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什麼是結核?  

 

  根據地質學辭典的定義,結核是「在堆積物中形成的球狀、板狀或不規則塊狀的岩塊,和周圍的岩層組成或母體岩層有很明顯的差異」。從剖面看呈現同心圓狀的不同顏色之層次,也就是相異組成成分的層次所形成的,可見到同心圓狀的條紋圖案。這些層次代表在形成過程中每個階段的條件都不同,斷斷續續最後形成了結核,某種意義上,可說是結核岩塊的生長線。

 


  若是能夠先了解結核的形狀、顏色以及成因,在野外採集時就很方便。例如紅褐色的結核原本的主成分為菱鐵礦,氧化風化後就變成褐鐵礦了。

 

 

形成結核的化學環境
  

 

  結核的形成與細菌分解有機質有極大的關聯。此外,還與細菌的種類與形成礦物之間有關,有研究探討關於結核成分的礦物形成時的pH值、Eh值等條件。

 

  在富含氧氣的環境下好氧性細菌活動,例如菊石或螺貝的軟體部等有機物腐爛,周圍形成鹼性環境。這時所產生的碳酸氫鹽(HCO3)與海水中的鈣離子結合,容易形成碳酸鈣的結核。

 


  較不流動的海水當中含氧較少,由厭氧性細菌分解有機物。首先,一開始由硝酸還原細菌分解有機物,海水中與海底沈積物表層的鐵離子與HCO3結合,於是形成菱鐵礦(碳酸鐵)。還有,氧氣減少的話,硫酸還原細菌活動會形成黃鐵礦,菊石當中與周圍看起來像黃金的金色礦物,其實是這種情況所形成的黃鐵礦。

 


  富含氧氣的環境代表該地是海水循環良好的環境,通常是容易直接受浪潮或暴風雨時的波浪影響的地區,也因為是較淺的地區,使得海底水流容易流入該地區。另一方面,含氧量低的環境海水循環較弱,位置較深,是海水不容易流入的區域,也可能是海底的地形條件形成障礙,使得海水循環不佳。

 

 

龜甲石--間隔開來的結核

 

  圓形的碳酸鈣結核,表面出現多邊形的花紋,看起來就像是烏龜的殼,所以稱為龜甲石。結核乾燥時形成的裂紋填充了方解石結晶層,在表面形成這種模樣,這就是龜甲石的由來

 

 

 

 


 龜甲石
 
(圖片來源 http://www.nhm.ac.uk/natureplus/message/3060%3Bjsessionid=3823A44BBCBB1256501869DBF3A8273D.node0
  

  

 

  龜甲石英文名為septarian nodule,意思就是「間隔開來的結核」,為什麼會被隔開來呢?因為有許多板狀方解石脈造成結核分裂成數個部分。中心附近為方解石結晶所包圍的球狀團塊,從這裡開始方解石脈呈現放射狀走向。同顏色的部分之礦脈很可能是在相同時期形成的。注意觀察結核,發現中心部分的顏色與外側的顏色有異,這種情況通常中心部分的結核顏色比周圍部分還要偏白一些。至於化學成分方面鐵質略微多一些,含有菱鐵礦質的雜質。周圍部分的顏色則多近似含有結核的泥岩之顏色。

 

 

 

剖面(圖片來源 http://www.dcn.davis.ca.us/go/explorit/The-Store/minerals.html

 

  

 

球狀或者是壓碎的球狀結核容易形成龜甲石。形成龜甲圖案的線條是連結到結核內部的方解石脈。這種方解石脈,是結核在形成的程中,因為壓力等因素使水分排除而造成裂縫,當含有鈣成分的水滲入時就會形成結晶。因為在自然環境中形成近似安定的六角形之形狀,所以看起來就像龜甲紋路。

 

 

 

 



結核的產狀
  

 

  結核的顏色或形狀形形色色,取決於形成條件。不過,在野外實地觀察後就會有經驗,了解它們有幾種傾向。

 


  剖面為細長形的橫向排列結核。暫且不管成因為何,像這樣在相同層理面上結核並排的情況經常出現。果其中有一個富含化石的結核,那麼位於同一層理面的結核,同樣也含化石的可能性很高。相反的,如果其中一個裡面連小塊碎片都找不到,相同層理面上的結核沒有內含化石的可能性就相當高。像這樣,並排的結核可能是「某種事件發生」所造成的結果,這種事件大多為暴風雨所引發的海底水流所帶來的有機物或外殼堆積物。

 

 


 『金門層』及層中所含的褐色鐵質結核薄層

(圖片來源 http://nature.edu.tw/result/94_result/12/cont5/cont-5.htm

 

  

 

  大型球狀的結核有時只出現單一個。仔細觀察這種結核與層理面的關係,會發現結核像是切入數個層理一樣包圍在裡頭。周圍的層理變形明顯的結核,是較早凝固成形的結核,而周圍的層理變形較不明顯的是較晚形成的結核。

 


  形成塊狀的結核之外,也有稱為層狀結核的類型,這是種厚度約數十公分的石灰質硬層。這種層的上方像是有些許起伏,就如同某個幅度的地層全部石灰化了似的。這種層狀結核的詳細成因還不明,有可能是某個時期海底的環境剛好容易形成結核,或者是只有某個特定層水容易透過,水所溶解的石灰成分造成鈣化,有這幾種可能。

 

 

 



結核的分類
  首先,先看關於結核內化石的情況,有以下分類--

1.
一個結核內含有許多化石
2.
一個結核當中,只含有一個化石
3.
結核內沒有任何物體

 

  從形狀來看有以下幾種--
1.
球狀
2.
饅頭型
3.
不規則型

 


1.
一個結核內含有許多化石

 

 

 

 


 關子嶺採集的化石結核(小楊提供)

  這種產狀很常見,結核內含有各式各樣的化石。這種產狀的結核的化學成分,大部分為碳酸鈣,幾乎沒有菱鐵礦成分,這與結核的形成條件有關。結核內所含的化石是從其他的棲息地被運送過來的,這類產狀被稱為「運積/異地性」產狀。若結核中有例如海百合這類由許多小部位組合而成的生物化石,在這種產狀下幾乎都是零零散散的,像這些會破壞硬殼、導致各部位分離,而且還堆積到別處,顯示帶走生物的強勁海底水流時常發生。這裡之所以會用「時常」來形容,是因為常發生強勁水流的地方,會留下沖不走的大貝殼,由於容易被沖刷的砂粒常常流走,所以會形成有如「貝塚」的厚厚貝殼層。只是,這裡所謂的時常,是幾千年或幾萬年才發生幾次,所謂的「地質學上的時間」,否則一般的「時常」指的是一年數次或數年一次的頻率。

 


2.
一個結核當中,只含有一個化石

 

 

 

螃蟹結核(豐爸提供)

 


 

 

  與前述的產狀作對照,另一種情況是一個結核當中只有一件化石。這種類型的結核中,常可見到結核外觀與內含的化石形狀類似的情況。最顯著的例子就是巴西山塔那(Santana)層這個白堊紀早期地層所產出的魚化石,發現許多沿著魚形而形成的結核。另外,也常常發現殼的一部分露出在結核外側的狀況。這個與結核的形成方式有莫大的關聯,顯現出這類產狀的結核,是在海面稍微平靜一些的海底形成的,較少有水流沖刷的情形產生。關於這種結核的成分,大半屬於菱鐵礦(FeCO3)質。菱鐵礦結核不曾與碳酸鈣結核共存在同樣的層理面上。因為,形成的結核之成分取決於化學的環境,在同樣的層理面當中,泥岩的化學成分基本上是一定的。

 


3.
結核內沒有任何物體

 


  在露頭發現結核,非常想打開結核來看看,但裡面就是什麼都沒有,應該有不少人有這類經驗吧。這種「什麼都沒有的結核」也有其一定的原因。若以上述兩種結核為例,就可以了解結核的形成與有機質腐敗有極大關聯。研磨這種什麼都沒有的結核剖面後觀察,可以見到小的生痕化石,這是蚯蚓之類的生物在挖掘巢穴時其中塞入糞便的痕跡之化石。這類糞便是重要的有機質,以生痕化石為中心的結核便形成了。這種乍看「什麼化石都沒有」的結核,主要成分大多為菱鐵礦。

 


  來看看化學組成成分,佔最多數的是以碳酸鈣(CaCO3)為主成分的結核,其次常見的是以菱鐵礦(FeCO3)為主要成分的結核。在歐洲偶爾發現以磷酸鹽為主成分的結核。

 


  至於這些結核的顏色與形狀,多數含有化石的碳酸鈣結核為不規則型,以灰色為基調,從偏白到偏黑的都有。菱鐵礦結核為帶點紅的褐色,大多呈現饅頭型或者饅頭型帶有一些碎裂。

 

 

 

 

 


北海道的蝦化石產狀

 

 

 


小平町達布脊龍蝦(圖片來源 http://www006.upp.so-net.ne.jp/kaseki/2/3/24.htm
  

 

  蝦的化石似乎很少見,不過,蝦等甲殼類所築的巢穴之化石(Ophiomorpha),是在蝦夷層群中到處可見得到的生痕化石,由此可得知有許多甲殼類在這裡棲息過,但是其中蝦化石佔多少比例?相較之下蝦化石的確不多,尤其仍保留螯與足的蝦化石更是罕見。

 


  白堊紀的地層產出現生日本脊龍蝦(Linuparus trigonus)的同類──脊龍蝦的化石。三笠市奔別的土倫階上部,從前可以採集到許多保存狀態良好的標本,但這是昭和30年代後半的事了。為什麼從那裡可以採得那麼多保存良好的脊龍蝦化石呢?現在該處山崖已經無法採集化石,不過可以觀察地層的情況。仔細觀察地層後會發現,地層層理並不清晰,構造相當紊亂。

 


  北海道「一定能採集到脊龍蝦化石的山崖」位於小平町達布。只要細心清理,就可以顯現出漂亮的足部。這座山崖屬於科尼亞克階,也是同時產出大量疊瓦蛤的場所。觀察其地層,會發現與奔別那裡相同,具有滑塌(Slump)的地層錯亂情形,結核的方向也十分零亂。這座山崖產出的脊龍蝦化石也具備足部,就像是遭到活埋而形成的化石。

 

 


  

在古生物學當中,埋藏學(Taphonomy)研究化石死亡、破壞、搬運、堆積與掩埋整個過程,我們可以利用其成果來解釋。正如英國的Alison教授的論文所提到的,蝦或蟹死亡後如果沒有立刻形成化石,足部等部分很容易四分五裂地散落。從三笠市的新生代古第三紀的幌內層地層,大量發現只有美人蝦這種甲殼類的足爪。像這種甲殼類很容易四散分離的例子很多,不過,其實足爪之外的部分同時形成化石的例子比想像中還多。有可能是因為堅硬的足爪部分清理起來較輕鬆,殼較薄的其他部分不好清理的緣故。

 


  Alison教授的解釋,給予「脊龍蝦完整漂亮的化石為何不少」這個問題一些提示。Alison教授表示,死亡後很容易四散分裂的就難以形成化石,這段話其實可以反過來看,如果立刻被掩埋的話,身體容易離散的蝦也可能有機會形成化石殘留下來。達布與奔別的脊龍蝦產狀應該是幾近活埋的狀態,因為難以保存的蝦有形成化石的例子。那麼,為什麼這麼多脊龍蝦會一起被活埋呢? 答案就在紊亂的地層當中。

 


  達布的山崖完全是在淺海底形成的,可以發現結核與泥沙一同滑動與沈積下來的痕跡。此外,疊瓦蛤的產狀也幾乎吻合,大部分的個體的殼是錯離的,就像生前疊瓦蛤群集在一起生活時發生崩塌覆蓋的狀態。筆者認為,從這種地層構造和化石產狀可以得知,該地層一度為海底沈積物,因某些因素而發生滑動,結果像雪崩一樣沈積到別處海底,這些可憐的脊龍蝦被這陣泥土雪崩捲入而遭活埋。不過,也因為如此我們才有辦法取得保存良好的脊龍蝦化石。造成保存良好的化石的急速埋積事件,其實是海底滑塌作用。

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