疊層石 - 華人百科

疊層石(stromatolite)是前寒武紀未變質的碳酸鹽沉積中最常見的一種"準化石"，是原核生物所建造的有機沉積結構。

由于藍藻等低等微生物的生命活動所引起的周期性礦物 ... 疊層石疊層石(stromatolite)是前寒武紀未變質的碳酸鹽沉積中最常見的一種"準化石"，是原核生物所建造的有機沉積結構。

由于藍藻等低等微生物的生命活動所引起的周期性礦物沉淀、沉積物的捕獲和膠結作用，從而形成了疊層狀的生物沉積構造。

因縱剖面呈向上凸起的弧形或錐形疊層狀，如扣放的一疊碗，故名。

疊層石的基本構造單位叫基本層，一般為弧形或錐形。

基本層構成集合體，呈柱狀、錐狀、棒棰狀等形態，有的呈牆狀。

中元古代(20億年前到7億年前)是地史上疊層石最繁盛的時期，其分布廣泛、形態多樣。

後生動物出現(7億年前)以後疊層石驟然衰落。

古生代寒武紀至泥盆紀疊層石數量和分布範圍有限，但仍不難見到。

泥盆紀以後疊層石隻是殘存了。

現代海相疊層石隻分布在澳大利亞、中美洲、中東等地的少數地區的特殊環境中。

通常疊層石產出于灰岩和白雲岩中，有些疊層石發育在燧石、磷酸鹽岩(膠磷礦)中，由磁鐵礦和赤鐵礦構成的疊層石以及錳疊層石也頗為常見。

中文名稱疊層石基本層基本構造單位類    型層紋狀，頭狀，球狀命名採用雙名法概述疊層石的基本構造單位叫基本層，一般為弧形或錐形。

基本層構成集合體，呈柱狀、錐狀、棒棰狀等形態，有的呈牆狀。

疊層石中元古代(20億年前到7億年前)是地史上疊層石最繁盛的時期，其分布廣泛、形態多樣。

後生動物出現(7億年前)以後疊層石驟然衰落。

古生代寒武紀至泥盆紀疊層石數量和分布範圍有限，但仍不難見到。

泥盆紀以後疊層石隻是殘存了。

現代海相疊層石隻分布在澳大利亞、中美洲、中東等地的少數地區的特殊環境中。

通常疊層石產出于灰岩和白雲岩中，有些疊層石發育在燧石、磷酸鹽岩(膠磷礦)中，由磁鐵礦和赤鐵礦構成的疊層石以及錳疊層石也頗為常見。

形態基本層基本層又叫生長層，是構成疊層石體的基本單元。

它通常由暗層及亮層兩部分組成，藻類生活狀況及自然條件的周期變化形成疊層石的原生亮暗層理。

疊層石的基本層形態有兩種主要類型:①拱形基本層;②錐形基本層。

柱體柱體形態主要受基本層形態的控製，同時受環境影響。

根據柱體自上而下直徑的變化，柱體形態可以分為兩種基本類型。

一是圓柱狀或次圓柱狀柱體，柱體直徑自下而上無顯著變化。

二是杯狀或莖塊狀柱體，柱體一般較短，基部很窄，向上很快不斷地增寬。

疊層石形成方式研究疊層石的成因必須從研究現代疊層石入手。

它們主要是層紋狀疊層石，頭狀的柱疊層石，球狀疊層石等。

在溫泉中還可發現藍藻所形成的近乎錐狀疊層石的構造。

現代疊層石主要生長于潮間帶。

生活于水下，但可露出水面。

水體可以是正常海水、亦可以是鹹化或淡化瀉湖。

生長條件①藍藻藻叢的生長發育;疊層石②有一定數量的細小沉積顆粒供藍藻的膠鞘粘附;③水底的底流不太強烈，水底物質的位置相對穩定;④疊層石成長速度大于它的剝蝕速度;⑤疊層石在生長過程中應迅速得到固結，否則就會垮塌，不能具備形態學特征。

古代疊層石主要儲存于石灰岩、白雲岩中。

在燧石層、磷塊岩、鐵礦中，甚至砂岩中也可發現疊層石。

命名方式疊層石命名採用雙名法。

在分類級別上可使用獨特的類(type)、亞類(subtype)、超群(supergroup)、群(group)、型(form)五級分類系統。

疊層石TungussiaSemikhatov(通古斯疊層石)柱體呈塊莖狀或不規則假圓柱狀，母柱體粗大，從母柱體上長出眾多的子柱體(可以是5-10個子柱體)。

子柱體可以是斜向生長，也可以橫向生長。

有時在橫向或斜向生長的子柱體又長出向上生長的次一級子柱體、形成屈膝狀。

基本層為不規則拱形，可具環檐，局部具體壁。

主要產出時代為13.5億年前至5.7億年前。

地質史世界上最古老的疊層石發現于非洲南部的布拉瓦約白雲岩(BulawayoDolomite)中。

同位素年齡為28億年左右，是層狀-層柱狀的疊層石。

不分叉柱狀疊層石開始出現于25-27億年的地層中，以Conophyton類型為主。

分叉的柱狀疊層石繁盛于20億年前到6.8億年前，以後隨著後生動物的繁榮而急劇衰落。

中奧陶世以後，多為小型分叉疊層石，一般不形成大塊礁體。

分布根據Walter(1983)的統計，已知在澳大利亞、北美和南非三個不同大陸的11個地點發現了太古宙的疊層石，其年齡都在25億年以上。

疊層石現代疊層石主要分布于北美巴哈馬群島和西澳大利亞沙克灣(SharkBay)。

最古老的疊層石發現于踞今約28億年前的南非布拉瓦白雲岩中。

不分叉的疊層石出現在距今25-27億年前，分叉的柱狀疊層石主要繁盛于20億年前到6億年前，隨後逐漸衰落。

現代的疊層石主要分布在北美巴哈馬群島和西澳大利亞沙克灣。

我國最著名的疊層石產地是天津薊縣國家地質公園，那裏疊層石非常壯觀，甚至整座山都是疊層石。

我國北方很多地方都分布有中新元古代的沉積岩，那裏都有可能找到疊層石，如北京的房山區的西部，昌平的南口。

研究為解讀疊層石中豐富的古環境信息，屈原皋等在北京周口店西南的拴馬庄剖面上，選取高程135米，地質年代約10億年前，包含水準狀、波狀、穹隆狀、包菜狀、分枝狀、柱狀、S型等各種形態的疊層石構造，通過實地剖面觀測、樣品顯微鏡觀測等手段，對其岩性、紋層、形態等進行了詳盡的分析。

發現疊層石主體岩性為白雲岩，所含礦物95%以上是白雲石，有少量長石碎屑和石英，在顯微鏡下可以看到明顯的亮暗分層。

研究者通過對S型疊層石樣品的綜合觀察，統計其中300多個紋層的厚度值發現，一個完整的S型疊層石包含紋層至少為470，由此推斷該岩石沉積時，一年至少有470天。

同時，根據這些紋層周期性的厚度變化，發現相鄰兩個厚度峰值間隔36到40個紋層，顯示當時一個月至少有40天。

進行必要的數理統計分析，考慮可能引起誤差的相關因素後確定，當時一年的天數至少為516±20，包括12.9±0.5個月，進而在不考慮地球公轉周期變化的前提下，算出一天的長度為16.99±0.66小時。

最後根據S型疊層石的形態，算出當時的黃赤交角大于現在的23°27'，應為29.2°~30.6°。

疊層石現在科學界普遍認為，由于月球逐漸遠離地球和潮汐作用對能量的消耗，地球自轉和月球繞地公轉的速度，都在不斷減慢，地球的黃赤交角也在不斷減小，此次的研究結果支持這一整體演變趨勢。

雖然這一研究已取得初步結論，但疊層石紋層的厚度周期變化具體的形成機製，還有待進一步的深入研究。

衰落之謎疊層石是藻類繁衍生息形成的生物遺跡岩石。

元古代疊層石生長于潮上帶、潮間帶和潮下帶的濱海地區。

元古代藻類--絲體藻主要生活在平坦的沉積碳酸鹽岩表面之上10mm的範圍內。

從元古代的含藻類的燧石切片看，絲體藻像水蛇或花枝一樣完全自由、舒展地漂浮在海水溶液中，而不是生活在洞穴中。

假如當時疊層石所生活的海洋中有海浪或海流的話，藻類又沒有什麽可抓扶的地方，必然會被海水沖走。

然而疊層石是藻類世世代代在一個固定地方生息形成的，藻類沒有被海水沖走，說明藻類生存在靜水環境之中。

因此說疊層石所生活的海水和海岸是沒有海浪和海流的，即使有也非常微弱，且海浪高度應該不超過10cm。

海浪微弱說明當地的風力也很微弱，不超過1級。

如果海流存在的話，海流會使海水裏鈣鎂離子的濃度達到均一，飽和程度和沉積厚度一致，而元古代地層裏碳酸鹽岩的厚薄相差極大，因此說海流不存在。

疊層石從世界各地疊層石統計資料來看，疊層石隻生成于較純凈的碳酸鹽岩中或燧石中，而不會生成于黏土岩或碎屑岩中，甚至含泥較多的碳酸鹽岩中也沒有疊層石。

也就是說，疊層石隻生存于清潔的海水中，因為有黏土沉積的話，藻類群就會被掩埋掉，這說明黏土沒進入海洋中。

而黏土沒有進入海洋中，需要具備兩個條件:一、不能有河流入海(有河流的話，黏土會被帶入海洋);二、不能有稍大的風。

因此說疊層石存在的地方，必然具備下述4種地理環境特征:1、無風(微風);2、沒有海浪或者是微浪;3、沒有海流;4、沒有河流。

也說是說，疊層石能指示上述4種地理環境特征。

在中上元古代時段，全球七大洲都分布有大量的疊層石，如北非茅利塔尼亞、南非、印度、阿富汗;中國的薊縣、神農架，都存在大量的疊層石，疊層石幾乎無處不在。

因此上述4種地理環境特征，在當時是全球普遍存在的。

疊層石根據疊層石的生存環境特征可知，疊層石是生長于靜水之中的產物，因此不少學者認為，疊層石生長在瀉湖之中。

持瀉湖觀點的認為，在湖的外圍有條壩，將瀉湖和大洋隔開;壩上隻有一個窄小的通道，使潮汐通過，卻能將海流和海浪擋在壩外。

但是，假設疊層石生長于瀉湖中，由于疊層石生長于潮坪地帶，也就是瀉湖裏的海水同大洋一樣潮起潮落。

瀉湖裏的潮差應為1m，那麽瀉湖每天要更換1m深的新鮮水。

元古代的疊層石都生長在較淺的地表海裏，水深在20m以內，那麽瀉湖裏的水20天就要被更換一遍。

由于元古代深海裏沒有燧石沉積和碳酸鹽岩沉積，因此大洋裏的矽酸和碳酸鹽是不飽和的。

如果瀉湖的水被大洋水快速地更換，瀉湖裏的矽酸和碳酸鹽就不能飽和，因此燧石和碳酸鹽在瀉湖裏就不能沉積下來。

這和實際情況是不符的，因此說，認為生長于潮坪地帶的疊層石是生長在瀉湖裏的觀點是錯誤的。

由于元古代，全球各地的疊層石基本上都生長于潮坪地帶(有潮水的地方)，因此，元古代的疊層石都不生長于瀉湖內，是生長于大洋的正常的海濱地帶，是開放的海，而不是封閉的。

根據疊層石的指示特徵，已知疊層石所處海域沒有海浪和海流，元古代的疊層石又都生成于開放海，說明沒有海浪從大洋傳播過來，也沒有海流從大洋流過來。

這種現象的解釋是:整個大洋是滯流的，大洋的水體近乎于靜止，沒有像太平洋赤道海流、黑潮、墨西哥灣流這樣的海流。

由于這些海流是靠赤道信風來推動的，因此推斷赤道信風也沒有。

整個大洋裏沒有海浪，說明大洋裏沒有赤道信風、西風帶這樣的大型風場，也沒有高強度的台風。

因為這3種風，任何一個存在，都會在大洋裏掀起大浪，並傳播到大洋的各個角落。

低緯度地區也是赤道幅合帶覆蓋的地區，是全球降雨量最多的地區，根據疊層石的指示，在元古代，低緯度地區沒有河流。

降雨量多的地區尚且如此幹旱，其他地區年降雨量就更少了。

因此降雨量少是全球普遍存在的，同時證明，赤道幅合帶也不存在。

在海洋裏，洋流和漁場是一對密不可分的孿生兄弟，洋流沉降的地方必然是漁場所在地，而且漁場裏的海洋生物量同洋流沉降的流量成正比關系。

本來海流是在風力的作用下形成的，但在暖流、黑潮或灣流與寒流匯合的地方，由于黑潮像樹枝一樣分出很多支流，流向四面八方，並有寒流迎面"駛"來，此時海流的流向，同風的流向完全不一致，甚至相反，因此說明此時海流的流向，已不受風的控製。

這些都證明海流是在元古代之後形成的。

疊層石黑潮和來自北極的寒流在日本的東北部匯合，形成黑潮水域和寒流水域，中間夾著漩渦狀的混合水域，黑潮彎曲著向東流去。

寒流先潛入混合水域下，然後進入暖流的下層，並同暖流一起向下遊流去。

由于寒流在暖流的下層，形成極大的溫差。

巨大溫差使寒流溫度很快升高，由于寒流的含鹽量低，寒流的密度相對于周圍水體很快變小、變輕，于是上升到海水表面。

寒流水在上升過程中，經過暖流，使暖流溫度降低。

由于暖流海水含鹽量高，于是暖流水密度變大、變重，沉入海底。

由于這裏海洋生物和魚特別多，生物的擾動又加速了海水的混合。

混合水域中，生物量巨大，包括大量的藻類，藻類釋放出大量的氧氣，因此，混合水域裏300m深處以上的水層裏的含氧量極高，平均達到5L氧氣/1t海水，這些氧氣使海水的密度降低了0.5%，正因如此，寒流才潛入混合水域300m深處的位置，位于含氧量高的水層的底部。

隻有寒流下潛，才能使暖流和寒流在上下層之間進行迅速的垂直混合，使暖流垂直下沉。

如果寒流不下潛，和暖流在海洋表面平行並流，要想在水準方向進行混合是不可能的，海流也就無法下沉。

而寒流下潛是在海洋藻類釋放的氧氣的幫助下，使混合水體變輕後才完成的，因此說，海洋生物在海流沉降過程中起著不可缺少的決定性作用。

而海流沉降是大洋環流的一個必要環節，因此，沒有海洋生物，就沒有大洋環流。

厄爾尼諾現象證明海流和大氣環流之間有密不可分的關系，由此可見，生物圈、河流、海流和大氣環流相互有機融為一體，構成一個完整的、有機的系統。

到了7億年前的震旦紀，出現地史上第一次大範圍冰川，說明地表的降雨量增大，地層裏的黏土岩和砂岩比例開始增多，並逐漸佔據主要比例。

因此說明，這時地表的風化能力和搬運能力增加了，即風力增大，河流和海流出現，同時海浪增大。

這樣的氣候和地理環境已不適合疊層石生存，因此說疊層石在7億年前迅速衰落是由于氣候和地理環境變化造成的。

最新發現最近，中科院南京地質古生物研究所、國際志留委員會副主席、中科院院士，博士生導師戎嘉餘等專家一行9人，在黔北地區桐梓縣進行地質工作考察時，在該縣代家溝和茅石鄉兩地發現了4億多年前由菌藻類形成的水準狀疊層石。

據稱，該"疊層石"系華南地區首次被發現，這也是世界上第五次被發現，在地質史上極具重大意義。

疊層石疊層石"它的主要價值在于:用它來劃分、對比某一地區的地層、地理、生物，環境的演變及滅絕規律。

它曾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"。

用它雕刻出來的作品具有很高的藝術價值，黨和國家領導人曾以疊層石作為饋贈國際友人的高級禮品。

據介紹，專家組在對桐梓縣紅花園"全球型淺海相地質剖面"的輔助點--代家溝進行為期一周的野外標本採集後，竟在該縣石牛欄組發現了在4億多年前由菌藻類形成的水準狀疊層石。

同時，專家組在該縣茅石鄉也發現了一處。

據戎嘉餘專家介紹，這是秦嶺以南、淮河以西地質的華南地區首次被發現，也是世界上第五處被發現，在地質史上有極其重大的意義。

影響"成鐵"疊層石，即藍藻，是靠光合作用自養的。

由于光合作用，這種一度統治了地球的生物產生了大量的氧氣。

而當時地球的海洋裏有大量的鐵元素。

鐵被氧化後便從水中分離出來，沉積在海底，經過數百萬年形成了如今的各大鐵礦。

21%的氧疊層石最大的功勞卻不是"成鐵"，而是產生了地球大氣中約21%的氧氣。

在這些晦暗的石頭上，充滿了生命，每平方米的岩石上生活著36億個微生物，它們在釋放氧氣。

花了20億年的時間，大約40%的地球歷史，大氣中的氧含量才接近20%。

海洋中所含的鐵並不能阻止氧氣浮出海面。

在這些鐵元素被氧化殆盡後，幾乎覆蓋了所有海洋淺灘的疊層石一如既往的產生著大量的氧氣。

當這些氧氣破水而出時，地球不再是一顆被火山氣體覆蓋的星球，而是一支煥然一新的宜居的生命的搖籃。

可以說是疊層石產生的氧使地球適宜孕育更多的高等生命，它為此後的生物進化掃清了大氣無氧的障礙，為生命史的下一章也是更復雜的一章鋪平了道路。

可以說，疊層石默默工作20億年，是地球能夠進化出復雜生命的關鍵。

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