树木化石揭示数亿年地质变迁

基夫豪泽化石树干的地层学与古环境。（A），萨勒盆地岩层学。（b），基夫豪泽地区西比格罗德组剖面。（C），研究区在赤道欧美洲的古热带位置。（D），河流干旱环境中红色层的形成（环境重建：Frederik Spindler）。来源：《科学报告》

（化石网cnfossil.com）据参考消息网（编译/田策）：阿根廷布宜诺斯艾利斯经济新闻网7月26日报道，欧洲地质历史记录的研究获得了一种意想不到的工具：树木化石。由德国明斯特大学地质学家斯特芬·特林佩尔领导的一项国际研究表明，这些化石能够精确地记录数亿年间沉积盆地的演化和构造变迁。这项发表在英国《科学报告》上的研究聚焦于在德国中部屈夫霍伊泽山发现的硅化树干。

该研究强调，树木化石不仅保存了解剖学细节，还能作为天然档案库，记录一个地区的地质历史和重大构造事件。特林佩尔的团队在屈夫霍伊泽山的化石中识别出五个矿化阶段，这不仅扩展了此前对这些过程时间范围的认知，还使得人们能够重建萨勒河盆地的演化过程。该盆地是中欧盆地系统中最古老、面积最大的盆地之一。

屈夫霍伊泽山的树干化石长达20米，埋藏在古代河流的红色沉积物中。这些树干源自远古盘古大陆的热带干旱森林，大约3亿年前被洪水淹没而得以保存下来。

硅化是一种化石化过程，在这个过程中，树木或其他有机遗骸通过含硅矿物(如石英)的渗入并取代其原始成分而得以保存。在此过程中，富含二氧化硅的水渗入有机物的组织，随着时间的推移，二氧化硅沉淀并形成原始结构的矿化复制品。这种机制可以保存树木解剖结构的微观细节，并确保其得以保存亿万年。

通过对这些树木化石的研究，研究人员记录了硅化作用的五个连续阶段，每个阶段都与不同的温度、压力及矿化流体的化学成分相关。详细分析表明，这些树干化石记录了从晚石炭世开始约3亿年间的地质事件。

这包括了从树木被沉积物掩埋之时起，历经地壳的各类变化和运动，直至岩石最终重新接近地表的整个过程。

这些树木化石中的每一代石英都蕴含着沉积盆地所经历的环境和过程的线索。例如，研究人员发现，一些树干曾被埋藏在地下3至5.5公里深处，并曾暴露在240摄氏度的高温下。在得出这些结论之前，他们分析了困在石英内部的微小液泡，这些液泡保留了该矿物形成时环境条件的痕迹。

树木化石使科学家能够研究一个地区的地质变迁历史，例如地壳运动、温度和深度随时间的变化，以及在地下循环的各种流体。通过分析树木化石中不同的矿化阶段，可以重建其埋藏环境的演变过程，并了解亿万年来影响该沉积盆地的各种地质过程。

这项研究结合了传统技术和新兴技术，重建了树木硅化的时间和过程。十多年来，该研究团队从屈夫霍伊泽山地区选取了能代表树木不同矿化程度的化石和岩石样本。

他们使用特殊显微镜等工具观察不同类型石英的形成过程，并分析矿物中封存的微小液泡，以确定树木化石化过程中的温度和水体类型。他们还测量了氧和硅的同位素组成，这有助于确定流体的来源，并运用定年方法计算了每个矿化阶段的地质年龄。

所有这些技术结合起来，使研究人员能够逐步重建树木化石及其埋藏盆地的演变过程。该研究的作者解释说，树木细胞的细节信息只有在早期几个阶段才能得以保存，当时转化过程发生在接近地表且温度较低的情况下。在随后的几个阶段，树木被埋藏得更深且温度升高，虽然部分原始细节丢失，但能获得关于该地区地质运动和温度变化历史的信息。

特林佩尔及其团队的研究为利用树木化石作为工具来重建世界各地沉积盆地的演化开辟了可能性。研究结果表明，只要埋藏期间的气候和沉积条件有利于硅化作用，即使是体积较小的化石也能保存整个地区的地质历史。

该研究的作者指出，树木化石在盆地分析中的应用价值更多地取决于埋藏时的环境条件，而非构造背景。德国以外其他地区的案例，如巴西和中国的类似化石，都印证了这样一种观点：只要这些结构呈现出多阶段的硅化过程，它们就能作为天然档案库发挥作用。