我在北京滿地找“牙”

高 源

此“牙”非彼“牙”

說到牙齒，你有我有大家有！怎么還滿地找牙呢？我今天要說的不是我們嘴里的牙齒，而是一種特殊的微體古生物——牙形石。

牙形石又稱牙形刺，是一類海生生物的遺骨化石。牙形石的個(gè)頭非常小，一般在0.1-0.5毫米，小到肉眼幾乎看不見，需要在顯微鏡下放大很多倍才能看清楚。因?yàn)闃幼酉裱例X，所以稱為牙形石。根據(jù)其形狀，牙形石通常可分為單錐型、復(fù)合型和臺(tái)型三種。

牙形石的發(fā)現(xiàn)和研究始于1856年，當(dāng)時(shí)俄國古生物學(xué)者潘德爾首次報(bào)道了波羅的海沿岸的牙形石。但由于牙形石通常以單個(gè)狀態(tài)分散保存，之后一百多年，人們一直搞不清楚牙形石的分類地位，連它是植物化石還是動(dòng)物化石都有爭議。

原創(chuàng)牙形石復(fù)原圖

直到1983年科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了保存有軟體印痕的標(biāo)本后，人們才對牙形石有了更明確的認(rèn)識(shí)。牙形石其實(shí)是某種魚形動(dòng)物的捕食器官，我們把這種動(dòng)物稱之為牙形動(dòng)物，這是一族類似鰻魚的脊椎生物，但體型比鰻魚小得多，長度大約只有21-55毫米，還不到成年人的小拇指長。牙形動(dòng)物頭部長有一對大眼睛，被戲稱為“大眼萌”。

北京哪里有“牙”

牙形石廣泛發(fā)現(xiàn)于寒武紀(jì)至三疊紀(jì)（“紀(jì)”是一個(gè)地質(zhì)年代單位）的海相地層（海洋環(huán)境下形成的巖石地層）中，包括灰?guī)r、頁巖、海相砂巖等常見巖石。我國華北地區(qū)海相地層出露廣泛，牙形石研究歷史悠久，自20世紀(jì)80年代開始已經(jīng)有四十多年。目前，華北地區(qū)已有多處報(bào)道了牙形石化石的發(fā)現(xiàn)，然而北京地區(qū)的牙形石相關(guān)報(bào)道極少。

筆者作為科普工作者，對牙形石非常感興趣，曾經(jīng)帶著學(xué)生們學(xué)習(xí)牙形石，過程中發(fā)現(xiàn)關(guān)于牙形石的資料不多，于是決定走進(jìn)野外親自勘察一番。

北京尋“牙”之旅

想要尋找牙形石可沒有那么簡單，需要做好前期準(zhǔn)備工作。通過文獻(xiàn)學(xué)習(xí)，我們了解到，北京地區(qū)古生界海相地層主要分布于西山地區(qū)和周口店地區(qū)，綜合考慮后，我們選擇西山地區(qū)進(jìn)行考察。

但是，從寒武紀(jì)到奧陶紀(jì)的巖石地層這么厚，如何確定其中具體的位置呢？這就要對巖石地層進(jìn)行劃分，在20世紀(jì)已有大量的地質(zhì)工作者們對這里的剖面進(jìn)行過精確的測量和地層劃分對比工作。巖石地層劃分對比研究采用的單位主要是“組”，同一個(gè)組內(nèi)巖石的特點(diǎn)比較相似。

我們根據(jù)地質(zhì)圖確定出剖面的位置，然后驅(qū)車前往。剖面位于永定河兩岸，東岸挨著109國道，西岸挨著京門鐵路。現(xiàn)場勘察的重點(diǎn)是根據(jù)巖石特征識(shí)別不同的組，觀察組內(nèi)的沉積現(xiàn)象。盡管有前人留下的文獻(xiàn)書籍，但這件工作并不容易，有的地方巖石因?yàn)樾蘼贰⒉墒婚_鑿，又有的地方被填土、樹木、網(wǎng)布等遮蓋。我們?nèi)チ瞬幌氯?，每次都是一整天，考察了東西兩側(cè)的剖面，終于對寒武系的炒米店組、奧陶系的冶里組和亮甲山組有了一定的認(rèn)識(shí)。

每個(gè)組都有具有典型特征的巖石，例如，炒米店組的鮞?；?guī)r、冶里組的亮晶灰?guī)r和竹葉狀灰?guī)r、亮甲山組的含燧石結(jié)核灰?guī)r，等等。這些典型特征找起來還不算太難，難度更大的是確定兩個(gè)組之間的分界線。我們來來回回仔細(xì)地找了許久，才算找到它們之間的分界。最終，我們選擇了幾處灰?guī)r露頭進(jìn)行采樣。

使用地質(zhì)錘敲下巖石，每個(gè)位點(diǎn)取巖石1.5-2kg，在現(xiàn)場裝進(jìn)樣品袋中并做好清晰的編號(hào)。之后將樣品敲碎成直徑為1-2cm左右的小塊，以備后續(xù)處理。牙形石由磷酸鈣組成，而周圍的圍巖成分主要為碳酸鹽，利用冰醋酸不能溶解磷酸鹽但可以溶解碳酸鹽的原理，在實(shí)驗(yàn)室中采用濃度為10%-15%的冰醋酸對樣品進(jìn)行泡制處理，并使用20-120目的篩網(wǎng)（120目的篩子每英寸篩網(wǎng)上有120個(gè)篩孔）進(jìn)行篩洗，就得到了牙形石。

采集牙形石標(biāo)本

含有牙形石化石的粉晶灰?guī)r

北京西山地區(qū)奧陶紀(jì)牙形石

牙形石非常小，需要在顯微鏡下進(jìn)行挑選，挑選時(shí)使用一種特質(zhì)的小型毛筆，這是一件極為精細(xì)的工作。下一步是對挑選出的主要化石進(jìn)行掃描電鏡照相工作，即得到牙形石的清晰照片，有的像小山，有的像腳蹼，還有的說不出像什么，是不是非?？蓯?？

小“牙”立大功

經(jīng)過專家鑒定，本次在寒武系和奧陶系中都發(fā)現(xiàn)了不少的牙形石。本次研究不僅豐富了西山地區(qū)的牙形石面貌，也更深刻地了解了京西地區(qū)的巖性特征和地質(zhì)年代。

牙形石劃分地層插圖

在地層中，生物化石會(huì)呈現(xiàn)出一定的演化順序，地質(zhì)學(xué)家則可以據(jù)此來確定地質(zhì)年代。但是，不是所有的化石都可以做為依據(jù)，地質(zhì)學(xué)家需要找到一種“標(biāo)準(zhǔn)化石”，它要具備分布廣、數(shù)量大、演化快、在某一地層單位中特有這幾個(gè)特點(diǎn)，才能成為確定地層地質(zhì)時(shí)代的依據(jù)。牙形石就是這樣一種化石。我國長興煤山剖面的牙形石成為劃分二疊-三疊系的標(biāo)準(zhǔn)化石，為我國贏得了一枚“金釘子”，也就是國際地層委和地科聯(lián)所指定的年代地層單位界線的標(biāo)準(zhǔn)。

牙形石還可以幫助我們復(fù)原古環(huán)境。牙形石還能指示石油和天然氣的情況，一方面，油砂大都是淺海范圍的沉積，所以深海相的牙形石帶是找不到油砂的；另一方面，牙形石可以推算古地溫，從而揭示這一區(qū)域內(nèi)有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成石油、天然氣的一般情況。

北京西山地區(qū)寒武紀(jì)牙形石

綜上所述，牙形石個(gè)頭雖小，卻是個(gè)大功臣！它們不僅能標(biāo)記地層，還能給我們帶來很多啟迪?，F(xiàn)在科學(xué)家正通過牙形石的深入研究，來推測復(fù)原遠(yuǎn)古環(huán)境的溫度和氣候。

筆者此次親歷在北京滿地找“牙”的工作，過程雖然不乏辛苦，但結(jié)果令人欣喜。這次的探索僅僅是個(gè)開始，由于采樣點(diǎn)有限，還不能完整構(gòu)建化石地層序列，邀請更多對牙形石感興趣的朋友一起出野外，一起發(fā)現(xiàn)北京牙形石更多的秘密！

特別感謝中國國家博物館楊志華博士對研究工作給予指導(dǎo)；特別感謝河北地質(zhì)測繪院楊彪老師幫忙處理牙形石標(biāo)本；特別感謝中國地質(zhì)博物館李宏博博士對牙形石野外考察提供藥品支持；感謝頂秀欣園社區(qū)科普中心賀蘇晨副主任對野外工作的支持；感謝李明峻、劉子正和王靳哲同學(xué)一起完成野外工作。