奇特化石的形成，究竟是谁的手笔？

公元79年8月24日 , 

意大利的维苏威火山 

(Mount Vesuvius) 

突然猛烈喷发！

维苏威火山

当时拥有2万多人的

古罗马繁荣小城

一庞贝 (Pompeii)

被完全吞没。

维苏威火山喷发

直到18世纪中叶，

考古学家将庞贝古城

从数米厚的火山灰中发掘出来后，

神奇的发现：

古老建筑和姿态各异的尸体

几乎保持着那次

灾难降临时的最后状态！

庞贝古城遗址（图源@Morn the Gorn）

这样的事件，

在过去地球的历史上

频繁发生着，

并分布于世界各地。

火山喷发凝固了历史，

为人类留下了许多历史的瑰宝，

而其中最珍贵的宝藏之一就是

——化石！

Ashfall化石床（图源@NEBRASKA GAME PARKS）

热河生物群中华龙鸟化石（图源@Custom_Cab）

热河生物群狼鳍鱼化石（图源@James St. John）

犀牛状化石（图源@David B. Williams）

第

1

章

约1.4亿-2亿年前，

一个名为“热河生物群”的

古老生物群活动在东亚地区。

热河生物群（图源@John Sibbick / SCIENCE PHOTO LIBRARY）

该生物群曾以狼鳍鱼、

东方叶肢介等为代表，

我国的辽西义县、北票、

凌源等地区均为

该生物群的主要产地。

东方叶肢介化石

热河生物群化石包括了

丰富的双壳类、腹足类、

介叶肢介、昆虫、鱼类、

两栖类、爬行类、鸟类、

早期哺乳类等化石 。

热河生物群化石（图源@文献[3] ）

以我国辽宁省的

热河生物群化石为例，

大多数化石保存完好，

构成了特异保存化石库

（特异保存库中化石保存特别好，

一般生物的微细构造和

软组织都能保存）。

辽宁省狼鳍鱼化石（图源@Dwergenpaartje）

其中，各类昆虫化石

保存完整 ，软组织

印痕清晰可见；

鱼化石的椎骨连接完整；

龟类、满洲鳄化石四肢伸展 ，

多呈对称状，

同样以几乎完整的个体保存 。

辽宁省义县组满洲鳄化石（图源@Laikayiu ）

而中华龙鸟、尾羽鸟、

奔龙类等具羽毛的恐龙，

以及以孔子鸟为代表的

鸟类化石不但保存了

骨骼等硬体部分，

还保存了羽毛、

“羽毛”状皮肤衍生物、

皮肤印痕等 。

中华龙鸟化石（图源@文献[9]）

那么，这些精美的化石

究竟是怎样的形成的呢？

在自然界中，气候的变化、

食物的供应、温度等都可能

导致生物的非正常死亡，

火山喷发、冰川变化及

星球撞击等灾难性事件

更可能导致整个物种的灭绝。

而辽宁省的热河生物群化石

所表现出的埋藏特征，

证明了该生物群属于

非正常死亡。

正常死亡的生物 ，

化石群落中生命力脆弱的

幼年个体和老年个体居多 ，

且零星分布。 

但辽西热河生物群的化石

往往大量出现于同一层面，

且未成年个体数量

要多于成年老年个体。

东方叶肢介化石（图源@收藏于深圳古生物博物馆）

正常死亡的生物往往体态安详 ，

而热河生物群中的化石 ，

特别是一些脊椎动物化石，

呈现出其死亡前的痛苦状态，

如缺氧、中毒挣扎等。

热河生物群的孔子鸟化石（图源@Ninjatacoshell）

在中生代时期，

辽西地区为中国东部环太平洋

沿海火山活动带的一部分。

伴随着频繁的火山喷发

形成了一套火山

——沉积岩系的义县组地层。 

环太平洋火山活动带（图源@Gringer）

义县组大量

热河生物化石群沉积层中

含有多层沉凝灰岩夹层，

脊椎动物化石层上

也有一层凝灰岩层。

可以推测，火山喷发是造成

这些生物集中死亡的直接原因。

凝灰岩

火山喷发出的大量火山气体、

火山灰及气溶胶 ，

导致气候和环境发生急剧变化 ，

进而造成陆生生物大量死亡。

而火山气体和火山灰落于水中后 ，

促使水体成分发生了变化，

改变了水体的酸碱度、

浑浊度及温度等 。

一些水生生物（如叶肢介）

对环境的剧变缺少适应能力，

从而造成了这些生物的大量死亡。

第

2

章

同样的埋藏事件

在地球的其他地方，

其他时间里也不断发生着。

大约1200万年前的某天，

成群的动物如早期的犀牛、鸟类等，

在北美的中心地带

如往常一样生活着。

然而一个突然事件的发生，

使它们的命运开始发生改变！

铺天盖地的火山灰充满了空气，

覆盖了大量的植物。

这些细小的火山灰不仅使

大量动物失去了赖以生存的食物，

还使它们因为吸入火山碎屑物

导致肺部受损而大量死亡。

（图源@Adrienne Stroup/ courtesy of the University of Nebraska State Museum）

而这个曾经发生过

如此巨大灾难的地方，

如今被称为Ashfall化石床

（Ashfall Fossil Beds ），

位于美国内布拉斯加州。

Ashfall化石床国家历史公园（图源@NEBRASKA GAME PARKS）

是什么导致了这场灾难的产生？

这些火山灰又是从何而来？

科学家经研究认为，

答案就在北美大陆

最具潜在危险的特征之一中

——黄石火山。

黄石国家公园（图源@u/longheaded）

黄石火山目前位于

美国怀俄明州黄石国家公园内，

是当今世界上最大的

并仍处于活跃状态的超级火山。

黄石公园的四个相互重叠的火山口（图源@US NPS）

超级火山的喷发规模及影响

要远大于普通火山。

例如，黄石火山在210万年前的

一次喷发规模约是1980年

圣海伦斯火山喷发的6000倍。

1980年圣海伦斯火山喷发（图源@USGS / Robert Krimmel）

火山的“移动”是由地幔柱造成的。

板块构造作用将北美板块

缓慢地推过黄石火山地幔柱，

在地幔柱所经地形成了一连串火山链。

地质学家把这些地幔柱

形成的火山称为热点火山。

热点火山的形成

如今，黄石火山沉睡在

怀俄明州的地下，

但在1200万年前，

黄石火山地幔柱位于爱达荷州。

而每隔几十万年，

这个超级火山就会爆发，

产生大量的熔岩和火山灰。

爱达荷州（图源@World Easy Guides）

对于地质学家和古生物学家来说，

黄石火山地幔柱之所以特别，

不仅是因为其庞大的喷发规模，

还因为这些喷发对于

化石的保存起到了重要的作用。

那么火山喷发是如何保存化石的呢？

现今Ashfall化石床周围的山坡（图源@Mawhamba）

约1200万年前，

位于爱达荷州的黄石火山地幔柱喷发。

其中到达内布拉斯加州的火山灰，

杀死并埋藏了当地的动物。

随着时间的流逝，形成了

唯一完全由下落的火山灰构成的

化石地层——Ashfall化石床。

Ashfall化石床（图源@University of Nebraska, Lincoln）

这一埋藏事件的初始时期，

火山灰开始降落，

肺部较小的小型动物很快死亡。

从而形成了Ashfall化石床

最底部的一层小型动物化石，

如乌龟和鸟类等。

Ashfall化石床分层（图源@ Patricia Vollmer）

在它们的尸体之上，

随后死亡的是一层中型动物，

包括马和骆驼等。

而这些动物的骨骼显示出

骨质增生的迹象，

这是由于长期吸入火山灰造成的。

马类化石（图源@paleeoguy）

在这一切之上，

是一层超过100个个体的犀牛物种，

被称为“Teleoceras”。

它们的遗体也表现出

大量吸入火山灰的症状。

Teleoceras化石（图源@Ammodramus）

Ashfall化石床保存了

极多完整的犀牛骨架，

科学家甚至能从中分辨出性别。

这些犀牛的骨骼是一起被发现的，

且大部分都没有被压碎，

因此可以推断，

它们作为一个群体，

似乎是在同一时间内死亡的。

Ashfall化石床（图源@ Jim West）

除去火山灰外，

熔岩在某些特定情况下

也能够保存令人惊奇的化石。

熔岩流（图源@BUDKOV DENIS）

约1400万年前，

来自黄石火山的熔岩流经了

现今的美国华盛顿州。

由于受到当地河流及湖泊水的冷却，

形成了一个十分特别的化石。

Diceratherium复原图（图源@Robert Bruce Horsfall）

熔岩入湖后，

覆盖了一头已死亡的，

可能已经漂浮在水面上的，

名为“Diceratherium”的犀牛。

化石形成素描图（图源@Courtesy Burke Museum）

熔岩冷却的速度极快，

以至于这只犀牛以

倒挂漂浮着的姿势

被包裹在冷却的岩石中。

随着时间流逝，

岩石中的组织逐渐腐烂，

一个倒挂的，独一无二的

犀牛状化石存留到了今天。

犀牛状化石（图源@coolislandsong24）

第

3

章

如此神秘而奇妙！

这些尘封在

火山记忆中的生物

究竟是什么样，

让我们从化石一起来看看！

热河生物群狼鳍鱼化石（图源@Dwergenpaartje）

热河生物群孔子鸟化石（图源@文献[6]）

Ashfall化石床大中型动物化石（图源@Bonfire Photography）

热河生物群中华龙鸟化石及其复原（图源@文献[9]）

参考资料：

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USGS、University of Nebraska、YouTube、PBS、Unsplash、维基百科、搜狐、百度百科等