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究竟是科學大發現的神秘化石,還是撿到不知來由的標本?

本文由民視《科學再發現》贊助,泛科學獨立製作

近來一則新聞:三葉蟲化石,虎頭山現蹤。在各大媒體都有類似的報導篇章,也引起不少討論。有人說:有許多網友認為學者不該這麼武斷,「從海裡冒出來的也有可能是啊」、「科學上有很多大發現,都是出自於直覺的不可能,所以…」看了不禁莞爾一笑,其實多數人不太清楚化石代表的意涵,而地質學家的採樣原則,更是十分嚴謹的。

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引用自維基百科三葉蟲條目的圖片,作者為Dlloyd,出產地點為中國湖南,體長2.3公分。

在了解地質學家採化石的工作之前,我們還是先談一下,化石是什麼:「你知道我們挖出來的暴龍骨骼化石,其實是石頭,不是骨頭嗎?」

我有許多非地質領域的朋友聽到這個說法,都覺得再神奇不過。維基百科上提到「化石就是生活在遙遠的過去的生物的遺體或遺跡變成的石頭」這句話是無誤的,跟一般生物死掉的殘骸不一樣之處在於,化石是被沉積物埋藏後,經過了成岩作用,大多時候性質都會因長時間的物理或化學作用而改變,只有外貌保留著。我們看到,只是和恐龍骨頭長的一模一樣的「石頭」。化石也不會只有動物的骨骼、外骨骼等堅硬部分會形成化石,植物也會成為化石,有時被置換成「矽化木」等石頭,而在地面上的印痕、移動的痕跡、甚至動物的「大便」都有可能會變成化石。

適當的運用、解讀化石,便可以知道過去的地球發生了什麼事。我們可以知道過去的時候有哪些生物在這個世界上、而這些生物生長的年代、環境、氣候等資訊也能表露無疑。如果是現生生物的化石,我們就能比較環境的變遷,如果是與現生生物類似的生物,就可以用來研究演化的歷程,而如果是更久遠的生物,我們就可以將這些古生物與演化學研究追溯的更早。當然,有時會有一些化石可以幫助我們知道其存在地層的年代,但這往往不是化石本身能告訴我們的,而化石也從來不是一個最好的定年工具。

為什麼化石不能直接測定年代,其實從其成份與形成的過程來看就可以知道,化石已經經過了長時間的物理與化學作用,已非原始的生物組成成份,其成份應該是和周遭岩石一樣的,因此該測定的是化石所在岩層的年齡。一般都採用「放射性定年」來測定岩石的「絕對年代」,其原理就是利用岩石中某些元素的同位素產生放射性衰變來鑑定岩石形成年代,這種「放射性」當然和我們平常照射的x光、害怕的核電廠不太一樣,非常的微量、衰變也非常緩慢,以碳-14來說,它的半衰期有5730年,每過5730年,母元素就會少一半,所以到了5萬年後,母元素已經變得非常非常少,也就成了其定年的極限。不同的元素也會有不同的半衰期,像是從鈾衰變成鉛、鉀衰變成氬就可用來研究上億年的年代,只不過誤差也會變成是幾百萬年的等級。

雖然化石本身不能定年,但化石仍是建立地質年代表過程中不可或缺的重要的工具之一,如果生物的分布範圍廣、生存時間短,且特徵明顯好認,如果經過絕對年代分析其出現的地層年代後,就可以用作定年之用,譬如我看到三葉蟲,大概就不逃離古生代的範圍,我看到菊石,就知道這個地層可能是中生代,這類的化石我們就會叫他「指準化石」。上述這兩種化石尺寸為一般肉眼可見,另外一種更好的指準化石,那就是海洋中的微小生物「有孔蟲」,有孔蟲在地層的定年、環境的鑑定甚至應用在找尋石油等地質探索上有極大的貢獻。

顯微鏡下的有孔蟲照片,取自維基百科,原出處為USGS美國地質調查所。

顯微鏡下的有孔蟲照片,取自維基百科,原出處為USGS美國地質調查所。

只是,即使我們在利用指準化石來鑑定年代時,其主體是「地層」,而非探究化石本身,畢竟這些指準化石是已經知道其年代的物種,地質學者更感興趣的,是地層的位置、形態、上下邊界等資訊,這些才是真正重要的科學。所以平常在野外調查時,首要的任務是先辨認是否有「地層」存在,如果可以甚至先調閱相關的地質圖資料(不少教科書、地質調查所都會有),並且利用GPS定位、拍照、素描(因為素描可以描繪3D構造,且便於描述地層)等,如果有重要的岩石礦物、化石等物質,在敲下來之前還有兩件更重要的事:第一件事就是前述的拍照與記錄,唯有如此才能證明化石與礦物的採集處;而第二件事,則是「追蹤」,開始追尋該化石的地層,到底向何處延伸、甚至看上下層範圍,即使是有人為的建物阻擋,還是要一一標明。至於要不要敲下來帶回家,其實做完前述的工作,心理應該就有底了,而帶回家不是用作收藏,而是要作各種需要計量化的定年,多以放射性定年為主。通往過去的鑰匙不會只有一把,如果只出現一個證據,以科學的角度來看,我們理應先懷疑那個證據的合理性,而非用單一證據來推翻前人心血的結晶。

很可惜的是,由三葉蟲這個系列的報導我們僅能知道,化石是來自桃園虎頭山的某處,不知道處於原先認定何處的地層,更不知道是否為原先存在於本地,抑或是後來隨著外地來的建材、失落的標本等人為的因素造成。地質學家或古生物學家的工作,就如同偵探或刑警一般,需要綜合各種不同的資料來剖析,抽絲剝繭的找出最接近真相的答案。隨著沒有其它的紀錄下,單單被搬離案發現場的「屍體」,第一手訊息早已被破壞,現在再來討論各種可能性,只剩一堆看熱鬧的人你爭我吵,即使是專業的地質學教授,也只能依他所學的告訴你:台灣真的沒有這麼老的沉積岩層。因此,無論是哪一家媒體的報導,也只是變成以科普作為包裝紙,但由於科學事實早已隨化石離開現場而消逝,實質內容只是一般社會或綜合的新聞而已。

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或許你會著迷於地質鎚的威力和帥氣,但實際上,量測與記錄才是更重要的關鍵。

「現在是通往過去的一把鑰匙」是地質學之父赫登的經典名句,也是許多學習地球科學的人們耳熟能詳的句子,這句話甚至也被編進中學的教科書中。依現今的自然現象,搭配上出土的各種地質紀錄,可以帶領我們走進地球的歷史,一探過去,然而若是拿錯鑰匙開錯門,你通往的,可能只是臆測的野史,而非地球的真相。別以為科學就是「什麼都有可能」的無限上綱,回過頭來,我們更要先審視所有已知的理論,檢驗其正確性。

牛頓說:「我看的比別人遠,是因為我站在巨人的肩膀上。」就算是當代的頂尖科學家,在科學面前也只是個小矮人而已,請別忘了科學該有的高度。

關於台灣地史的簡略,您可以看這篇:台灣的地史與「滄海桑田」的真正意義!

延伸閱讀:火成岩年代測定

本文同時發布於作者部落格地球故事書

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關於作者

潘昌志

「你地質系的?」不,但我待過地質所,而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作,並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識,想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。