3第三章 地球演化

第三章地球演化第一节地球的形成与演化一、地层与地质年代地史：地球形成已有46亿年。在这漫长的时间里，地球曾经历过许多重大和复杂的变化，其历史就记载在地壳的地层、古生物化石和各种各样的构造变动遗迹中。地层：岩石圈在长期发展过程中，在一定的地质时间内形成的层状和非层状的岩石的总称。包括各种沉积岩、岩浆岩和变质岩。地质年代：地壳中不同年代的岩石在形成过程中的时间和顺序。包括相对地质年代和绝对地质年代。二、相对地质年代的确定1、地层层序律概念：如果一个地区沉积岩没有受到扰动，先沉积的是较老的岩层，后沉积的是较新的岩层，这种上新下老的地层关系称为地层层序律。二、相对地质年代的确定2、生物地层学法(1)地球上生物演化的规律从水生到陆生、从简单到复杂、从低级到高级，并具有一定的阶段性和不可逆性。(2)标准化石并非所有的生物化石对确定地质年代都有价值；有的生物对环境变化的适应能力很强，在漫长的地质年代里没有变化，它们的化石可以在不同的地层里出现；三叠纪至白垩纪泥盆纪只有那些延续时间短、分布范围广、数量多、特征显著的化石，才有鉴定地质年代的意义，称为标准化石。如：震旦纪的叠层石由藻类、细菌和碳酸钙沉积形成的集合体。三叶虫化石三叶虫化石1三叶虫化石2志留纪的笔石化石二叠纪早期的栌木青岛龙恐龙蛋恐龙足迹四川自贡的恐龙化石始祖鸟化石-由于始祖鸟有着鸟类及恐龙的特征，始祖鸟一般被认为是它们之间的连结：可能是第一种由陆地生物转变成鸟类的生物南雄阶齿兽（第三纪）葛氏板齿象化石（第三纪）琥珀中的第三纪昆虫第四纪的猛犸象猛犸象高4m，长5m第四纪的洞熊北京周口店第四纪的披毛犀(3)指相化石有些生物只能生存在一定的环境，所以，可以根据地层中的某些化石，推测当时的古地理环境，这种化石叫指相化石。珊瑚-指示当时是热带清澈的浅海环境；破碎的贝壳化石-指示为滨海的环境；苏铁化石-指示陆上气候湿润。3、岩石地层学法生物地层学法虽然可靠，但很多地层无化石；岩性：岩石组成成分、颜色、结构、构造等。岩相：岩石的面貌，是岩层的岩性特征和生物特征的综合，也是岩层生成环境的反映。”浅海珊瑚灰岩相”岩石地层学以岩性界面变化为准来划分地层，这是建立区域地层层序的主要方法。岩性的变化在很大程度上反映了环境的变化。海侵，其沉积物自下而上，由粗变细或由碎屑岩变为碳酸盐岩；海退相反。沉积旋回4、构造地层学法地层的接触关系，记录了地壳运动演化的历史，是划分地层的重要标志：(1)整合接触地壳长期处于下降地区，沉积物连续沉积，层理相互平行，沉积时间无间断。(2)假整合接触地壳运动由下降转为上升，而在上升的过程中没有发生明显的变形，只是沉积中断，并遭受剥蚀，而后再次下降接受新的沉积，从而上下两套地层之间缺失了某一时代的地层，但新老地层仍然平行，称为假整合接触，或平行不整合接触。(3)不整合接触地壳在由下降转为上升过程中，原先沉积的地层发生强烈的变形，经风化剥蚀后，再次下降接受新的沉积，这时上下两套地层之间不但有明显的缺失，而且上覆新地层与下覆老地层之间成一定角度相交，称为不整合接触。5、其它地层划分对象一般为沉积岩。对于岩浆岩的新老顺序，一般用切割律或穿插关系来定。岩层切割律：就侵入岩与周围岩关系来说，总是侵入者年代新，被侵入者年代老。三、绝对地质年代的确定半衰期:母体元素的原子数蜕变一半所需要的时间。例如，镭的半衰期为1622年，如果开始有10g镭，经过1622年后就只剩下5g；再经过1622年仅只有2.5g……依此类推。因此，自然界的矿物和岩石一经形成，其中所含有的放射性同位素就开始以恒定的速度蜕变，这就像天然的时钟一样，记录着它们自身形成的年龄。绝对地质年代（同位素地质年代）通过测定岩石的放射性同位素含量，依据其蜕变规律而计算出岩石的年龄。其中，N是衰败后留下的原子核数，N0指初始时刻原子核数（根据留下的原子核与终结元素含量确定），t为衰变时间，T为半衰期。自然界放射性同位素种类很多，能够用来测定地质年代的必须具备以下条件：①具有较长的半衰期，那些在几年或几十年内就蜕变殆尽的同位素是不能使用的；②该同位素在岩石中有足够的含量，可以分离出来并加以测定：③其子体同位素易于富集并保存下来。(t/T)0)21(NN★铀系法◆234U半衰期：25万年；测年范围：5万～100万年；◆210Pb半衰期：22.3年；测年范围：＜150年；◆测年材料：沉积物、岩石。★钾氩法◆原理：40K因电子俘获而放出α或β射线、衰变为稳定的同位素40Ar，通过测定样品的40K和40Ar含量就可以计算出其年代；年代越老，其40K就相对越少，40Ar就相对越多。◆40K半衰期：1.3×109年；测年范围：＞2万～＞800万年；◆测年材料：火成岩、沉积物。★14C法◆原理：14C由宇宙射线中的中子轰击地球大气中的氮核，产生核反应而生成。在相当长的地质时期里，大气中的14C含量基本保持稳定，即14C背景浓度不变；◆14C半衰期：5730±40年；测年范围：0～＜10万年；◆测年材料：有机质（如贝壳、骨头、沉木、木屑、泥炭、碳酸盐沉积等等）；四、地质年代表（一）地质年代的划分地质年代：人们把组成地壳的全部地层从老到新排列起来，所代表的年代称~。年代地层单位：将全部地层分成大小不同的单位，称~。四、地质年代表（二）地质年代表-按年代早晚顺序把地质年代进行编年，列制成表，叫~。地质年代表2（一）太古代Ar（ArchaeozoicEra）——地球形成（46亿年前）至25亿年前，这是地史中最漫长的一个代。◆地壳处于早期阶段，为一层脆弱的玄武岩圈，地壳运动与火山活动极其频繁强烈；当时全球几乎都是浅海，只有一些分散而孤立的岛屿式的小陆块，最后成为稳定陆块的核心（称为陆核）；◆生命起源与演化。无机物→简单有机物（氨基酸等碳氢化合物）→蛋白质、核酸等复杂有机物→原始生命→最原始的生物。到太古代晚期，海洋里已出现了原始单细胞细菌和藻类生物。五、地球演化（二）元古代Pt（ProterozoicEra）距今25—5.4亿年前。◆在此时期，陆壳逐渐增厚，稳定性加强。多次的地壳运动使陆核扩大、焊接形成一些较大而稳定的古陆。至晚元古代，全球形成五个巨型的稳定古陆：北半球的北美古陆、欧洲古陆、西伯利亚古陆、中国古陆，以及南半球的冈瓦纳古陆。在震旦纪时，地球发生了第一次大冰期（称为震旦纪大冰期）。◆元古代——藻类植物时代元古代藻类空前繁盛，原核生物进化为真核生物。到了中、晚元古代大量出现各种藻类、叠层石（叠层石是由藻类、细菌和碳酸钙沉积形成的集合体），而原始动物（低等的无脊椎动物）也开始出现，如海绵和腔肠动物。（三）早古生代Pz1（PalaeozoicEra）距今5.4—4.1亿年前。由三个纪组成，即寒武纪、奥陶纪、志留纪。1、三个纪名称的由来：◆寒武纪（Є，CambrianPeriod），源于英国威尔士西部一山脉Cambria的英文译音，代表地球上有大量生物开始出现的新时期开始；◆奥陶纪（O，OrdovicianPeriod），源于英国北威尔士一古代民族Ordovices的音译；◆志留纪（S，SilurianPeriod），源自英国东南威尔士一个古代部落Silures居住的地方名Siluria，日文音译，我国沿用。2、早古生代的古地理面貌从早寒武纪开始，发生了世界性的广泛海侵，形成广阔的浅海和碳酸盐沉积，所以下古生界几乎都是海相地层。奥陶纪以后，发生广泛的海退。至志留纪末，发生了世界性的强烈的构造运动——加里东运动，部分海槽褶皱上升形成山脉，如加里东海槽、蒙古海槽、祁连海槽、华南海槽等，北美古陆与欧洲古陆相连，古大西洋因而关闭，全球陆地面积扩大。3、早古生代的古生物发展早古生代——海生无脊椎动物时代在早古生代，出现了较稳定而广阔的浅海，海洋营养丰富，促成了寒武纪生物大爆发，动物界第一次大发展，海生无脊椎动物空前繁荣，它们大都有坚硬的外壳，因而保全下众多的动物化石，现已发现了2500多种，尤以三叶虫、腕足类、笔石、珊瑚、头足类最为繁盛。后期，先锋植物开始登陆。志留纪末期出现裸蕨。（四）晚古生代Pz2（PalaeozoicEra）距今4.1—2.5亿年前。包括三个纪，即泥盆纪、石炭纪、二叠纪。1、三个纪的得名：◆泥盆纪（D，DevonianPeriod），该套地层最早在英国西南部的Devonshire（泥盆郡）得到研究，日本人后来将Devon译成片假名“泥盆”，所以才有了这个怪名字；◆石炭纪（C，CarboniferousPeriod），此名最早创用于英国（1822），因为该时期的地层含丰富的煤矿；◆二叠纪（P，PermianPeriod），是来自德文Dyas的意译，因为该时代德国的地层可以分为上下两套而命名。2、晚古生代的古地理面貌从早古生代末开始，揭开了从海洋向陆地转化的序幕。四个巨型稳定的古陆，即欧美古陆、西伯利亚古陆、中国古陆和冈瓦纳古陆，受海西运动的影响，前三者在石炭纪时连接成一个巨大的劳亚古陆，最后在二叠纪与冈瓦纳古陆连结成统一的联合古陆（即泛大陆），使全球陆地面积空前扩大。石炭纪、二叠纪时期，地球北方气候温暖湿润，广阔的陆地沼泽树木繁茂，形成广大的煤田，与此同时，南方的冈瓦纳古陆却发生了地球的第二次大冰期。3、晚古生代的古生物发展泥盆纪时，生物界发生了从海洋征服大陆的巨变，只是从这一时期起，生物才开始从海洋向陆地发展。石炭纪是植物世界大繁盛的代表时期。据统计，属于这一时期的煤炭储量约占全世界总储量的50％以上。二叠纪是地球发展史上重要的成礁期。当时，海水温暖而又清澈，喜欢生活在浅海的各种钙藻和海绵动物大量繁殖，形成了厚厚的礁体，为石油和天然气的形成和储集创造了条件。目前，在世界上已经发现了许多二叠纪的礁型油气田。4、晚古生代古生物发展的主要特点动物界出现两大飞跃发展：从无脊椎动物到脊椎动物，出现原始鱼类（泥盆纪被称为鱼类时代）；从水到陆，由鱼类演变到可在陆地生活的两栖类，所以石炭、二叠纪又称为两栖类时代。这是由于陆地面积不断扩大，海洋缩小，促进了动物界的巨大变革。植物界第一次大发展——蕨类时代，从泥盆纪开始，大地披上了绿装，孢子植物繁盛，如鳞木、芦木、大羽羊齿等等，为煤矿的形成打下了物质基础。（五）中生代Mz（MesozoicEra）距今2.5—0.65亿年前。包括三个纪，即三叠纪、侏罗纪、白垩纪。1、三个纪的得名：◆三叠纪（T，TriassicPeriod），最早在德国西南部发现了代表这段时期的地层。这套地层由三个部分组成：下为陆相杂色砂页岩，中为海相灰白色石灰岩，上为陆相红色岩层，因此得名；得名1◆侏罗纪（J，JurassicPeriod）在法国、瑞士交界的阿尔卑斯山区的侏罗山（JuraMountains），经研究发现该区地层发育特别完整，形成于中生代中期，故此命名；今天在地质学上应用的一些理论或概念都得益于当时的研究，如古生物学中的“化石层序律”、化石带的建立和划分，地层学中“阶”的概念等。得名2◆白垩纪（K，CretaceousPeriod）其名（Creta）来自拉丁文，代表一种灰白色、颗粒较细的碳酸钙沉积（即白垩）；在英国东南的多佛尔海峡，有很多由白垩构成的陡峭的岩壁，人们认识白垩纪地层也是最早从这里开始的。白垩纪是地史中第一个以岩性命名的纪。2、中生代的古地理面貌从三叠纪末开始，联合古陆解体，首先是北美和亚欧大陆分离，原始北大西洋形成；南美与非洲分裂，形成原始南大西洋；印度和非洲漂离南极洲，形成原始印度洋。之后，南北大西洋不断扩展，印度漂离非洲、澳洲漂离南极洲向东北移动。最后，到白垩纪末，冈瓦纳古陆已解体成五大块（南美、非洲、印度、澳洲、南极洲）；同时，古地中海收缩关闭，太平洋缩小及环太平洋褶皱带形成。中生代的构造运动主要有三叠纪晚期的印支运动，以及侏罗纪、白垩纪的燕山运动（即太平洋运动、或阿尔卑斯运动）3、中生代的古生物发展中生代生物界的突出变化是：爬行动物代替了两栖动物，裸子植物代替了蕨类植物。中生代——爬行动物时代，恐龙称霸地球；到中生代中、晚期，出现了鸟类和哺乳类。同时，无脊椎动物也很繁盛。中生代气候干燥、冷热多变，