翼龙是地球上第一类真正飞行也是唯一绝灭的飞行脊椎动物。由于飞行的需要，翼龙演化出了纤细中空的骨骼，因此翼龙化石十分稀少，而翼龙蛋和胚胎化石更是罕见。自2006年以来，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所汪筱林研究员带领队员在新疆哈密戈壁滩进行了大量的野外考察，发现了世界上保存面积最大和最富集的翼龙化石聚集地，命名为天山哈密翼龙(Hamipterus tianshanensis)。2017年12月，Science报道了一件超过200枚天山哈密翼龙蛋、胚胎和骨骼化石三位一体保存的重要标本（以下称翼龙蛋化石标本），其中16枚翼龙蛋内含有三维立体的胚胎化石，是世界上首次发现的3D翼龙胚胎，对了解和揭示翼龙生命史具有重要意义。但是这件珍惜的翼龙蛋化石标本自极干旱高盐碱的戈壁抢救性采集并搬运到相对潮湿的地区（北京）后，短短数年就出现了不同程度的风化，严重影响化石的研究、保存和展示。表现为外侧富含翼龙骨骼及其蛋与胚胎化石的区域风化非常严重，围岩崩解、蛋化石脱落；而最内侧不含化石的区域围岩保存较好。为探究同一件标本上出现如此显著的差异风化现象的原因，2019年北京科技大学文物保护实验室对该标本开展了研究工作。首先对标本整体的风化状况进行评估和分类，按照风化发生的先后顺序和风化程度划分风化区域，对不同风化区域的围岩进行采样，再进行岩性分析、孔隙结构、可溶盐鉴定，最后通过模拟风化实验验证蒙脱石和可溶盐的作用，提出发生差异风化的机理并厘清了主次因素。

一、实验结果

1）哈密翼龙蛋化石标本风化程度评估

2013年10月的照片（图1c）可以清晰地看到翼龙蛋与骨骼化石，但到2014年3月（图1a）标本已经出现风化，部分翼龙蛋脱落，到2019年12月（图1b），该标本发生了严重的风化。按标本差异风化情况进行取样，样品055-1、055-2、055-3分别取自早/易风化区域、风化区域和未风化区域（图1b，d）。

2）岩性分析

图2偏光显微镜和图3 XRD结果显示，055-1、055-2属灰白色石英质岩屑砂岩，055-3为灰白色含长石细粒石英砂岩，矿物组成都以石英、长石和黏土矿物为主，其中黏土矿物以Ca型蒙脱石为主，含量分别为16.3%、19%、23.3%。稳定区域的黏土矿物含量大于风化区域，即黏土矿物含量高的区域保存状态反而较好，因此可判断蒙脱石含量与标本的风化程度相背离。

图 2 三个围岩样品在单偏光和正交偏光

（100倍）下的照片

图 3 三个围岩样品055-1（a）、055-2（b）、055-3（c）的

X射线衍射图谱

3）孔隙分析

055-1、055-2、055-3的孔隙率分别为20.9499%、22.3285%、24.6684%，逐渐递增，孔径主要分布范围分别为6.0~60.2μm、0.67~11.3μm、0.43~9.0μm，急速变小，早/易风化区域的主孔径尺寸远远大于其他区域（7~14倍），稳定区域的孔径最窄。结合风化表现来看，与稳定区域相比，富含翼龙蛋（胚胎）、骨骼的风暴岩结构不均一，有大量杂乱堆积的泥质砾屑，质地疏松，孔径较大，内聚力较小，所以更容易发生风化。由此可以推断标本自身不同区域沉积岩的不均一和孔径大小是影响风化作用的重要内部因素。

图 4 三个围岩样品的孔径分布与孔隙率

4）可溶盐分析

055-1、055-2、055-3的可溶盐含量分别为0.9%、1.09%、0.03%，早/易风化区域的可溶盐含量远大于稳定区域，约是后者的30~36倍。综合超景深显微镜、红外光谱、拉曼光谱和SEM-EDS分析可知，早/易风化区域055-1含有NaCl、Ca(NO3)2·4H2O、CaCl2和少量NaNO3；风化区域055-2含有NaCl、Ca(NO3)2·4H2O、CaCl2和少量CaSO4、Na2SO4、NaNO3；稳定区域055-3含有NaCl、Na2SO4和少量CaSO4、Ca(NO3)2·4H2O、NaNO3。

5）蒙脱石和可溶盐对风化贡献的讨论

翼龙蛋化石标本中稳定区域的蒙脱石含量大于风化区域，蒙脱石含量高低与风化表现相背离，从蒙脱石易吸水膨胀的角度不能解释翼龙蛋化石的风化现象，暗示风化主因可能另有原因。早/易风化区域和风化区域中主要可溶盐类型恰好是CaCl2和Ca(NO₃)₂·4H₂O等极易潮解盐，含盐量分别是0.9%和1.09%。此外，早/易风化区域的孔隙孔径远大于稳定区域，是后者的7～14倍以上，结构疏松，内部结合力差，有利于盐结晶的生长。稳定区域不易风化的原因首先是含盐量是早/易风化区域的1/36，其次主要盐种类是难潮解盐NaCl和Na2SO4。因此初步推论：盐的潮解活动才是解开这件翼龙蛋标本发生差异风化的钥匙。

6）模拟实验及其结果讨论

为研究蒙脱石和不同种类的可溶盐对风化的贡献，设计模拟风化实验验证。根据模拟风化实验结果可以推论，在北京四季温湿度变化下，蒙脱石自身不会造成围岩风化，可溶盐是翼龙蛋（胚胎）化石围岩快速风化的主因，蒙脱石和盐协同作用下会加速风化，对温湿度变化敏感的易潮解盐CaCl2和Ca(NO₃)₂·4H₂O等起到主要破坏作用。

二、结论

哈密翼龙动物群是近年来发现的最重要的白垩纪化石生物群之一，具有重要的科学研究价值，但其风化问题极为突出，尤其是在戈壁大漠采集的标本搬运到北京等相对潮湿的新环境后，容易发生被称为“化石癌症”的严重的蚕食性风化，逐渐造成化石标本的致命损毁。通过对这件三位一体保存的翼龙骨骼、蛋和胚胎化石标本发生差异风化原因的初步研究，得出如下两点结论：

(1) 与富含化石的风暴岩结构和孔隙度有关。风暴岩结构不均一，孔隙度大，结构疏松，内部胶结较弱，是导致化石区域围岩强烈风化的主要内部原因之一。

(2) 可溶盐是翼龙骨骼、蛋与胚胎化石围岩快速风化的主因，蒙脱石和盐协同作用下会加速风化，对温湿度变化敏感的易潮解盐CaCl2和Ca(NO3)2·4H2O等起到主要破坏作用。富集骨骼、蛋的围岩中易潮解的钙盐含量较高，加之化石与围岩边界不均一性极大，结构疏松，与稳定区域围岩的致密均匀不同，在北京四季温湿度变化下更容易迅速风化。

三、保护建议

根据以上研究结果，借鉴文物领域可移动文物防盐风化的防治措施，对这件翼龙骨骼及其蛋(胚胎)化石标本的风化治理提出一些初步建议：从外界环境因素——温湿度的角度考虑，控制存放地室内温湿度，尽可能保持恒定环境，避开标本中潮解盐CaCl2 Ca(NO3)2·4H2O的潮解范围。从内部主影响因素——可溶盐的角度考虑，对标本进行脱盐处理；或将易潮解盐转化为难潮解盐/难溶盐，留在围岩内部。从化石先天内因——结构疏松的角度，可以通过适时地化学试剂加固，填充孔隙，增加强度，以抵抗潮解盐活动带来的应力破坏。

该成果发表于地质论评. 2022，68(01) 81-92.

http://www.geojournals.cn/georev/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20226801006&flag=1（点击“阅读原文”跳转）