哈密翼龙化石埋藏在强烈干旱的戈壁滩雅丹地层中，富集在风暴沉积层。经现场考察发现，翼龙化石一旦暴露到地表就会发生不同程度的自然风化现象，主要是风的物理风化作用，将表面的骨骼打磨破碎，仅剩中空部分的充填物。哈密雅丹的风化也主要是风的作用造成的，但在大海道2号水源地附近的雅丹存在另外一种严重的风化现象，雅丹底部有大量白色盐结晶析出，岩石酥粉、层层剥落，上部雅丹在失去支撑后发生坍塌等（图1a）。在雅丹下部，从下到上可分为三层，每层的风化表现差异较大。因哈密翼龙化石都埋藏在雅丹地层中，强烈的风化作用将会危害到岩石内的化石。本文通过系统采样和实验室多种分析技术，从相对微观的角度上，对哈密大海道2号水源地雅丹下部的严重风化现象的原因进行研究，以期探讨水分和可溶盐在不同地层中的变化导致的不同风化程度的机理，为未来哈密翼龙和恐龙等古生物化石的现场保护提供科学依据。

 图1  雅丹底部风化情况及样品照片

1.实验部分

（1）实验样品

样品采自哈密大海道2号水源地附近雅丹下部的不同沉积层，从下到上分别对不同岩层进行取样分析。第一层砂岩来自雅丹的最底层，含水量最高，风化现象最严重，表面有大量盐析出、层状剥蚀（样品061-1）；第二层砂岩相对比较潮湿，表面多呈酥粉状（样品061-2）；第三层风暴沉积岩层，由大小不同杂乱堆积的泥质砾屑和砂质成分组成，化石主要产自这一层，由于岩石结构不均匀，风化脱落严重（样品061-3）（图1）。

（2）结果与讨论

哈密大海道雅丹地处2号水源地附近，有大量的地下水，间歇性的洪水也会形成地表水。在水的作用下雅丹底层发生强烈的水盐活动。在毛细水上升的过程中，会带动盐分进行迁移，不同盐分再结晶沉淀的位置决定了硅酸盐类材料的盐风化程度[1]。盐溶液在硅酸盐基质（土遗址、石材）中的毛细迁移过程中，难溶盐最先析出，其次是中溶盐和易溶盐[2]。氯盐的毛细水最大上升高度大于硫酸盐[3]。此雅丹三层风化区域的不同盐分分布符合毛细作用下盐分在硅酸盐基质中的迁移规律，盐种类/含量的差别是雅丹从下到上发生不同风化表现的重要原因。最底层可溶盐以Na2SO4为主，Na2SO4主要造成岩石内部结构破坏，强度降低，表现呈层状剥落，NaCl的迁移能力更强，分布在第二层和第三层，相较Na2SO4，NaCl的破坏性较小，因此第二层风化程度相对较轻。此外第二层岩石中还含有大量的极易潮解盐CaCl2，结合水盐体系相图可知[4]，样品中具有潮解吸湿性的可溶盐有NaCl、NaNO3、CaCl2、Ca(NO3)2和Na2SO4，这5种盐在不同温度下的饱和相对湿度如表1所示，在温度相同的情况下，这5种盐中，CaCl2极易潮解，其次为Ca(NO3)2，潮解吸湿能力最低的是NaCl、NaNO3和Na2SO4，即吸潮能力为：CaCl2 > Ca(NO3)2 > NaCl > NaNO3 > Na2SO4。在哈密全年湿度变化（24~60%RH）过程中（图3），CaCl2不断进行的潮解/干燥产生结晶应力，持续破坏第二层，符合该层围岩潮湿、表面酥粉的风化表现。第三层因为是泥岩，粘土矿物（蒙脱石为主）较多，强度较低，易受偶发强降雨、渗流影响，因此第三层围岩颗粒脱落较多。这一机理也可用于解释野外翼龙化石及其围岩受潮风化的现象。

图3-1 哈密2018年全年逐月平均最高/低温数据[5]

图3-2  哈密2018年逐月平均温湿度数据[6]

表 1  吸湿潮解盐在不同温度下的潮解性相对湿度(%RH)[4]

 2.结论

哈密大海道2号水源地附近雅丹除了受到风、沙等物理风化作用外，所处水源地附近的特殊地理环境使其还受到强烈的盐碱风化作用。岩性的差别是三层地层表现出不同风化情况的内部因素。主要原因（外因）是在哈密干旱的环境中，雅丹地下水强烈的水盐运移使盐分不断从内部迁移至雅丹表层，可溶盐（NaCl、Na2SO4）的反复溶解和结晶等作用，不断破坏雅丹表层；同时还存在大量的强潮解盐（CaCl2）随环境湿度变化时的反复潮解/干燥过程对雅丹风化区域的第二层造成破坏。本研究通过精确位置采样和多种分析技术手段联合印证的方法，对埋藏有翼龙化石的哈密雅丹的盐种类和风化机理进行初步分析探究，这一风化机理也可很好地解释化石及其围岩在野外受潮后的强烈风化破碎现象，并为未来哈密翼龙化石野外原地保护提供科学支撑。

说明：本文原刊于《光谱学与光谱分析》2022年第2期，本公众号转载时略有删减及补充了部分图片，读者引用时请以原刊为准，并注明原刊物出处！

参考文献：

[6] 哈密2018年逐月平均温湿度数据[EB/OL]. http://www.weather.com.cn/forecast/history.shtml?areaid=101131201&month=11.