瑞典西南部野外考察之旅

梁 悦

2019 年下半年，在导师张志飞教授和西北大学地质学系的资助， 我有幸前往瑞典乌普萨拉大学进行为期半年的学习交流。在此期间，我很荣幸在该校地球科学系古生物学家Lars Holmer 教授的邀请下于10 月7 日至15 日参加了该系本科生的为期9 天的野外实习。 同行的还有乌普萨拉大学火山变质岩学家Karin Högdahl 教授和另外两名博士生。 在这9 天的野外中， 我不仅复习了本科时学到的地质学知识， 看到了丰富有趣的地质现象和保存精美的化石， 更是与同行的老师学生进行了活泼有效的沟通， 欣赏了瑞典西南部唯美静谧的自然风光。

此次野外实习横跨了瑞典西南部的大部分面积，其中包括Småland（斯莫兰省）、Skåne、（斯科纳省）、Västergötland（西约特兰省）（图1）。 实习内容主要分为两部分， 一部分是前寒武纪变质岩及相关地质构造现象的观察与解释， 另一部分是寒武纪至第四纪的地层及化石的认识，分别由KarinHögdahl 教授和LarsHolmer 带领。此次行程安排节奏紧密，内容丰富，唯一让我感到困难的是野外教学过程全程为瑞典语， 这让对瑞典语一窍不通的我摸不着头脑， 只好不断向老师们请教、查阅资料，与另外两名博士生交流，才有了以下的收获。

瑞典西南部的基岩以前寒武纪1.85-1.65Ga 的花岗岩和少量辉长岩为主，这两者通常具有混合关系。 花岗岩是酸性岩石， 多呈肉红色、灰白色，粗粒，并且通常不具有斑晶。而辉长岩是基性岩类，为灰黑色至黑色（图2A）。 为了更好地观察和理解花岗岩， 我们来到了著名的ScandinavianStone 采石场， 它在瑞典和挪威的13 个采石场中提取天然的花岗岩石材。 这里的花岗岩致密坚硬、抗压性强，几乎不受到酸雨的影响，且岩体完整，易于开采。 由于通常结构致密，均质性强，花岗岩极其牢固坚硬，因此成为优良的石材（图2B）。 比如，埃及金字塔中保存最好的一座就由花岗岩建筑而成； 用于体育赛事的冰壶石，也是由花岗岩制成的。 此外，我们在Slättemossa 见到了著名的球形花岗岩（地球仪花岗岩）（图2C）， 这里是瑞典唯一可以见到这种奇特类型岩石的地方。 它是花岗岩在地球深层凝固， 然后在地壳褶皱过程中到达表面而形成的。 截面上看起来像数千只盯着游客的眼睛。

图1.野外路线图。 黑色线连接的是本次瑞典西南部野外实习路线。 绿色的地标点是保存了奥陶纪化石的Dalarna（达拉纳）省。

随后，我们步入了南山脊国家森林公园（图8C，D，F）。在这里，我们见到了奇特的玄武岩火山石柱（图2D-F）。 它的历史可追溯到白垩纪，其年龄定为1.1 亿年。当时Skåne（斯科纳）省的中部是一个火山景观， 多达150 座火山散发着岩浆、火山灰和天然气。我们在这里看到的是一个玄武岩圆顶，它是火山口管道的残留物，玄武岩浆在该通道中向上移动。当受到冷却，它会破裂成美丽的像蜂巢一样的六个角的玄武岩柱，柱子直径20-30 厘米， 长度可达到几米 （图2E）。 由于玄武岩在凝固时温度很高，并且随着冷却的继续，岩石的体积减小，导致裂纹以规则的方式发生。 玄武岩石柱至今仍整整齐齐地排列在一起，是由于玄武岩是一种坚硬、不易被风化的岩石。这些玄武岩支柱不是笔直，而是向西南倾斜。 至于原因则仍待考究。 接下来，我们在波罗的海海边的剖面看到了有趣的压扁层理（flaser bedding，俗称"泥包沙"）（图2G-M），即具脉状层理的薄层的砂岩呈波状起伏。 压扁层理中的砂质沉积物可以发育像交错层理那样的纹层。 垂向上，间隔出现的泥的厚度均较小，一般不超过1-2cm，常常只有几毫米。 这主要发育于潮汐环境中，在湖滨、三角洲前缘、河流等环境中也可见到。在这些纹层中，我们还发现了一些遗迹化石（图2K-M）。

在10 月14 日的考察中， 欢喜和激动始终将我萦绕，因为这是唯一一天全是看地层、找化石的野外， 让我这个古生物学博士生在看了许多天变质岩后自然是感到兴奋难当！ Lars Holmer 教授带领我们走过海岸， 穿过丛林，看了Västergötland 省Kinnekulle 地区从寒武纪到奥陶纪的地层与化石（图3）。 该省的地层涵盖了在全球范围内多细胞生命最早演化发生的时期， 并且在此期间形成了所有主要动物群和第一个复杂的海洋生态系统。 Västergötland 省保存完好的Orsten 动物群是世界上最重要的寒武纪化石产地之一。 它对大部分幼虫化石的软躯体的保存极大地增加了我们对早期节肢动物、缓步动物和五足纲动物的了解。这里还报导了干群类腕足动物， 三叶虫和笔石以及极为多样的遗迹化石（图4）。 遗迹化石是生物穿过沉积物或在沉积物上移动而形成的轨迹和痕迹，它们使古生物学家能够推断出早期动物的行为。Västergötland 省Kinnekulle 地区寒武纪的砂岩属于FileHaidar 组（该组在Gotland 岛的岩芯中得以充分描述）。 通常情况下，该组被分为两个单元，位于下部的"Mickwitzia sandstone"和上部的"Lingulid sandstone"（图3）。 1997 年Jensen对Mickwitziasandstone 进行了充分的研究。 它是一种云母质薄层砂岩，具有稀薄的黏土夹层，在下部产出干群腕足动物Mickwitzia 和非常丰富的遗迹化石。相比之下对于Lingulidsandstone的研究相对较少，它受到的生物扰动作用强烈，因此产出的实体化石极少（图4C）。中寒武纪的AlumShale 化石含量丰富， 这些页岩本身不含有化石， 但是其中的灰岩夹层和结核几乎全由三叶虫Agnostuspisiformis 组成（图4E-F），伴随着一些腕足动物（图4G）。这种类型的密集层仅现于寒武纪。在附近的一所教堂中，我们观察了产出自Lingulidsandstone 中的一种极为罕见的遗迹化石"Fucoides"circinatus（图4O-P）。 看完寒武纪的地层后， 我们来到了奥陶纪的地层，Hällekis 采石场（图H-I），该采石场的灰岩由红色和灰色的灰岩组成， 其中红色的灰岩指示富氧的环境，灰色的灰岩显示缺氧的环境。在该采石场中， 我们幸运地见到了大量的保存精美的角石（图4K-M）、数量之大几乎同等于全世界陨石化石总和（图4N）。

图2.一些野外地质现象。A-B，ScandinavianStone 采石场的花岗岩和辉长岩；C，前寒武纪的地球仪花岗岩；D-F，位于Skåne（斯科纳省）省南山脊国家森林公园的玄武岩石柱；G-M，中生代压扁层理及其所含的遗迹化石。

图3.Västergötland 省Kinnekulle 地区的地层层序

记忆将我拉倒了九月中旬在Dalarna（达拉纳省）省两天的短期野外（图1 中绿色标记点），看到的地层同样为奥陶纪的灰岩（图5）。 在这里， 我们见到了数以万计的海百合茎密集保存（图5A-E）。海百合是一种始见于早寒武纪世的棘皮动物，生活于海里，具多条腕臂，身体呈花状，表面有石灰质的壳，由于长得像植物，人们就给它们起了这么个生动形象的名字--海百合。海百合的身体有一个像植物茎一样的柄，柄上端羽状的东西是它们的触手，也叫腕。这些触手就像蕨类的叶子一样迷惑， 致使人们认为它们是植物。除了密集的海百合之外，就是丰富的腕足动物了。 在这里我们见到了具有精美放射状纹饰的钙质壳有铰类腕足动物（图5H-J）和同心状纹饰的磷酸钙质壳无铰类腕足动物（图5K）。 同时，与在上文中提到的Hällekis 采石场中见到的化石类似， 我们在这里的野外露头剖面上也见到了许多角石化石（图5L-M），有的个体还清晰的保存了内部的结构（图5M）。

看完古生代寒武纪奥陶纪的化石后， 我们来到了中生代侏罗纪和白垩纪的地层中。 在侏罗纪页岩中，我们见到了植物化石（图6A-C），这些植物化石被保存为黑色的炭质压模， 并且清晰地显示出了植物的脉络纹理。紧接着，我们考察了白垩纪的白色细砂岩（图6D-E）。 在这厚层、绵延几公里的细砂岩中，我们发现了许多化石，其中有箭石（图6F-G）、厚壳蛤（图6F）、钙质壳有铰类腕动物髑髅贝（图6H-I）、苔藓虫（图6J）。

图4.Västergötland 省Kinnekulle 地区的化石与地层。A，早寒武纪Mickwitziasandstone 中保存的遗迹化石；B，划分早寒武和中寒武的凝块岩；C，早寒武纪Lingulid sandstone；D，中寒武纪Alum Shale 的地层，灰岩和黑色页岩的互层；E，中寒武纪三叶虫Agnostuspisiformis 密集层；F，中寒武纪三叶虫Agnostuspisiformis 的复原素描图；G， 中寒武纪AlumShale 的灰岩中发现的腕足；H，Hällekis 采石场；I，奥陶纪红色和灰色相间的厚层灰岩；J，奥陶纪的豹皮灰岩；K-M，Hällekis 采石场奥陶纪灰岩中保存精美的角石；N， 奥陶纪灰岩中的陨石化石；O-P， 早寒武纪Lingulid sandstone 中发现的罕见遗迹化石"Fucoides"circinatus。

图4.Dalarna（达拉纳省）省灰岩中保存的化石以及一些博物馆藏品。 A-C，密集保存的海百合茎化石；D，海百合茎的外层纹饰；E，海百合茎的纵切面；F，藏于瑞典自然历史博物馆的海百合化石；G，藏于湖北省黄鹤楼岩石博物馆的海百合化石；H-J，保存了精美放射状纹饰的钙质壳有铰类腕足动物；K，保存了同心状纹饰的磷酸钙质壳无铰类腕足动物；L-M，野外露头剖面上保存的角石化石；N，藏于湖北省黄鹤楼岩石博物馆的角石化石。

图6.侏罗纪和白垩纪的动植物化石。 A-C，产出植物化石的侏罗纪地层及保存在页岩中植物化石；D-J，白垩纪白色细砂岩及其保存的化石；F，箭石化石及厚壳蛤化石；G，箭石化石纵切面；H-I，钙质壳有铰类腕动物髑髅贝化石；J，苔藓虫化石。

这次旅途中，我有满满的收获，也有深深的意外。 这意外便是本科生们在教授的带领下亲自对第四纪地层的钻孔的实习（图7）。 这是我们在国内从来没有经历过的， 另外来自法国和德国的博士生也未曾经历过， 这顿时让我对瑞典高校对本科生的培养方式肃然起敬！ 或许实地观察、亲自采集的资料，更能引起同学们学习的兴趣。学生们在乌普萨拉大学第四纪地质学家Ian Snowball 教授的带领下学习钻孔，并在隆德大学第四纪地质与环境实验室里对获得的材料进行细致的分析。 他们在沼泽地里，淋着雨同心协力钻孔， 在实验室共同讨论学习，让Ian Snowball 教授和Lars Holmer 教授十分欣慰。 "这是我带过的最爱提问题，最爱记笔记的一届学生！ "，Lars Holmer 教授兴奋的说道。 至此，九天的野外实习顺利的结束了！

图7.第四纪钻孔实习。 A-C，本科生在野外团队合作钻孔；D-E，本科生在隆德大学第四纪地质与环境实验室的室内学习。

此次的野外实习，让我在学习、复习地质知识之余， 也欣赏到了瑞典西南部的绝美风光。 瑞典作为一个高度发达的资本主义国家，不仅在高科技领域领先世界，人民生活富裕而平等，其自然环境更是优雅静谧，让人神往。它拥有漫长的海岸线、 广阔的森林和大量的湖泊，我们实习所在的西南部更是如此。这里土地肥沃，气候温和，农业发达，自古以来就是北欧最富饶的地区之一。在自然风光上，瑞典西南部以辽阔的平缓丘陵著称。秋天这个季节，金黄的麦田一望无际，像厚实的毛毯延伸至天际。从高处眺望， 广袤的麦田和森林偶尔出现几幢红色的小木屋， 给这辽阔的景象添加了几分温暖与动人（图8）。 除此之外，一个位于海边的剖面使我们近距离感受了波罗的海温暖潮湿的气息，而海的对面，就是丹麦。

就在今年六月份，有位老师问我，喜欢地质的什么方面？当时的我竟一时语塞，因为我从未认真思考过这个问题。而此刻，坐在回乌普萨拉的大巴上， 观看着大卫·爱登堡解读的纪录片《First Life》★， 回想着研究生这两年的经历，我想，正是那些翻山越岭、穿越丛林寻找剖面的汗水； 那些烈日下敲了一天化石后发现保存精美化石的兴奋瞬间；那些与博学的师长、有趣的同学共同学习讨论的时刻； 那些只有地质工作者才能看到的人迹罕至的绝美风景······共同构成了我对这门学科的热爱与沉醉、坚守与追逐。★对古生物感兴趣的读者朋友们， 我强烈地向大家推荐BBC 出品的纪录片《First Life》，世界上著名的古生物学家在此片中精彩生动地解释了前寒武纪至寒武纪时期生活在地球上神秘而有趣的生物！ 大卫·爱登堡：英国著名自然博物学家、探险家、旅行家。

图8.瑞典西南部和乌普萨拉的美景。 A-F，此次野外实习的美景；A，雾气氤氲的傍晚；B，朝霞满天的早晨；C-D，斯科纳省南山脊国家森林公园；E，隆德大学图书馆；F，安静祥和的村庄；G-E，乌普萨拉美景；G，乌普萨拉城堡；H，林奈博物馆与林奈植物园；I-J，初秋的乌普萨拉；K-E，乌普萨拉大教堂。