互动科普

硅化木是火山灰埋藏条件下形成的化石

恐龙的脚印化石被古生物学家用于分析恐龙的行为，不会走路的植物其实也留下了它们的“脚印”，其中之一就是硅化木。

“从远古中走来，历史淌过浩瀚长河；从惊奇里走过，岁月呤唱激情如歌；一把泥土掩饰不了曾经的辉煌，几堆黄沙吞噬不了曾有的磅礴”，把这首歌用在硅化木身上，你会发现再合适不过了。

初看到木化石，你一定认为它是一段木头，它不仅具有树干特有的色泽，而且木质纹理也十分清晰。再仔细观察或者用手一摸，你又会惊奇这怎么会是一块石头，因为它几乎完全是石质结构。其实，木化石非石非木，亦石亦木，它是树木与石头的融合，是一种已经石化了的木材。这种由木材变成的石头在古生物学中被称为木化石，因其石质成分主要以二氧化硅为主，又称之为“硅化木”。

是谁伸出神奇的手指，点木成石呢？毫无疑问，只有大自然。正在河谷中生长的参天大树，受到了突如其来的火山爆发的侵袭时，整片森林很快被火山灰和熔岩掩埋了。但大树依靠其强大的根系的支持，仍然如一尊雕塑似的不屈地屹立着。日复一日，年复一年，火山灰中的大量可溶性矿物质成分，由于降雨和地下水的淋洗作用，不断渗透到包埋中的树木中去，并与它们的细胞内含物和部分细胞壁分解物质发生化学作用，从而使得矿物质成分取代了植物组织。由于这种变化极为细致和缓慢，树干内部的组织结构和生长轮都被清晰地保存下来。树木就变成了一尊石塑的雕像，成为了真正的“木化石”。

硅化木的横截面上可以看出，木质纤维素已经被二氧化硅取代了，最初的木头已经变成了不折不扣的石头。

“千年的大树会说话”，只要我们知道了如何揭示树的秘密，它就会向我们诉说大量我们所未知的故事。树是活档案，树干里的生长轮就是记录本。在树干横切面上，木质部上有一圈圈图案。这种由于一个生长周期所产生的围绕髓心的同心圆圈，就是“生长轮”，而且在木化石中也是清晰可见的。温带地区的树木，一年只有一度生长，在生长季节后，有一个休眠期，所以生长轮只有一圈，故又称为年轮。但在热带地区，由于一年间的气候变化很小，树木的生长季节是与雨季和旱季相结合，一年之内能形成多个圆环，因此，这种生长轮就不能称之为年轮了。

气候决定木头，木头记录气候

由于生长轮及其他特征的存在，木化石成为了人类研究地球历史的证据。

目前发现的最早的木化石树种生活在4亿年前的晚泥盆世。这类木化石中已经是树干基部直径达到l米的粗大树木，但是，多数种类的树干不具生长轮，这表明树木生活在非常舒适的环境条件里，和风细雨，气候变化很小或没有季节性。

到了3.5亿年前的石炭世，木化石已存在明显的生长轮，这说明气候条件已发生了急剧变化，气候不再那么四季湿润，而是出现了干湿季的变化。古生代的木化石大多是原始的裸子植物，它们的木材由轴向管胞和木射线组成，我国古生代木材中惟一有射线管胞记录的是王士俊报道的二叠纪徐州斯氏木，其上具有与轴向管胞一样的具缘纹孔，且有些射线管胞的内壁可发育螺纹或不同程度的锯齿状和网状纹饰，与现代裸子植物中射线管胞形态已基本一致，说明了这一特征的古老性和原始性。

中生代时，木材的种类增多，结构复杂化，木材管胞上出现窗格状的交叉场纹孔式。新生代时，由于气候跟现在大同小异，多数现代种类已出现，并在木材特征上与现代植物一致。

硅化木不仅可以告诉我们它们所处年代的生存环境，更重要的是，如果把这些“硬木头”按照所处地层年代排成一队的话，我们就能看到植物茎干的变化历程。如果要想看到植物在进化过程中的其他细节，那么还要去找叶子、孢子、种子和花的化石。毕竟从一个蓝藻样的原始植物，不是一步就迈上通向苍天大树的进化阶梯的。遗憾的是，这类化石通常不易保存，特别是花的化石尤为罕见。这样看起来，我们对植物走过的进化全程不可能完全了解。其实，植物进化的足迹还藏在我们身边的花花草草里，我们不妨去找一下。

在深圳仙湖植物园的化石森林景区，矗立着不同生存年代的硅化木，如果留意它们的变化，可以感受到一个“粗线条”植物形态演化的进程。

（本文发表于《科学世界》2010年第1期）