（本文發表于2025年第3期）

第一作者簡介徐燕，中國科普作家協會會員、中國自然資源作家協會會員、中國地質作家協會會員，主要研究古生物學、巖石學等，擅長科普寫作，作品曾獲評生態環境優秀科普作品，獲 2024 年地球科學科普作品大賽三等獎，等等。

你能想象根據一塊小小的石頭，就能推斷出一萬年前地球自轉和公轉的速度與現在不同嗎?你能想象如果沒有它的出現，地球仍將是一片荒蕪嗎?你能想象它有種屬，卻不是生物嗎?

讓我們帶領你，走進疊層石的世界，去感受生命的神奇與永恒之美。

01

地球生命演化的見證者

疊層石，是一種以藍細菌為主的微生物固定在基底上、在周期性繁殖的過程中，黏附和沉淀礦物質顆粒，層層堆疊而形成的紋層狀沉積物。由于疊層石的形成與微生物的生命活動密切相關，所以疊層石也被稱為生物沉積構造，屬于有紋層狀結構的一種微生物巖，是地球上最古老的“準化石”。

疊層石對地球早期生命演化發展具有十分重要的作用，這不能不提到藍細菌。藍細菌，舊稱藍藻或藍綠藻，它是一種原核單細胞生物，能夠通過光合作用吸收二氧化碳轉換為能量，并釋放氧氣。氧氣使地球適宜孕育更多的高等生命，為生命史的下一章，也是更復雜的一章鋪平了道路。

地球誕生于約46億年前。在最初，地球的大氣層非常稀薄，空氣中幾乎沒有多少氧氣，而且還充滿著各種有害的氣體。光線昏暗，地球的旋轉速度非常快。

在距今約30億年前的淺海里，開始出現一種低等的藻類生物——藍細菌，它們不斷分泌物質，捕獲水中的細小沙粒，并與其逐漸膠合在一起，如藤蔓般糾纏。因為周圍沒有強大的海浪或海流，這些藍細菌就世世代代在同一地方一層疊一層地向上生長，形成層疊生長的花紋，故名疊層石。

藍細菌依靠光合作用維持生命并不斷生長，將二氧化碳轉化為能量并釋放氧氣。隨著藻類植物的繁殖和蔓延，吸引來更多的捕食者，這些生物連同藍細菌生產的有機物一起，“搭建”成各種形態的疊層石。大量的氧氣不斷破水而出，進入大氣中。此后，在藻類植物和其他低等植物的共同作用下，大氣中的氧含量才逐漸接近21%。可以說，藻類植物獨特的生長方式和代謝特性，為疊層石的形成提供了必要的條件，疊層石產生的氧又為此后的生物進化掃清了大氣無氧的障礙，地球逐漸演化成宜居的生命搖籃。

在約5.4億年前，地球開啟了寒武紀物種大爆發的新篇章，疊層石的豐富度和多樣性在不斷減少，三葉蟲、軟體動物、節肢動物等門類龐雜、數量繁多的生物在這一時期出現。此后，地球以多細胞動植物為主，地球慢慢變成了一個生機勃勃、萬物競發的星球。

02

不是生物卻有生物學名的奇特石頭

在漫長的地質歷史中，疊層石的生長受到光照條件、水動力條件、氧化還原條件、鹽度、營養質和溫度等各種非生物因素影響，形成了豐富多彩的形態。它們有時候看上去像巨大的花椰菜，有時候又像毛茸茸的地墊，有時候呈水平層狀、球狀、瘤狀或圓柱狀，有的長得像一堵墻，有的可以長出像樹枝一樣的分叉。最小的只有一個綠豆那么大，最大的則可以長到數米高。

> 擬錐疊層石

疊層石雖然不是生物，但是每一種疊層石都有一個符合生物雙名法的學名。1890年，美國地質學家馬修首次使用生物學的雙名法，命名了一個北美地區元古宙的分叉疊層石。從此以后，疊層石變得像其他化石一樣，可以用來確定地質年代，也可以用來推測古生態環境。

在地質學界，疊層石被用來劃分、對比某一地區的地層、地理、生物、環境的演變，以及生物滅絕規律等，被海內外地質學家推崇為世界同一地質時期的“標準層型剖面”、世界罕見的“地質瑰寶”“大地的史書”。

> 米亞爾疊層石

> 米亞爾疊層石

首先，研究不同時代疊層石的紋理，可以計算出億萬年前地球自轉與公轉的周期。研究表明，由于疊層石生長在陽光可透射到的淺水區，有白天生長、晚上停止的生長紋理，由此可判別其生長的“日”理；紋理每月大潮時生長慢，低潮時生長快，又可區分出“月”理；每年夏季光照充足而生長快，冬季光照弱而生長慢，又可分辨出“年”理。20多億年前地球平均每年有460多天，也就是說，當時地球自轉的速度比現在要快得多。

其次，疊層石記錄了遠古時代最古老生命的存在形式，由于疊層石通常由暗層和亮層兩種層理交替組成，暗層是藻類死亡后的尸體和分泌物，亮層是其他沉積物質。這些明暗相間的紋理不僅是藍細菌生長見證，也是晝夜和季節變化重要信息，地質學家可以據此恢復當時古地理和古環境。

再次，疊層石形態上的差異，可以折射出當時沉積環境的千差萬別與微生物活動的紛繁復雜。同時，疊層石每一種色彩都承載著沉積過程中化學條件與物理條件變化的印記。

更為重要的是，疊層石中蘊藏著豐富的藻類生物化石。通過深入剖析這些化石，能夠洞悉古生物種類、形態及其生活方式，從而揭開古生物世界的神秘面紗。同時，這些化石還為我們解讀環境變遷與生物演化提供了寶貴線索。因此，疊層石是探索地球古老生命的一把關鍵鑰匙。

03

疊層石寶庫的生長環境

在全球范圍內，幾乎所有元古宙碳酸鹽巖沉積中都發現了豐富多樣的疊層石，最古老的疊層石距今約35.2億年。在目前自然界中，我們仍能找到疊層石身影。據不完全統計，全世界迄今為止已經描述的疊層石大約有330個屬，將近1500個種。

> 薊縣疊層石

天津薊縣國家地質公園是我國最著名的疊層石產地，那里的疊層石非常壯觀，甚至整座山都是疊層石，先后發現了距今14億~ 8億年的微生物群化石，距今10億至8億年的藻類化石，號稱為疊層石寶庫。在國內外博物館、地質院校里看到的疊層石標本，多來自天津薊縣。據中國地質調查局天津地質礦產研究所的研究數據顯示，薊縣剖面地層中發現的微生物群至少有16個屬、28個種。李四光曾說：“在歐亞大陸同時代的地層中，薊縣剖面之佳，恐無出其右者”。

> 薊縣疊層石（張凡 / 攝）

對薊縣疊層石的研究告訴我們，十多億年前的薊縣是一片古老的海洋。從14億年前開始，薊縣紀氣候炎熱濕潤，地殼仍然緩慢下降，有利于碳酸鹽巖的大量沉積和菌藻類生物的生長。巖石組合以各種類型的碳酸鹽巖為主，古地理處于濱海潟湖相、潮間帶和淺海陸棚，從而形成了大量藻類化石和疊層石等生物地質遺跡。

隨著生物種類和數量增加，地球環境也在不斷發生變化，疊層石生存受到挑戰，現代疊層石再也不復當年盛況，而是默默“隱居”在一些偏遠之地。讓我們走近疊層石的世界，更好地了解自己，也對生命、對大自然多一分敬畏。

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作者： 徐 燕 李富強

編輯： 張佳楠

排版： 劉欣潼

審核： 常 艷

官網： https://kpwhbjb.cgl.org.cn