审稿专家：马志飞
地质科普作家，高级工程师
门头沟区地处北京西山，这里有幽深绵长的峡谷，蜿蜒曲折的河流，怪石嶙峋的地下溶洞，绿波浩荡的高山草甸，还有来自远古世界的神秘使者——古生物化石。
在地球上生命演化的几十亿年中，无数生物来来往往，在漫长的时光中经历巅峰与终结。而化石让我们得以窥见地球亿年前的生命原野。当你一锤锤地敲开一块化石，便开启了一段尘封的往事。周末假期，化身“野外探险家”，去探索史前生命的奥秘吧！
怎么找化石？
我们此行的目的地是门头沟区军庄镇灰峪村，这里有一座“化石山”。野外的岩石那么多，怎么确定哪些岩石里有化石呢？
首先，让我们来认识一下岩石。地球上的岩石类型分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类，但只有在沉积岩中才可能找到化石。沉积岩的形成要经过漫长的过程，大量碎屑物堆积在凹陷或盆地中，经过长期的压实作用，固结成岩而形成坚硬的岩石。
在野外怎么识别沉积岩呢？最简单的方法是看岩石是否“一层一层”的，因为沉积岩在形成时是一层一层往上叠加的，就像做千层饼一样，因此，沉积岩具有典型的层理构造，岩石的年龄“下老上新”。如果岩石形成时沉积环境较稳定，后期也没有受到挤压破坏，那么岩层一般呈水平状，我们能清晰地看到岩石的纹层。
常见的沉积岩类型有砾岩、砂岩、粉砂岩、页岩、石灰岩等，门头沟的化石就主要“藏”在砂岩、粉砂岩和页岩中，形成于距今约2～3亿年的石炭—二叠纪。页岩具有薄页状或薄片状的层理，颜色一般为灰黑色，硬度较低；砂岩按碎屑粒径从大到小又分为粗砂岩、中砂岩、细砂岩等；粉砂岩的碎屑粒径很小，主要在0.0625-0.0039mm之间，一般而言，沉积物越细腻，越有利于化石的保存。
化石的形成
当地质历史时期生物的遗体、生命活动的遗迹、生物成因残留的有机分子等被保存在岩层中，就有了化石。化石记录了远古生物的信息，是我们回溯过去的“时光机”。从栩栩如生的化石中，我们看到了恐龙的足迹，鸟类的羽毛，鱼类的牙齿，树叶的叶脉，为何经历了几百万年，甚至上亿年的时间，它们依然保存得较好呢？
我们知道，动植物死亡后，如果和空气接触，软体组织会很快被微生物分解；而骨骼、牙齿、木质纤维等硬体部分更容易被保存，但如果经历长时间的风化、侵蚀作用，硬体部分也会逐渐消失。
那么，化石的形成需要哪些条件呢？
生物死后，必须要被迅速地掩埋，且后期不会被冲刷而露出地表。如果生物遗体落入了河湖、沼泽中，被周围的沉积物覆盖而掩埋在水底，瞬间隔绝了空气，那么形成化石的机率就增加了。前面提到，沉积物被不断压实而固结成岩，当压力作用过大，生物遗体的形态会发生变形，因此，在压实作用和重结晶作用较小的情况下，生物遗体才可能形成完好的化石。
化石形成过程 来源｜NDstudies.gov
化石的形成过程必须有石化作用的参与。石化作用是指古生物的遗体、遗物和遗迹通过物理和化学作用，使其变得坚硬如石的过程。今天介绍主要的三种石化作用：
1. 矿质充填作用。生物体的某些硬质部分如骨骼较疏松多孔，孔隙被矿物质所填充，使得硬体变致密坚实、变重而形成骨骼化。
2. 置换作用。岩石中的矿物质渗入生物遗体中，并和生物体的组成物质发生交换，经过漫长的岁月，生物体的成分被矿物质取代形成了化石，而内部的结构保持不变。典型的例子是硅化木，树木中的碳元素被硅、钙等元素取代，而树干的形态还保持原样，甚至年轮也清晰可见。
3. 碳化作用。岩石在形成过程中，温度和压力会增大，使得生物体被分解、升馏，易挥发的氮、氢、氧元素逃逸，只有较稳定的碳质薄膜保留下来成为化石。
几经沧桑巨变，动物的骨骼、植物的叶片等和岩石融为一体，变成了坚硬的化石。后期，在地壳运动的影响下，含有化石的地层被抬升至地表，遭受外力作用的侵蚀，从而暴露出来，就被我们发现了。
挖化石的技巧
终于到了让人期待的动手环节，怎么才能完美地敲出一块化石呢？“工欲善其事必先利其器”，首先你需要一套装备——地质锤、劈刀、毛刷、手套。找到地层剖面后，从上至下揭取岩层，我们需要的是页岩岩层。取出岩石后观察，先看横截面上是否有化石，如果有，要尽量避免破坏它；纵剖面上，岩石是分层的，上面分布着一些裂缝或缝隙，即为层理，沿着层理，岩石最容易被敲开，含有化石的可能性也较大。然后将岩石放到地面上，最好将其固定，将劈刀的尖端卡在层理处，再用地质锤敲击劈刀另一端，这样石板就被劈开了。
一块石板往往可以被分开为好几层，每劈开一层，要注意观察出露面上是否有化石，有时候一块石板里会有多个化石。化石出露后，可用毛刷轻轻扫去尘土，再放到收纳盒中保存，后期还可以学习化石的修复。大家要记得，千万不要胡乱地敲，不仅费力气还会破坏化石的完整性。
认识这些典型的化石
灰峪村的地层含有大量陆生植物化石，如鳞木、脉羊齿、楔羊齿、轮叶、科达木等。最后，让我们来认识一下这些神奇的化石吧。
• 鳞木：为石松纲鳞木目的一属，具有鳞片状树皮，树干表面有菱形的叶座，叶痕（即叶着生于茎的部分）为横菱形、斜方形等，而且大小较均匀。
• 羊齿类植物：属真蕨纲和种子蕨纲大羽羊齿目，枝叶如羽毛状排列，其叶形为蕨形叶。根据蕨叶形态类型的差异，又分为栉羊齿、楔羊齿、扇羊齿、脉羊齿等。
• 轮叶：为楔叶纲木贼目轮叶属植物，是芦木的叶化石。枝叶两侧对称，叶轮生，叶片呈放射状排列于末级枝或末二级枝的节部。灰峪村常见东方轮叶，每轮叶片为16～20枚左右，叶长短较均匀。
轮叶 Annularia 来源丨《北京地区首次发现石炭纪石松化石》，尹继才、吕林素
• 芦木：为楔叶纲木贼目芦木属植物，植物体为高10～30m的乔木，树干具有明显的分节，节间布满了纵向的、相互平行的纹路，枝叶轮状生长，地下茎横卧生长。
• 科达：为科达纲科达属植物，在石炭、二叠纪最为繁盛，多为细高的乔木，一般高15～30m，其叶片巨大，单叶最长可达1m，宽近20cm，表面具有多条平行叶脉。
今天的“寻宝探险之旅”就接近尾声啦，希望你有机会亲自开采约3亿年前的化石，去解锁远古世界的生命密码，收藏一块化石，就是收藏一段难忘的穿越时光。
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