瑞典西南部野外考察之旅

梁 悅

2019 年下半年，在導(dǎo)師張志飛教授和西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系的資助， 我有幸前往瑞典烏普薩拉大學(xué)進(jìn)行為期半年的學(xué)習(xí)交流。在此期間，我很榮幸在該校地球科學(xué)系古生物學(xué)家Lars Holmer 教授的邀請(qǐng)下于10 月7 日至15 日參加了該系本科生的為期9 天的野外實(shí)習(xí)。 同行的還有烏普薩拉大學(xué)火山變質(zhì)巖學(xué)家Karin H?gdahl 教授和另外兩名博士生。 在這9 天的野外中， 我不僅復(fù)習(xí)了本科時(shí)學(xué)到的地質(zhì)學(xué)知識(shí)， 看到了豐富有趣的地質(zhì)現(xiàn)象和保存精美的化石， 更是與同行的老師學(xué)生進(jìn)行了活潑有效的溝通， 欣賞了瑞典西南部唯美靜謐的自然風(fēng)光。

此次野外實(shí)習(xí)橫跨了瑞典西南部的大部分面積，其中包括Sm?land（斯莫蘭?。k?ne、（斯科納省）、V?sterg?tland（西約特蘭省）（圖1）。 實(shí)習(xí)內(nèi)容主要分為兩部分， 一部分是前寒武紀(jì)變質(zhì)巖及相關(guān)地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的觀察與解釋， 另一部分是寒武紀(jì)至第四紀(jì)的地層及化石的認(rèn)識(shí)，分別由KarinH?gdahl 教授和LarsHolmer 帶領(lǐng)。此次行程安排節(jié)奏緊密，內(nèi)容豐富，唯一讓我感到困難的是野外教學(xué)過(guò)程全程為瑞典語(yǔ)， 這讓對(duì)瑞典語(yǔ)一竅不通的我摸不著頭腦， 只好不斷向老師們請(qǐng)教、查閱資料，與另外兩名博士生交流，才有了以下的收獲。

瑞典西南部的基巖以前寒武紀(jì)1.85-1.65Ga 的花崗巖和少量輝長(zhǎng)巖為主，這兩者通常具有混合關(guān)系。 花崗巖是酸性巖石， 多呈肉紅色、灰白色，粗粒，并且通常不具有斑晶。而輝長(zhǎng)巖是基性巖類，為灰黑色至黑色（圖2A）。 為了更好地觀察和理解花崗巖， 我們來(lái)到了著名的ScandinavianStone 采石場(chǎng)， 它在瑞典和挪威的13 個(gè)采石場(chǎng)中提取天然的花崗巖石材。 這里的花崗巖致密堅(jiān)硬、抗壓性強(qiáng)，幾乎不受到酸雨的影響，且?guī)r體完整，易于開采。 由于通常結(jié)構(gòu)致密，均質(zhì)性強(qiáng)，花崗巖極其牢固堅(jiān)硬，因此成為優(yōu)良的石材（圖2B）。 比如，埃及金字塔中保存最好的一座就由花崗巖建筑而成； 用于體育賽事的冰壺石，也是由花崗巖制成的。 此外，我們?cè)赟l?ttemossa 見(jiàn)到了著名的球形花崗巖（地球儀花崗巖）（圖2C）， 這里是瑞典唯一可以見(jiàn)到這種奇特類型巖石的地方。 它是花崗巖在地球深層凝固， 然后在地殼褶皺過(guò)程中到達(dá)表面而形成的。 截面上看起來(lái)像數(shù)千只盯著游客的眼睛。

圖1.野外路線圖。 黑色線連接的是本次瑞典西南部野外實(shí)習(xí)路線。 綠色的地標(biāo)點(diǎn)是保存了奧陶紀(jì)化石的Dalarna（達(dá)拉納）省。

隨后，我們步入了南山脊國(guó)家森林公園（圖8C，D，F(xiàn)）。在這里，我們見(jiàn)到了奇特的玄武巖火山石柱（圖2D-F）。 它的歷史可追溯到白堊紀(jì)，其年齡定為1.1 億年。當(dāng)時(shí)Sk?ne（斯科納）省的中部是一個(gè)火山景觀， 多達(dá)150 座火山散發(fā)著巖漿、火山灰和天然氣。我們?cè)谶@里看到的是一個(gè)玄武巖圓頂，它是火山口管道的殘留物，玄武巖漿在該通道中向上移動(dòng)。當(dāng)受到冷卻，它會(huì)破裂成美麗的像蜂巢一樣的六個(gè)角的玄武巖柱，柱子直徑20-30 厘米， 長(zhǎng)度可達(dá)到幾米 （圖2E）。 由于玄武巖在凝固時(shí)溫度很高，并且隨著冷卻的繼續(xù)，巖石的體積減小，導(dǎo)致裂紋以規(guī)則的方式發(fā)生。 玄武巖石柱至今仍整整齊齊地排列在一起，是由于玄武巖是一種堅(jiān)硬、不易被風(fēng)化的巖石。這些玄武巖支柱不是筆直，而是向西南傾斜。 至于原因則仍待考究。 接下來(lái)，我們?cè)诓_的海海邊的剖面看到了有趣的壓扁層理（flaser bedding，俗稱"泥包沙"）（圖2G-M），即具脈狀層理的薄層的砂巖呈波狀起伏。 壓扁層理中的砂質(zhì)沉積物可以發(fā)育像交錯(cuò)層理那樣的紋層。 垂向上，間隔出現(xiàn)的泥的厚度均較小，一般不超過(guò)1-2cm，常常只有幾毫米。 這主要發(fā)育于潮汐環(huán)境中，在湖濱、三角洲前緣、河流等環(huán)境中也可見(jiàn)到。在這些紋層中，我們還發(fā)現(xiàn)了一些遺跡化石（圖2K-M）。

在10 月14 日的考察中， 歡喜和激動(dòng)始終將我縈繞，因?yàn)檫@是唯一一天全是看地層、找化石的野外， 讓我這個(gè)古生物學(xué)博士生在看了許多天變質(zhì)巖后自然是感到興奮難當(dāng)！ Lars Holmer 教授帶領(lǐng)我們走過(guò)海岸， 穿過(guò)叢林，看了V?sterg?tland 省Kinnekulle 地區(qū)從寒武紀(jì)到奧陶紀(jì)的地層與化石（圖3）。 該省的地層涵蓋了在全球范圍內(nèi)多細(xì)胞生命最早演化發(fā)生的時(shí)期， 并且在此期間形成了所有主要?jiǎng)游锶汉偷谝粋€(gè)復(fù)雜的海洋生態(tài)系統(tǒng)。 V?sterg?tland 省保存完好的Orsten 動(dòng)物群是世界上最重要的寒武紀(jì)化石產(chǎn)地之一。 它對(duì)大部分幼蟲化石的軟軀體的保存極大地增加了我們對(duì)早期節(jié)肢動(dòng)物、緩步動(dòng)物和五足綱動(dòng)物的了解。這里還報(bào)導(dǎo)了干群類腕足動(dòng)物， 三葉蟲和筆石以及極為多樣的遺跡化石（圖4）。 遺跡化石是生物穿過(guò)沉積物或在沉積物上移動(dòng)而形成的軌跡和痕跡，它們使古生物學(xué)家能夠推斷出早期動(dòng)物的行為。V?sterg?tland 省Kinnekulle 地區(qū)寒武紀(jì)的砂巖屬于FileHaidar 組（該組在Gotland 島的巖芯中得以充分描述）。 通常情況下，該組被分為兩個(gè)單元，位于下部的"Mickwitzia sandstone"和上部的"Lingulid sandstone"（圖3）。 1997 年Jensen對(duì)Mickwitziasandstone 進(jìn)行了充分的研究。 它是一種云母質(zhì)薄層砂巖，具有稀薄的黏土夾層，在下部產(chǎn)出干群腕足動(dòng)物Mickwitzia 和非常豐富的遺跡化石。相比之下對(duì)于Lingulidsandstone的研究相對(duì)較少，它受到的生物擾動(dòng)作用強(qiáng)烈，因此產(chǎn)出的實(shí)體化石極少（圖4C）。中寒武紀(jì)的AlumShale 化石含量豐富， 這些頁(yè)巖本身不含有化石， 但是其中的灰?guī)r夾層和結(jié)核幾乎全由三葉蟲Agnostuspisiformis 組成（圖4E-F），伴隨著一些腕足動(dòng)物（圖4G）。這種類型的密集層僅現(xiàn)于寒武紀(jì)。在附近的一所教堂中，我們觀察了產(chǎn)出自Lingulidsandstone 中的一種極為罕見(jiàn)的遺跡化石"Fucoides"circinatus（圖4O-P）。 看完寒武紀(jì)的地層后， 我們來(lái)到了奧陶紀(jì)的地層，H?llekis 采石場(chǎng)（圖H-I），該采石場(chǎng)的灰?guī)r由紅色和灰色的灰?guī)r組成， 其中紅色的灰?guī)r指示富氧的環(huán)境，灰色的灰?guī)r顯示缺氧的環(huán)境。在該采石場(chǎng)中， 我們幸運(yùn)地見(jiàn)到了大量的保存精美的角石（圖4K-M）、數(shù)量之大幾乎同等于全世界隕石化石總和（圖4N）。

圖2.一些野外地質(zhì)現(xiàn)象。A-B，ScandinavianStone 采石場(chǎng)的花崗巖和輝長(zhǎng)巖；C，前寒武紀(jì)的地球儀花崗巖；D-F，位于Sk?ne（斯科納?。┦∧仙郊箛?guó)家森林公園的玄武巖石柱；G-M，中生代壓扁層理及其所含的遺跡化石。

圖3.V?sterg?tland 省Kinnekulle 地區(qū)的地層層序

記憶將我拉倒了九月中旬在Dalarna（達(dá)拉納?。┦商斓亩唐谝巴猓▓D1 中綠色標(biāo)記點(diǎn)），看到的地層同樣為奧陶紀(jì)的灰?guī)r（圖5）。 在這里， 我們見(jiàn)到了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的海百合莖密集保存（圖5A-E）。海百合是一種始見(jiàn)于早寒武紀(jì)世的棘皮動(dòng)物，生活于海里，具多條腕臂，身體呈花狀，表面有石灰質(zhì)的殼，由于長(zhǎng)得像植物，人們就給它們起了這么個(gè)生動(dòng)形象的名字--海百合。海百合的身體有一個(gè)像植物莖一樣的柄，柄上端羽狀的東西是它們的觸手，也叫腕。這些觸手就像蕨類的葉子一樣迷惑， 致使人們認(rèn)為它們是植物。除了密集的海百合之外，就是豐富的腕足動(dòng)物了。 在這里我們見(jiàn)到了具有精美放射狀紋飾的鈣質(zhì)殼有鉸類腕足動(dòng)物（圖5H-J）和同心狀紋飾的磷酸鈣質(zhì)殼無(wú)鉸類腕足動(dòng)物（圖5K）。 同時(shí)，與在上文中提到的H?llekis 采石場(chǎng)中見(jiàn)到的化石類似， 我們?cè)谶@里的野外露頭剖面上也見(jiàn)到了許多角石化石（圖5L-M），有的個(gè)體還清晰的保存了內(nèi)部的結(jié)構(gòu)（圖5M）。

看完古生代寒武紀(jì)奧陶紀(jì)的化石后， 我們來(lái)到了中生代侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)的地層中。 在侏羅紀(jì)頁(yè)巖中，我們見(jiàn)到了植物化石（圖6A-C），這些植物化石被保存為黑色的炭質(zhì)壓模， 并且清晰地顯示出了植物的脈絡(luò)紋理。緊接著，我們考察了白堊紀(jì)的白色細(xì)砂巖（圖6D-E）。 在這厚層、綿延幾公里的細(xì)砂巖中，我們發(fā)現(xiàn)了許多化石，其中有箭石（圖6F-G）、厚殼蛤（圖6F）、鈣質(zhì)殼有鉸類腕動(dòng)物髑髏貝（圖6H-I）、苔蘚蟲（圖6J）。

圖4.V?sterg?tland 省Kinnekulle 地區(qū)的化石與地層。A，早寒武紀(jì)Mickwitziasandstone 中保存的遺跡化石；B，劃分早寒武和中寒武的凝塊巖；C，早寒武紀(jì)Lingulid sandstone；D，中寒武紀(jì)Alum Shale 的地層，灰?guī)r和黑色頁(yè)巖的互層；E，中寒武紀(jì)三葉蟲Agnostuspisiformis 密集層；F，中寒武紀(jì)三葉蟲Agnostuspisiformis 的復(fù)原素描圖；G， 中寒武紀(jì)AlumShale 的灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)的腕足；H，H?llekis 采石場(chǎng)；I，奧陶紀(jì)紅色和灰色相間的厚層灰?guī)r；J，奧陶紀(jì)的豹皮灰?guī)r；K-M，H?llekis 采石場(chǎng)奧陶紀(jì)灰?guī)r中保存精美的角石；N， 奧陶紀(jì)灰?guī)r中的隕石化石；O-P， 早寒武紀(jì)Lingulid sandstone 中發(fā)現(xiàn)的罕見(jiàn)遺跡化石"Fucoides"circinatus。

圖4.Dalarna（達(dá)拉納?。┦』?guī)r中保存的化石以及一些博物館藏品。 A-C，密集保存的海百合莖化石；D，海百合莖的外層紋飾；E，海百合莖的縱切面；F，藏于瑞典自然歷史博物館的海百合化石；G，藏于湖北省黃鶴樓巖石博物館的海百合化石；H-J，保存了精美放射狀紋飾的鈣質(zhì)殼有鉸類腕足動(dòng)物；K，保存了同心狀紋飾的磷酸鈣質(zhì)殼無(wú)鉸類腕足動(dòng)物；L-M，野外露頭剖面上保存的角石化石；N，藏于湖北省黃鶴樓巖石博物館的角石化石。

圖6.侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)的動(dòng)植物化石。 A-C，產(chǎn)出植物化石的侏羅紀(jì)地層及保存在頁(yè)巖中植物化石；D-J，白堊紀(jì)白色細(xì)砂巖及其保存的化石；F，箭石化石及厚殼蛤化石；G，箭石化石縱切面；H-I，鈣質(zhì)殼有鉸類腕動(dòng)物髑髏貝化石；J，苔蘚蟲化石。

這次旅途中，我有滿滿的收獲，也有深深的意外。 這意外便是本科生們?cè)诮淌诘膸ьI(lǐng)下親自對(duì)第四紀(jì)地層的鉆孔的實(shí)習(xí)（圖7）。 這是我們?cè)趪?guó)內(nèi)從來(lái)沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)的， 另外來(lái)自法國(guó)和德國(guó)的博士生也未曾經(jīng)歷過(guò)， 這頓時(shí)讓我對(duì)瑞典高校對(duì)本科生的培養(yǎng)方式肅然起敬！ 或許實(shí)地觀察、親自采集的資料，更能引起同學(xué)們學(xué)習(xí)的興趣。學(xué)生們?cè)跒跗账_拉大學(xué)第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)家Ian Snowball 教授的帶領(lǐng)下學(xué)習(xí)鉆孔，并在隆德大學(xué)第四紀(jì)地質(zhì)與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室里對(duì)獲得的材料進(jìn)行細(xì)致的分析。 他們?cè)谡訚傻乩?，淋著雨同心協(xié)力鉆孔， 在實(shí)驗(yàn)室共同討論學(xué)習(xí)，讓Ian Snowball 教授和Lars Holmer 教授十分欣慰。 "這是我?guī)н^(guò)的最愛(ài)提問(wèn)題，最愛(ài)記筆記的一屆學(xué)生！ "，Lars Holmer 教授興奮的說(shuō)道。 至此，九天的野外實(shí)習(xí)順利的結(jié)束了！

圖7.第四紀(jì)鉆孔實(shí)習(xí)。 A-C，本科生在野外團(tuán)隊(duì)合作鉆孔；D-E，本科生在隆德大學(xué)第四紀(jì)地質(zhì)與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的室內(nèi)學(xué)習(xí)。

此次的野外實(shí)習(xí)，讓我在學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)地質(zhì)知識(shí)之余， 也欣賞到了瑞典西南部的絕美風(fēng)光。 瑞典作為一個(gè)高度發(fā)達(dá)的資本主義國(guó)家，不僅在高科技領(lǐng)域領(lǐng)先世界，人民生活富裕而平等，其自然環(huán)境更是優(yōu)雅靜謐，讓人神往。它擁有漫長(zhǎng)的海岸線、 廣闊的森林和大量的湖泊，我們實(shí)習(xí)所在的西南部更是如此。這里土地肥沃，氣候溫和，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，自古以來(lái)就是北歐最富饒的地區(qū)之一。在自然風(fēng)光上，瑞典西南部以遼闊的平緩丘陵著稱。秋天這個(gè)季節(jié)，金黃的麥田一望無(wú)際，像厚實(shí)的毛毯延伸至天際。從高處眺望， 廣袤的麥田和森林偶爾出現(xiàn)幾幢紅色的小木屋， 給這遼闊的景象添加了幾分溫暖與動(dòng)人（圖8）。 除此之外，一個(gè)位于海邊的剖面使我們近距離感受了波羅的海溫暖潮濕的氣息，而海的對(duì)面，就是丹麥。

就在今年六月份，有位老師問(wèn)我，喜歡地質(zhì)的什么方面？當(dāng)時(shí)的我竟一時(shí)語(yǔ)塞，因?yàn)槲覐奈凑J(rèn)真思考過(guò)這個(gè)問(wèn)題。而此刻，坐在回烏普薩拉的大巴上， 觀看著大衛(wèi)·愛(ài)登堡解讀的紀(jì)錄片《First Life》★， 回想著研究生這兩年的經(jīng)歷，我想，正是那些翻山越嶺、穿越叢林尋找剖面的汗水； 那些烈日下敲了一天化石后發(fā)現(xiàn)保存精美化石的興奮瞬間；那些與博學(xué)的師長(zhǎng)、有趣的同學(xué)共同學(xué)習(xí)討論的時(shí)刻； 那些只有地質(zhì)工作者才能看到的人跡罕至的絕美風(fēng)景······共同構(gòu)成了我對(duì)這門學(xué)科的熱愛(ài)與沉醉、堅(jiān)守與追逐?！飳?duì)古生物感興趣的讀者朋友們， 我強(qiáng)烈地向大家推薦BBC 出品的紀(jì)錄片《First Life》，世界上著名的古生物學(xué)家在此片中精彩生動(dòng)地解釋了前寒武紀(jì)至寒武紀(jì)時(shí)期生活在地球上神秘而有趣的生物！ 大衛(wèi)·愛(ài)登堡：英國(guó)著名自然博物學(xué)家、探險(xiǎn)家、旅行家。

圖8.瑞典西南部和烏普薩拉的美景。 A-F，此次野外實(shí)習(xí)的美景；A，霧氣氤氳的傍晚；B，朝霞滿天的早晨；C-D，斯科納省南山脊國(guó)家森林公園；E，隆德大學(xué)圖書館；F，安靜祥和的村莊；G-E，烏普薩拉美景；G，烏普薩拉城堡；H，林奈博物館與林奈植物園；I-J，初秋的烏普薩拉；K-E，烏普薩拉大教堂。