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        粉筆里的化

        2021-08-20 05:43:23石邵峰
        大自然探索 2021年5期
        關(guān)鍵詞:石球外骨骼白堊

        石邵峰

        粉筆里居然有微化石?

        雪白的懸崖矗立在英國(guó)南部的蘇塞克斯海岸上。日復(fù)一日拍打崖壁的潮水,從懸崖上剝落下松散的白堊(石灰?guī)r)。這些白堊被當(dāng)?shù)氐氖止そ橙藫旎丶胰?,制作成?dāng)?shù)靥厣o(jì)念品——白堊象棋子,深受觀(guān)光客喜愛(ài)。白堊質(zhì)軟,同時(shí)質(zhì)地細(xì)膩,不像石膏那么易碎,因此很適合雕刻和打磨。在19世紀(jì)和20世紀(jì),當(dāng)?shù)氐陌讏字饕挥糜谥谱鞣酃P。在當(dāng)時(shí),英國(guó)的教師和股票經(jīng)紀(jì)人對(duì)出自蘇賽克斯海岸的粉筆贊不絕口,因?yàn)檫@種粉筆在書(shū)寫(xiě)時(shí)比石膏粉筆掉粉更少,手感也更好。

        即便你用過(guò)白堊粉筆,你也可能不知道這些粉筆其實(shí)是浮游生物的外骨骼化石。白堊是一種非晶質(zhì)石灰?guī)r(碳酸鈣),屬于生物成礦,生成白堊的浮游生物名為“顆石藻”。

        19世紀(jì)40年代,德國(guó)博物學(xué)家艾倫伯格首次描述了這種出現(xiàn)在多種白堊構(gòu)造中的微生物化石。約20年后,英國(guó)生物學(xué)家赫胥黎在北大西洋一條海底電纜周?chē)某练e物中發(fā)現(xiàn)了同樣的微生物化石,赫胥黎將其命名為“顆石藻”。僅僅過(guò)了幾年,科學(xué)家便發(fā)現(xiàn)顆石藻不僅存在于白堊構(gòu)造和海底,而且?guī)缀醣椴冀裉烊澜绲臒釒ШQ蟊砻?,是一?lèi)廣泛分布的微藻。

        用礦物武裝自己

        一個(gè)完整的顆石藻直徑只有幾微米,一枚縫衣針的針孔寬約0.5毫米,也就是說(shuō),100多枚顆石藻排成一列,才勉強(qiáng)能達(dá)到這個(gè)寬度。由于顆石藻實(shí)在太小,要想看清楚它們,必須借助電子顯微鏡。常見(jiàn)顆石藻的石球殼由一個(gè)個(gè)雙層的車(chē)輪狀鈣板組成,因此顆石藻也叫鈣板藻。構(gòu)成顆石藻鈣板的是碳酸鈣。通過(guò)偏光顯微鏡,科學(xué)家確定了這種碳酸鈣的具體形式是方解石晶體。

        一般來(lái)說(shuō),每個(gè)顆石藻由6~30片鈣板組成的石球殼包裹。單個(gè)鈣板的形狀除了車(chē)輪形,也有菱形、喇叭形和盤(pán)碟形等多種形狀。硅藻利用二氧化硅制成硅制外殼是為了保護(hù)自己,顆石藻制造石球殼也出于同樣的目的。海洋中的噬菌體病毒不但威脅海洋細(xì)菌,也威脅顆石藻等微藻。然而,噬菌體如果要入侵顆石藻,就必須穿過(guò)石球殼的層層鈣板,才能接觸到顆石藻的細(xì)胞,因此,石球殼能夠有效保護(hù)顆石藻。也有科學(xué)家認(rèn)為:方解石鈣板能讓原本穿過(guò)顆石藻細(xì)胞的太陽(yáng)光發(fā)生散射,增加顆石藻接收到的陽(yáng)光;同時(shí),過(guò)于強(qiáng)烈的陽(yáng)光會(huì)被鈣板直接反射回去,以減輕強(qiáng)日照對(duì)顆石藻細(xì)胞的損傷。

        顆石藻屬于真核生物(有細(xì)胞核),在細(xì)胞核外側(cè)有兩個(gè)大型色素體,是顆石藻進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器。大多數(shù)顆石藻靠光合作用生存,也有的顆石藻會(huì)捕食海水中的細(xì)菌或更小的藻類(lèi)。顆石藻細(xì)胞的前端有兩根用于游動(dòng)的鞭毛,有些顆石藻雖然有鞭毛,但無(wú)法游動(dòng)。當(dāng)顆石藻死亡后,它們的細(xì)胞會(huì)逐漸分解,石球殼沉人海底,逐漸堆積,礦化后形成白堊。白堊的堆積速度十分緩慢,在最理想的情況下,每100年只能增加1厘米厚度。作為海洋沉積物的年代標(biāo)志之一,顆石藻化石對(duì)尋找石油資源有著重要意義。

        隨著人類(lèi)活動(dòng)造成大氣二氧化碳含量增加,二氧化碳溶解人海水形成的碳酸嚴(yán)重威脅著顆石藻的生存。顆石藻的生命活動(dòng)離不開(kāi)碳酸鈣形成的鈣板,而酸性的海水會(huì)溶解碳酸鈣,使顆石藻無(wú)法合成鈣板。對(duì)于某些顆石藻來(lái)說(shuō),海水酸化帶來(lái)的后果是致命的。

        見(jiàn)證海洋時(shí)期

        當(dāng)初由顆石藻外骨骼在海底堆積形成的白堊,為何今天會(huì)成為海岸上屹立的懸崖?其實(shí),組成地殼的板塊隨時(shí)都在移動(dòng)、拉扯、分裂、碰撞,這個(gè)過(guò)程在我們看來(lái)十分緩慢,但千百萬(wàn)年后也能化滄海為桑田。在海洋型地殼和大陸型地殼的交匯地帶,一部分地殼向地殼深處俯沖,另一部分地殼順勢(shì)被抬升。數(shù)億年后,原本堆積在海底的白堊被逐漸抬升,成為白堊崖。

        白堊構(gòu)造的這種形成過(guò)程,也能告訴人們某些地區(qū)的海洋歷史。北美大平原是一個(gè)覆蓋美國(guó)中部大部分地區(qū)的廣袤平原,那里平坦的地勢(shì)和肥沃的土壤非常適合開(kāi)展農(nóng)業(yè)。然而,北美大平原有多處白堊地貌,例如位于美國(guó)堪薩斯州西部著名的白堊谷。北美大平原在1.45億至6600萬(wàn)年前是一片名為“西部?jī)?nèi)陸海道”的內(nèi)陸海。如今那里土壤肥沃,全是因?yàn)榇罅康暮Q笊锍练e物堆積和入海河流一路沖刷山體帶來(lái)的礦物質(zhì)。

        在遙遠(yuǎn)的過(guò)去,顆石藻的外骨骼以每年約0.036毫米的速度在西部?jī)?nèi)陸海道的海底堆積。后來(lái),這些白堊被掩埋在年代較晚的沉積層下,在壓力作用下巖石化。經(jīng)過(guò)流水侵蝕,這些本來(lái)被掩埋的白堊巖又重見(jiàn)天日,并在風(fēng)化作用下形成白堊谷特殊的風(fēng)化地貌:每個(gè)風(fēng)化白堊巖高約25米,外表圓潤(rùn)。在白堊巖的表面,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了包括蛇頸龍化石、雙殼類(lèi)化石等在內(nèi)的諸多海洋動(dòng)物化石。在不同時(shí)期,顆石藻外骨骼沉積速度也不盡相同,這種差異在白堊巖上留下層狀結(jié)構(gòu),每個(gè)白堊巖有60~80層。這些白堊巖是海洋時(shí)期的見(jiàn)證者。

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