本文發表於《大眾科學》之前的部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
我們都知道木炭，對吧？我們大多數人都從木柴燃燒後的灰燼中撿起過一些碎片來玩。它輕巧、柔軟、易碎。它會在接觸到的任何東西上留下黑色的菸灰殘留物。它是繪畫的絕佳材料，即使它容易意外弄髒。你可以輕易地把它碾成粉末。花點時間想象一下它。用指甲劃一下它。記住它是多麼柔軟和脆弱。
現在想象一下，從地上撿起一塊木炭，它會弄黑你的手指，但它很重。
它是石頭！但它是木炭！但它是石頭！圖片來源：達娜·亨特
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你用指甲去摳它，但你的指甲不是留下痕跡，而是彎曲了，沒有留下任何印記。你用它的一角去刮岩石錘的頭部，不是留下黑色的顆粒汙跡，而是在金屬上留下了一條閃亮的銀色劃痕。
硬到足以劃傷岩石錘。這絕對不是軟金屬：這是一塊非常堅硬的木炭！圖片來源：達娜·亨特
這種神奇的物質，既不是植物也不是岩石，被稱為礦物滲入木炭。
這真拗口，對吧？但它與一個熟悉的過程有關：石化作用。我們知道，當物體石化時，礦物質會取代所有現有的物質。當木頭或木炭等物質發生礦物滲入時，現有的物質不會完全被取代；像二氧化矽這樣的礦物質會填充細胞，但保留細胞壁的完整。如果你觀察礦物滲入木炭的薄片，你會發現細胞的細節非常驚人。
獲得礦物滲入木炭所需的只是燒焦的木頭；富含鐵、二氧化矽、方解石或其他此類礦物質的地下水；以及一段不受干擾的時間。如果水和木頭都在地下，腐爛的有機物產生的腐殖酸就會幫助這個過程進行。當礦物質從溶液中沉澱出來時，它們開始在細胞壁的孔隙中形成晶體。從細胞壁開始，礦物質開始填充每個細胞的內部空腔。完成後，細胞壁仍然完好無損地圍繞著新的充滿礦物質的細胞中心。
如果此時水或礦物質供應減少，你就會得到礦物滲入的木頭或木炭。如果供應沒有消失，這個過程將繼續進行，直到每一絲有機物都被無機礦物質所取代，從而形成石化的木頭。
當然，緻密的礦物質取代細胞內的液體意味著以前輕巧的木頭或木炭現在變得相當重。如果礦物質比鋼鐵還硬，例如二氧化矽，你就會得到一塊木炭，它仍有足夠的碳來弄髒你的手指，但也能劃傷你特製的岩石錘。
我的朋友洛克伍德，他深入研究了這種物質，併為俄勒岡州立大學撰寫了一篇論文，他在一封電子郵件中向我解釋了它是如何工作的：
這裡的關鍵是“礦物滲入”這個詞，更具體地說，是“矽化作用”。我認為這些維基連結會很清楚，但基本思想是，包括細胞壁之間的孔隙在內的所有空隙都完全充滿了二氧化矽，可能是石英。孔隙之所以重要，是因為正是這些相互連線賦予了岩石整體的凝聚力、韌性和強度。否則，每個單獨的細胞都會很容易地從其鄰居中脫落。正如你所看到的，它們並沒有。作為質量和體積的比例，碳可能只佔總量的百分之幾。因此，新鮮表面上有足夠多的暴露物來弄髒你的手指，但岩石的主體是結晶石英，非常堅硬和堅韌。順便說一句，碳最終會被擦掉，不再弄髒，直到你開啟一個新的新鮮表面。
在許多情況下，肉眼就可以看到儲存的細節：在我從俄勒岡州甜蜜之家附近採集的樣本中，你可以清楚地看到生長輪。在微觀層面上，細胞結構的細節很容易看到。但是，這個過程模糊了一些識別木材種類所必需的細節：需要用酸蝕和掃描電子顯微鏡進行一些艱苦的工作，才能確定哪種樹木提供了必要的木材。
礦物滲入木炭中的生長輪。圖片來源：達娜·亨特
礦物滲入使脆弱的木炭變成非常堅硬的東西：我的樣本相對年輕，但它們仍然有數百萬甚至數千萬年的歷史。但是，與石炭紀一樣古老的樣本也很豐富。這些古老的木炭儲存了早期森林燃燒的證據，並告訴我們人類進化之前地球的樣子。
你永遠不會想到像木炭這樣脆弱而普通的東西能存活數千年，但大自然是如此奇妙，地質過程可以做一些非常不尋常的事情。
參考文獻:
De Lafontaine, G. et al (2011): "礦物滲入過程促進了全新世土壤中大型化石木炭的儲存。" J. Quaternary Sci., 26: 571-575
Enochs, Larry G., et al. (2002): “揭開俄勒岡州甜蜜之家漸新世植物群的神秘面紗；為K-12教師進行的實地研究。”In 《喀斯喀特地區地質過程實地指南》
Gregory, Irene (1968): "俄勒岡州林恩縣甜蜜之家石化森林附近的霍利化石木材。"The Ore Bin Vol. 30, No. 4