出品：科普中國

作者：地星引力

(資料圖)

不久之前，因為修路，有人在湖南武岡的路邊挖出一些形似龍爪，爪上有“鱗”的巖石。記錄了龍爪巖石的視頻著實在某短視頻平臺上火了一把。很多人紛紛猜測，這是不是就是龍爪的化石？

網(wǎng)傳“龍爪化石”圖片

（圖片來源：瀟湘晨報）

先說答案：它們并不是什么龍爪化石，只是一些普通的灰?guī)r而已。那為什么灰?guī)r石能夠長得像龍爪化石呢？我們可以將這個問題拆解成兩個子問題：一、為什么它長得像龍爪？二、“龍鱗”怎么形成的？

一、為什么長的那么像龍爪？

這是水溶蝕灰?guī)r的結(jié)果，是一種典型的巖溶地貌。

灰?guī)r的化學成分是碳酸鈣，相對其他類型的巖石來說，是一種比較容易溶于水的巖石。因為空氣中的二氧化碳往往會溶于水中，當它們與灰?guī)r接觸之后就會發(fā)生化學反應，形成可溶性的碳酸氫鈣。隨著水的流動，碳酸氫鈣就會被帶走，灰?guī)r也因此而被溶蝕。

為了幫助大家復習一下初中化學，我們很貼心地將上面所說的化學反應方程式放在了下面：

這一過程就是巖石被溶解的反應，國內(nèi)學者很形象地將其稱為巖溶作用。在灰?guī)r這種可溶巖的覆蓋區(qū)，水與可溶巖之間相互反應（巖溶作用）很普遍，會形成一系列壯美的景觀，其中最著名的可能要數(shù)溶洞和天坑了。這些特殊的景觀就被稱為巖溶地貌（在國際上稱之為喀斯特地貌）。

溶洞、天坑等都是常見的巖溶地貌，桂林也因巖溶作用而形成了著名的山水景觀

（圖片來源：wikipedia）

巖溶地貌的全球分布狀況，可以看到我國南方（尤其是云南、貴州、湖南、重慶、廣西）大部分都被覆蓋了

（圖片來源：wikipedia）

不過，溶洞和天坑是在灰?guī)r巖層內(nèi)部形成的，我們今天見到的“龍爪化石”這種地貌則發(fā)生在灰?guī)r表面。

它的形成過程是這樣的：當雨水或是其他水流接觸到灰?guī)r后，由于灰?guī)r是不透水的，所以水最初就會在灰?guī)r表面流動——由于地形有坡度、灰?guī)r表面凹凸不平，以及灰?guī)r表面可能存在裂隙，水流自然會沿著灰?guī)r表面的小型凹槽流動。

灰?guī)r表面的裂隙非常普遍（當然本圖只是一個極端的示例），同時灰?guī)r內(nèi)部成分也并不是均一的，有些地方難溶，有些地方更易溶，這都是灰?guī)r表面出現(xiàn)溝槽的原因

（圖片來源：wikipedia）

我們從前文已經(jīng)知道，灰?guī)r是可溶于水的，所以這些凹槽會變得越來越寬大，于是形成了溶槽。而溶槽之外的其他部分則會凸起成壟狀，或者是柱狀（由于灰?guī)r表面的裂隙是縱橫交錯的，溶槽也是縱橫交錯的，因此溶槽之外的其他部分就被分隔成了方塊狀，隨著方塊繼續(xù)被溶蝕，則會變成柱狀）。這些壟狀或柱狀的凸起，我們可以將其稱為石芽。

石芽與溶槽

（圖片來源：wikipedia）

以上所說的變成壟狀或者柱狀，是灰?guī)r層直接暴露在地表的情況。在我們今天討論的“龍爪狀”的情況中，灰?guī)r是被埋在土壤層之下的，但本質(zhì)并沒有什么不同——因為眾所周知，土壤也是透水的。

我們見到的龍爪狀的形態(tài)，其實就是被半埋在土中的溶槽和石芽。如果我們繼續(xù)往下挖，就會發(fā)現(xiàn)它們下方連接著完整的灰?guī)r層，這些“龍爪”只是灰?guī)r層上的小突起而已。但正是這種半掩半暴露的情況，讓它們看上去像是龍爪而已。

更大一點的石芽，大家可以想象一下它的底下都被埋在土中，只剩下最上層露出地表，其形態(tài)是不是就與“龍爪”有幾分相似了？

（圖片來源：PxHere）

二、鱗片是怎么形成的？

“龍爪化石”上呈現(xiàn)的這種鱗片狀的結(jié)構(gòu)，是由于灰?guī)r中特殊的網(wǎng)狀紋理被風化形成的。在武岡的這種灰?guī)r，極有可能是寶塔灰?guī)r，中國著名地質(zhì)學家李四光先生在上個世紀20年代就發(fā)現(xiàn)并命名了這種灰?guī)r——寶塔灰?guī)r。叫寶塔，是因為這種灰?guī)r中富含奧陶紀的古生物化石，其中最顯眼的一種化石叫做中華震旦角石（Sinoceras chinense），角石是長錐形，被保存在巖層中后，就像一座座小小的寶塔一樣，所以叫它寶塔灰?guī)r。

這種灰?guī)r還有一個很明顯的特征——有網(wǎng)狀紋路。有人將其命名為馬蹄紋，也有人因為其被風化后的裂紋結(jié)構(gòu)呈六邊形，整個巖層像龜背，命名其為龜裂紋。

寶塔灰?guī)r上形似寶塔的直角石化石，以及寶塔灰?guī)r的網(wǎng)狀紋路

（圖片來源：參考文獻1）

至于這種網(wǎng)狀裂紋是怎么形成的，地質(zhì)學家們至今沒有統(tǒng)一的答案。最初，有些人認為，這是巖層在形成時曾被直接暴露于陽光下而干裂，進而形成的。

這種干裂的現(xiàn)象在我們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅３Ｒ姡ㄓ绕涫巧钤谵r(nóng)村的人可能見得非常多）。以現(xiàn)代干裂為例，它們往往形成在暴雨之后的泥地中，一旦太陽曝曬，泥地表面就會迅速失水收縮，形成六邊形的裂紋，這被稱為泥裂。

現(xiàn)代的泥裂

（圖片來源：Jonathan Wilkins）

被保存在泥巖中的泥裂

（圖片來源：David Tanner, Leibniz Institute for Applied Geophysics (LIAG), Hannover, Germany）

由于灰?guī)r往往形成于淺?；驗I海環(huán)境中，有科學家就認為這些寶塔灰?guī)r可能形成的環(huán)境非常淺?；?guī)r間歇性暴露于陽光之下，在陽光曝曬下，還是淤泥狀態(tài)的灰?guī)r干裂，從而形成了這些裂紋。但是最近這種說法已經(jīng)很少有人提了。

另一些人認為，網(wǎng)狀裂紋可能是灰?guī)r形成時在水下脫水收縮而成。如前文所述，灰?guī)r形成于淺海環(huán)境中，要么是由于海水的大量蒸發(fā)，導致其中鈣離子濃度增加，從而形成灰泥沉淀，灰泥最后固結(jié)形成灰?guī)r；要么是由于海洋中富含鈣質(zhì)的生物，比如貝殼、珊瑚等生物死亡后，其鈣質(zhì)外骨骼沉淀形成富含生物質(zhì)的灰泥，灰泥進一步形成灰?guī)r。

灰?guī)r的形成主要與海水中鈣離子的沉淀以及生物外骨骼的沉淀有關(guān)系

（圖片來源：參考文獻2）

但無論哪種成因，在其沉淀于海底之后，都會繼續(xù)被后續(xù)形成的沉淀所覆蓋、壓實。就在這個壓實的過程中，原本富含水分的沉淀物（此時可能是一種膠狀物）會因為壓力越來越大而逐漸脫水，脫水的過程中自然體積變小收縮，由此形成裂紋。裂紋隨后又被泥質(zhì)物質(zhì)填充，于是最終就形成這種規(guī)則的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。

這是對玄武巖六棱柱成因（著名的巨人之路就是這一地貌的典型代表）的示例。本文中灰泥脫水后形成裂隙的原理也與此類似，灰泥脫水后，局部產(chǎn)生張力，會自然產(chǎn)生規(guī)則的形狀和規(guī)則的裂隙

（圖片來源：wikipedia）

也有人認為，網(wǎng)狀裂紋的形成原因是這樣的：這種灰?guī)r形成時，灰泥層之間夾有薄層的粘土層，在它們整體被壓實時，灰泥最先脫水，這些水分很大一部分被粘土層吸收。而后，隨著壓力繼續(xù)增強，粘土層也開始脫水。由于粘土層中本身有細菌等有機物的存在，會讓粘土層中的水呈現(xiàn)出酸性，這些酸性水會在脫水時向灰?guī)r層（原本的灰泥層，因脫水此時已經(jīng)固結(jié)成為灰?guī)r）中擠出，并部分溶解灰?guī)r石層（也就是壓溶作用），導致這種裂紋出現(xiàn)。

淺埋條件下，灰泥先脫水，水分集中到粘土中；到了深埋條件下，粘土中的水分涌出，開始溶蝕灰?guī)r，導致灰?guī)r形成裂隙

（圖片來源：參考文獻1）

還有人認為這與構(gòu)造作用有關(guān)。簡單來講就是，在這一區(qū)域成巖時，受到比較復雜的壓力或是拉力的作用，從而將未固結(jié)的沉積物拉裂或壓裂，形成裂隙網(wǎng)絡。隨后的沉積作用又對這些裂隙進行了改造，變成我們現(xiàn)在見到的樣子。

(a)、沉積階段，灰泥還是松散的沉積物；（b）、受到構(gòu)造作用力的影響，沉積物中出現(xiàn)裂紋；（c）、在深埋之后，受到壓溶作用；（d）、在暴露在地表后，受到風化作用，進一步被改造成我們見到的樣子

（圖片來源：參考文獻1）

總而言之，為什么灰?guī)r會呈現(xiàn)龍鱗的樣子，科學家們對其成因還不太確定。不過我們可以確定的是，發(fā)現(xiàn)的并不是龍爪，只是普通的灰?guī)r而已。至于上面的層層鱗片，這只是一種灰?guī)r自帶的結(jié)構(gòu)，而不是所謂的龍鱗。

參考文獻：

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（注：文中拉丁文部分應為斜體。）

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