历史地质学/硅质软泥
在本文中,我们将讨论硅质软泥的起源、沉积和成岩作用。
与钙质软泥一样,硅质软泥是由微生物的遗骸形成的;对于硅质软泥来说,这些生物有两种类型,硅藻和放射虫。在这两种情况下,形成测试的二氧化硅都是以无定形形式存在的,技术上称为蛋白石。要被归类为硅质软泥,沉积物中至少要包含 30% 的这种物质。
本文顶部的图片是显微镜下拍摄的硅藻(左)和放射虫(右)的照片。它们都不应该被视为这种类型的典型代表,因为实际上没有这样的东西:硅藻和放射虫都表现出各种各样的形式。
右侧的图显示了硅质软泥的分布情况,以绿色表示。热带硅质软泥以放射虫为主;较高纬度地区的带状区域以硅藻为主。
据估计,这些生物的微小测试需要 20 到 50 年才能漂浮到海底;但是,它们以以硅藻和放射虫为食的有机体的粪便颗粒形式可以更快地下降。硅质软泥的沉积速率约为每千年 10 毫米。
与钙质软泥一样,也存在一个深度,在这个深度以下,硅质软泥的溶解速度快于其沉积速度,被称为蛋白石补偿深度。然而,二氧化硅比碳酸钙更耐溶解,相应的深度也更深:大约 6000 米。
在某些情况下,将硅质岩石与硅质软泥联系起来非常容易。例如,硅藻土在显微镜下观察时,很明显是由硅藻组成的;它可以被描述为白垩的硅质等效物。右侧的显微照片显示了硅藻土的破碎碎片:它显然是由硅藻组成的。
然而,海洋燧石乍一看就显得更加神秘:它的结构由非常细小的晶体的二氧化硅组成,其生物起源的迹象在很大程度上已经消失,这引发了这样一个问题:我们如何知道它确实具有生物起源?这个问题(以及答案)与我们在上一篇文章中提出的关于海洋石灰石的问题类似。在本节中,我们将简要回顾一下表明构成海洋燧石的二氧化硅起源于硅质软泥的证据。
首先,请注意,燧石正是我们如果时间、压力、溶解和再沉淀导致再结晶硅质软泥所预期的结果。海洋燧石需要二氧化硅来源;硅质软泥提供了二氧化硅来源。即使我们没有其他相关证据,我们也应该优先将层状燧石的起源归因于硅质软泥,而不是假设二氧化硅的另一个尚未发现的来源。
更直接的线索是通过发现燧石的环境揭示的。从同一地点的不同深度采集岩石样本(例如,这里第 575 页给出了一个例子),然后我们可能会发现粘土层;富含放射虫的粘土层;被二氧化硅填充和胶结的放射虫层;以及真正的燧石层。现在,假设构成燧石的二氧化硅与其他层中的二氧化硅具有完全不同的起源需要很大的想象力;尤其是在没有关于该起源可能是何种的良好假设的情况下。
此外,在某些情况下,当燧石没有显示出可见的有机结构时,用氢氟酸处理燧石会在燧石中揭示出放射虫结构,可能是因为基质中的二氧化硅具有比放射虫更易溶解的结构(见这里了解详细信息)。现在,可以争论说这些放射虫是“偶然的”:它们只是碰巧被埋在除硅质软泥以外的某些硅质沉积物中。但是,鉴于我们提到的其他考虑因素,这似乎不太可能。
有些人认为燧石至少应该有一些替代来源,因为已知前寒武纪燧石,它们早于放射虫和硅藻的演化。然而,对这些前寒武纪燧石的研究揭示了微观的球形装饰结构(见这里了解详细信息)。如果其中一些是已灭绝的硅分泌生物的壳,那么我们可能会认为前寒武纪燧石很可能由由这些测试组成的硅质软泥形成。
另一方面,我们应该注意到,如果前寒武纪海洋中没有分泌二氧化硅的生物,那么海洋中的二氧化硅浓度会比今天高得多,并且在这种情况下,二氧化硅的非生物沉积可能是通过一些在现代条件下无法运作的过程实现的。
然而,这可能是这样,但似乎没有什么能够动摇人们对较新的燧石具有生物起源的共识。这并不是说燧石这个主题没有争议,但这些争议超出了本文这种入门文章的范围。