本文发表于《大众科学》之前的博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
我们都知道木炭，对吧？我们大多数人都从木柴燃烧后的灰烬中捡起过一些碎片来玩。它轻巧、柔软、易碎。它会在接触到的任何东西上留下黑色的烟灰残留物。它是绘画的绝佳材料，即使它容易意外弄脏。你可以轻易地把它碾成粉末。花点时间想象一下它。用指甲划一下它。记住它是多么柔软和脆弱。
现在想象一下，从地上捡起一块木炭，它会弄黑你的手指，但它很重。
它是石头！但它是木炭！但它是石头！图片来源：达娜·亨特
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你用指甲去抠它，但你的指甲不是留下痕迹，而是弯曲了，没有留下任何印记。你用它的一角去刮岩石锤的头部，不是留下黑色的颗粒污迹，而是在金属上留下了一条闪亮的银色划痕。
硬到足以划伤岩石锤。这绝对不是软金属：这是一块非常坚硬的木炭！图片来源：达娜·亨特
这种神奇的物质，既不是植物也不是岩石，被称为矿物渗入木炭。
这真拗口，对吧？但它与一个熟悉的过程有关：石化作用。我们知道，当物体石化时，矿物质会取代所有现有的物质。当木头或木炭等物质发生矿物渗入时，现有的物质不会完全被取代；像二氧化硅这样的矿物质会填充细胞，但保留细胞壁的完整。如果你观察矿物渗入木炭的薄片，你会发现细胞的细节非常惊人。
获得矿物渗入木炭所需的只是烧焦的木头；富含铁、二氧化硅、方解石或其他此类矿物质的地下水；以及一段不受干扰的时间。如果水和木头都在地下，腐烂的有机物产生的腐殖酸就会帮助这个过程进行。当矿物质从溶液中沉淀出来时，它们开始在细胞壁的孔隙中形成晶体。从细胞壁开始，矿物质开始填充每个细胞的内部空腔。完成后，细胞壁仍然完好无损地围绕着新的充满矿物质的细胞中心。
如果此时水或矿物质供应减少，你就会得到矿物渗入的木头或木炭。如果供应没有消失，这个过程将继续进行，直到每一丝有机物都被无机矿物质所取代，从而形成石化的木头。
当然，致密的矿物质取代细胞内的液体意味着以前轻巧的木头或木炭现在变得相当重。如果矿物质比钢铁还硬，例如二氧化硅，你就会得到一块木炭，它仍有足够的碳来弄脏你的手指，但也能划伤你特制的岩石锤。
我的朋友洛克伍德，他深入研究了这种物质，并为俄勒冈州立大学撰写了一篇论文，他在一封电子邮件中向我解释了它是如何工作的：
这里的关键是“矿物渗入”这个词，更具体地说，是“硅化作用”。我认为这些维基链接会很清楚，但基本思想是，包括细胞壁之间的孔隙在内的所有空隙都完全充满了二氧化硅，可能是石英。孔隙之所以重要，是因为正是这些相互连接赋予了岩石整体的凝聚力、韧性和强度。否则，每个单独的细胞都会很容易地从其邻居中脱落。正如你所看到的，它们并没有。作为质量和体积的比例，碳可能只占总量的百分之几。因此，新鲜表面上有足够多的暴露物来弄脏你的手指，但岩石的主体是结晶石英，非常坚硬和坚韧。顺便说一句，碳最终会被擦掉，不再弄脏，直到你打开一个新的新鲜表面。
在许多情况下，肉眼就可以看到保存的细节：在我从俄勒冈州甜蜜之家附近采集的样本中，你可以清楚地看到生长轮。在微观层面上，细胞结构的细节很容易看到。但是，这个过程模糊了一些识别木材种类所必需的细节：需要用酸蚀和扫描电子显微镜进行一些艰苦的工作，才能确定哪种树木提供了必要的木材。
矿物渗入木炭中的生长轮。图片来源：达娜·亨特
矿物渗入使脆弱的木炭变成非常坚硬的东西：我的样本相对年轻，但它们仍然有数百万甚至数千万年的历史。但是，与石炭纪一样古老的样本也很丰富。这些古老的木炭保存了早期森林燃烧的证据，并告诉我们人类进化之前地球的样子。
你永远不会想到像木炭这样脆弱而普通的东西能存活数千年，但大自然是如此奇妙，地质过程可以做一些非常不寻常的事情。
参考文献:
De Lafontaine, G. et al (2011): "矿物渗入过程促进了全新世土壤中大型化石木炭的保存。" J. Quaternary Sci., 26: 571-575
Enochs, Larry G., et al. (2002): “揭开俄勒冈州甜蜜之家渐新世植物群的神秘面纱；为K-12教师进行的实地研究。”In 《喀斯喀特地区地质过程实地指南》
Gregory, Irene (1968): "俄勒冈州林恩县甜蜜之家石化森林附近的霍利化石木材。"The Ore Bin Vol. 30, No. 4