硅化木

石化木，也称为石化树（来自古希腊语 πέτρα，意思是“岩石”或“石头”；字面意思是“木头变成石头”），是一种特殊类型的化石木材的名称， 陆地植被的化石遗迹。 石化是树木或类树植物通过矿化过程被石头取代的结果，矿化过程通常包括矿化和置换。 构成细胞壁的有机材料已被矿物质复制（主要是蛋白石、玉髓或石英形式的二氧化硅）。 在某些情况下，干组织的原始结构可能会部分保留。 不同于其他植物化石，通常是压印或压缩，木化石是原始有机材料的三维表现。

石化过程发生在地下，当木材被埋在水饱和的沉积物或火山灰中时。 水的存在会降低氧气的可用性，从而抑制细菌和真菌的需氧分解。 流经沉积物的富含矿物质的水可能会导致全矿化，当矿物质从溶液中沉淀出来并填充细胞内部和其他空隙时，就会发生这种情况。 在更换过程中，植物的细胞壁充当矿化的模板。 需要在纤维素和木质素的腐烂与矿物模板之间取得平衡，才能保真地保存细胞细节。 大多数有机物通常会分解，但一些木质素可能会保留下来。 蛋白石 A 形式的二氧化硅可以在温泉环境中相对快速地包裹和渗透木材。 然而，石化木最常与埋在三角洲和泛滥平原或火山泥浆和火山灰床的细粒沉积物中的树木联系在一起。 这种材料已经石化的森林被称为石化林。

当植物的木质茎被埋在富含溶解矿物质的潮湿沉积物中时，就会形成硅化木。 缺氧会减缓木材的腐烂，使矿物质能够取代细胞壁并填充木材中的空隙。

木材主要由全纤维素（纤维素和半纤维素）和木质素组成。 这些物质加起来占木材干成分的 95%。 其中几乎一半是纤维素，它赋予木材很大的强度。 纤维素由排列成微纤维的聚合葡萄糖长链组成，微纤维可增强木材中的细胞壁。 半纤维素是各种单糖的支链聚合物，构成了硬木剩余成分的大部分，而木质素是苯丙烷的聚合物，在软木中含量更高。 半纤维素和木质素包裹并加强纤维素微纤维。

死木通常会被微生物迅速分解，首先是全纤维素。 木质素是疏水性的（防水的）并且腐烂得慢得多。 腐烂率受温度和水分含量的影响，但氧气的排除是保存木材组织的最重要因素：分解木质素的生物必须在其生命过程中有氧气。 结果，比始新世更早（约 5600 万年或更早）的化石木材几乎失去了所有的全纤维素，只剩下木质素。 除了微生物分解外，埋在碱性环境中的木材也会因与碱发生无机反应而迅速分解。

木材通过迅速埋藏在泥土中，特别是火山灰形成的泥土中，可以防止分解。 然后将木材矿化以将其转化为石头。 非矿化木材已从古生代地层中回收，特别是来自 Berea 砂岩的 Callixylon，但这是非常不寻常的。 石化木后来因周围沉积物的侵蚀而暴露出来。 非矿化木化石在暴露时会迅速被侵蚀破坏，但石化木非常耐用。

已在硅化木中鉴定出约 40 种矿物质，但二氧化硅矿物质是迄今为止最重要的。 方解石和黄铁矿不太常见，其他的则相当罕见。 二氧化硅通过氢键与细胞壁中的纤维素结合，形成一种模板。

然后，在纤维素分解时，额外的二氧化硅会取代纤维素，因此细胞壁通常会非常详细地保存下来。 因此，细胞壁内开始硅化，细胞内和细胞间的空间逐渐充满二氧化硅。 随着时间的推移，几乎所有的原始有机物质都消失了； 只有大约 10% 留在硅化木中。 剩下的材料几乎是纯二氧化硅，只有铁、铝、碱金属和碱土金属元素含量超过痕量。 铁、钙、铝是最常见的，这些元素中的一种或多种可能占成分的 1% 以上。

二氧化硅最初采用何种形式仍然是一个研究课题。 有证据表明最初沉积为蛋白石，然后在 l 内重结晶成石英。