张掖丹霞的“彩虹密码”：层理颜色差异达13种，竟是古气候变迁的“调色盘”？

张掖丹霞地貌那令人惊叹的彩虹般色彩，确实是解读地球历史的“密码”！层理颜色差异多达13种，绝非偶然，它正是古气候变迁在漫长地质岁月中精心绘制的“调色盘”。这个比喻非常贴切，其背后的科学原理如下：

色彩密码的成因：矿物颜料与沉积环境

铁元素是主“画家”：

• 丹霞地貌的岩石主要是砂岩和泥岩（粉砂岩），富含铁元素。
• 氧化铁（赤铁矿 - Fe₂O₃）： 当沉积物暴露在含氧丰富的空气或浅水中（氧化环境）时，铁元素会被氧化成三价铁（Fe³⁺），形成赤铁矿颗粒。这是红色、红褐色的主要来源。颜色深浅与赤铁矿含量和颗粒大小有关。
• 水合氧化铁（针铁矿 - FeOOH·nH₂O）： 在相对湿润或周期性湿润的氧化环境下，铁元素会形成水合氧化铁，呈现黄色、黄褐色、橙黄色。
• 还原环境下的铁： 如果沉积物长期处于水体底部或沼泽等缺氧（还原）环境，铁元素会以二价铁（Fe²⁺）状态存在，或形成菱铁矿（FeCO₃）等矿物，通常呈现灰色、灰绿色、灰黑色。

有机质与碳的贡献：

• 在还原环境中，大量生物遗骸（植物、微生物）未能充分氧化分解，形成有机碳或细小的碳质颗粒混入沉积物中，使岩层呈现深灰色、灰黑色甚至黑色。
• 有机质的存在本身也促进了还原环境的维持。

其他矿物点缀：

• 含锰矿物： 可以带来紫色调。
• 石膏等蒸发盐矿物： 在极端干旱条件下形成，通常是白色或浅色，但有时也会与其他矿物混合影响色调。
• 粘土矿物： 本身颜色较浅（白、灰白、浅绿），其颜色也受所含微量元素影响。

古气候变迁的“调色盘”：环境变化的记录者

不同颜色层理的交替和组合，直接反映了沉积时期气候、水文和氧化还原条件的周期性变化，这就是它作为“古气候变迁调色盘”的核心意义：

干湿交替：

• 干旱/半干旱期： 气候干燥，湖泊萎缩或河流流量减少，沉积物（尤其是细粒的泥质物）暴露在空气中时间长，发生强烈氧化。铁元素充分氧化成赤铁矿，形成鲜艳的红色、红褐色层理。蒸发作用强，可能形成白色石膏层。
• 湿润期： 降雨增多，湖泊水位上升或河流泛滥。沉积物被水体覆盖，底部处于缺氧的还原环境。铁元素以低价态存在，加上丰富的有机质分解，形成灰色、灰绿色、灰黑色层理。如果水体较浅且有一定流动性，也可能形成黄褐色层。

沉积速率变化：

• 快速沉积： 洪水事件或物源区强烈侵蚀时，大量沉积物快速堆积，颜色可能相对单一（大片红色或大片灰色），层理较厚。
• 缓慢沉积： 气候相对稳定或沉积环境平静时，沉积缓慢，细粒物质（泥、有机质）得以充分沉积，颜色分层更细腻，能记录更细微的气候波动。不同氧化还原条件的变化能在薄层中留下印记，形成精细的彩色条带。

水体深浅与盐度变化：

• 浅水/滨湖/河道环境： 氧化作用强，多红色、黄色。
• 深湖/静水环境： 还原作用强，多灰色、黑色。
• 高盐度环境（咸水湖）： 可能形成特定的矿物组合（如石膏、岩盐），影响颜色（白色、无色或与其他矿物混合色）。

微生物活动：

• 在某些湿润的浅水环境或沉积物表面，微生物（如蓝藻）的活动可能参与成岩过程，有时会形成特殊的绿色调（与含铁绿泥石等有关）。

为何能形成13种（甚至更多）差异？ 复杂的周期性变化： 白垩纪时期（张掖丹霞主要形成于白垩纪），全球气候本身就存在波动，加上区域性的构造活动（如盆地沉降速率变化）和物源供给变化，导致气候干湿旋回、水体深浅变化、氧化还原条件转换非常频繁且组合多样。 微妙的成分差异： 每一层沉积物中，铁的含量、价态比例（Fe³⁺/Fe²⁺）、有机质含量、其他微量元素（锰、钛等）的种类和含量、粘土矿物类型等都有细微差别。这些成分的微小变化，在特定的沉积环境下，经过成岩作用，最终呈现出肉眼可辨的不同色调。 成岩后生作用： 沉积物固结成岩后，地下水的淋滤、矿物转化等后期作用也可能对局部颜色产生修饰（如形成白色条纹或加深某些颜色）。 结论

张掖丹霞那多达13种（甚至更多）的层理颜色差异，本质上是不同地质时期沉积环境的“指纹”。每一层独特的色彩，都忠实记录了当时的气候干湿状况、水体性质（深浅、氧化还原状态）、沉积速率以及物源成分。通过研究这些彩色层理的序列、厚度、矿物组成和地球化学特征，地质学家就能像破译密码一样，解读出数千万年前古气候是如何变迁的——何时干旱炎热、何时温暖湿润、何时洪水频发、何时湖泊扩张。这些绚丽的岩层，就是地球用矿物颜料写就的一部宏大的古气候编年史，是名副其实的“自然调色盘”。下次当你站在张掖丹霞面前，不妨想象一下，那每一抹色彩都是时光的沉淀，是地球母亲在漫长岁月里精心调配的“彩虹密码”。