Question

生物沉积作用和生物沉积物

Answer 1

由生命活动直接或间接导致的物质的迁移和聚集作用称生物沉积作用。从现在掌握的资料看，至少从太古宙中晚期开始生物就已遍布在了世界各地的海水中，可能不晚于泥盆纪生物已蔓延到了陆地。现在在地下1000m以上的深度也仍然有生命存在。生物的广泛时空分布意味着它必定既是狭义也是广义沉积作用中的能动因素。地球上的任何生物，包括人在内，都是生物沉积作用的主体，而在地质历史中具有重要造岩意义的生物还是植物、水生无脊椎动物和细菌。无论在分布时空还是在个体数量上其他生物都不能与它们相比。

1.生物沉积作用方式或途径

从沉积学角度看，生物主要通过3种方式或途径来实现物质的迁移和聚集。

1）生物化学

从本质上讲，生物个体内由生命活动制造任何有机质或矿物质的方式都是生物化学方式。如植物通过光合作用将CO₂和H₂O合成为碳水化合物；动物通过消化食物、吸取水分、利用离解离子合成自己的软体、骨骼、外壳等等。生物死亡后，其遗体就成了生物性沉积。陆生和部分水生植物的堆积可转化成泥炭或煤，许多动物的骨骼或外壳可形成生物礁或贝壳滩等等。生物化学涉及复杂的物质相态和能量的转化，往往不符合一般无机化学的作用规律。例如：在同一环境中，不同生物制造的钙镁碳酸盐骨骼或外壳可以是文石质，也可以是方解石或镁方解石质（但无白云石质）；硅质生物可以在离子浓度很低的水体中有效吸取硅制造硅质骨骼、磷质生物可吸取钙和磷制造磷酸钙质骨骼，许多藻菌类体内的微量元素浓度可以是它周围海水中浓度的几百到几十万倍；当生物吸取相同元素，如O、C等时还会对其中的重同位素，如¹⁸O或轻同位素如¹²C吸取得更多一些，从而造成生物体与环境之间的同位素分馏；某些生物（主要是微生物）可以吸取放射性元素铀、半导体元素锗、硒或贵重金属金、银等等。尽管这个过程的许多细节还不清楚，但在地表物质的重组中，生物化学无疑起到了固定或富集某些成分的特殊作用，其沉积学意义是十分巨大的。

2）改变环境的物化条件

在生物从环境中吸取或向环境中排放某些成分的同时它也在改变环境条件，结果可能会加速某些化学反应的进程或控制某些反应的进行方向。这一点在等低蓝绿藻和细菌等微生物的生命活动中显得尤为突出，如低等蓝绿藻行光合作用消耗CO₂可使环境水体pH值上升；细菌分解有机质排放NH₃可提高pH值，排放CO₂、H₂S、H₂可降低pH值；在封闭环境中细菌对氧的消耗可降低E_h值等等。可以认为，在所有依赖一定pH值或E_h值的天然化学反应中，微生物都可以成为活的催化剂。这种受生物影响或控制的无机化学过程被看成是间接的生物化学作用（称生物-化学作用）。许多化学沉积物，如海湖环境中从水中析出的许多泥级CaCO₃质点、沼泽环境中的黄铁矿、围绕生物软体形成的硅质结核等等，都与这种作用有着千丝万缕的联系。

3）机械捕集或粘结

这是低等藻类（如蓝绿藻）和某些细菌（可合称为藻菌类）独有的作用方式。这类生物都是些原核或真核的单细胞球状体或简单多细胞丝状体或棒状体，体表带有一层粘性很强的透明有机质衣鞘，可以捕集或粘结水介质中的细小质点。当粘结物多到一定程度，妨碍了它们的正常生活时，它们就分裂出新的个体而将老的衣鞘遗弃。实际上，上述低等藻类通过间接生物化学作用促使环境水体析出泥级CaCO₃质点，并将其中一部分粘结到自己的衣鞘上。无数个藻体附着在地表（近岸地面或水下）生长繁殖可形成大面积的藻席（algal mat），附着在其他颗粒上可形成藻包壳（algal coating），自由藻体相互粘结则可形成游移状藻团（algal lump）。这一过程相应地也就富集了这些泥级CaCO₃质点。有些厌氧铁细菌依靠氧化Fe²⁺所释放的能量生活，有些具硅质骨骼的藻类（如金藻）营光合作用释放O₂使Fe²⁺转变成Fe³⁺，它们都可粘结沉淀出来的高铁氧化物，并形成铁质或铁与硅质的共同沉积。类似作用对其他难溶矿物的化学沉积可能也有重要意义。这种兼有间接生物化学和粘结的沉积作用具有非常久远的地质历史，很可能在生命诞生的同时或初期就已开始了，地球上已知最古老的生命遗迹就是通过这种方式被保存在了38亿年前的铁质岩中，而且相同的作用一直到今天仍在继续。

除了上述3种方式以外，生物还可通过对先成沉积物的钻孔、扰动、对骨骼或泥砂性食物咀嚼和消化时的机械研磨、对流水或波浪等的阻挡等等方式实现或影响沉积作用进行。

在3大类沉积作用中，生物沉积作用无疑是一种较为特殊的沉积作用。

2.生物沉积物

生物的广泛时空分布和多种沉积作用方式使得许多沉积物或多或少、或直接或间接地都与生命活动有关，但并不是所有这些沉积物都可称为生物沉积物。按现在比较流行的观点，本书只将主要由原地生物遗体、遗迹及其相关产物构成的沉积物定义为生物沉积物，如生物礁和藻叠层，而将主要由游移的生物硬体、粪粒、藻团等构成的沉积物视为复合沉积作用的结果。那些由间接生物化学方式形成的沉积物则属化学沉积物的范畴。