石头中的万卷书

主持人：于胜春

解  说：吴  凯

各位好！欢迎收看我们今天的《地理·中国》节目，我是胜春。

化石见证了地球沧海桑田的变化，通过研究化石，人们能够了解到地球的历史。其实发现化石并不算是什么新鲜事，古生物化石可以说是几乎遍及全世界各地。

但是，在山东省有一个小盆地叫山旺盆地，在这里出土的生物化石不仅数量多，有十几个门类七百多种，而且非常完整、非常精美，就连知了的翅膀、昆虫的触角、鱼儿的鳞片都保留得非常清晰。可以说，这在世界范围内都是相当罕见。那么，这样一座化石的宝库是如何被发现的呢？这还要从70多年前的一天说起。

1935年的一天，一位名叫杨钟健的古生物学家来到了山东省中部的一个小盆地。那时，他的交通工具还是一头小毛驴。

在山路旁，杨钟健捡到了一块石头，他如获至宝。经过鉴定，这竟然是来自1700到1900万年前中新世的古生物化石。从此，山旺盆地吸引了无数科学家的到来。

令大家非常兴奋的是，在这里发现的化石精美得超乎想象。树叶还能见到清晰的叶脉；水草似乎还在水中摇曳；鱼儿的鳍还可以点数清楚；鸟儿的羽毛仿佛刚刚飘落；青蛙好像马上就要跳起来；最易凋谢的花、极难形成化石的蝌蚪、蚊子都清晰地呈现在人们眼前。

山旺还出土了很多形体庞大的动物化石，比如鹿和犀牛。它们的骨骼形态都保存得很完好，似乎因为某种原因突然死亡，被集中埋在这里。

山旺盆地位于山东省潍坊市临朐县的东部，这里到底是一个什么样的地方？为什么能保存下如此精细完整的化石？几十年来，科学家们苦苦寻找答案。

2010年12月，《地理·中国》摄制组在两位地质专家的带领下来到了这里。

罗照华，中国地质大学教授，主要研究方向是火山和岩石。

厉大亮，中国地质大学博士，主要研究方向是地层和化石。他们在这一地区从事研究工作已经有二十年了。

在普通人眼里，山旺一带的风景很平常。低矮的山包绵延起伏，纵横的沟壑间分布着农田。

当地人时常在山路边、小溪旁挖出一些奇怪的石头，石头里似乎长出了树叶、花朵，甚至还能看到羽毛、牙齿，大家都见怪不怪了，可其实它们就是1700万年前的化石。它们藏身于这些好像书页一样的石头里，专家告诉我们，这种石头叫硅藻土。

在盆地的中心地带有一处大坑被称作主剖面，这里的硅藻土高达几十米。

硅藻土是在水中形成的，所以，科学家可以一下子判断出山旺过去必然是个湖泊。主剖面一带就是湖的中心，古生物的化石主要出自这里。

虽然被称作硅藻土，这种物质不是土，而是一种沉积岩，学名叫硅藻土页岩。看上去黑白相间、纸一样薄厚，当地人叫它万卷书。因为硅藻土风化碎裂极为严重，只有取到一块新鲜的样本才能看清楚纹层。

【中国地质大学（北京）博士：厉大亮】

这种很细的那样一层深的、一层白的，组成一对叫层偶，一般的认为暗色层是生物比较生长旺盛的阶段，春天和夏天。

白色层是硅藻比较繁盛的时期，光剩硅藻了，这个时期主要是硅藻了，就是秋天和冬天，所以在一个层偶记录了一年，代表一年的时间。

一对层偶的厚度大约是100微米，歌里唱爱你一万年。一万年对人类来说是一个漫长的存在，但对硅藻土来说，一万年只是一米的高度，形成这样的硅藻土岩层大约要用几十甚至上百万年的时间，这说明化石里的生物并不是一夜间突然死亡的。

想要不加处理的保留一块山旺化石，那是不可能的。因为也许没过几分钟，它就碎在了你手里。化石所在的硅藻土竟然这样脆弱，这些宝贝怎样经历了1700万年的风风雨雨呢？

考察队决定先从周围地质地貌信息入手，山旺的北面有一座小山叫擦马山。山脚下是一个小村落，不少村民用一种黑色的大石头来垒墙，这些石头引起了地质专家的注意，他们认出这是火山喷发形成的。难道山旺曾经发生过火山喷发？火山和动物的死有关系吗？

据说，这些石头就来自于山上，考察队决定去找找看。

在山顶一带，草丛中露出了很多灰黑色的岩石，它们就是那种用来垒墙的石头，叫做玄武岩。

玄武岩是火山喷发形成的特有产物，原来，这座宁静的小山曾经是一座火山。不仅如此，从擦马山顶看过去，我们才发现附近的古火山远远不止这一座。

火山就是地下岩浆喷出地面，它的分布有一定规律。

在中国东部有一条规模巨大的断裂带，叫郯庐断裂带，山旺正处在这条断裂带之中。受到断裂带活动的影响，山旺盆地周围布满了古火山。

通过对岩石的分析，专家们测定出，古火山活动大约开始于1900万年前。那么，是不是在火山爆发时，生物大规模死亡又正好被埋在湖里保留下来成为了化石呢？

既然山旺盆地周围都是大规模的古火山，于是，专家就提出了这样一个假想。这里的动物大批的死亡会不会跟当初的一次火山爆发有关呢？然而，实地的考察却否定了专家的这种说法。因为，如果化石的形成是因为火山爆发，那么，岩层里必然会夹杂大量的火山物质。

但是，科学家们经过详细化验发现，在山旺的硅藻土岩层里，火山灰的含量很少。所以，火山喷发造成生物直接死亡的这种说法并不成立。那么，这么多的生物又是怎么死去的呢？

这头母犀牛怀着一头小犀牛却死于非命，小犀牛牙齿和骨骼形态清晰可见，估计已发育八个多月。

母犀牛的四肢用力蹬地，头向上昂着，显然它进行了一番挣扎却没有逃过死神的魔爪。如果说山旺曾经是一个湖，为什么会有大量陆地上的动物死在湖里呢？

事隔一千多万年，山旺的地形地貌已经发生了很大变化，科学家们几乎踏遍了附近的每一寸土地进行详细的勘查。在一处农田附近，罗照华和厉大亮有了一些新的发现，在黄土中露出了硅藻土的痕迹。

【中国地质大学（北京）博士：厉大亮】

这种就是硅藻土的东西，这就是火山碎屑的东西。一层硅藻、一层火山碎屑、一层硅藻，这是更大的火山碎屑。

他们发现这里的硅藻和湖中央的明显不同，夹杂着植物的碎片还有火山碎屑，这说明当时这里靠近湖岸。由于火山和地震活动会发生小的垮塌，动物可能是伴随着垮塌失足落水而死。

在盆地边缘有一座普通的土坡，据专家们的经验，它其实是火山喷发时堆在旁边的碎屑，叫火山碎屑岩。

原来，山旺古湖不是一个普通的湖，它是火山造就的火山口湖，这片土坡就是当初的湖岸。

专家告诉我们，火山不但能喷涌火热的岩浆，也能造就平静的湖泊，这就是火山口湖。它是火山爆发后，火山口被水填满形成的。

湖一般都是圆形，外面是缓坡、内壁却十分陡峭。动物很容易在湖边失足落水，而湖的危险还远远不止于此。

【中国地质大学（北京）博士：厉大亮】

火山会有热上涌的现象，有气体排出的现象。那么，排出这些有毒的气体，如果正在饮水的动物当然也可能当场就被熏死了，倒进水里以后，下面的过程自然就差不多了。

火山活动间接造成了很多动物的死亡。但是，为什么它们的化石会保存得如此完好呢？由于山旺地区地貌变动较大，考察一时陷入困境。

根据当地人提供的线索，在临朐县有一个矿坑，里面也有化石，也许它跟山旺有着共同的成因，将能揭开山旺化石保存如此完好的原因，考察队决定赶往那里。

这次要去的地方叫青山，专家们猜测那里可能也曾经是一个火山口湖。

刚到青山，罗照华就发现了一个让他兴奋的现象，在玄武岩层中夹着一团核桃仁似的东西。

【中国地质大学（北京）教授：罗照华】

你能看到一层一层的东西，我们在地质学上就叫层理，有这个层理就表明是在水里头堆积的东西。

【记者：王穆丹】

就是说这块儿也是一个湖吗？

【中国地质大学（北京）教授：罗照华】

对，也是一个湖。这一层是往北边倾的，我们就可以断定这边应当是一个湖。这边是盆地边缘或者说是湖的边缘，火口沿等于是从这边滑下来的。

【记者：王穆丹】

也就是说那边还是有一个湖，圆圆的。

【中国地质大学（北京）教授：罗照华】

对，往前走就是往湖水深的地方走。

【记者：王穆丹】

那边是不是也有硅藻土呢？

【中国地质大学（北京）教授：罗照华】

应该有，假如说我们的推测是对的，那边也应该有硅藻土。这个沉积物越往那边越来越细，应当是这个样子。我们可以去看看它是不是这个样子。

【记者：王穆丹】

那儿也有化石吗？

【中国地质大学（北京）教授：罗照华】

应该有啊！

专家们找到了不少证据证明青山跟山旺古地理环境很相似。那么，在青山能否解开山旺化石保存完好的秘密呢？

远远的，记者就看到了黑白相间的岩层。那不就是硅藻土吗？硅藻土是一种矿物，这里其实是当地人挖开的矿坑，目前已经停止开采了。

【记者：王穆丹】

这石头堆是硅藻土吗？

【中国地质大学（北京）教授：罗照华】

这可能不完全是，但有些可能是。

【中国地质大学（北京）博士：厉大亮】

底下掉下来的那些层理比较好的是硅藻土。

【记者：王穆丹】

那可能是硅藻土吗？

【中国地质大学（北京）博士：厉大亮】

对，旁边是玄武岩，散下来的是潜火山的碎屑岩。这些就是硅藻土，它有叶子。

【中国地质大学（北京）教授：罗照华】

大量的，这个可是有成就感。这真是个大树，一直到这个地方整个都是树干，山旺好像没有看到那么大树干的。

【中国地质大学（北京）博士：厉大亮】

说明这周围的确是植被丰厚。

【中国地质大学（北京）教授：罗照华】

你是不是给它拍下来呢？

化石的形成和这里大量的硅藻土有着密切关系。专家们介绍说，生物形成化石需要很多条件，如果生物被石头砂砾等掩埋，很难得到完好保存，但恰恰掩埋它们的是硅藻。

硅藻生活在水里，肉眼看不到它。它的外部罩着丝网状的笼子叫藻壳，由二氧化硅构筑而成。在富含硅的火山口湖里，硅藻特别繁盛，造成了一个缺氧的环境。

普通湖泊的底层会有细菌存在，细菌会破坏掉动物的尸体。而在山旺古湖里，由于底部缺氧细菌难于生存，生物的骨架得以保存原貌。

硅藻死去了，藻壳就会沉在湖底，同时掩埋了生物的遗体。如此经过百万年形成了厚厚的沉积层，后来湖水干涸，沉积层露出来，这就是今日所见到的硅藻土岩层。

由于硅藻土是那样的细腻，对化石保存十分有利，许多细微构造得以清晰地保留下来。

考察队在青山进行了大量勘察，这里虽然有化石，但数量和质量都远远不如山旺。既然都是火山口湖，古地貌近似。为什么会有如此大的区别呢？

在青山的硅藻土岩层中凸出着一座巨大的石头堆，根据专家的经验，它也是火山的一种，叫做潜火山，就是火山底下潜伏的火山。

原来，在化石形成的后期，青山又发生了多次火山喷发，冒出的潜火山正好在湖的中央，把硅藻土质量最好的部分全部损坏了。那么，山旺的化石为什么没有被破坏？难道山旺后来没有发生过喷发吗？

地质专家告诉记者，其实在山旺也同样有着一座潜火山。就在山旺硅藻土层的一角有一块巨大的岩石，它也是一座潜火山，还好它是从靠边的位置冒出来的，而不像青山是从中央的位置冒出来的。幸运的是，山旺的潜火山只造成了硅藻土边缘的上翘，绝大多数的化石才死里逃生。

通过在青山的考察，我们进一步了解到了山旺化石保存精美完好的原因。虽然逃过了火山再次喷发造成的破坏，可是看看这些脆弱的硅藻土，它们酥脆得好像饼干渣一样。在漫长的岁月里为什么没有被风化侵蚀掉呢？

考察队扩大了考察范围，临朐县旁边的昌乐县有一片壮观的岩石，是火山喷发形成的柱状节理。更让地质专家兴奋的是，化验结果表明这里的火山很年轻，它形成于山旺化石之后。

可以想象千万年前的一幕，大地的压力使得岩浆向地表浮升。一部分岩浆正好在还没有喷出地面之前就凝固了，在凝固过程中发生了爆裂，而且收缩力非常平均，于是就形成了今天我们见到的柱状节理。

【记者：王穆丹】

我们现在是在火山的里面吗？

【中国地质大学（北京）教授：罗照华】

对！就像在脖颈子，就像是到了这个地方，就相当于火山的脖子，它的脑袋就已经给剥蚀掉了。

在化石形成之后，山旺一带的火山再次活跃起来，这一次喷出的岩浆覆盖了化石所在的硅藻土层，把它保护起来，避免了化石被风化的命运。

经过多年研究，科学家渐渐还原了山旺的古环境。今天的山旺是典型的温带大陆性气候，但在1700万年前存在一个完全不同的世界。

当时，山旺地区的火山活动减弱，由于深部岩浆的热力作用气候温暖潮湿、植物繁茂，和今天的亚热带差不多，在一处火山口形成了山旺古湖。

穿越1700万年的时光隧道，我们看到的山旺古湖是一个生命的乐园。成群的三角原古鹿在水边散步，无角犀在林中闲逛。湖边是茂密的树林、盛开的花朵，蜜蜂穿梭其中，到处欣欣向荣，充满着生机。

湖周围自然死亡的生物会落入湖中、沉入湖底，由于火山口湖的特殊性质还有火山活动的影响，不少动物也都死在了这个湖里。死去的生物被硅藻迅速掩埋，在湖底年复一年的沉积起来。

由于硅藻土极为细腻，所以化石里的动物都保留了完好的形态。

天长日久，湖水渐渐干涸、沉积物石化，成为了硅藻土岩层。

火山还在继续活动，一座潜火山冒了出来。但是，化石侥幸逃过了这一劫。

又一场更剧烈的火山喷发喷出了大量岩浆，岩浆覆盖了硅藻土，形成了玄武岩层，将化石保护了起来。

由于地壳的变化，山旺化石所在的地层隆起，顶层的玄武岩被剥离掉了。在化石遭到破坏之前，科学家发现了它们，这些珍贵的宝藏才得以重见天日。

今天，在山旺盆地已经建立了山旺国家级地质公园。但是，关于这里的化石仍然存在着不少未解之谜等待着人们去寻找答案。

了解到山旺化石形成的秘密之后，让我们不禁感慨，原来这个过程当中竟有着那么多的巧合。看来，这本由石头做成的万卷书应该说是大地对人类的慷慨馈赠，研究这些化石有着多方面的意义。

比如说，山旺化石中的动物很大一部分处在向现代类型过渡的阶段。所以，可以通过化石来研究生物的演化过程还有生物和环境的关系。

再比如说，山旺的植物化石非常丰富，通过这些植物化石可以知道1700多万年来气候变化的规律，有助于预测未来的气候。只有了解了昨天，我们才会更好地计划明天。

好了，感谢您我们今天的《地理·中国》节目！我是胜春，咱们下期节目再见！

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2011.2.24