粉笔里的化

石邵峰

粉筆里居然有微化石？

雪白的悬崖矗立在英国南部的苏塞克斯海岸上。日复一日拍打崖壁的潮水，从悬崖上剥落下松散的白垩（石灰岩）。这些白垩被当地的手工匠人捡回家去，制作成当地特色纪念品——白垩象棋子，深受观光客喜爱。白垩质软，同时质地细腻，不像石膏那么易碎，因此很适合雕刻和打磨。在19世纪和20世纪，当地的白垩主要被用于制作粉笔。在当时，英国的教师和股票经纪人对出自苏赛克斯海岸的粉笔赞不绝口，因为这种粉笔在书写时比石膏粉笔掉粉更少，手感也更好。

即便你用过白垩粉笔，你也可能不知道这些粉笔其实是浮游生物的外骨骼化石。白垩是一种非晶质石灰岩（碳酸钙），属于生物成矿，生成白垩的浮游生物名为“颗石藻”。

19世纪40年代，德国博物学家艾伦伯格首次描述了这种出现在多种白垩构造中的微生物化石。约20年后，英国生物学家赫胥黎在北大西洋一条海底电缆周围的沉积物中发现了同样的微生物化石，赫胥黎将其命名为“颗石藻”。仅仅过了几年，科学家便发现颗石藻不仅存在于白垩构造和海底，而且几乎遍布今天全世界的热带海洋表面，是一类广泛分布的微藻。

用矿物武装自己

一个完整的颗石藻直径只有几微米，一枚缝衣针的针孔宽约0.5毫米，也就是说，100多枚颗石藻排成一列，才勉强能达到这个宽度。由于颗石藻实在太小，要想看清楚它们，必须借助电子显微镜。常见颗石藻的石球壳由一个个双层的车轮状钙板组成，因此颗石藻也叫钙板藻。构成颗石藻钙板的是碳酸钙。通过偏光显微镜，科学家确定了这种碳酸钙的具体形式是方解石晶体。

一般来说，每个颗石藻由6～30片钙板组成的石球壳包裹。单个钙板的形状除了车轮形，也有菱形、喇叭形和盘碟形等多种形状。硅藻利用二氧化硅制成硅制外壳是为了保护自己，颗石藻制造石球壳也出于同样的目的。海洋中的噬菌体病毒不但威胁海洋细菌，也威胁颗石藻等微藻。然而，噬菌体如果要入侵颗石藻，就必须穿过石球壳的层层钙板，才能接触到颗石藻的细胞，因此，石球壳能够有效保护颗石藻。也有科学家认为：方解石钙板能让原本穿过颗石藻细胞的太阳光发生散射，增加颗石藻接收到的阳光;同时，过于强烈的阳光会被钙板直接反射回去，以减轻强日照对颗石藻细胞的损伤。

颗石藻属于真核生物（有细胞核），在细胞核外侧有两个大型色素体，是颗石藻进行光合作用的细胞器。大多数颗石藻靠光合作用生存，也有的颗石藻会捕食海水中的细菌或更小的藻类。颗石藻细胞的前端有两根用于游动的鞭毛，有些颗石藻虽然有鞭毛，但无法游动。当颗石藻死亡后，它们的细胞会逐渐分解，石球壳沉人海底，逐渐堆积，矿化后形成白垩。白垩的堆积速度十分缓慢，在最理想的情况下，每100年只能增加1厘米厚度。作为海洋沉积物的年代标志之一，颗石藻化石对寻找石油资源有着重要意义。

随着人类活动造成大气二氧化碳含量增加，二氧化碳溶解人海水形成的碳酸严重威胁着颗石藻的生存。颗石藻的生命活动离不开碳酸钙形成的钙板，而酸性的海水会溶解碳酸钙，使颗石藻无法合成钙板。对于某些颗石藻来说，海水酸化带来的后果是致命的。

见证海洋时期

当初由颗石藻外骨骼在海底堆积形成的白垩，为何今天会成为海岸上屹立的悬崖？其实，组成地壳的板块随时都在移动、拉扯、分裂、碰撞，这个过程在我们看来十分缓慢，但千百万年后也能化沧海为桑田。在海洋型地壳和大陆型地壳的交汇地带，一部分地壳向地壳深处俯冲，另一部分地壳顺势被抬升。数亿年后，原本堆积在海底的白垩被逐渐抬升，成为白垩崖。

白垩构造的这种形成过程，也能告诉人们某些地区的海洋历史。北美大平原是一个覆盖美国中部大部分地区的广袤平原，那里平坦的地势和肥沃的土壤非常适合开展农业。然而，北美大平原有多处白垩地貌，例如位于美国堪萨斯州西部著名的白垩谷。北美大平原在1.45亿至6600万年前是一片名为“西部内陆海道”的内陆海。如今那里土壤肥沃，全是因为大量的海洋生物沉积物堆积和入海河流一路冲刷山体带来的矿物质。

在遥远的过去，颗石藻的外骨骼以每年约0.036毫米的速度在西部内陆海道的海底堆积。后来，这些白垩被掩埋在年代较晚的沉积层下，在压力作用下岩石化。经过流水侵蚀，这些本来被掩埋的白垩岩又重见天日，并在风化作用下形成白垩谷特殊的风化地貌：每个风化白垩岩高约25米，外表圆润。在白垩岩的表面，科学家发现了包括蛇颈龙化石、双壳类化石等在内的诸多海洋动物化石。在不同时期，颗石藻外骨骼沉积速度也不尽相同，这种差异在白垩岩上留下层状结构，每个白垩岩有60～80层。这些白垩岩是海洋时期的见证者。