在美国亚利桑那州西北部的凯巴布高原上,穿流其中的科罗拉多河在高原上切割出19条峡谷,其中最深、最宽、最长的科罗拉多大峡谷,总长达到了惊人的446公里,平均深度也高达1200米。而成就这世界上最大、最壮观侵蚀地貌的秘密就在于凯巴布高原层层堆砌的沉积岩。大峡谷的沉积岩是页岩、砂岩和黏土在近20亿年来的地质时期形成的,质地疏松,而且内部软硬不匀,再经过长期的烈日曝晒和科罗拉多河流域洪流的切割,较脆弱的岩层被风雨剥去,便形成这一自然奇观。

沉积岩为什么容易出化石(慢工出细活的沉积岩)(1)

科罗拉多大峡谷是科罗拉多河层层切割沉积岩的自然杰作

沉积岩作为组成地壳岩石圈的三大岩类(即岩浆岩、沉积岩和变质岩)之一,相对岩浆岩的火成岩之名,沉积岩又被称为“水成岩”,从字面理解,沉积岩就是水中成层堆积的松散的沉积物,积少成多“压”出来的岩石。作为裸露在地表的岩石种类,沉积岩在岩石表层占到了75%之多,而岩浆岩和变质岩却只有25%,但如果从地球表面到16公里深的整个岩石圈算,沉积岩就只占 5%了。

沉积岩为什么容易出化石(慢工出细活的沉积岩)(2)

有砂岩、页岩组成的沉积岩地貌,覆盖了地表绝大多数地区

组成沉积岩的种类很多,其中最常见的是页岩、砂岩和石灰岩,它们占沉积岩总数的95%。这三种岩石的分配比例随沉积区的地质构造和古地理位置不同而异。总的说,页岩最多,其次是砂岩,石灰岩数量最少,当然还有诸如砾石、粘土、灰泥和生物残骸等物质。虽然沉积岩基本聚集在地表层,但沉积岩中所含有的矿产,却占全部世界矿产蕴藏量的80%,如能源、非金属、金属和稀有元素矿产。还有化石群。

沉积岩为什么容易出化石(慢工出细活的沉积岩)(3)

沉积岩层的颜色与地质沉积时期的气候环境有直接关系

相比地幔岩浆喷出形成的岩浆岩,沉积岩需要大自然“慢工出细活”,花费漫长的时间才能形成,所以沉积岩保存了地层变化的重要信息。不同的历史时期,地质条件不同,沉积物的成分也有所差异,影响着岩层的色彩,所以地质学家可以根据沉积岩层的颜色,便可大致推断出岩层当时的气候环境。如紫红的岩层是粉砂岩、泥岩,代表了干旱炎热的强氧化气候环境;黄绿色岩层是泥岩、页岩,代表了冷凉还原的气候环境;深灰色的岩层是页岩和油页岩,富含有机质和大量动植物化石,代表了温暖湿润的气候环境;而沉积物颜色较浅的岩层,代表了干旱环境下,流水中盐分含量较高。

沉积岩为什么容易出化石(慢工出细活的沉积岩)(4)

地壳岩石圈物质循环示意图:即岩浆岩、沉积岩、变质岩之间的转换

当然沉积岩的形成也需要水、火、风以及各种化学反应共同协作发挥作用,故而沉积岩也可以分为碎屑岩、化学沉积岩、生物沉积岩(比如煤炭)等几大类。如像一本古老书页的页岩,原本紧密贴合在一起的“书页”仅需敲打便可轻松分离开来,隐藏在其中的远古动物化石像极了夹在巨型书页中的标本。此外常发现有生物化石的还有属于碎屑岩的泥岩,因为组成它的颗粒直径小于0.004毫米,细小的颗粒沉积更有利于完整地保存化石。

沉积岩为什么容易出化石(慢工出细活的沉积岩)(5)

页岩中保存完好的翼手龙化石

但在动态发展自然界里,沉积岩的展现方式并没有那么整齐划一。由于风吹日晒、雨水侵蚀,一点点剥落下来的岩石矿物和死去的生物残骸,被自然力量搬运到平坦低洼的地方逐渐沉积,与其他杂质一起被层层“挤压”,最后固结成具有水平层级的沉积岩后,地质造山运动也在同时进行,或抬升隆起或断裂下陷或挤压褶皱,水平层级的沉积岩像切蛋糕一样被分成很多块,各自之间速率和运动方向的不同,便造就了高高低低的阶梯地貌格局。

沉积岩为什么容易出化石(慢工出细活的沉积岩)(6)

沉积岩的褶皱:凸出部分变成了谷,凹陷的部分变成山,即背斜成谷,向斜成山

沉积岩层也由此变得弯曲变形,像花卷一般,其实也就是地质学上说的“褶皱”。不过也正因为有了地层的褶皱变化,形成了层层峰峦,地球上的地貌才如此多样。地理学上便给沉积岩褶皱的各个部分取了专有的名字。简单来讲,凸起的波峰部分叫“背斜”,凹陷的波谷部分叫“向斜”。潜意识里我们可能会觉得凸起的成山、凹处成谷,事实上截然相反,绝大多数沉积岩形成的山峰,往往是凸出部分变成了谷,凹陷的部分变成山。其根源在于沉积岩层的受力不同造成的,即背斜的受力向四周分散,凸出部分岩石疏松,难以抵挡雨蚀风化,顶部被侵蚀成了谷地,而向斜的受力集中,岩层挤压变得致密,不易被侵蚀,反而在漫长的时间作用下变成了山峰。

沉积岩为什么容易出化石(慢工出细活的沉积岩)(7)

历经侵蚀、搬运和沉积而成的沉积岩,此后沧海桑田,各种沉积逐次累加,最终形成了地表丰富多彩的形态。

于是风在继续在吹,水在依旧在流,沉积岩覆盖的地壳表面也因此活色生香。

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