前言
植物化石标本是不可再生的自然资源,为了植物化石资源能更好地被科研人员和相关技术人员利用、向公众展示,特制定《植物化石标本资源整理技术规程》,以确保植物化石标本资源的获取和合理使用。
植物化石标本资源的整理有自己的特殊性,大植物化石的标本需适当的修理,从未固结的沙质和富含黏土的沉积物中获取的木质化和丝炭化的植物碎片、通过大规模酸浸法提取植物中化石和大化石等需进行一系列的技术操作处理。
本规程由国家科技基础条件平台提出。
本规程起草单位:中国科学院南京地质古生物研究所。
本规程起草人:杨小菊。
本规程由国家岩矿化石标本资源共享平台负责解释。
1 范围
本规程规定了植物化石标本的整理范围及所用术语,植物化石标本整理原则、实验室处理要求。
本规程适用于植物大化石的修理和中化石的实验室处理。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规程的引用而成为本规程的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改稿(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本规程,然而,鼓励根据本规程达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本规程。
GB/T2260—2007 中华人民共和国行政区划代码
GB/T9649.9—2009 地质矿产术语分类代码 第9部分:结晶学及矿物学
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本规程:
1)植物大化石(megafossil):指除孢子花粉等个体微小及保存大小在几个毫米以下的植物碎片以外,一般的植物化石,如具解剖构造的木化石和保存有角质层的叶、花、种子等或它们的印痕化石。
2)植物中化石(mesofossil):指中等大小的植物化石,主要包括丝炭化的木化石碎片和叶、大孢子和种子等繁殖器官,标本的大小一般约在0.25mm到几毫米之间,肉眼可以辨别但需用显微镜研究。
3)压型化石(compression):植物各器官被细粒沉积物迅速掩埋后,在沉积物累计的重压下,逐渐脱水和压扁,有机物挥发后仅留下与原来植物部分轮廓完全一致的炭质膜,保存有部分或大部分植物原有物质和结构。
4)印痕化石(impression):植物体留在岩石基底上的印迹,通常是压型化石的反面印痕,或是植物体本身的物质消失后留下的部分内面或外面的印痕。
5)矿化化石(petrification):被埋藏的植物体各部分器官经含矿物质溶液浸泡,矿物质逐渐渗透入植物的细胞腔及细胞间隙而矿化,但植物体仍保持原有的结构。
4 大植物化石的标本修理
4.1 工具
锤子,凿子,刻刀,锥子,针(皮革工艺的钢针、商用钢针、缝纫针),毛刷,橡皮吹球,黏合剂。
4.2 方法
4.2.1 一般方法
用刻刀或针和一把轻便的锤子,逐步清除埋覆标本的沉积物,使化石更多的部分逐步被揭开。远离化石部分的碎屑岩石用毛刷刷去,标本上的碎屑岩石用橡皮吹尘球小心地吹开。
修理时,刻刀或针一定要一直朝着化石碎片(永远不要离开),以很低的角度倾斜放置,以防止打穿标本(见图1)。向下朝着植物的方向在基质上持续操作,以逐步接近埋得较深的植物体(见图1A)。对易于破碎的标本,如立体展开的细轴,要用非常锋利的缝纫针(见图1B),一粒一粒地移开沉积物。
如果标本细小而易碎,需要耐心地一粒一粒地除去基质,用缝纫针仔细修理。
修理结果质量的好坏依赖于个人技巧、围岩的性质、沉积物的厚度、标本的保存,以及所揭示的特定结构的大小。不同的沉积层,即使相距只有几厘米,对针修剥离的反应不尽相同,每种情况可能都要求方法上的调整。因此建议首先在同一产地和地层中不太重要的标本上进行修理法的尝试,以检验基质的黏合力等特征。必要时也可随机试用毛笔湿润工作面等方法。
图1 植物化石修理示意图
A—用三角针在基质中准备连续深挖,注意针的位置和方向;B—接近标本时用锋利的缝纫针一粒一粒地除去基质
4.2.2 系列修理
修理纤细的立体分枝标本时,必须极其细心,以防破坏下面未被记录的部分。在揭开下部植物之前,要对已出露的轴部和分枝部分进行照相或画图,再依次一层层剥离。对标本的负面也用同样的方法修理。所有那些在修理正、负面标本的每一阶段留下的照片和素描图都将用于最终复原植物侧向分枝系统。
4.2.3 加固
标本在修理期间以及完工后要用黏合物进行加固。将黏合剂加到化石周围的基质中,每次加一滴,直到黏合剂渗入化石为止。这一过程要保证化石的上表面不得沾上黏合剂,同时通过标本下部的岩石得到加固。若是偶尔将黏合剂滴在了化石上,可以向周围基质中加入纯丙酮以除去它们。
4.2.4 其他方法
利用震荡工具或气体研磨等可迅速除去基质,但往往过于猛烈,常导致化石部分受损,尤其是使用震荡工具,很容易使植物化石变成碎片。
5 从未固结的砂质和富含黏土的沉积物中获取木质化和丝炭化的植物碎片
5.1 取样
理想的样品包括未固结的砂质和富含黏土的沉积物,因此,在细粒的,尤其是固化程度低的沉积物中,可以找到最好的标本。这些沉积物包括湖成或河成的细砂、粉砂、黏土、植物碎片层以及细粒的三角洲沉积。在手标本上可以清楚地看到化石。植物碎片层常产球果和树干等较大的化石。
样品应采自软而细的沉积物中,而且必须进行挖掘,不能从风化的露头表面采集(可能被污染)。
5.2 样品前期处理
将中—细粒的粉砂岩和泥岩在10倍体积的过氧化氢中浸泡1h,以破碎沉积物,然后进行过滤。若要破碎大块样品,可使用具盖的桶进行大规模的浸解。浸解的产物是矿物颗粒和化石材料的混合物。
把页岩放在含5%氯酸钾的强硝酸(舒氏溶液)中浸泡数日,然后用流水将酸液完全清除,再用稀氢氧化钠进行处理。
5.3 样品过筛
样品在完全分解之后,可用网孔大小在125～250μm之间的细滤网来清洗。通过进一步用水对样品进行清洗,使用一系列大小不同网孔的滤网,由大到小依次进行过滤,即可从滤网上获得标本。
5.4 标本的清洗和去矿化
在必要的时候,标本可以通过对矿物质的酸处理而进一步得以净化。将挑出的化石放入抗氢氟酸腐蚀的容器,然后加氢氟酸,每次只加入少量的酸,以避免突然发生剧烈反应而产生大量的气泡,并发生酸的外溢,最终加至氢氟酸完全淹没化石材料为止。去矿化所需时间因样品不同而异(几小时到数天)。样品在脱矿化之后必须使用流水或重复水流离心过滤,完全洗去酸液(用石蕊试纸来检验)。
也可以用盐酸继续清洗,还要再次用水来完全洗去酸液。
如果中化石采自富钙的沉积物中,应使用盐酸进行预处理,再进行氢氟酸处理。
5.5 标本的氧化处理
对标本进行氧化处理并非都是必要的,但对于角质层碎片是有好处的。
将标本置于浓硝酸中,浸泡时间的长短依标本的情况而定。角质层标本也可通过舒氏溶液(70%硝酸中溶有饱和的氯酸钾)的氧化作用来进行清洗,在多数情况下,它能大大缩短处理时间。氧化作用之后要用水清洗,再用5%的氨水溶液短暂浸泡,以除去可溶的氧化产物。氧化作用有破坏或完全毁坏标本的危险性,因此在处理之前要非常细心地检查标本。在最后用水清洗后,标本就可以固定和观察了。在观察之前标本可以自然干燥。
6 通过大规模酸浸法提取植物的中化石和大化石
采用大规模酸浸法通常可以将较大的化石植物碎片(中化石和大化石)从围岩中完整地分离出来。
6.1 化石保存类型
压型和石化的化石,包括煤化、木炭化、丝炭化以及矿化的标本在不同程度上是抗腐蚀的,它们在采用不同的酸浸法后可以保存下来。压型标本保留了形态特征,石化标本往往保存有解剖结构。
6.2 分离技术
为了提高围岩分离效果,可以将围岩浸泡在不同的化学试剂中。化石一经分离,首先用盐酸清洗,然后再用氢氟酸,除去附着的无机物。
如果围岩未固化,或固化十分松散,化石可以直接通过湿过滤方法获得。
弱固结的沉积物可用稀过氧化氢分解;弱固结的粉砂岩和页岩可用稀氢氧化钾浸泡数日,再用30%的过氧化氢浸泡20天。
围岩固结较好,可采用盐酸/氢氟酸浸解法的强烈分析技术获得化石。为避免沉积物过分破碎,把含较大化石(从几百微米到数毫米)的围岩分割成相对较大的块体(2cm×2cm),放入大容量(1L)的塑料烧杯中,加盐酸浸泡1天,然后换蒸馏水浸泡1天,把水倒掉后再加入40%的氢氟酸。由于所要处理的样品块体较大,完全分解并获得化石可能需要几天时间,在此过程中必须更换氢氟酸若干次。残留物要适当地搅动,一定要谨慎进行,以免对化石造成不必要的破坏。岩石分解之后,要尽可能地把酸液都倒出来,小心不要倒出任何的残留物。为了中和残留物中所保留的酸,可以多次向烧杯中加入蒸馏水,待残留物沉淀后再将水倒出。最后,使用250μm的聚酯网清洗残留物。将＞250μm的颗粒冲洗到培养皿中,在解剖显微镜下观察。使用湿的细毛笔或吸管挑取感兴趣的化石,再将其转移至其他干净的培养皿中。
无论是用何种化学试剂处理样品,处理结束时都应充分水洗,直至残留物中液体变中性(pH试纸检验)。在换用另一试剂时尤其要注意。