“雨痕”和“风动石撞击坑”的科普——兼答嵇少丞教授的质疑

一、缘起

没有想到小闫同学的一篇游记竟然引起了许多人的关注，也没有想到，沉积学中最普通不过的一个现象（“雨痕”）竟然有很多科学网博友没有听说过，更不可思议的是竟然遭到地质学教授的质疑。地学界的博友们，是不是我们的科普工作做得太不够了？

若干年前，一位伟人讲过：教育要从娃娃抓起。今天一位普通的地质人不得不说：地学科普要从小雨点抓起。

我压根就没有把小闫写的东西当作科普，所以我把它归类为“游记往事”，这是野外工作结束之际，我给小闫布置的“作业”。今天我就给大家真正科普一下“雨痕”。

公开声明一下，本博文中的照片加有“奇美天成”LOGO的为本人及项目组成员所拍，如果以任何方式引用我的照片，请事先征得我的同意。项目组其他人的3张照片，谢绝引用。

二、雨痕的定义及其地质意义

下雨是大自然中最常见的现象之一，但雨点落到地上的痕迹恐怕很少有人注意。雨点太软了，落在硬地上，不会留下任何痕迹；如果落在沙土中，立刻会被吸收。只有在半固结的软泥中，雨点降落后，才能在软泥的表面留下撞击的痕迹。并且大部分情况下，先行成的痕迹会被后续的雨点和雨水破坏。

关于雨痕的定义，中国地质大学姜在兴主编的沉积学中表述如下：“雨痕、冰雹痕是雨滴或冰雹降落在泥质沉积物的表面，撞击成的小坑。如雨滴垂直降落时，小坑呈圆形，否则成椭圆形，坑的边缘略微高起。只有偶尔阵雨形成的雨痕，才能保存下来；如果连续的阵雨，就形成不规则相连的凹坑。冰雹痕似雨痕，但坑比雨痕大些、深些，且更不规则，边缘更粗糙些。”（姜在兴主编：沉积学，石油工业出版社，2003年版，P103）。

在常人生存的环境中，雨痕太不容易见到了。但在干旱和半干旱的环境，雨痕却是常见的现象。特别是在刚刚形成的泥裂表面特别容易形成雨痕，中国的西北正是这样的环境，经常会遇到极小的阵雨，然后艳阳高照。我每次出差西北（新疆或甘肃），都会见到，有时会拍几张照“留念”。

正因为雨痕常形成于干旱或半干旱环境的软沉积物的表面，如果在坚固的岩石中发现雨痕的“化石”，一般会推测岩石的原始形成环境为干旱或半干旱。在产状混乱的地层中，如果在岩石中找到雨痕，地质学家可根据雨痕的凹坑方向确定岩石的原始层面。所以，雨痕在地质学中具有指示岩层的顶、底方向和指示环境的意义。所以又称为示顶构造。

这些在软泥表面形成的雨痕极易受到后期各种地质作用的破坏，后期成岩作用过程中会把大部分雨痕“销毁”。因此，在固结成岩的石头中发现雨痕极为罕见。看来，许多地质学家不知道雨痕也不足为怪。

正因为雨痕的稀奇和指示环境的作用，成就了一个不大不小的发现。

2012的，科学家在非洲发现了27亿年前的岩石中保存的雨痕，竟然成了轰动一时的科学新闻。因为，根据人们以前的数据，27亿年前的地球混沌一片，接收到的阳光大概只有现在的20%。因此有人推测那时的地球没有足够的阳光，应该是一个“冰球”。但地质学证据表明，当时的地球并不是冰球一个，而是相当温暖，有海洋、有河流。雨痕的发现再一次成为重要的非冰球证据。细心的博友请搜索“2.7billion-year-old raindrops”，你会搜索到国际主流媒体和专业杂志对这个发现的大量报道。

占在得天独厚的宝地上，这个小家伙的出镜率太高了（来源：互联网）

三、本人博文中的雨痕

看文章要仔细，看博文也要仔细。对于一个认真、严谨的科学家来说，质疑别人的博文或文章时更要仔细。嵇少丞教授好像就是这么告诫别人对他的质疑或评论的。因此，本段话的版权归嵇教授。

小闫的游记博文中有没有说过这雨痕的标本是砂岩？根本没有。显然，嵇少丞教授在没有仔细观察的情况下就把它当成了砂岩，接着乱批一通。

实际上，这块标本保存在我的手里，它只是一块现代的泥裂的标本，就是一块泥巴，经过太阳暴晒而成。经过数千公里的奔波，已经破为两半。裂为两半原本不是好事，但对鉴定其成因更有实际意义。如果这个痕迹是风吹石撞击而成，这个撞击坑中应该保存着风吹石的残骸。

图A是这块标本目前的状态，在整个标本中，没有发现任何一个撞击坑中有大的砂粒或外来物的痕迹。标本的裂缝正好断开了几个小坑，可以从剖面上观察，也没有外来物。为了让大家观察得更详细一些，我附上了标本B点和C点附近的详细照片（图B，图C），特别是照片C，可以看到完整平滑的撞击坑。风吹石等外来物撞击说显然是不成立的。它的成因只能是雨痕。

图A 引起质疑的雨痕标本

请仔细观察所有雨痕，并与图B、图C对比。

图B 雨痕（在标本中的位置见图A）

图C 雨痕（在标本中的位置见图A）

可见到平滑的撞击坑表面，没有任何外来的风吹石或大的砂粒。

四、张掖丹霞景区见到的雨痕

为了博友们认识雨痕，本人再向大家展示一下也是今年所拍的雨痕照片（图D、E）。

图D所示的雨痕是在甘肃张掖丹霞景区附近的一个泥坑中拍的。刚刚干涸的泥坑中已经形成了泥裂，泥裂表面保留了极多形态完美的雨痕。有些雨痕还有两个雨点叠加的痕迹（图D中的E点附近），图E则为局部放大。

图D 雨痕（拍摄地点：甘肃）

图E 雨痕（注意其中的部分雨痕有重叠现象，是两个以上的雨点撞击的痕迹）。

五、风吹石撞击坑

那么，嵇少丞教授提出的风吹石撞击坑是否在自然界中存在呢？对此我一点也不会质疑，因为我见过非常完好的现象，顺便一并给大家普及展示一下。

2012年夏天，一场大雨过后，我到北京西山的一个山沟里考查，有一片刚刚形成的泥裂，两边是高高耸立的岩石绝壁。泥裂表面有无数个撞击坑，坑中全是来自旁边的岩石砾屑，最大者长度大于10 cm，但大多在几个cm大小（图F）。

图F：泥裂表面的风吹石撞击坑

图G为放大的一张照片，可以看到有的砾石在撞击时，把泥质沉积物撞开撕裂，更详细的照片见图H。

图G：泥裂中的风吹石

图H 泥裂中保存的风吹石

这些泥裂中的风吹石可用来解释许多岩石中存在的不明原因的砾石的成因！

六、本课题组成员所照的雨痕照片

本人在野外极勤快，很少用别人的照片。但忽然发现项目组其他人员在同一地点拍了更多、更好的照片，作为科学普及的材料，挑出3张展示给大家。

再次重申：这3张照片虽然用的LOGO是奇美天成，但是别人拍摄的，请不要引用。

青稞地雨痕1.jpg

青稞地雨痕2.jpg

青稞地雨痕3.jpg

七、西方经典文献中关于雨痕的定义与实例描述

岩石中的雨痕虽不多见，但在西方经典地质文献和维基百科等网站中确有多处提到。

（我查到的）最早的关于雨痕的科学报道应该来自1948年Shrock的专著Sequencein Layered Rocks. 这是间接查到的，有条件的可帮忙下载一下Shrock的原著。

Shrock的标本照片（来源：互联网）

另外再举几个定义和实例。

1.   McGraw-Hill2003年版地球科学词典的定义

Rain prints aresmall, shallow depressions formed in soft sediment or mud by the impact offalling raindrops. Also known asraindrop impressions; raindropimprints.[McGraw-Hill Dictionary ofEarth Science, second edition, 2003, P308]

2.   Elsevier Ltd 2005年版地质学百科全书的定义

RaindropImpressions are “small circular or elliptical depressions on the upper surfacesof beds of fine sediment. They record the impact of raindrops or hailstones andtheir preservation depends on the cohesive strength of the sediment. They arequite often associated with desiccation cracks.” [Encyclopedia of geology, Elsevier Ltd, 2005: P 610 SEDIMENTARYPROCESSES/Post-Depositional Sedimentary Structures]

3.   Wikipedia百科上的相关材料

Wiki上面有比较详细的说明和两张照片，就不在此重复引用了。以下为Wiki上的定义。Raindropimpressions are a geological feature characterized by small craterlike pitswith slightly raised edges that are the result of the impact of rain on softsediment surfaces.  [http://en.wikipedia.org/wiki/Raindrop_impressions]

4.   与小闫游记中的照片最相像的网上的照片
Spherical raindrops carve a random array of circular arcs into a muddy surface.

http://www.exo.net/~pauld/lectures/patternscostarica/patternsnature2004.htm

再次感谢嵇少丞教授的质疑。

关于雨痕的科普与争论，该结束了吧？

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参考：

1.西域记之“青稞地”的一天

2.雨痕还是风动石击坑?