本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
位于黄石国家公园地区的 标本岭和紫水晶山 的化石森林非常奇特,因为许多保存完好的树木仍然直立。
地质学家、人类学家和艺术家 威廉·H·霍姆斯博士 是第一位研究紫水晶山露头的博物学家,并于 1878 年发表了他的观察结果
“当我们沿着蜿蜒在平坦河床 [拉马尔河] 上的小路骑行时,我们只需将注意力转向右手边的悬崖,就会发现无数古代森林的漂白树干。在山坡较陡峭的中部,成排直立的树干像废墟寺庙的柱子一样突出在岩架上。在更缓和的下坡处,但仍然太陡峭而无法支撑植被(除了一些松树外),石化树干几乎覆盖了地面,我们最初以为是最近森林的破碎残骸。”
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图 1. 霍姆斯于 1879 年左右绘制的紫水晶山露头铅笔画,国家档案馆(公共领域图像)。
图 2. 在标本岭陡峭山坡上的化石森林中,两棵保存完好的 aldersoni 柱木化石树干标本,因基底角砾岩的侵蚀而暴露出来,树桩和树根牢固地嵌入其中。附近的一个石柱,显示了角砾岩的特征及其沉积方式。约 1890 年。美国地质调查局图集 30,《美国地质调查局照片库》。
霍姆斯在研究露头时意识到,石化树桩分布在不同的层位(今天已识别出五十多个层位),并嵌入在火山灰、泥石流和角砾岩中。这些沉积物也为木材保存完好的结构提供了解释:来自火山岩的二氧化硅被渗透的地下水溶解,并缓慢地取代了木材的有机成分。
直立的位置和保存完好的树根证明,这些树木是在火山爆发期间原位嵌入沉积物中的,可能被火山灰、泥岩、角砾岩和砾岩覆盖。还有一些沉积物被河流改造的证据,因为许多树木扎根于凝灰质砂岩(被解释为古土壤)和被河流搬运磨圆的卵石砾岩中。
图 3. 霍姆斯想象的紫水晶山示意剖面图,发表于《黄石国家公园火山第三纪地层化石森林》。美国地质和地理调查局公报第 5 卷。(1),1879-1880 年。
一个现代的例子,可能类似于石化森林形成的环境,是 1980 年 5 月圣海伦斯火山爆发后 所见的景观(正如 KAROWE & JEFFERSON 1987 的这篇论文所强调的那样)。最初猛烈的喷发摧毁了火山周围大片森林,留下被 火山碎屑流 和泥石流掩埋的树桩。
今天,30 多年后,火山爆发的影响仍然可见,即使新的树木已经开始在被破坏的地区定居。随后的研究表明,圣海伦斯火山在过去 10000 年中经历了多次喷发。森林被反复摧毁,贫瘠的土地被自然界反复征服。
同样在黄石公园,被埋藏的森林被摧毁,掩埋在火山沉积物中,新形成的景观再次被新的森林占领。霍姆斯和其他地质学家只能推测过去发生过多少次这种情况
“化石树干中代表的松树类型需要 200 或 300 年才能成熟,而红杉可能需要 500 到 1,000 年。已经发现了十二个或更多的森林层位。将这个数字乘以树木的最小年龄(200 年),我们将得到 2,400 年,将其乘以红杉的最大年龄(1,000 年),我们将得到 12,000 年,这可能是这些森林繁荣的时期。真相可能介于这两种极端之间。”
(KNOWLTON 1921)
参考文献
COFFIN, H.G. (1976): 黄石石化森林中树木的定向。 古生物学杂志。第 50 卷第 3 期:539-543
KNOWLTON, F.H. (1921): 黄石国家公园的化石森林。 美国地质调查局专论 32: 651-791