腳印化石是怎麼留下的？

地理課想到的求解答

---

@雲舞空城 的故事很精彩，也提到了形成腳印化石的一些基本條件，燃鵝，並沒有詳細地解釋腳印為何能形成化石。

腳印與動植物屍體不同，它並不是一個實際存在的物體，而只是一個痕迹，因此，腳印化石的形成條件與實體化石的形成條件有一些不同。

形成腳印化石的條件是：

首先，要有腳印。相應地，實體化石也需要有一個實體（屍體或其中一部分、蛋、便便……）。嗯，以上全是廢話。

第二，必須在腳印被破壞之前把它埋起來。這也是所有化石形成的前提條件。

第三，腳印化石的形成，必須符合分型條件。這一點基本上是腳印化石特有的問題，因為實體化石不會或很少遇到這樣的問題。

為了能理解第三點，請跟我一起動手，來偽造一個腳印化石。

用什麼材料呢？就用混凝土吧，好處是材料便宜，工藝簡單，缺點是——這種材質的「化石」只騙得了小孩子。

把配好的混凝土倒進模子（不是做成腳印形狀的模子，只是一個桶或盆而已）里，注意別倒滿了，裝一半就好，抹平。這是下半部分。

然後把你的腳踩上去，留下一個腳印。

然後，繼續倒混凝土，直到倒滿為止。這是上半部分。

幾天後，混凝土完全乾了，把它從模子里取出來。

然後你傻眼了，上下兩部分混凝土凝結成了完整的一塊，渾然天成。

說好的腳印呢？說好的化石呢？

問題很明顯，雖然你曾經在上半部分和下半部分之間留下你的遺迹……哦不……痕迹，但由於上下兩部分的混凝土沒有任何區別，它們在凝固結晶的時候，無法區分敵我，只好抱成一團了。

好了，總結失敗的教訓，改變策略，再來一次吧。

下半部分做好後，踩上腳印，放一邊晾乾。

幾天後，下半部分已經干透了，然後澆鑄上半部分。

再過幾天，上半部分也幹了，把它從模子里取出來。

你有機會把它從兩部分的連接處分開並得到期望的腳印化石，不過，成功幾率並不高。

雖然澆鑄上半部分的時候，下半部分已經結晶，因此不會出現跨越界面結晶的情況，但由於上下部分的材質完全相同，所以凝固時仍能很好地結合在一起。

你之所以還有一定幾率得到「腳印化石」，那是因為上下兩部分各自累積的凝固時間不同，這會在界面上造成一定的應力。

你如果在上半部剛剛凝固的時候拆開它，成功率會高不少；如果你把它放上幾個月以後再來嘗試拆解，基本上就沒有機會了；如果像真的化石那樣放上幾百萬年幾千萬年，那就根本不要想了。因為時間越長，兩部分的凝固時間差異就越小，應力也越小。

為了提高成功率，我們需要繼續改進工藝。

改進的途徑，就是讓界面產生儘可能大的應力。

一種思路，讓上下的材質有差異。比如上下部分用標號不同的水泥；或者配製混凝土時使用不同比例的水泥與河沙；或者所用的河沙粒度大小不同。

另一種思路，不必讓上下材質不同，但可以在界面混入雜質。這雜質與混凝土結合力越低越好，比較差一點的，用一些特別粗的砂；而理想的做法是，下半部分做好後，給它打上蠟（現實中的造假者真有這麼乾的）……

當然，恐龍在湖邊散完步後，不會為了讓自己的腳印永恆而給它打蠟，不過你可以這麼做，然後幾百萬年後的古生物學家把你的化石……哦不，你的腳印的化石……挖了出來。

大自然有時會用不同的材質來製造相鄰的兩層沉積物。

另一方面，大自然雖然不會打蠟，但是它卻很擅長在界面混雜質。

【【【 有一個成語叫「泥沙俱下」，說的是在江河的急流中泥土和沙子隨著水一起衝下。但在水流不那麼急的時候，泥和沙就不會「俱下」了，因為顆粒粗細不同，它們會分層沉澱。

絕大多數沉積岩都有層理，層理的成因就是分層沉澱：一波（比較溫柔的）洪水襲來，沉澱了一層泥沙——沙在下，泥在上。然後洪水退去，太陽出來，把新沉積的泥土晒乾（這點比較重要，如果沒晒乾就來下一波洪水，那麼原來的有序結構可能被破壞），再然後，洪水又來，再來一波沙下泥上，久而久之就形成了沙-泥-沙-泥……這樣層層疊疊的重複結構。當它們被埋入地下深處壓實後，就成了頁岩。

在兩次洪水的間隙，恐龍來散了次步，腳印留在泥上……太陽出來，晒乾腳印……再來一波洪水，在泥質的腳印上沉澱薄薄的一層沙，沙上又是泥……

第二波洪水不能太猛，太猛會破壞原來那一層的結構。

第二波洪水時間要短，時間太長，本來晒乾的那一層很容易因再次溶化而使結構不能保持。

洪水攜帶的泥沙顆粒不能太細，不能全是細粒的泥（通常以膠體形式懸浮在水中），否則難以形成明顯的分層結構，最後得到的通常是層理不明顯的泥岩，泥岩中找到腳印化石概率很低。】】】

以上【【【】】】中的內容純屬腦洞，僅僅為腳印化石形成的一種典型場景，實際上可以形成腳印化石的途徑還有很多，請各位自行腦補。總的來說，形成腳印或其它印痕的化石，都需要有類似於模具中的那種分型面。

而對於實體化石來說，由於屍體/便便本來就與掩埋它的泥沙材質不同，天生就有分型面。

---

旱季，饑渴難耐的你踉踉蹌蹌的走到最後的水潭邊，喝飽了一肚子污水。身後的淤泥灘留下了一串難看的腳印。灼人的陽光沒用幾天就晒乾了你留下的足跡，而它的邊上，還有一堆紛亂的其他腳印。

雨季，昔日的小水坑重現碧波萬傾。水面以下，沒羞沒臊的魚兒正在用生命進行群P。湖水裡漂浮的泥沙慢慢沉到水底，覆蓋了死去的魚群，還有你的腳印。

時間就在這樣的枯洪循環中慢慢過去。你死於污水坑的阿米巴蟲感染已經很多年了，湖泊卻還是那個湖——只是你的腳印已經被埋到沉積物深處。

五百萬年過去，湖泊還在，只是你的腳印已經在地下幾百米。又過了兩千五百萬年，湖泊終於不在了——它覺得自己缺鹽，一個猛子扎入地下，把自己變成了海……你的腳印現在埋得有點深，在一兩千米的地下，那一灘鬼才知道是泥還是砂的沉積物正在變成岩石。

我們快進一下吧，要不然就太長了……一眨眼的功夫，一億年過去了。這個時間其實也不太長，但已經夠讓你當年喝水的地方抬升成陸地。又是一陣子混亂的褶皺造山，風化剝蝕什麼的，突然有一天，你的腳印露出來了。

我們來好好看看這串腳印吧：它發育在一套灰黑色粉砂岩里，地層產狀近直立。通過地層里的其他化石，我們發現它形成於1.3億年前。地層形成於陸相湖泊環境，通過其他的沉積特徵判斷出半深湖的沉積特徵。而混亂的腳印和泥裂構造告訴我們，這個湖動不動就乾涸掉，氣候的變化有些劇烈。

然後，我們拍了幾張照片就走了，用它灌水了幾個paper，講述了一個一億多年前的故事，這個故事是這樣的：

煙波浩瀚的湖泊遭遇乾旱事件，萎縮成一個渾濁不堪的小水窪，原本位於幾十米深湖底的半深湖灰黑色粉砂沉積物暴露地表。恐龍走過暴露在外的半深湖沉積物，喝了一口水。半深湖沉積物上的腳印和泥裂構造，成為低水位的證據。

旱季結束，湖平面緩慢回升，中間可能間隔一年，也可能間隔幾年。在這個過程里，你的腳印上覆蓋了後續的深湖沉積物。先後的兩層沉積物之間並不絕對均勻，粒度和成分上的細微差異足以形成明顯的層面。於是，乾旱留下的證據被保存了下來。經過漫長的地質演變……（略）。又過了幾十年，你的腳印被私挖化石的販子破壞掉了……無他，技術太渣。

哦，這真是一個憂傷的故事，不是么。

對了，我們管你叫做恐龍，你生活的年代叫做白堊紀。嗯。

所以，腳印化石大抵就是這樣形成的。

---

想起來，我拾到過一塊很奇特的足跡化石。

奇特得自己都不相信。一直以為是個道具而已。

最終被拋落在河中。

後來想想，應該是真的生物足跡化石。

還曾特地到古生物研究所去畫圖請教，也未得要領。

幾十年過去都不得釋懷，唉。

---

你可以這樣想：
七八歲的你在上學的路上看到了一塊被磚頭圍起來的濕水泥地，你高抬腿、大跨步直接越過磚頭，在這片未乾的水泥上踩了兩個大腳丫子印。幾百年以後，有人在挖旱廁的時候摳出來了印著你腳丫子印的水泥板，於是人們蜂擁而至，科研人員想要多挖出來一些，叫獸開始瘋狂科普，至於幾百年前的你，對此一無所知。

---

推薦閱讀：