作者：徐 燕 李富强
叠层石，一种在蓝绿藻等微生物的参与下形成的微生物岩（或称生物沉积构造），是地球上最古老的“准化石”。在全球范围内，几乎所有的元古宙碳酸盐沉积中都发现了丰富多样的叠层石，最古老的叠层石距今约35.2亿年。
38亿年前，地球上一片荒芜。在距今约30亿年的浅海里，开始出现一种低等的藻类生物，它们不断分泌物质，捕获水中的细小沙粒，并与它们逐渐胶合在一起，如藤蔓般纠缠。因为周围没有明显的海浪或海流，这些藻类就世世代代在一个固定地方一层叠一层地向上生长，形成层叠生长的花纹，故名叠层石。
形成叠层石的蓝藻依靠光合作用维持生命并不断生长，在此过程中释放出氧气。随着藻类植物的繁殖和蔓延，吸引来更多的捕食者，这些生物连同蓝藻生产的有机物一起，“搭建”成各种形态的叠层石。大量的氧气不断破水而出，进入大气中。此后，在藻类植物和其他多种植物共同作用下，大气中的氧含量才逐渐接近21%。可以说，是叠层石产生的氧使地球适宜孕育更多的高等生命，它为此后的生物进化扫清了大气无氧的障碍。
在漫长地质演化历史中，叠层石的生长受到光照条件、水动力、氧化还原条件、盐度、营养盐和温度等各种非生物因素影响，形成了丰富多彩的形态。最小的只有绿豆那么大，最大的则可以长到数米高。据不完全统计，迄今为止，全世界已经描述的叠层石大约有330个属，将近1500个种。
叠层石虽然不是生物，但是每一种叠层石都有一个符合生物双名法的学名。1890年，美国地质学家马修首次使用生物学的双名法，命名了一个北美地区元古宙（距今25亿～5.4亿年）的分叉叠层石。从此以后，叠层石变得像其他的化石一样，可以用来确定地质年代，也可以用来推测古生态环境。
叠层石通常由暗层及亮层两种层理交替组成，暗层是藻类植物死亡后的尸体和分泌物，亮层是其他沉积物质。纹层的形成与藻类生长周期有关，纹层越细密，说明环境变化越频繁，记录的信息越多。
叠层石生长在阳光可透射到的浅水区，有白天生长晚上停止的生长纹理，由此可判别其生长的“日”理；纹理每月大潮时生长慢，低潮时生长快，又可区分出“月”理；每年夏季光照足而生长快，冬季光照弱而生长慢，又可分辨出“年”理。通过不同时代叠层石显微纹理统计，可计算出亿万年前地球自转与公转的周期。研究表明，20多亿年前地球平均每年有460多天，也就是说，当时地球自转的速度比现在快得多。
在地质学界，叠层石被用来划分、对比某一地区的地层、地理、生物、环境的演变及灭绝规律等，被地质学家们推崇为世界同一地质时期的“标准层型剖面”、世界罕见的“地质瑰宝”“大地的史书”。
位于天津市蓟州区的国家地质公园是我国最著名的叠层石产地，那里先后发现了距今14亿~12亿年的微生物群化石，距今8亿~10亿年的藻类化石，号称叠层石宝库。据中国地质调查局天津地质调查中心的研究数据，蓟州区剖面地层中发现的微生物群至少有16个属、28个种。
对叠层石的研究告诉我们，十多亿年前的蓟州区是一片古老的海洋。从距今14亿年开始，蓟县纪气候炎热湿润，地壳仍然缓慢下降，有利于碳酸盐岩的大量沉积和菌藻类生物的生长。岩石组合以各种类型的碳酸盐岩为主，古地理处于滨海潟湖相，潮间带和浅海陆棚，从而形成了大量藻类化石和叠层石等生物地质遗迹。
随着生物种类和数量的增加，地球的环境也在不断发生变化，叠层石的生存受到挑战，现代的叠层石再也不复当年的盛况，而是默默“隐居”在一些偏远的地方。这些正在生长着的叠层石看起来和几十亿年前那些已然变成岩石的同类，并没有什么太大的区别。
［本文为2024年地球科学科普作品大赛三等奖作品，略有删减。作者单位：中国地质大学（武汉）］
（原载《中国自然资源报》2025年11月3日）
