珊瑚礁中的微生物岩之謎

圖／宮守業提供 

微生物岩是什麼？它跟珊瑚礁有什麼不同？

珊瑚礁應該不需要解釋。微生物岩(microbialite)是什麼呢？微生物岩是由微生物聚集或在細胞外製造的碳酸鈣所形成的岩石。會製造微生物岩的包括藍綠菌、細菌和古菌(Archaea)。

在地質記錄裡，最常見的微生物岩是由藍綠菌形成的疊層石(stromatolite)，這是藍綠菌形成的。這是地質學家最早知道的微生物岩。疊層石有被稱為「微生物礁」或者「非架構礁」，有別於珊瑚─石灰藻構成的礁(Riding, 2002)。地質年代裡疊層石的環境無法確知，現代的疊層石生活在澳洲西岸高鹽度的潮間帶，或者在墨西哥、土耳其、加拿大等地的淡水湖之中，都和形成珊瑚礁的正常海水環境有明顯的不同。

微生物岩在珊瑚礁中的分布和悖論

1980年代，在巴哈馬海域的淺海砂質基底也發現疊層石。但是和藍綠菌的疊層石不同，巴哈馬的疊層石主要由藻類形成(Dill et al., 1986)。雖然是正常的海水，但這些疊層石並不和珊瑚礁在同一個地方發生。

上世紀的九十年代，在珊瑚礁的礁前坡、潟湖和洞穴之中發現了零星分布的微生物岩。但是由於規模都很小，仍然被認為是特例。1994年在大溪地的全新世珊瑚礁內，首次發現了廣泛分布的微生物岩。這個里程碑式發現被認為是個悖論(paradox)，因為典型的珊瑚礁生長在乾淨、鹽度正常的溫暖海水中，而微生物岩則形成於淡水或高鹽度海水、光線不足、營養鹽較高的環境中(Camoin et al., 1999)。之後，在萬那杜的和大溪地附近的波拉波拉島(Bora Bora)全新世珊瑚礁內也發現普遍分布的微生物岩。前幾年，筆者先後在菲律賓的Paraoir和Maydonlong的全新世珊瑚礁內也發現了普遍分布的微生物岩 （Gong et al., 2017）。其他地方全新世珊瑚礁之中多數沒有微生物岩，即使有規模也很小。

微生物岩的形成及其與珊瑚的接觸關係和碳十四定年證據

珊瑚礁中的微生物岩可能為薄層狀，也可能為細枝狀，也可能微團塊狀。其礦物成分是高鎂方解石。由它們和珊瑚的接觸關係顯示，微生物岩並不是在珊瑚活著的時候和珊瑚同時形成，而是在珊瑚死後，沖填在珊瑚架構間的空隙。多數情形是，先有石灰藻覆蓋在珊瑚上，然後微生物岩再覆蓋於石灰藻之上。有時候是底棲有孔蟲先覆蓋在在珊瑚上，然後微生物岩才覆蓋於珊瑚之上。有而也有微生物岩直接覆蓋在珊瑚之上的情形。由這些接觸關係推測，微生物岩應該晚於他們所接近的珊瑚。

微生物岩的碳十四定年也證實這個推論。菲律賓的微生物岩比同一深度的珊瑚要年輕幾十年到幾百年(Gong et al., 2017)。這個結果和大溪地的研究結果大致接近。不過發現全新世珊瑚礁中有微生物岩的案例不多，有定年數據的更少。這個問題還需要做更多的研究。

全新世珊瑚礁在熱帶、亞熱帶淺海分布非常廣泛，對各地珊瑚礁的研究也累積了許多成果。為什麼只在大溪地、萬那杜、波拉波拉島和菲律賓的Paraoir和Maydonlong這幾個地方普遍分布著微生物岩呢？這仍然是個未解之謎。

由於微生物岩和珊瑚生活的環境不同，而且接觸關係和定年數據都顯示微生物岩大致在珊瑚死後形成，因此目前科學家相信，微生物岩是在珊瑚礁繼續向上生長的時候，在珊瑚礁表面之下已死的珊瑚空隙中形成。當時，空隙間的微環境和海床表面的環境已經不一樣了。

珊瑚礁微生物岩：科學家探討成因與形成機制

因為前述大溪地等地的珊瑚礁都發育在火山基底之上，有的科學家認為微生物岩的形成和火山提供的營養鹽有關。但是這個推論有個漏洞。很多太平洋、印度洋的火山島都有珊瑚礁，但未必有微生物岩。例如，綠島的全新世珊瑚礁就沒有發現微生物岩(Shen et al., 2018)。

珊瑚礁之中的微生物岩是什麼微生物形成的目前也還沒有定論。有的科學家認為是古菌和硫酸根還原菌共同的作用，但也有可能和地表淡水環境芽胞桿菌促成碳酸鈣形成的機制類似，是由海洋中的桿菌形成。目前珊瑚礁微生物岩的成因還有很多問題有待解決。