超时空侦探邀你断案，一起破恐龙“迷案”

出品：科普中国

作者：孙佳凤

监制：中国科普博览

曾经称霸地球的恐龙永远是人们好奇的焦点之一，但它们早已灭绝6600万年，要了解到它们并不容易。不过地质学家们就好像侦探一样，会从每一块恐龙化石中抽丝剥茧，侦破“迷案”。

其中恐龙的形态、食性、繁殖方式等，可以直接借助恐龙骨骼化石来进行研究，但是对恐龙生活在哪里，生活环境是怎样的，是群居还是独行等信息却很难从恐龙骨骼化石中直接得到。

这时候，关键证据就不是恐龙的骨骼化石了，而是某些一般人认为不起眼的东西——比如恐龙化石赋存的岩层、恐龙蛋化石、粪便化石以及足迹化石。

恐龙骨骼化石是所有博物馆中的焦点，它们能帮我们直接了解恐龙的身体结构，但它们并不是全部，要恢复恐龙的生活环境，还需要更多材料。

图片来源：wikipedia

恐龙足迹都印在了哪里？

要探究上述内容，咱们得去一个地方——山东诸城。山东诸城是中国著名的恐龙化石产出地，近年来科学家们在此发现了鸭嘴龙、大型角龙——诸城中国角龙（在北美地区以外首次发现）、甲龙、虚骨龙，以及亚洲最大暴龙之一——巨型诸城暴龙等大量的恐龙化石。除了这些恐龙化石之外，诸城还发现了大规模的恐龙足迹化石。

诸城是中国重要的恐龙化石产出地，图为恐龙涧恐龙化石长廊中的恐龙化石

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这些足迹化石主要保存在张祝河湾、棠棣戈庄地区和南部皇龙沟地区这3个区域。足迹化石保存了恐龙在日常生活中的精彩一瞬，提供了有关恐龙的类型、大小、数量、行走方向和速度及生活环境等方面的信息，而恐龙骨骼化石则反映了其死亡后的埋藏环境。

其中皇龙沟的恐龙足迹化石是世界上规模最大且最著名的，它位于诸城南部皇华镇大山社区。这里已探明面积约5000㎡，发现了不同类型的兽脚类、蜥脚类恐龙足迹11000多个，它们生活的时代为1亿多年前的早白垩世中期，被专家认定为世所罕见的地质奇观。

这里的恐龙足迹密集区位于一处50°陡坡上，整个斜坡由坚硬的岩层构成，在近5000㎡的范围内，11000多个形态各异、大小不一、深浅不同的各种恐龙足迹密密麻麻排列在同一岩层的层面上，赋存于黄绿色的细砂岩中，与泥裂、波痕相伴生。

泥裂指的是干旱季节，岸边的湿泥被爆晒后变干裂开的痕迹，它们会被保存进岩石中；波痕也是如此，河底、湖底、海底以及岸边的泥沙会因为水的波动而留下波痕，它们同样也会被保存到岩石中。

皇龙沟恐龙足迹化石全貌

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这些足迹保存得非常完好，每个恐龙化石的脚趾、脚板、脚跟都清晰明了，如同人踩在柔软的泥土上留下的脚印一样自然、逼真。

恐龙足迹来自大型兽脚类、次大型兽脚类、小型兽脚类（似跷脚龙）、蜥脚类等多种恐龙，其中以小型兽脚类为主，在这些恐龙化石足迹之间，偶尔还能见到龟鳖类游泳的痕迹。

皇龙沟足迹化石（大圆坑是蜥脚类足迹，成行的是小型兽脚类足迹）

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棠棣戈庄和张祝河湾恐龙足迹化石点皆位于诸城市北部，距今约1亿年，两地距离1公里。

棠棣戈庄恐龙足迹点规模相对较小，具有重要科学意义的都在同一个岩层上，在这里科考人员发现了28个蜥脚类恐龙足迹组成的恐龙拐弯足迹，后足平均长度约为30厘米，整道行迹呈半圆形分布，恰好保存了恐龙转向的全过程，是目前世界上首次发现的恐龙180°转向的行迹。

这些足迹集中在倾角约为45°的同一层面上，赋存于紫红色细砂岩中，与泥裂、交错层理、雨痕相伴生。

棠棣戈庄恐龙足迹化石

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张祝河湾恐龙足迹化石点位于石桥子镇张祝河湾村东河东岸，由4个蜥脚类与1个古鸟类足迹组成，其中，古鸟类足迹尤为珍贵，足迹集中分布在同一个角度接近水平的地层层面上。

张祝河湾恐龙足迹化石

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如何推理出恐龙们的生活环境？

以上这些描述看起来有点枯燥，但是就如同侦探能通过案发现场破案一样，地质学家们能从这些岩层和化石的信息中推断出恐龙当时生活的环境——干旱-半干旱的湖畔。

这种判断自然不是随意做出的，下面我们就顺着地质学家的思路一点点抽丝剥茧地分析：

1、细砂岩产自江河湖海等水体周边。

细砂岩，顾名思义，是很早以前由细腻的砂子固结脱水后形成的岩石。正如我们今天看到的沙滩大多都出现在海、湖、河等附近一样，地质时期的细砂也都出现在这些地方。

另外，细砂岩岩层上的波痕也能证实这是水边的沙滩。再结合当地已有的地质图件等资料分析，便可以进一步断定这里是湖畔而不是河流或海边。

砂岩由砂子构成，当年其形成环境一如现代的沙滩

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2、恐龙曾生活在湖畔。

诸城3处化石点的足迹均赋存于细砂岩中，与水平层理及雨痕、泥裂相伴而生，这表明3处地点的恐龙都是行走在湖岸的滩地上时才留下足迹。

大量恐龙足迹和鸟类足迹的出现，也证明了这3处地点在早白垩世时期曾经有水体存在，恐龙和鸟类把这里的湖泊当做水源，定期前来饮水。

而且，这里应该是它们长期、固定的活动场所，毕竟保存化石的条件非常苛刻，不是所有足迹都能留下变成化石的，只有足够频繁，数量足够多，才能增加变成化石的概率。

3、湖泊南深北浅。

皇龙沟地层中的泥裂（在干旱季节，浅水区往往首先干涸，水底沉积物暴露出来形成泥裂）主要集中在北部，波痕主要发育在南部/西南部，表明湖盆深水区应该位于南部/西南部，而北部/东北部为湖岸。

皇龙沟足迹层面上的波痕

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4、这里曾经是干旱-半干旱环境。

要让如此多的恐龙足迹保留下来非常难得，首先自然要求湖岸的沙滩足够细腻，且湿度、黏度、颗粒度都刚好适中才能留下完好而精美的足迹。而且，即便是沙滩条件满足了，还要满足特定的环境条件才行。

恐龙足迹形成以后，如果马上下大雨或者因涨水被淹没，尚未干燥的足迹很快就会在水中消融。因此，足迹在潮湿的地面上形成后还需要一定时间的干燥，待保存足迹的地表干燥硬化后，再被后来的沉积物掩埋，才容易形成化石。

因此，在干旱地区的湖滨、海滨、河滨等沉积环境中保存足迹的可能性就大一些。

5、泥裂本身就反应了一种干旱-半干旱环境。

砂岩中的泥裂也是一种指示气候环境的标志。泥裂，又称干裂或龟裂，在海、湖、河等岸边或低洼处短暂积水区普遍存在，有农村生活经验的人也能经常见到这种现象。

这是由于水下沉积的细粒沉积物 ( 黏土质、粉砂质或泥质) 或地表细粒沉积物浸水后又出露于水面之上，再加上气候干燥，水分快速蒸发，沉积物脱水收缩而造成的。

现代环境下的泥裂

图片来源：Jonathan Wilkins

虽然现代环境中泥裂很常见，但是在地质时期泥裂形成后易受风化剥蚀作用影响，在地表很难保存下来，一般认为地质时期泥裂的出现指示干旱或干湿交替环境。

因为地质时期的干裂形成于干旱—半干旱区短期积水的低洼区，短期降水使低洼区积水，由于蒸发量大，水分很快蒸发，易形成泥裂。此环境下形成的泥裂长期处于水面之上，后期水淹时间短，保存时间较长。

根据诸城白垩系地层中大量的恐龙足迹化石出现在泥裂构造面上，可以推断恐龙生活在湖滨环境，曾发生间歇性干旱。

6、蜥脚类足迹多出现于半干旱的环境中。

从世界范围来看，蜥脚类足迹也总是常见于半干旱的内陆盆地环境或低纬度干旱地区的海岸沉积中，在潮湿气候环境中少有发现。诸城的3处化石点都发现了蜥脚类足迹，说明当时的诸城已然干旱。暴露在空气中的沉积物由于蒸发脱水收缩而出现泥裂。

7、这里的干旱随着时间推移而加剧。

皇龙沟恐龙足迹化石群赋存于早白垩世中期莱阳群龙旺庄组砂岩中，通过大比例尺实测剖面沉积相分析显示，这里随着时间推移，由浅湖环境逐渐演变为滨湖环境，水体逐渐变浅，气候干旱。

足迹层面上泥裂多以薄层夹于中层砂岩之中，表明洪水泛滥使泥滩积水，短期内洪水退去，泥滩长时间暴露，由于蒸发量大，水分很快蒸发，形成泥裂，其气候环境应该为季节性的半干旱—干旱气候。

与足迹层泥裂相比，后来形成的层位泥裂大小和范围明显扩大说明气候干旱程度在加剧。

Ｈ- 皇龙沟足迹层后来形成层位上的泥裂;Ｉ-足迹层泥裂

图片来源：古地理学报

以上的推理过程仅仅是地质学研究中的一个小例子。过去数百年来，地质学家们一直在做着这种类似超时空侦探的工作，这些研究不断丰富了我们对地球历史的认知。

如今随便找一本科普书都能向我们头头是道地讲述地球46亿年来波澜壮阔的演化历史，但其实每一个故事背后，都有这么一段看似微小，实则有趣的推理过程。

参考文献：

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[3]王宝红,柳永清,旷红伟,王克柏,陈树清,张艳霞,彭楠,许欢,陈军,刘海,徐加林,汪明伟.山东诸城棠棣戈庄早白垩世晚期恐龙足迹化石新发现及其意义[J].古地理学报,2013,15(04):454-466.

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