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。