第一作者簡介

沈博偉，高級工程師，四川省自然資源廳地質(zhì)環(huán)境類專家?guī)斐蓡T，成都市科普專家?guī)斐蓡T，成都天府新區(qū)直管區(qū)“天府英才計劃” 優(yōu)秀人才， 中國礦業(yè)權(quán)評估師，四川省第三次全國土壤普查質(zhì)量檢查員，“陳斌科普+創(chuàng)新工作室”地質(zhì)科普講師。長期從事地質(zhì)公園（地質(zhì)遺跡）等環(huán)境地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境保護與建設(shè)領(lǐng)域的調(diào)查研究工作。

提及數(shù)億年前的遠古時代，我們腦海中最先閃現(xiàn)的大多是電影《侏羅紀世界》和《冰河世紀》，里面展現(xiàn)了曾統(tǒng)治地球長達1.5億年的恐龍和遍地冰川覆蓋的冰雪世界，不但有伶俐的翼龍、兇猛的霸王龍、遲鈍的馬門溪龍、還有貪吃的樹獺、善良的長毛象和狡猾的劍齒虎······它們儼然成為了遠古時代的代名詞。殊不知，在地球漫長的地史演化進程中，除了各具特色的遠古動物漸次登場，遠古植物也在通過遺傳、變異和自然選擇，從低級到高級，從簡單到復(fù)雜，種類由少到多地進化著、發(fā)展著。地球上曾經(jīng)溫暖濕潤的適宜氣候，不單造就了動物發(fā)展的繁榮昌盛，也迎來了陸地裸子植物的極盛期：蘇鐵類和銀杏類的發(fā)展達到高峰，松柏類和真蕨類也占到重要地位，一片生機盎然的遠古森林逐步形成。

> 煤炭形成過程示意圖

時光流轉(zhuǎn)，地質(zhì)變遷。伴隨著生存環(huán)境的不斷變化，地球生物也重復(fù)著從繁盛到消亡再到繁盛的不斷循環(huán)。透過博物館內(nèi)以恐龍為代表的動物化石，我們依稀可以看到地球曾在遠古時期的熱鬧與輝煌，不禁又會發(fā)出這樣的疑問：那些遠古植物如今又都去了哪里?

我們都知道，恐龍化石是恐龍死后身體中的軟組織因腐爛而消失，骨骼（包括牙齒）等硬體組織沉積在泥沙中，處于隔絕氧氣的環(huán)境下，經(jīng)過幾千萬年甚至上億年的沉積作用和石化作用，骨骼完全礦物化而得以保存下來的生物遺體和遺跡。同樣的，那些死去的植物也在不同環(huán)境的地質(zhì)作用下，變成了不同形態(tài)的物質(zhì)：有的形成了精美的化石；有的在高溫、高壓、缺氧的地質(zhì)環(huán)境下變成煤炭、石墨；有些在高壓、低溫、缺氧的條件下變?yōu)楣杌?；有的成為了似石非礦的炭化木。還有些植物則憑借堅韌的生命力和頑強的適應(yīng)性存活至今，成為遠古植物的孑遺分子，堪稱植物界的“活化石”。

樹成炭，點亮生活的自然資源——煤

煤炭是由遠古植物殘體沒入水中，經(jīng)受生物化學(xué)作用，然后被地層覆蓋并經(jīng)物理作用與化學(xué)作用而形成的有機生物巖，包括泥炭和煤。

生成過程：整個成煤過程一般需要幾千萬年到幾億年的時間，可劃分為兩個階段：即泥炭化作用和煤化作用。煤化作用又分為兩個連續(xù)的過程，即成巖作用和變質(zhì)作用。

泥炭化作用階段：植物死亡后被水淹沒，在缺氧環(huán)境里的植物體不會很快地分解、腐爛。隨著倒木數(shù)量的不斷增加，最終形成了植物遺體的堆積層。這些堆積層在厭氧細菌的作用下，不斷地被分解、化合，漸漸形成泥炭層（主要是腐殖酸和瀝青質(zhì)），是煤形成的第一步。

煤化作用階段：由于地殼運動，泥炭層下沉，被泥沙、巖石等沉積物覆蓋，在沉重壓力和地?zé)嶙饔孟?，發(fā)生壓緊、失水、膠體老化、固結(jié)等一系列變化， 石炭含量逐漸增加，氧含量逐漸減少，腐殖酸含量逐漸降低，逐漸變成較為致密的巖石狀的褐煤。隨著褐煤層不斷沉降到地殼較深處時，上覆巖層壓力不斷增大，地溫不斷增高，褐煤中的物理化學(xué)作用速度加快，內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生進一步變化，煤化程度逐漸升高，逐漸變成煙煤、無煙煤。

形成時期：地球歷史上最有利于成煤的地質(zhì)年代除了中生代的晚三疊世（約2.37億~ 2.014億年前）、侏羅紀（約2.014億~ 1.45億年前）和白堊紀（約1.45億~ 6 600萬年前），還有晚古生代的石炭紀（約3.58億~ 2.98億年前）、二疊紀（約2.98億~ 2.51億年前），以及新生代的古近紀（約6 600萬~ 2 330萬年前），其中以侏羅紀煤層最厚。

我國共有14個成煤期，其中最重要的成煤期是華北地區(qū)石炭紀—二疊紀，華南地區(qū)二疊紀、晚三疊紀世，西北地區(qū)早—中侏羅世，東北地區(qū)晚侏羅世—早白堊世，以及東北地區(qū)、西南地區(qū)及沿海地區(qū)的古近紀。其中早—中侏羅世成煤期煤炭資源量占全國總量的60%，華北地區(qū)石炭紀—二疊紀成煤期資源量占全國資源總量的26%。

樹化玉，凝固時間的自然遺產(chǎn)——硅化木

硅化木又稱木化石、樹化石。它是遠古植物因火山噴發(fā)或地殼運動等地質(zhì)作用而被埋入地下，由于處于缺水的干旱環(huán)境或與空氣隔絕，木質(zhì)不易腐爛，在漫長的地質(zhì)作用過程中被含硅鈣物質(zhì)交換替代而形成的樹木化石，它保留了樹木的木質(zhì)結(jié)構(gòu)和紋理。

> 蛋白石硅化木

> 玉髓硅化木

> 普通硅化木

根據(jù)二氧化硅的結(jié)晶情況和程度，硅化木可分為三種：若木質(zhì)被交代成膠質(zhì)二氧化硅即蛋白石，稱為蛋白石硅化木；若被交代成隱晶質(zhì)石英（即玉髓或瑪瑙），則稱為玉髓或瑪瑙硅化木；若被交代成微粒的石英，則稱為普通硅化木。

> 硅化木橫切面——年輪

生成過程：硅化木的形成是硅替換取代木質(zhì)纖維的過程，即同時發(fā)生溶解作用和沉積作用，從而使一種物質(zhì)取代另一種物質(zhì)的“交代作用”。

數(shù)億年前的樹木在自然力量下被大量埋入地層，在高壓、低溫、缺氧環(huán)境下，樹干周圍的化學(xué)物質(zhì)如二氧化硅、硫化鐵、碳酸鈣等在地下水作用下進入到樹木內(nèi)部，發(fā)生物質(zhì)交換替代現(xiàn)象，替換了原來的木質(zhì)成分碳元素。如果溶解和交替速度相等，且以分子相交換，則可保存樹木的微細結(jié)構(gòu)，如年輪及細胞輪廓等。如交替速度小于溶解速度，則主要保存了樹木的形態(tài)，年輪一般不清楚。最后，樹木原來的成分已蕩然無存，全部由含硅鈣成分的石質(zhì)所取代，只保留下樹木的原始形態(tài)及構(gòu)造特點。之后，經(jīng)過壓實、固結(jié)、成巖等石化作用，原來的樹木就完全變成了堅硬的石頭——木化石。

硅化木在中國廣泛分布，尤其集中于新疆、遼寧、浙江等古構(gòu)造運動頻繁區(qū)域，代表性產(chǎn)地主要是新疆奇臺縣、浙江新昌縣、遼寧北票市、內(nèi)蒙古赤峰市、北京延慶區(qū)、云南元謀縣，此外還有甘肅敦煌、玉門，四川自貢、射洪，廣東深圳，山東臨朐、日照等地。國際代表性產(chǎn)地包括美國亞利桑那州、阿根廷巴塔哥尼亞、埃及撒哈拉沙漠、澳大利亞昆士蘭州、加拿大艾伯塔省，其他一些重要產(chǎn)地則是緬甸、印度尼西亞、馬來西亞等。

硅化木作為跨越億萬年的自然瑰寶，既是解碼地球演化的時空密碼，也是承載人文審美的藝術(shù)載體。其保留的樹木年輪、細胞結(jié)構(gòu)及共生化石，為研究古氣候、生態(tài)鏈及地質(zhì)年代提供了重要實證，是地球演化史的 “活檔案”；而其稀缺性、獨特的硅化紋理與礦物色彩，以及承載的文化象征意義，則使其成為高端收藏市場的寵兒。這種不可再生的自然瑰寶，既是科學(xué)探索的載體，也是藝術(shù)與財富的象征，未來價值潛力持續(xù)看漲。

形成時期：硅化木主要形成于古生代石炭紀到中生代白堊紀時期。

> 硅化木內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)——管壁細胞

似石非礦的古韻至寶——烏木

除了煤炭和硅化木，遠古植物還以另一種物質(zhì)形態(tài)在地質(zhì)歷史中保留下來，并常因分辨不清而被混淆為硅化木，那就是烏木。

烏木又稱陰沉木，是樹木因地震、洪水、泥石流等自然原因埋入低洼淤泥中，在缺氧、高壓狀態(tài)下，受厭氧細菌等微生物的作用，經(jīng)歷長達成千上萬年的炭化過程而形成，故又稱“炭化木”。

生成過程：烏木的形成是一個復(fù)雜的地質(zhì)和化學(xué)過程，涉及特定的環(huán)境條件、時間跨度及生物化學(xué)變化。

>烏木

數(shù)萬年前，樹木因自然災(zāi)害（如洪水、地震、泥石流或火山噴發(fā)）被沖入河流、湖泊、沼澤或沿海淤泥中，被瞬間深埋于水底或地下沉積層，與氧氣隔絕。在缺氧（厭氧）環(huán)境中，厭氧微生物開始分解木材中的纖維素和半纖維素等有機物，并在此過程產(chǎn)生有機酸（如腐殖酸）和甲烷等副產(chǎn)物。在高壓（來自上層沉積物的重量）和溫度（地?zé)峄蛏顚勇癫兀┑墓餐饔孟?，木材中氫、氧元素逐漸流失，碳元素相對富集，形成穩(wěn)定的碳結(jié)構(gòu)，這一過程被稱為 “不完全碳化”（與煤炭形成類似，但程度較低）。地下水攜帶的礦物質(zhì)（如鐵、錳、硫化物）逐漸滲入木材孔隙，與殘留有機物結(jié)合，形成致密結(jié)構(gòu)。隨著時間推移（通常數(shù)千年至上萬年），上層沉積物不斷增厚，對埋藏的樹木施加巨大壓力，使其木質(zhì)纖維被壓縮、脫水，結(jié)構(gòu)變得更加堅硬致密。盡管有機成分部分分解，但樹木的年輪、細胞結(jié)構(gòu)甚至樹皮可能因快速掩埋和碳化得以保留。通過這一過程，普通樹木最終轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)地堅硬、色澤深沉的烏木，成為自然與時間共同塑造的珍貴產(chǎn)物。

烏木會有不同程度的碳化，但又沒有全煤碳化，是木化石的最早期形態(tài)，遠沒有成為木化石或者煤炭。因此，烏木既非木化石又非礦產(chǎn)資源，但它本質(zhì)堅硬，有獨特的紋理和香氣，經(jīng)后期加工雕琢，頗受市場歡迎，具有很高的收藏價值。

烏木的核心產(chǎn)地集中在熱帶地區(qū)，包括非洲的加蓬、喀麥隆、尼日利亞，東南亞的印度尼西亞（蘇拉威西、蘇門答臘）、菲律賓、馬來西亞，南亞的斯里蘭卡，美洲的巴西、墨西哥，中國的四川（岷江、金沙江流域）、長江中下游（江西、湖南、湖北）、云南、貴州，等等。

形成時期：烏木的形成時間一般在2 000年至數(shù)萬年之間，主要是新生代（約6 600萬年前至今），尤其是新生代第四紀冰河期（約200萬年前）之后。

遠古遺珠，植物演化的活化石

在地殼運動、火山活動、氣候惡化等自然災(zāi)害的影響下，遠古植物不斷優(yōu)勝劣汰：或死亡，成為講述植物演化的真化石，如硅化木，沉穩(wěn)內(nèi)斂、溫潤細膩；或蛻變，成為見證植物演化的“活化石”，如桫欏、蘇鐵，朝氣蓬勃、欣欣向榮，它們都是研究古氣候、古環(huán)境變遷、古生物學(xué)、物種形成、植物地理學(xué)等內(nèi)容的重要證據(jù)。

桫欏屬桫欏科桫欏屬，又名蕨樹或樹蕨，國家二級保護瀕危植物。桫欏發(fā)源于中生代的晚三疊世或早侏羅世，一度成為侏羅紀植物界霸主。作為冰川時代的幸存者、“植物界的大熊貓”，桫欏是公認的極其珍稀的冰川前期植物，是地球上爬行動物時代的標志植物，是在白堊紀—古近紀滅絕事件中幸存下來的孑遺蕨類植物，唯一的木本蕨類植物，被稱為地球生命演化的“活化石”。

> 桫欏

蘇鐵屬蘇鐵科蘇鐵屬，是現(xiàn)存最古老的種子植物，大約起源于3億年前的晚石炭世，在侏羅紀達到最盛期。目前，蘇鐵被世界自然保護聯(lián)盟紅色名錄列為極度瀕危物種，是中國國家一級重點保護植物，對研究種子植物的起源演化、植物與動物的協(xié)同進化、植物區(qū)系、古地理和古氣候的變遷等具有重要的意義。全世界現(xiàn)存蘇鐵類植物有3科11屬約280種，星散分布于熱帶與亞熱帶地區(qū)。

>蘇鐵

珙桐又稱“中國鴿子樹”、水梨子、鴿子樹，珙桐科珙桐屬落葉喬木，國家一級重點保護植物，我國特有的單型屬植物，是1 000萬年前新生代新近紀古熱帶植物的孑遺種。幾百萬年前，地球上曾一度廣泛地生長過珙桐，但隨著第四紀冰川的到來，全球性急劇降溫，大部分珙桐都被冰川所吞沒而滅絕，只有在中國南方的一些地區(qū)幸存下來，目前野生種只生長在中國西南四川省和中部湖北省和周邊地區(qū)。

> 珙桐

銀杏又名白果樹，銀杏科銀杏屬，落葉喬木，是第四紀冰川運動后遺留下來的裸子植物中最古老的孑遺植物。銀杏最早出現(xiàn)于3.45億年前的石炭紀，曾廣泛分布于北半球的歐、亞、美洲，中生代侏羅紀銀杏曾廣泛分布于北半球，白堊紀晚期開始衰退。至50萬年前，發(fā)生了第四紀冰川運動，地球突然變冷，在歐洲、北美和亞洲絕大部分地區(qū)滅絕，只有中國自然條件優(yōu)越，銀杏才奇跡般地保存下來。野生狀態(tài)的銀杏殘存于中國江蘇徐州北部（邳州市）、山東南部臨沂（郯城縣）地區(qū)、浙江西部山區(qū)。

>銀杏

水杉屬杉科水杉屬，落葉、針葉大喬木，國家一級保護植物，中國特有樹種，分布在我國華南、華東和華北部分地區(qū)。它不僅是經(jīng)歷了第四紀冰川浩劫的珍貴孑遺植物，而且還有很強的生命力和廣泛的適應(yīng)性，生長迅速，是優(yōu)良的綠化樹種，不但已在我國各地廣為栽培，世界很多國家也爭相引種栽培，使這珍貴的樹木在全球范圍內(nèi)生生不息。

>水杉

“物競天擇，適者生存”，曾經(jīng)繁盛的遠古森林都去了哪里?它們或化作迸發(fā)生命之光的黑色黃金點亮我們的生活；或成為藏匿億年光陰的時間使者對地球故事娓娓道來；更有不屈的生命強者成為遠古遺珠，是講述植物演化的活化石。它們歷經(jīng)歲月輪回，古樸而神秘，都是地球歷史永不褪色的遠古記憶。

作者： 沈博偉 陳 斌 尹 力 胡志濤 宋 云

編輯： 張佳楠

排版： 張佳楠

審核： 刁淑娟

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