遠古的“森林”去了哪里

第一作者簡介

沈博偉，高級工程師，四川省自然資源廳地質環境類專家庫成員，成都市科普專家庫成員，成都天府新區直管區“天府英才計劃” 優秀人才， 中國礦業權評估師，四川省第三次全國土壤普查質量檢查員，“陳斌科普+創新工作室”地質科普講師。長期從事地質公園（地質遺跡）等環境地質、生態環境保護與建設領域的調查研究工作。

提及數億年前的遠古時代，我們腦海中最先閃現的大多是電影《侏羅紀世界》和《冰河世紀》，里面展現了曾統治地球長達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，從簡單到復雜，種類由少到多地進化著、發展著。地球上曾經溫暖濕潤的適宜氣候，不單造就了動物發展的繁榮昌盛，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，地質變遷。伴隨著生存環境的不斷變化，地球生物也重復著從繁盛到消亡再到繁盛的不斷循環。透過博物館內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，處于隔絕氧氣的環境下，經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境的地質作用下，變成了不同形態的物質：有的形成了精美的化石；有的在高溫、高壓、缺氧的地質環境下變成煤炭、石墨；有些在高壓、低溫、缺氧的條件下變為硅化木；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，經受生物化學作用，然后被地層覆蓋并經物理作用與化學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的過程，即成巖作用和變質作用。

泥炭化作用階段：植物死亡后被水淹沒，在缺氧環境里的植物體不會很快地分解、腐爛。隨著倒木數量的不斷增加，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），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，在沉重壓力和地熱作用下，發生壓緊、失水、膠體老化、固結等一系列變化， 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，褐煤中的物理化學作用速度加快，內部分子結構、物理性質和化學性質發生進一步變化，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石炭紀—二疊紀，華南地區二疊紀、晚三疊紀世，西北地區早—中侏羅世，東北地區晚侏羅世—早白堊世，以及東北地區、西南地區及沿海地區的古近紀。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——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或地殼運動等地質作用而被埋入地下，由于處于缺水的干旱環境或與空氣隔絕，木質不易腐爛，在漫長的地質作用過程中被含硅鈣物質交換替代而形成的樹木化石，它保留了樹木的木質結構和紋理。

> 蛋白石硅化木

> 玉髓硅化木

> 普通硅化木

根據二氧化硅的結晶情況和程度，硅化木可分為三種：若木質被交代成膠質二氧化硅即蛋白石，稱為蛋白石硅化木；若被交代成隱晶質石英（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纖維的過程，即同時發生溶解作用和沉積作用，從而使一種物質取代另一種物質的“交代作用”。

數億年前的樹木在自然力量下被大量埋入地層，在高壓、低溫、缺氧環境下，樹干周圍的化學物質如二氧化硅、硫化鐵、碳酸鈣等在地下水作用下進入到樹木內部，發生物質交換替代現象，替換了原來的木質成分碳元素。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構，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，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所取代，只保留下樹木的原始形態及構造特點。之后，經過壓實、固結、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、浙江等古構造運動頻繁區域，代表性產地主要是新疆奇臺縣、浙江新昌縣、遼寧北票市、內蒙古赤峰市、北京延慶區、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載體。其保留的樹木年輪、細胞結構及共生化石，為研究古氣候、生態鏈及地質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，既是科學探索的載體，也是藝術與財富的象征，未來價值潛力持續看漲。

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。

> 硅化木內部顯微結構——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形態在地質歷史中保留下來，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、高壓狀態下，受厭氧細菌等微生物的作用，經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雜的地質和化學過程，涉及特定的環境條件、時間跨度及生物化學變化。

>烏木

數萬年前，樹木因自然災害（如洪水、地震、泥石流或火山噴發）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，并在此過程產生有機酸（如腐殖酸）和甲烷等副產物。在高壓（來自上層沉積物的重量）和溫度（地熱或深層埋藏）的共同作用下，木材中氫、氧元素逐漸流失，碳元素相對富集，形成穩定的碳結構，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（如鐵、錳、硫化物）逐漸滲入木材孔隙，與殘留有機物結合，形成致密結構。隨著時間推移（通常數千年至上萬年），上層沉積物不斷增厚，對埋藏的樹木施加巨大壓力，使其木質纖維被壓縮、脫水，結構變得更加堅硬致密。盡管有機成分部分分解，但樹木的年輪、細胞結構甚至樹皮可能因快速掩埋和碳化得以保留。通過這一過程，普通樹木最終轉變為質地堅硬、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，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資源，但它本質堅硬，有獨特的紋理和香氣，經后期加工雕琢，頗受市場歡迎，具有很高的收藏價值。

烏木的核心產地集中在熱帶地區，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、氣候惡化等自然災害的影響下，遠古植物不斷優勝劣汰：或死亡，成為講述植物演化的真化石，如硅化木，沉穩內斂、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、古環境變遷、古生物學、物種形成、植物地理學等內容的重要證據。

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、植物與動物的協同進化、植物區系、古地理和古氣候的變遷等具有重要的意義。全世界現存蘇鐵類植物有3科11屬約280種，星散分布于熱帶與亞熱帶地區。

>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。

> 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滅絕，只有中國自然條件優越，銀杏才奇跡般地保存下來。野生狀態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、浙江西部山區。

>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。它不僅是經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性，生長迅速，是優良的綠化樹種，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生生不息。

>水杉

“物競天擇，適者生存”，曾經繁盛的遠古森林都去了哪里?它們或化作迸發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

官網： https://kpwhbjb.cgl.org.cn