Tại sao hóa thạch lại có nhiều màu sắc đa dạng như vậy?

Xương thường có màu trắng hoặc hơi vàng, nhưng các hóa thạch lại mang nhiều gam màu khác nhau: một số có màu trắng xám, một số lại hướng đến gam màu vàng hoặc thậm chí là đen, và cũng không ít những hóa thạch sở hữu nhiều màu sắc phong phú khác.

Trước khi khám phá vấn đề này, trước hết chúng ta cần hiểu rõ về quá trình hình thành hóa thạch. Hài cốt, dấu vết của động vật đã chết sớm bị chôn vùi nhanh chóng (như trong cát, tro núi lửa...) và các chất hữu cơ trong xác động vật được phân hủy hoàn toàn. Những bộ xương, vỏ, răng... và các lớp trầm tích xung quanh sau đó sẽ bị nén chặt thành đá theo thời gian, đồng thời các thành phần ban đầu được thay thế bằng khoáng chất. Những dấu vết sinh học cổ xưa như vậy được gọi là hóa thạch.

Màu sắc của hóa thạch phụ thuộc trực tiếp vào môi trường chôn cất, những yếu tố chính tạo ra các gam màu khác nhau bao gồm sự phân tán của khoáng chất, quá trình khoáng hóa và các yếu tố tạo màu khác.

Bị nhiễm bởi khoáng chất

Xương thường có màu trắng do thành phần chính của chúng là canxi cacbonat. Do thời gian hình thành hóa thạch xương động vật Kỷ Đệ tứ ngắn (2,58 triệu năm, so với lịch sử sự sống trên Trái Đất), nhiều xương chưa bị ảnh hưởng nhiều bởi môi trường chôn cất nên vẫn có màu trắng hoặc hơi vàng. Ví dụ, hóa thạch xương động vật có vú tại khu Jinniushan ở Dinh Khẩu, Liêu Ninh, Trung Quốc có niên đại từ 210.000 đến 300.000 năm tuổi, vẫn có màu trắng.

Hộp sọ của tê giác môi lớn từ lưu vực Linxia, Cam Túc, Trung Quốc, có bề mặt màu trắng và bên trong chứa đầy khoáng chất đất sét. Nó tồn tại vào cuối thế Miocen, khoảng 12 đến 5 triệu năm trước.

Vỏ, xương hoặc răng của một số sinh vật cổ được chôn dưới lòng đất, nơi mangan hoặc oxit sắt bám vào bề mặt hoặc xuyên qua các khoảng trống giữa xương và răng, tạo ra các màu như vàng, nâu, nâu sẫm và đen.

Khoáng hóa/biến chất

Khoáng hóa hoặc biến chất là cơ chế chính tạo ra hóa thạch động vật: dung dịch chứa khoáng chất xâm nhập vào các khoảng trống trong cơ thể sinh vật và khoáng hóa, làm cho các mô trở nên cứng hơn. Tùy thuộc vào các khoáng chất khác nhau, quá trình này có thể chia thành silic hóa, opal hóa, pyrit hóa, canxit, v.v.

Silic hóa

Gỗ hóa thạch khá phổ biến, là loại hóa thạch được hình thành bằng cách thay thế mô ban đầu của thực vật bằng silic dioxide (SiO2), mặc dù cấu trúc và hình dạng ban đầu được bảo tồn nhưng bản chất bên trong đã bị biến đổi hoàn toàn. Ở những nơi khác nhau có nhiều loại gỗ hóa đá khác nhau, thành phần chính của gỗ hóa đá ở Myanmar là opal (SiO2·nH2O), còn được gọi là “ngọc thụ”, là một loại đá trang trí phổ biến.

Gỗ hóa thạch hiển thị nhiều màu sắc đa dạng do sự xuất hiện của các nguyên tố khác nhau. Sắt có thể làm cho gỗ có màu đỏ, nâu, trắng sữa (opal), không màu (pha lê), xám khói, đen và các màu khác.

Gỗ hóa đá ở Myanmar, sau khi được đánh bóng, có màu trắng sữa, nâu và hung, nhìn giống như cây nhưng thực chất là hóa thạch.

Opal hóa

Opalization thực chất là một loại silic hóa đặc biệt. Opal có thành phần hóa học là SiO2·nH2O. Đây là một loại đá quý không kết tinh, được tạo thành từ silica dạng sền sệt hoặc lỏng, chảy vào các vết nứt và hang động trên Trái Đất, sau đó lắng đọng và đông cứng lại thành đá quý.

Opal xuất hiện với nhiều màu sắc khác nhau, từ xanh lam đến xanh lục, vàng đến cam và đỏ, và sự thay đổi màu sắc của nó là do cấu trúc bên trong đặc biệt của nó.

Pyrit hóa

Chất lỏng chứa pyrit (FeS2) thâm nhập vào bên trong động vật, sau đó nước bay hơi và pyrit kết tinh, tạo ra hóa thạch sinh học bị pyrit hóa, chủ yếu là ammonite, belemnite, nhím biển, bọ ba thùy và các loài động vật biển khác, phản ánh vấn đề môi trường.

Canxit hóa

Vỏ và xương của nhiều loài động vật chứa một lượng lớn canxit (CaCO3), nhưng sự hình thành canxit không hoàn toàn giống với vỏ hoặc xương ban đầu. Dung dịch nước chứa ion canxi xâm nhập vào cơ thể động vật, sau đó nước bay hơi, để lại tinh thể canxit hoặc canxit tinh thể kín, tạo thành hóa thạch rất đẹp, một số giống như ngọc trắng.

Hóa thạch ammonit ở Madagascar được đặt tên như vậy vì các đường khâu phức tạp trên vỏ của chúng giống như hoa cúc, thường được cắt mở để lộ ra các tinh thể canxit tuyệt đẹp bên trong.

Hầu hết các hóa thạch canxit đều có màu xám, trắng nhạt, xám nâu hoặc nâu do chúng được trộn lẫn với một ít đất sét hoặc các khoáng chất khác.

Bên cạnh sự xâm nhiễm và khoáng hóa khoáng sản đã đề cập, còn có một số hóa thạch được tạo ra bởi thành phần tự nhiên của chúng. Ví dụ, ammonit màu sắc phong phú ở Canada.

Các loại ammonit đa dạng được phát hiện ở Canada ngày nay có tuổi từ 75 đến 70 triệu năm trước. Ở gần vùng biển Canada có một ngọn núi lửa khổng lồ, thường xuyên phun trào do sự hình thành thường xuyên của dãy núi Rocky. Mỗi lần phun trào khiến hầu hết các loài động vật, bao gồm cả ammonite, chết và bị chôn vùi dưới đáy biển. Tro núi lửa đã ngăn chặn sự tiếp xúc giữa tàn tích ammonit và nước biển, trong khi sự chuyển động của vỏ Trái Đất đã đưa các nguyên tố sắt và magi phong phú vào tàn tích ammonit, biến chúng thành những con ốc hóa thạch đa màu sắc.

Ánh kim tuyệt đẹp của ammonit đến từ sự kết hợp của các màu sắc giao thoa do phản xạ ánh sáng trên các lớp mỏng khoáng vật aragonit trong vỏ của nó. Độ dày của các lớp aragonit mỏng ảnh hưởng đến màu sắc, với các lớp dày hơn tạo ra các màu đỏ và xanh lục, trong khi các lớp mỏng hơn tạo ra màu xanh lam và tím. Sự thay đổi trong thành phần khoáng chất (như pyrit, v.v.) cũng ảnh hưởng đến màu sắc của vỏ ammonit.