出品：科普中国

作者：地星引力

监制：中国科普博览

(资料图)

不久之前，因为修路，有人在湖南武冈的路边挖出一些形似龙爪，爪上有“鳞”的岩石。记录了龙爪岩石的视频着实在某短视频平台上火了一把。很多人纷纷猜测，这是不是就是龙爪的化石？

网传“龙爪化石”图片

（图片来源：潇湘晨报）

先说答案：它们并不是什么龙爪化石，只是一些普通的灰岩而已。那为什么灰岩石能够长得像龙爪化石呢？我们可以将这个问题拆解成两个子问题：一、为什么它长得像龙爪？二、“龙鳞”怎么形成的？

一、为什么长的那么像龙爪？

这是水溶蚀灰岩的结果，是一种典型的岩溶地貌。

灰岩的化学成分是碳酸钙，相对其他类型的岩石来说，是一种比较容易溶于水的岩石。因为空气中的二氧化碳往往会溶于水中，当它们与灰岩接触之后就会发生化学反应，形成可溶性的碳酸氢钙。随着水的流动，碳酸氢钙就会被带走，灰岩也因此而被溶蚀。

为了帮助大家复习一下初中化学，我们很贴心地将上面所说的化学反应方程式放在了下面：

这一过程就是岩石被溶解的反应，国内学者很形象地将其称为岩溶作用。在灰岩这种可溶岩的覆盖区，水与可溶岩之间相互反应（岩溶作用）很普遍，会形成一系列壮美的景观，其中最著名的可能要数溶洞和天坑了。这些特殊的景观就被称为岩溶地貌（在国际上称之为喀斯特地貌）。

溶洞、天坑等都是常见的岩溶地貌，桂林也因岩溶作用而形成了著名的山水景观

（图片来源：wikipedia）

岩溶地貌的全球分布状况，可以看到我国南方（尤其是云南、贵州、湖南、重庆、广西）大部分都被覆盖了

（图片来源：wikipedia）

不过，溶洞和天坑是在灰岩岩层内部形成的，我们今天见到的“龙爪化石”这种地貌则发生在灰岩表面。

它的形成过程是这样的：当雨水或是其他水流接触到灰岩后，由于灰岩是不透水的，所以水最初就会在灰岩表面流动——由于地形有坡度、灰岩表面凹凸不平，以及灰岩表面可能存在裂隙，水流自然会沿着灰岩表面的小型凹槽流动。

灰岩表面的裂隙非常普遍（当然本图只是一个极端的示例），同时灰岩内部成分也并不是均一的，有些地方难溶，有些地方更易溶，这都是灰岩表面出现沟槽的原因

（图片来源：wikipedia）

我们从前文已经知道，灰岩是可溶于水的，所以这些凹槽会变得越来越宽大，于是形成了溶槽。而溶槽之外的其他部分则会凸起成垄状，或者是柱状（由于灰岩表面的裂隙是纵横交错的，溶槽也是纵横交错的，因此溶槽之外的其他部分就被分隔成了方块状，随着方块继续被溶蚀，则会变成柱状）。这些垄状或柱状的凸起，我们可以将其称为石芽。

石芽与溶槽

（图片来源：wikipedia）

以上所说的变成垄状或者柱状，是灰岩层直接暴露在地表的情况。在我们今天讨论的“龙爪状”的情况中，灰岩是被埋在土壤层之下的，但本质并没有什么不同——因为众所周知，土壤也是透水的。

我们见到的龙爪状的形态，其实就是被半埋在土中的溶槽和石芽。如果我们继续往下挖，就会发现它们下方连接着完整的灰岩层，这些“龙爪”只是灰岩层上的小突起而已。但正是这种半掩半暴露的情况，让它们看上去像是龙爪而已。

更大一点的石芽，大家可以想象一下它的底下都被埋在土中，只剩下最上层露出地表，其形态是不是就与“龙爪”有几分相似了？

（图片来源：PxHere）

二、鳞片是怎么形成的？

“龙爪化石”上呈现的这种鳞片状的结构，是由于灰岩中特殊的网状纹理被风化形成的。在武冈的这种灰岩，极有可能是宝塔灰岩，中国著名地质学家李四光先生在上个世纪20年代就发现并命名了这种灰岩——宝塔灰岩。叫宝塔，是因为这种灰岩中富含奥陶纪的古生物化石，其中最显眼的一种化石叫做中华震旦角石（Sinoceras chinense），角石是长锥形，被保存在岩层中后，就像一座座小小的宝塔一样，所以叫它宝塔灰岩。

这种灰岩还有一个很明显的特征——有网状纹路。有人将其命名为马蹄纹，也有人因为其被风化后的裂纹结构呈六边形，整个岩层像龟背，命名其为龟裂纹。

宝塔灰岩上形似宝塔的直角石化石，以及宝塔灰岩的网状纹路

（图片来源：参考文献1）

至于这种网状裂纹是怎么形成的，地质学家们至今没有统一的答案。最初，有些人认为，这是岩层在形成时曾被直接暴露于阳光下而干裂，进而形成的。

这种干裂的现象在我们日常生活中非常常见（尤其是生活在农村的人可能见得非常多）。以现代干裂为例，它们往往形成在暴雨之后的泥地中，一旦太阳曝晒，泥地表面就会迅速失水收缩，形成六边形的裂纹，这被称为泥裂。

现代的泥裂

（图片来源：Jonathan Wilkins）

被保存在泥岩中的泥裂

（图片来源：David Tanner, Leibniz Institute for Applied Geophysics (LIAG), Hannover, Germany）

由于灰岩往往形成于浅海或滨海环境中，有科学家就认为这些宝塔灰岩可能形成的环境非常浅。灰岩间歇性暴露于阳光之下，在阳光曝晒下，还是淤泥状态的灰岩干裂，从而形成了这些裂纹。但是最近这种说法已经很少有人提了。

另一些人认为，网状裂纹可能是灰岩形成时在水下脱水收缩而成。如前文所述，灰岩形成于浅海环境中，要么是由于海水的大量蒸发，导致其中钙离子浓度增加，从而形成灰泥沉淀，灰泥最后固结形成灰岩；要么是由于海洋中富含钙质的生物，比如贝壳、珊瑚等生物死亡后，其钙质外骨骼沉淀形成富含生物质的灰泥，灰泥进一步形成灰岩。

灰岩的形成主要与海水中钙离子的沉淀以及生物外骨骼的沉淀有关系

（图片来源：参考文献2）

但无论哪种成因，在其沉淀于海底之后，都会继续被后续形成的沉淀所覆盖、压实。就在这个压实的过程中，原本富含水分的沉淀物（此时可能是一种胶状物）会因为压力越来越大而逐渐脱水，脱水的过程中自然体积变小收缩，由此形成裂纹。裂纹随后又被泥质物质填充，于是最终就形成这种规则的网格状结构。

这是对玄武岩六棱柱成因（著名的巨人之路就是这一地貌的典型代表）的示例。本文中灰泥脱水后形成裂隙的原理也与此类似，灰泥脱水后，局部产生张力，会自然产生规则的形状和规则的裂隙

（图片来源：wikipedia）

也有人认为，网状裂纹的形成原因是这样的：这种灰岩形成时，灰泥层之间夹有薄层的粘土层，在它们整体被压实时，灰泥最先脱水，这些水分很大一部分被粘土层吸收。而后，随着压力继续增强，粘土层也开始脱水。由于粘土层中本身有细菌等有机物的存在，会让粘土层中的水呈现出酸性，这些酸性水会在脱水时向灰岩层（原本的灰泥层，因脱水此时已经固结成为灰岩）中挤出，并部分溶解灰岩石层（也就是压溶作用），导致这种裂纹出现。

浅埋条件下，灰泥先脱水，水分集中到粘土中；到了深埋条件下，粘土中的水分涌出，开始溶蚀灰岩，导致灰岩形成裂隙

（图片来源：参考文献1）

还有人认为这与构造作用有关。简单来讲就是，在这一区域成岩时，受到比较复杂的压力或是拉力的作用，从而将未固结的沉积物拉裂或压裂，形成裂隙网络。随后的沉积作用又对这些裂隙进行了改造，变成我们现在见到的样子。

(a)、沉积阶段，灰泥还是松散的沉积物；（b）、受到构造作用力的影响，沉积物中出现裂纹；（c）、在深埋之后，受到压溶作用；（d）、在暴露在地表后，受到风化作用，进一步被改造成我们见到的样子

（图片来源：参考文献1）

总而言之，为什么灰岩会呈现龙鳞的样子，科学家们对其成因还不太确定。不过我们可以确定的是，发现的并不是龙爪，只是普通的灰岩而已。至于上面的层层鳞片，这只是一种灰岩自带的结构，而不是所谓的龙鳞。

参考文献：

[1] 廖纪佳, 马思豪, 廖明光, 等. 奥陶系宝塔灰岩网纹构造成因研究进展及新发现[J]. 沉积学报, 2017, 35(2): 241-252.

[2] Wheeley J R, Cherns L, Wright V P. Provenance of microcrystalline carbonate cement in limestone–marl alternations (LMA): aragonite mud or molluscs?[J]. Journal of the Geological Society, 2008, 165(1): 395-403.

[3] 方少仙, 侯方浩, 兰贵, 等. 川黔地区中奥陶统宝塔组灰岩中 “马蹄纹” 构造的成因及含油气性[J]. 海相油气地质, 1994 (1): 36-40.

[4] 周书欣, 王建国. 贵州石阡地区宝塔灰岩的成因[J]. 石油实验地质, 1992, 14(3): 291-295.

[5] 黄乐清, 刘伟, 柏道远, 等. 湘西北奥陶系宝塔组灰岩龟裂纹构造特征, 成因及其资源意义[J]. 地球科学, 2019, 44(2): 399-414.

编辑：郭雅欣

（注：文中拉丁文部分应为斜体。）