这种石头有生命

霍飞燕

澳大利亚鲨鱼湾的叠层石是目前世界上海洋环境中保存最完整的叠层石。

世界上大多数的石头都是死物，但我们今天要说的一类石头不仅是活生生的，它“生老病死”的一生还记载着地球的故事，它就是叠层石。让我们一起走近它，解读其中的故事。

叠层一出万物生

我们知道，地球诞生初期是个炎热的大火球，整个地球温度都非常高，别说人类，全世界都没有几种生物能在这样的环境中生存，直到叠层石的出现改变了这一切。

蓝细菌是一种微小的低等生物，它们诞生的时间非常早，大约37.7亿年前就出现在地球上了，而这件事正是叠层石告诉我们的。蓝细菌生活在阳光可以穿透的大海表层，利用阳光进行光合作用，将海洋中的无机物转化成有机物，同时吸收空气中的二氧化碳并向外释放氧气。蓝细菌越长越多，吸引来更多的捕食者，这些生物连同蓝细菌生产的有机物一起，“搭建”成了层状、球状、瘤状或柱状等各种形态的叠层石。

目前发现的最古老的叠层石位于澳大利亚的皮尔巴拉地区，元素测年法显示，这些石头已有37.7亿岁。由此我们知道，蓝细菌从37.7亿年前开始，就一直吸收大气中的二氧化碳并释放氧气。随着二氧化碳的减少，地球的温度缓慢下降，越来越多的生物出现在地球上。氧气的增加则使得包括人类在内的需氧生物得以生存，现今地球上的大多数生命都离不开叠层石释放的氧气。正是叠层石的出现使地球慢慢变成了一个生机勃勃的星球。

叠层石的壮年期

距今20亿～7亿年的一段时间是叠层石的“壮年”期，这段时间叠层石几乎遍布世界各地，它们的“游记”记载着当时地球发生的故事。

出生地不同的叠层石长相并不相似，科学家甚至给这些不同样子的叠层石起了不同的名字，比如元古宙（25亿年～5.4亿年）时期出生在北美地区的叠层石为树杈状，被称为分叉叠层石;出生在中国神农架地区的叠层石呈块茎状，被称为通古斯叠层石等。科学家可以通过叠层石确定地质年代，也可以用来推测古生态环境。

叠层石的外貌与当时当地的环境密切相关。在阳光热烈、无机物丰富的地方，蓝细菌数量较多，这里出生的叠层石的“肤色”更黑一些，因为所含的有机物含量更高。而蓝细菌含量少的时候，叠层石的“肤色”偏白，它主要由泥沙组成。海水中的碳酸盐较多时，叠层石的生长速度快，常出现锥形的“大个子”，反之叠层石多为矮墩墩的圆柱状。海水湍急的地方，叠层石的底部“伤痕”较多，形状更古怪，生活在风平浪静的海域的叠层石则长得更加规则。

美国科罗拉多高原上矗立着世界上最高的叠层石

叠层石切面图

叠层石的形状除了反映当时海洋的环境外，还能体现地球的状态。叠层石的纹层就像树木的年轮一样，明暗相间、疏密不同，这与光照变化有关。中国科学家分析了一批北京周口店附近的年龄约为10亿岁的叠层石，通过对300多个叠层石样品的统计分析，发现它们的纹层至少为470层，由此推断出10亿年前一年有470天。同时，根据这些纹层周期性的厚度变化，科学家推测当时一个月至少有40天。而这些时间的变化则反映了地球的倾斜程度，当时地球的倾斜程度小于现在，黄赤交角（地球公转轨道面与赤道面的交角）比现在更大，为29.2°～30.6°。

功成身退叠层隐

叠层石的衰败同样体现着地球环境的变化。随着生物种类和数量的增加，地球的环境也在不断发生变化，叠层石的生存受到了挑战，现代的叠层石再也不复当年的盛况，而是默默“隐居”在一些偏远的地方，比如澳大利亚的鲨鱼湾或巴哈马群岛的浅海中。

分析了世界各地的叠层石分布情况，科学家发现叠层石比较适合生长在较纯净的碳酸盐岩附近，水流中连泥沙都很少。要营造这样的生存环境必须符合几种条件：无风（微风）、没有海浪或者是微浪、附近没有较大的海流和河流。在元古宙时期，全球七大洲都分布有大量的叠层石，这说明上述的地理环境在当时的地球是普遍存在的。

但到了距今7亿年的震旦纪，叠层石的数量大量缩减，叠层石不再随处可见，说明当时的气候和地理环境已不适合叠层石生存。这是因为当时地球上第一次出现了大范围的冰川，地表的降雨量大增，岩石被风雨冲刷成了细小的砂石和黏土并被冲击入海。与此同时，风力增大使得海浪增大，河流和海流变得更加湍急。种种条件都不再适合叠层石的生存，因此叠层石的数量骤减。

此外，竞争者的出现也是叠层石衰败的原因。美国科学家在原先叠层石繁盛的地方发现了另一种形态的石头，许多细小的颗粒聚成蠕虫状、球粒状及砂砾状的团块，他们将之称为凝块石。科学家通过显微镜观察和基因测序技术寻找构筑这种石头的“工人”，他们惊奇地发现，其中不仅有蓝细菌，还有一种古老的浮游动物——有孔虫。

会不会是有孔虫改变了蓝细菌的建筑蓝图，建造出了凝块石这种新石头呢？为了验证这种猜想，科学家将在现代找到的仍在生长的叠层石和凝块石放置在一处，“培养”了6个月，观察两者的形态变化。事实证明，凝块石确实处于统治地位：叠层石的内部结构变得杂乱，更类似于凝块石，而且其中生活的蓝细菌也有被有孔虫取代的趋势。可以想象，数亿年前也发生过类似的一幕，叠层石就是这样逐渐被凝块石击败的。

叠层石的一生都在默默奉献。数十亿年前，地球炎热且贫瘠，太阳光线昏暗。那时候，地球的生命形式很单一，蓝细菌是唯一制造氧气和有机物的生命，它们相互依靠，纠缠在一起形成了叠层石。叠层石的出现冷却了地球，让地球变得更具生命力。到了后来，生命多样性爆发，蓝细菌的作用被植物取代，它們又功成身退，默默退到了荒无人烟的地方，过着“隐士”般的生活。