曾經(jīng)稱霸地球的恐龍永遠(yuǎn)是人們好奇的焦點(diǎn)之一，但它們?cè)缫褱缃^6600萬年，要了解到它們并不容易。不過地質(zhì)學(xué)家們就好像偵探一樣，會(huì)從每一塊恐龍化石中抽絲剝繭，偵破“迷案”。

其中恐龍的形態(tài)、食性、繁殖方式等，可以直接借助恐龍骨骼化石來進(jìn)行研究，但是對(duì)恐龍生活在哪里，生活環(huán)境是怎樣的，是群居還是獨(dú)行等信息卻很難從恐龍骨骼化石中直接得到。

這時(shí)候，關(guān)鍵證據(jù)就不是恐龍的骨骼化石了，而是某些一般人認(rèn)為不起眼的東西——比如恐龍化石賦存的巖層、恐龍蛋化石、糞便化石以及足跡化石。

恐龍骨骼化石是所有博物館中的焦點(diǎn)，它們能幫我們直接了解恐龍的身體結(jié)構(gòu)，但它們并不是全部，要恢復(fù)恐龍的生活環(huán)境，還需要更多材料。圖片來源：wikipedia

恐龍足跡都印在了哪里？

要探究上述內(nèi)容，咱們得去一個(gè)地方——山東諸城。山東諸城是中國(guó)著名的恐龍化石產(chǎn)出地，近年來科學(xué)家們?cè)诖税l(fā)現(xiàn)了鴨嘴龍、并在北美地區(qū)以外首次發(fā)現(xiàn)了大型角龍——諸城中國(guó)角龍、甲龍、虛骨龍，以及亞洲最大暴龍之一——巨型諸城暴龍等大量的恐龍化石。除了這些恐龍化石之外，諸城還發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的恐龍足跡化石。

諸城是中國(guó)重要的恐龍化石產(chǎn)出地，圖為恐龍澗恐龍化石長(zhǎng)廊中的恐龍化石 圖片來源：作者提供

這些足跡化石主要保存在張祝河灣、棠棣戈莊地區(qū)和南部皇龍溝地區(qū)這3個(gè)區(qū)域。足跡化石保存了恐龍?jiān)谌粘Ｉ钪械木室凰?，提供了有關(guān)恐龍的類型、大小、數(shù)量、行走方向和速度及生活環(huán)境等方面的信息，而恐龍骨骼化石則反映了其死亡后的埋藏環(huán)境。

其中皇龍溝的恐龍足跡化石是世界上規(guī)模最大且最著名的，它位于諸城南部皇華鎮(zhèn)大山社區(qū)。這里已探明面積約5000 ，發(fā)現(xiàn)了不同類型的獸腳類、蜥腳類恐龍足跡11000多個(gè)，它們生活的時(shí)代為1億多年前的早白堊世中期，被專家認(rèn)定為世所罕見的地質(zhì)奇觀。

這里的恐龍足跡密集區(qū)位于一處50 陡坡上，整個(gè)斜坡由堅(jiān)硬的巖層構(gòu)成，在近5000 的范圍內(nèi)，11000多個(gè)形態(tài)各異、大小不一、深淺不同的各種恐龍足跡密密麻麻排列在同一巖層的層面上，賦存于黃綠色的細(xì)砂巖中，與泥裂、波痕相伴生。

泥裂指的是干旱季節(jié)，岸邊的濕泥被爆曬后變干裂開的痕跡，它們會(huì)被保存進(jìn)巖石中；波痕也是如此，河底、湖底、海底以及岸邊的泥沙會(huì)因?yàn)樗牟▌?dòng)而留下波痕，它們同樣也會(huì)被保存到巖石中。

皇龍溝恐龍足跡化石全貌 圖片來源：作者提供

這些足跡保存得非常完好，每個(gè)恐龍化石的腳趾、腳板、腳跟都清晰明了，如同人踩在柔軟的泥土上留下的腳印一樣自然、逼真。

恐龍足跡來自大型獸腳類、次大型獸腳類、小型獸腳類（似蹺腳龍）、蜥腳類等多種恐龍，其中以小型獸腳類為主，在這些恐龍化石足跡之間，偶爾還能見到龜鱉類游泳的痕跡。

皇龍溝足跡化石（大圓坑是蜥腳類足跡，成行的是小型獸腳類足跡）圖片來源：作者提供

棠棣戈莊和張祝河灣恐龍足跡化石點(diǎn)皆位于諸城市北部，距今約1億年，兩地距離1公里。

棠棣戈莊恐龍足跡點(diǎn)規(guī)模相對(duì)較小，具有重要科學(xué)意義的都在同一個(gè)巖層上，在這里科考人員發(fā)現(xiàn)了28個(gè)蜥腳類恐龍足跡組成的恐龍拐彎足跡，后足平均長(zhǎng)度約為30厘米，整道行跡呈半圓形分布，恰好保存了恐龍轉(zhuǎn)向的全過程，是目前世界上首次發(fā)現(xiàn)的恐龍180 轉(zhuǎn)向的行跡。

這些足跡集中在傾角約為45 的同一層面上，賦存于紫紅色細(xì)砂巖中，與泥裂、交錯(cuò)層理、雨痕相伴生。

棠棣戈莊恐龍足跡化石 圖片來源：作者提供

張祝河灣恐龍足跡化石點(diǎn)位于石橋子鎮(zhèn)張祝河灣村東河?xùn)|岸，由4個(gè)蜥腳類與1個(gè)古鳥類足跡組成，其中，古鳥類足跡尤為珍貴，足跡集中分布在同一個(gè)角度接近水平的地層層面上。

張祝河灣恐龍足跡化石 圖片來源：作者提供

如何推理出恐龍們的生活環(huán)境？

以上這些描述看起來有點(diǎn)枯燥，但是就如同偵探能通過案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)破案一樣，地質(zhì)學(xué)家們能從這些巖層和化石的信息中推斷出恐龍當(dāng)時(shí)生活的環(huán)境——干旱-半干旱的湖畔。

這種判斷自然不是隨意做出的，下面我們就順著地質(zhì)學(xué)家的思路一點(diǎn)點(diǎn)抽絲剝繭地分析：

1、細(xì)砂巖產(chǎn)自江河湖海等水體周邊。

細(xì)砂巖，顧名思義，是很早以前由細(xì)膩的砂子固結(jié)脫水后形成的巖石。正如我們今天看到的沙灘大多都出現(xiàn)在海、湖、河等附近一樣，地質(zhì)時(shí)期的細(xì)砂也都出現(xiàn)在這些地方。

另外，細(xì)砂巖巖層上的波痕也能證實(shí)這是水邊的沙灘。再結(jié)合當(dāng)?shù)匾延械牡刭|(zhì)圖件等資料分析，便可以進(jìn)一步斷定這里是湖畔而不是河流或海邊。

砂巖由砂子構(gòu)成，當(dāng)年其形成環(huán)境一如現(xiàn)代的沙灘 圖片來源：wikipedia

2、恐龍?jiān)钤诤稀?/p>

諸城3處化石點(diǎn)的足跡均賦存于細(xì)砂巖中，與水平層理及雨痕、泥裂相伴而生，這表明3處地點(diǎn)的恐龍都是行走在湖岸的灘地上時(shí)才留下足跡。

大量恐龍足跡和鳥類足跡的出現(xiàn)，也證明了這3處地點(diǎn)在早白堊世時(shí)期曾經(jīng)有水體存在，恐龍和鳥類把這里的湖泊當(dāng)做水源，定期前來飲水。

而且，這里應(yīng)該是它們長(zhǎng)期、固定的活動(dòng)場(chǎng)所，畢竟保存化石的條件非?？量?，不是所有足跡都能留下變成化石的，只有足夠頻繁，數(shù)量足夠多，才能增加變成化石的概率。

3、湖泊南深北淺。

皇龍溝地層中的泥裂（在干旱季節(jié)，淺水區(qū)往往首先干涸，水底沉積物暴露出來形成泥裂）主要集中在北部，波痕主要發(fā)育在南部/西南部，表明湖盆深水區(qū)應(yīng)該位于南部/西南部，而北部/東北部為湖岸。

皇龍溝足跡層面上的波痕 圖片來源：作者提供

4、這里曾經(jīng)是干旱-半干旱環(huán)境。

要讓如此多的恐龍足跡保留下來非常難得，首先自然要求湖岸的沙灘足夠細(xì)膩，且濕度、黏度、顆粒度都剛好適中才能留下完好而精美的足跡。而且，即便是沙灘條件滿足了，還要滿足特定的環(huán)境條件才行。

恐龍足跡形成以后，如果馬上下大雨或者因漲水被淹沒，尚未干燥的足跡很快就會(huì)在水中消融。因此，足跡在潮濕的地面上形成后還需要一定時(shí)間的干燥，待保存足跡的地表干燥硬化后，再被后來的沉積物掩埋，才容易形成化石。

因此，在干旱地區(qū)的湖濱、海濱、河濱等沉積環(huán)境中保存足跡的可能性就大一些。

5、泥裂本身就反應(yīng)了一種干旱-半干旱環(huán)境。

砂巖中的泥裂也是一種指示氣候環(huán)境的標(biāo)志。泥裂，又稱干裂或龜裂，在海、湖、河等岸邊或低洼處短暫積水區(qū)普遍存在，有農(nóng)村生活經(jīng)驗(yàn)的人也能經(jīng)常見到這種現(xiàn)象。

這是由于水下沉積的細(xì)粒沉積物 ( 黏土質(zhì)、粉砂質(zhì)或泥質(zhì)) 或地表細(xì)粒沉積物浸水后又出露于水面之上，再加上氣候干燥，水分快速蒸發(fā)，沉積物脫水收縮而造成的。

現(xiàn)代環(huán)境下的泥裂 圖片來源：Jonathan Wilkins

雖然現(xiàn)代環(huán)境中泥裂很常見，但是在地質(zhì)時(shí)期泥裂形成后易受風(fēng)化剝蝕作用影響，在地表很難保存下來，一般認(rèn)為地質(zhì)時(shí)期泥裂的出現(xiàn)指示干旱或干濕交替環(huán)境。

因?yàn)榈刭|(zhì)時(shí)期的干裂形成于干旱—半干旱區(qū)短期積水的低洼區(qū)，短期降水使低洼區(qū)積水，由于蒸發(fā)量大，水分很快蒸發(fā)，易形成泥裂。此環(huán)境下形成的泥裂長(zhǎng)期處于水面之上，后期水淹時(shí)間短，保存時(shí)間較長(zhǎng)。

根據(jù)諸城白堊系地層中大量的恐龍足跡化石出現(xiàn)在泥裂構(gòu)造面上，可以推斷恐龍生活在湖濱環(huán)境，曾發(fā)生間歇性干旱。

6、蜥腳類足跡多出現(xiàn)于半干旱的環(huán)境中。

從世界范圍來看，蜥腳類足跡也總是常見于半干旱的內(nèi)陸盆地環(huán)境或低緯度干旱地區(qū)的海岸沉積中，在潮濕氣候環(huán)境中少有發(fā)現(xiàn)。諸城的3處化石點(diǎn)都發(fā)現(xiàn)了蜥腳類足跡，說明當(dāng)時(shí)的諸城已然干旱。暴露在空氣中的沉積物由于蒸發(fā)脫水收縮而出現(xiàn)泥裂。

7、這里的干旱隨著時(shí)間推移而加劇。

皇龍溝恐龍足跡化石群賦存于早白堊世中期萊陽群龍旺莊組砂巖中，通過大比例尺實(shí)測(cè)剖面沉積相分析顯示，這里隨著時(shí)間推移，由淺湖環(huán)境逐漸演變?yōu)闉I湖環(huán)境，水體逐漸變淺，氣候干旱。

足跡層面上泥裂多以薄層夾于中層砂巖之中，表明洪水泛濫使泥灘積水，短期內(nèi)洪水退去，泥灘長(zhǎng)時(shí)間暴露，由于蒸發(fā)量大，水分很快蒸發(fā)，形成泥裂，其氣候環(huán)境應(yīng)該為季節(jié)性的半干旱—干旱氣候。

與足跡層泥裂相比，后來形成的層位泥裂大小和范圍明顯擴(kuò)大說明氣候干旱程度在加劇。

Ｈ- 皇龍溝足跡層后來形成層位上的泥裂;Ｉ-足跡層泥裂 圖片來源：古地理學(xué)報(bào)

以上的推理過程僅僅是地質(zhì)學(xué)研究中的一個(gè)小例子。過去數(shù)百年來，地質(zhì)學(xué)家們一直在做著這種類似超時(shí)空偵探的工作，這些研究不斷豐富了我們對(duì)地球歷史的認(rèn)知。

如今隨便找一本科普書都能向我們頭頭是道地講述地球46億年來波瀾壯闊的演化歷史，但其實(shí)每一個(gè)故事背后，都有這么一段看似微小，實(shí)則有趣的推理過程。

出品：科普中國(guó)

制作：孫佳鳳

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

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