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一具动物尸体要成为化石，就必须要有恰好合适的周边环境。虽然有很多动物都开始了化石化的进程，但到最后却消失得无影无踪了。
“化石”的英文单词fossil原意是指从地下挖掘出来的岩石或者矿物，在今天，它代指的东西更加精确——生物的遗骸。这些生物曾经在地球上生活过，它们的遗骸由于被埋藏在土壤中而得以保留。与原始的遗骸不同，化石比较坚硬，而且化学性质也更稳定。也就是说，能保存特别久的时间。大部分化石都至少有1万年的历史，有一些甚至能够追溯到地球上早期生命开始的时候。
生物死亡后，如果能马上被某些物质（如沉淀物或大量的海底泥浆）覆盖住，化石化的过程就开始了。沉淀物中包含着一些很细的颗粒，能在动物遗骸的表面形成一层柔软的保护毯，使其免受食腐动物的袭击；同时也将氧气隔离在了外面，使得微生物很难以常规的途径将遗骸分解掉。
大多数情况下，故事到此就结束了，因为在海里，遗骸常常会被海浪和潮流破坏掉；而在陆地上，风吹雨淋也同样会毁了它们。但是，如果动物的尸体在足够长的时间里都没有受到破坏，它上面覆盖的沉淀物就会越来越多。这种埋葬的速度可能每年只有几毫米，但随着时间的累积，化石化的第一阶段就开始了。
化石不仅能够保存动物的身体，还能够将它们的生活痕迹也保存下来。这些痕迹不仅包括脚印，如图中发现于美国犹他州的恐龙脚印，还包括洞穴、食物残渣、“胃石”，甚至还有粪化石。遗迹化石是非常有趣的，因为它们保留下了动物们的行为细节，但是如何将其与其制造者进行匹配是个令人头疼的问题。
尸体被掩埋起来后，其中的无机物——如骨头和外壳——经常会溶解再结晶，从而变得比以前更加坚硬了。若是地下水渗进组织器官中，将无机物溶解掉并冲走，新的无机物便会沉积在里面，这个过程常被描述为“石化”。由于这些改变发生得都非常缓慢，遗骸也就保留住了原始的形状。
随着表面沉淀物越来越多，遗骸也就被埋得越来越深。时间和增大的压力完成了接下来的事情——遗骸变成了化石，而沉淀物则变成了结实的岩层。
即便都到了这个阶段，事情还是可能会出现差错。在形成化石的千百万年中，周围的岩层可能会发生变化。岩层可能会褶皱弯曲，而极大的压强则能够将化石压扁。热量也是因素之一，如果有太多的热量从下面的壳层传到岩石上，部分岩石就会熔化，里面所包含的化石也就遭到了破坏。如果一块化石有幸躲过这些灾难，那么它重返地表时才能被发现。当沉积岩被风雨侵蚀掉以后，化石就露出地表了。接下来就是，在化石从周围的岩石上掉下来，碎裂并最终消失之前，必须要有人能找到它们才行。
因为化石化的过程太过随机，所以地球上的化石并不能完整地记录史前的生命迹象。一些动物（像三叶虫和鹦鹉螺）能够大量地形成化石，是因为它们拥有坚硬的外壳，并且生活在海床上。拿三叶虫来说，它们在生长过程中会出现蜕皮现象，而这每一层蜕掉的皮都是一个绝佳的三叶虫复制品，同样也能够形成化石。
从左到右这5幅图列出了化石形成的5个典型步骤。
1.一只鹦鹉螺陷进了海床里，并最终死在了那里。
2.这只鹦鹉螺的外壳搁浅在了海床上，而海水中漂浮过来一些含有细小颗粒的沉积物，很快就把它给掩埋了。
3.在“岩化作用”的过程中，壳中的无机物慢慢地发生变化，并最终被替换掉。
4.化石上面进一步形成岩层。
5.岩层被风雨渐渐侵蚀掉，化石也就显现在表面上了。
鹦鹉螺及其亲缘动物常常会形成化石，因为它们拥有坚硬的外壳，而且生活在浅滩海域——一个在死后可以被埋藏的理想环境。与三叶虫一样，它们精细的身体构造会在进化过程中发生改变，这让它们可以被用作化石年鉴表，来确定具体岩层的年代。
但是对有的族群来说——即便是那些长有骨头的——化石化也是一个不同寻常的过程，尤其是那些早期的灵长目动物和其他一些生活在树上的哺乳动物。在它们死后，尸体一旦掉到地面上，就会被食腐动物给分解掉。搜寻化石的人偶尔会发现一些单独的动物骨头或者牙齿，但是却很难找到完整的骨架。