作者：徐 燕 李富強(qiáng)
疊層石，一種在藍(lán)綠藻等微生物的參與下形成的微生物巖（或稱(chēng)生物沉積構(gòu)造），是地球上最古老的“準(zhǔn)化石”。在全球范圍內(nèi)，幾乎所有的元古宙碳酸鹽沉積中都發(fā)現(xiàn)了豐富多樣的疊層石，最古老的疊層石距今約35.2億年。
38億年前，地球上一片荒蕪。在距今約30億年的淺海里，開(kāi)始出現(xiàn)一種低等的藻類(lèi)生物，它們不斷分泌物質(zhì)，捕獲水中的細(xì)小沙粒，并與它們逐漸膠合在一起，如藤蔓般糾纏。因?yàn)橹車(chē)鷽](méi)有明顯的海浪或海流，這些藻類(lèi)就世世代代在一個(gè)固定地方一層疊一層地向上生長(zhǎng)，形成層疊生長(zhǎng)的花紋，故名疊層石。
形成疊層石的藍(lán)藻依靠光合作用維持生命并不斷生長(zhǎng)，在此過(guò)程中釋放出氧氣。隨著藻類(lèi)植物的繁殖和蔓延，吸引來(lái)更多的捕食者，這些生物連同藍(lán)藻生產(chǎn)的有機(jī)物一起，“搭建”成各種形態(tài)的疊層石。大量的氧氣不斷破水而出，進(jìn)入大氣中。此后，在藻類(lèi)植物和其他多種植物共同作用下，大氣中的氧含量才逐漸接近21%?？梢哉f(shuō)，是疊層石產(chǎn)生的氧使地球適宜孕育更多的高等生命，它為此后的生物進(jìn)化掃清了大氣無(wú)氧的障礙。
在漫長(zhǎng)地質(zhì)演化歷史中，疊層石的生長(zhǎng)受到光照條件、水動(dòng)力、氧化還原條件、鹽度、營(yíng)養(yǎng)鹽和溫度等各種非生物因素影響，形成了豐富多彩的形態(tài)。最小的只有綠豆那么大，最大的則可以長(zhǎng)到數(shù)米高。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，迄今為止，全世界已經(jīng)描述的疊層石大約有330個(gè)屬，將近1500個(gè)種。
疊層石雖然不是生物，但是每一種疊層石都有一個(gè)符合生物雙名法的學(xué)名。1890年，美國(guó)地質(zhì)學(xué)家馬修首次使用生物學(xué)的雙名法，命名了一個(gè)北美地區(qū)元古宙（距今25億～5.4億年）的分叉疊層石。從此以后，疊層石變得像其他的化石一樣，可以用來(lái)確定地質(zhì)年代，也可以用來(lái)推測(cè)古生態(tài)環(huán)境。
疊層石通常由暗層及亮層兩種層理交替組成，暗層是藻類(lèi)植物死亡后的尸體和分泌物，亮層是其他沉積物質(zhì)。紋層的形成與藻類(lèi)生長(zhǎng)周期有關(guān)，紋層越細(xì)密，說(shuō)明環(huán)境變化越頻繁，記錄的信息越多。
疊層石生長(zhǎng)在陽(yáng)光可透射到的淺水區(qū)，有白天生長(zhǎng)晚上停止的生長(zhǎng)紋理，由此可判別其生長(zhǎng)的“日”理；紋理每月大潮時(shí)生長(zhǎng)慢，低潮時(shí)生長(zhǎng)快，又可區(qū)分出“月”理；每年夏季光照足而生長(zhǎng)快，冬季光照弱而生長(zhǎng)慢，又可分辨出“年”理。通過(guò)不同時(shí)代疊層石顯微紋理統(tǒng)計(jì)，可計(jì)算出億萬(wàn)年前地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的周期。研究表明，20多億年前地球平均每年有460多天，也就是說(shuō)，當(dāng)時(shí)地球自轉(zhuǎn)的速度比現(xiàn)在快得多。
在地質(zhì)學(xué)界，疊層石被用來(lái)劃分、對(duì)比某一地區(qū)的地層、地理、生物、環(huán)境的演變及滅絕規(guī)律等，被地質(zhì)學(xué)家們推崇為世界同一地質(zhì)時(shí)期的“標(biāo)準(zhǔn)層型剖面”、世界罕見(jiàn)的“地質(zhì)瑰寶”“大地的史書(shū)”。
位于天津市薊州區(qū)的國(guó)家地質(zhì)公園是我國(guó)最著名的疊層石產(chǎn)地，那里先后發(fā)現(xiàn)了距今14億~12億年的微生物群化石，距今8億~10億年的藻類(lèi)化石，號(hào)稱(chēng)疊層石寶庫(kù)。據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心的研究數(shù)據(jù)，薊州區(qū)剖面地層中發(fā)現(xiàn)的微生物群至少有16個(gè)屬、28個(gè)種。
對(duì)疊層石的研究告訴我們，十多億年前的薊州區(qū)是一片古老的海洋。從距今14億年開(kāi)始，薊縣紀(jì)氣候炎熱濕潤(rùn)，地殼仍然緩慢下降，有利于碳酸鹽巖的大量沉積和菌藻類(lèi)生物的生長(zhǎng)。巖石組合以各種類(lèi)型的碳酸鹽巖為主，古地理處于濱海潟湖相，潮間帶和淺海陸棚，從而形成了大量藻類(lèi)化石和疊層石等生物地質(zhì)遺跡。
隨著生物種類(lèi)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。這些正在生長(zhǎng)著的疊層石看起來(lái)和幾十億年前那些已然變成巖石的同類(lèi)，并沒(méi)有什么太大的區(qū)別。
［本文為2024年地球科學(xué)科普作品大賽三等獎(jiǎng)作品，略有刪減。作者單位：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）］
（原載《中國(guó)自然資源報(bào)》2025年11月3日）
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