吸收空氣中的二氧化碳并向外釋放氧氣。藍(lán)細(xì)菌越長越多，吸引來更多的捕食者，這些生物連同藍(lán)細(xì)菌生產(chǎn)的有機(jī)物一起，“搭建”成了層狀、球狀、瘤狀或柱狀等各種形態(tài)的疊層石。

目前發(fā)現(xiàn)的最古老的疊層石位于澳大利亞的皮爾巴拉地區(qū)，元素測年法顯示，這些石頭已有37.7億歲。由此我們知道，藍(lán)細(xì)菌從37.7億年前開始，就一直吸收大氣中的二氧化碳并釋放氧氣。隨著二氧化碳的減少，地球的溫度緩慢下降，越來越多的生物出現(xiàn)在地球上。氧氣的增加則使得包括人類在內(nèi)的需氧生物得以生存，現(xiàn)今地球上的大多數(shù)生命都離不開疊層石釋放的氧氣。正是疊層石的出現(xiàn)使地球慢慢變成了一個生機(jī)勃勃的星球。

疊層石的壯年期

距今20億～7億年的一段時間是疊層石的“壯年”期，這段時間疊層石幾乎遍布世界各地，它們的“游記”記載著當(dāng)時地球發(fā)生的故事。

出生地不同的疊層石長相并不相似，科學(xué)家甚至給這些不同樣子的疊層石起了不同的名字，比如元古宙（25億年～5.4億年）時期出生在北美地區(qū)的疊層石為樹杈狀，被稱為分叉疊層石;出生在中國神農(nóng)架地區(qū)的疊層石呈塊莖狀，被稱為通古斯疊層石等。科學(xué)家可以通過疊層石確定地質(zhì)年代，也可以用來推測古生態(tài)環(huán)境。

疊層石的外貌與當(dāng)時當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境密切相關(guān)。在陽光熱烈、無機(jī)物豐富的地方，藍(lán)細(xì)菌數(shù)量較多，這里出生的疊層石的“膚色”更黑一些，因?yàn)樗挠袡C(jī)物含量更高。而藍(lán)細(xì)菌含量少的時候，疊層石的“膚色”偏白，它主要由泥沙組成。海水中的碳酸鹽較多時，疊層石的生長速度快，常出現(xiàn)錐形的“大個子”，反之疊層石多為矮墩墩的圓柱狀。海水湍急的地方，疊層石的底部“傷痕”較多，形狀更古怪，生活在風(fēng)平浪靜的海域的疊層石則長得更加規(guī)則。

美國科羅拉多高原上矗立著世界上最高的疊層石

疊層石切面圖

疊層石的形狀除了反映當(dāng)時海洋的環(huán)境外，還能體現(xiàn)地球的狀態(tài)。疊層石的紋層就像樹木的年輪一樣，明暗相間、疏密不同，這與光照變化有關(guān)。中國科學(xué)家分析了一批北京周口店附近的年齡約為10億歲的疊層石，通過對300多個疊層石樣品的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)它們的紋層至少為470層，由此推斷出10億年前一年有470天。同時，根據(jù)這些紋層周期性的厚度變化，科學(xué)家推測當(dāng)時一個月至少有40天。而這些時間的變化則反映了地球的傾斜程度，當(dāng)時地球的傾斜程度小于現(xiàn)在，黃赤交角（地球公轉(zhuǎn)軌道面與赤道面的交角）比現(xiàn)在更大，為29.2°～30.6°。

功成身退疊層隱

疊層石的衰敗同樣體現(xiàn)著地球環(huán)境的變化。隨著生物種類和數(shù)量的增加，地球的環(huán)境也在不斷發(fā)生變化，疊層石的生存受到了挑戰(zhàn)，現(xiàn)代的疊層石再也不復(fù)當(dāng)年的盛況，而是默默“隱居”在一些偏遠(yuǎn)的地方，比如澳大利亞的鯊魚灣或巴哈馬群島的淺海中。

分析了世界各地的疊層石分布情況，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)疊層石比較適合生長在較純凈的碳酸鹽巖附近，水流中連泥沙都很少。要營造這樣的生存環(huán)境必須符合幾種條件：無風(fēng)（微風(fēng)）、沒有海浪或者是微浪、附近沒有較大的海流和河流。在元古宙時期，全球七大洲都分布有大量的疊層石，這說明上述的地理環(huán)境在當(dāng)時的地球是普遍存在的。

但到了距今7億年的震旦紀(jì)，疊層石的數(shù)量大量縮減，疊層石不再隨處可見，說明當(dāng)時的氣候和地理環(huán)境已不適合疊層石生存。這是因?yàn)楫?dāng)時地球上第一次出現(xiàn)了大范圍的冰川，地表的降雨量大增，巖石被風(fēng)雨沖刷成了細(xì)小的砂石和黏土并被沖擊入海。與此同時，風(fēng)力增大使得海浪增大，河流和海流變得更加湍急。種種條件都不再適合疊層石的生存，因此疊層石的數(shù)量驟減。

此外，競爭者的出現(xiàn)也是疊層石衰敗的原因。美國科學(xué)家在原先疊層石繁盛的地方發(fā)現(xiàn)了另一種形態(tài)的石頭，許多細(xì)小的顆粒聚成蠕蟲狀、球粒狀及砂礫狀的團(tuán)塊，他們將之稱為凝塊石。科學(xué)家通過顯微鏡觀察和基因測序技術(shù)尋找構(gòu)筑這種石頭的“工人”，他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，其中不僅有藍(lán)細(xì)菌，還有一種古老的浮游動物——有孔蟲。

會不會是有孔蟲改變了藍(lán)細(xì)菌的建筑藍(lán)圖，建造出了凝塊石這種新石頭呢？為了驗(yàn)證這種猜想，科學(xué)家將在現(xiàn)代找到的仍在生長的疊層石和凝塊石放置在一處，“培養(yǎng)”了6個月，觀察兩者的形態(tài)變化。事實(shí)證明，凝塊石確實(shí)處于統(tǒng)治地位：疊層石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得雜亂，更類似于凝塊石，而且其中生活的藍(lán)細(xì)菌也有被有孔蟲取代的趨勢?？梢韵胂?，數(shù)億年前也發(fā)生過類似的一幕，疊層石就是這樣逐漸被凝塊石擊敗的。

疊層石的一生都在默默奉獻(xiàn)。數(shù)十億年前，地球炎熱且貧瘠，太陽光線昏暗。那時候，地球的生命形式很單一，藍(lán)細(xì)菌是唯一制造氧氣和有機(jī)物的生命，它們相互依靠，糾纏在一起形成了疊層石。疊層石的出現(xiàn)冷卻了地球，讓地球變得更具生命力。到了后來，生命多樣性爆發(fā)，藍(lán)細(xì)菌的作用被植物取代，它們又功成身退，默默退到了荒無人煙的地方，過著“隱士”般的生活。