地壳的演化与发展简史

•第四节地壳的演化与发展简史•地球形成以来，已有46亿年的历史。在这漫长的时间里，地球曾经历了许多重大和复杂的变化。研究人类社会的历史，有文物可考、文字可查，而地球本身也有它自己的特殊“文物”和“文字”来记载它的历史，这就是留存在地壳中的地层、古生物化石和各种各样的构造变动遗迹。因此，根据地层、化石和构造变动遗迹，应用辩证唯物主义与历史唯物主义的观点和方法进行研究，就可正确地恢复地壳的地质发展历史。一、地质年代(一)古生物和化石•划分地质年代和恢复地史的工作，很重要的依据是化石。•1、化石——是保存在地层中的古代生物遗体或活动的遗迹。•但并不是所有古代生物都能保存成化石的，多数遗体被腐烂、破碎或溶解掉，要保存为化石，必须具备一定的条件：•(1)必须有不易分解的生物硬体，如骨骼、鳞片、贝壳、木质纤维等；•(2)生物死亡后要迅速被掩埋，遗体被掩埋得越快，和空气隔绝越快，就越有利于保存成化石；•(3)埋藏后的生物遗体还要经过长时间的炭化作用，或与CaCO3，SiO2等物质进行交换、充填等作用，才能变成化石。•2、标准化石——生存时间短、演化快、分布地区广、个体数目多的生物种类形成的化石，有重大意义。如只生存在早古生代的三叶虫，奥陶、志留纪的笔石等。•有些古生物由于在地质历史中生存时间很长，对划分地层年代没有什么意义。•3、指相化石——凡能指示古地理环境的化石，称为指相化石。•生物与其生活环境密切相关，一定的环境，如陆地或海洋，分别繁殖着不同的生物。故分折古生物化石的结构和特征，可以推断它当时生活的古地理与古气候环境。如珊瑚只生活在温暖广阔的浅海里，在地层中发现珊瑚化石，就可说明此地区当时是个温暖广阔的浅海。•(二)地层系统和地质年代•要恢复地史，首先要解决地质年代。地质年代有绝对地质年代和相对地质年代。1、绝对地质年代•绝对地质年代——是通过对岩石放射性同位素含量的测定，并据其蜕变规律而计算出该岩石的年龄。•例如铀铅法，就是利用238U不断蜕变为206Pb(1g238U—年可蜕变出7.4×10-9g206Pb)，分析岩石中含铀矿物的铀、铅比例。就可计算出此岩石的绝对年龄。此外，还有铀钍法、钾氩法、铷锶法、碳同位素等方法。2、相对地质年代•相对地质年代——就是指地层的生成顺序和相对的新老关系。它只表示地质历史的相对顺序和发展阶段，不表示各个时代单位的长短。•确立相对地质年代的主要依据是：(1)地层的形成顺序（地层层序律）：据沉积岩生成原理，出露在剖面下面的岩层早生成，上面的岩层晚生成，这称为地层层序律。利用这种上新下老的关系，就可确定岩层的年代顺序。(2)古生物化石（化石层序律）：依照生物的演化规律，生物界总是从简单到复杂、从低级至高级不断进化的，是不可逆的。地质时代越早的生物，越简单、低级；时代越晚的生物，越高级、复杂。这样，我们就可以根据岩层中所含化石或化石群的种类来确定其相对的新老关系，进而确定其相对的地质年代（特别是标准化石，在划分地层时代意义最大），这就是化石层序律。利用这个原理还可以进行地层对比，当不同地区的地层中含有相同的化石时，不论其相距多远，都属于同一时代。如莱氏三叶虫只出现在早寒武世，因此不论哪里，凡含莱氏三叶虫化石的地层必属早寒武世。(3)地壳构造运动的分析：区域性的巨大的地壳运动，常引起沉积环境、岩性及生物界的重大变化，据此可作为地史不同阶段划分的重要依据。如在早古生代末，欧洲发生一次强烈的地壳运动(称加里东运动)，形成加里东褶皱带，除欧洲外，全球各地都受到这一地壳运动不同程度的影响，所以加里东运动就成为早古生代与晚古生代划分的标志。•(三)地质年代表•根据上述原则，结合岩性特征，就可对地层进行划分和对比建立一个地区性甚至是全球性的地层层序系统，每一个地层代表着它形成时的相应地质年代。综合世界各地区域性的地层研究和对比资料，现在已建立了一个国际通用的年代地层系统和相应的地质年代表。•补表23年代地层系统单位与对应的地质年代单位对比年代地层系统单位宇界系统阶带地质年代单位宙代纪世期时•现代的地质年代表不仅按时代的早晚顺序进行地质年代编年，而且加上世界各地不同时代岩层放射性同位素年龄测定的数据，其分年分阶段更为精确(表3.13)。二、地球上生物的演化与发展(一)生命起源与过程1、生命起源的孕育条件•原始大气圈和水圈的形成，是生命起源的孕育条件。•原始的大气圈和水圈的主要成分为碳、氢、氧、氮、硫等，并含其他多种化学元素，这些化学元素正是细胞的主要组分，为地球上生命的出现提供了物质条件。当大气圈分解出氢和游离氧，并形成臭氧层之后，就为生命的出现形成了条件。2、生命起源与演化过程(1)生命起源于无机界，其过程可概括为如下的简单模式：从无机物→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。(2)无机物如何变成有机物？•据研究认为，在原始的大气圈和水圈中，碳、氢、氧、氮等元素→在高温作用下，形成了碳氢化合物→这些原始的碳氢化合物在紫外线辐射，闪电、陨石冲击、宇宙射线，以及来自地球内部的火山喷发、地下热流等能量作用下，与水气、氢、二氧化碳、甲烷等化合→形成了简单的有机物质氨基酸。当有机物质汇聚到原始海洋中，经过长期的积累与物理化学作用→氨基酸与核苷酸分别合成了原始的蛋白质与核酸分子。蛋白质和核酸是生命现象的物质基础。当蛋白质和核酸等在原始海洋中不断积累与浓缩、相互吸附，聚集成一种多分子体系，并形成了原始界膜，成为与海水分离的独立体系，再经过不断的演化→逐渐具备了新陈代谢和繁殖特征时，就形成了原始的生命。在自然界，由无机物转化为原始的生命，是一个长期的物理化学变化过程。•→原始生命出现后，又经过长期的生物化学作用与复杂的演变，使其内部结构复杂化，逐渐进化成具有细胞形态的生命体，能进行光合作用和摄取无机物质作为营养。→之后，又逐渐演化为群体单细胞的原始生物，井具有运动、营养和生殖功能。•→到太古代晚期，在海洋里已出现了一些原始单细胞细菌和藻类生物。已知最古老的化石发现于南非32亿年前的地层中，就是由这些原始菌藻类组成。•→元古代开始，藻类植物大发展，海洋中开始出现最原始动物，地球上生物结束了演化的萌芽状态(图3.84)(二)生物的演化与发展历史1、植物界的演化与发展(1)元古代——藻类植物时代•元古代藻类空前繁盛，故被称为藻类植物时代。主要是低等微体真核单细胞藻类，到了中、晚元古代大量出现了各种藻类和叠层石。•叠层石——是藻类、细菌和碳酸钙沉积的集合体。(2)古生代——早古生代：海生藻类植物继续发展时代；晚古生代：孢子植物时代•早古生代，海生藻类植物在海洋中继续发展。•晚古生代时，由于陆地扩展，出现了大面积的低湿平原、湖泊和洼地，且气候湿润，为植物从水生到陆生发展提供了条件。•志留纪末泥盆纪初，海生植物开始扩展上了陆地，当时是一些以孢子繁殖的孢子植物，故晚古生代又称孢子植物时代。开始是以半水半陆的茎叶不分的裸蕨为主(图3.85)。•石炭二叠纪时，植物进一步由水边向陆地延伸，大量的袍子植物得以繁殖发展，如鳞木、芦木(图3.86)、封印木、大羽羊齿(图3.87)等都极为繁盛，并已发展成为高大乔木和木本大树，形成万木参天、森林密布的地理环境，故晚古生代的石炭、二叠纪是地史上最重要的成煤时代。•(3)中生代——裸子植物时代•中生代时期，许多地方气候变干燥，喜湿润的孢子植物由于不适应这种干燥、冷热多变的环境而逐渐衰退，而更能适应各种环境的裸子植物迅速发展，因此中生代又称裸子植物时代。裸子植物以种子繁殖，但种子裸露没有果实包裹，苏铁、银杏和松柏类是其代表(图3.88、图3.89)。苏铁现仅存铁树等几种，银杏类只剩银杏属。•(4)新生代——被子植物时代•新生代，由于强烈的地壳运动和年青山地的形成，全球气候分带明显。棵子植物已退居次要地位，代之而起的是被子植物大发展，故称被子植物时代。被子植物种子为果实所包裹，其繁殖和生长更能适应陆地上不同的气候和多变的地形。如杨、柳、桦及各种果树等。此外，裸子植物的松柏类依然繁茂，显花植物及草本植物也得到大发展。•第四纪时，植物的种类和分布已和现代非常相近。2、动物界的演化与发展(1)元古代晚期，从古老的原生生物中已发展出低等的无脊椎动物。如海绵和腔肠动物，在震旦纪地层中曾发现有海绵骨针。(2)早古生代——海生无脊椎动物繁盛时代•早古生代时期，由于出现较稳定而广阔的陆棚浅海，海洋中有丰富的养料，故进入寒武纪以后，海生无脊椎动物空前繁殖，且大多建立了坚硬的外壳，因而保存下来了丰富的化石。在众多的无脊推动物中，以三叶虫、腕足类、笔石、珊瑚、头足类最为繁盛(图3.90)。•三叶虫是栖息于浅海底的节肢动物，身体由许多小节组成，可横分为头、身、尾三部分，又可纵分成中轴和左、右肋叶三部分，故得名。以寒武纪最盛，到古生代末就基本灭绝。•腕足类是具有两瓣一大—小硬壳的浅海底栖动物，整个古生代都很繁盛。•笔石是已灭绝的小型群体海生浮游动物，外形像羽毛笔而得名，只繁殖于奥陶纪和志留纪。•珊瑚是生活于温暖清澈浅海的腔肠动物，可分泌石灰质形成各种形状的骨座，并常组成珊瑚礁。•还有头足类的直角石和珠角石，等等。•总之，早古生代的海洋，是各种无脊推动物生息和竞逐的场所。(3)晚古生代——脊椎动物的兴起及其由水生到陆生的发展•动物界在晚古生代时期有两大飞跃的发展：•一是由无脊椎动物→脊椎动物，出现了原始鱼类；•另一就是动物由水中→陆上发展，即由鱼类→两栖类。•由于地球上陆地面积不断扩大，海洋缩小，促进了动物界的巨大变革：1)有些无脊椎动物由于本身机能不能适应外界环境的剧烈变化，终于衰退和灭绝，如三叶虫、笔石及繁盛于石炭、二叠纪的蜓类等。2)有些动物只在原来类型上发展，如腕足类、珊瑚等。3)而有些动物，则经过复杂的演变，从无脊椎动物分化出来→脊椎动物，这就是始于志留纪末而盛于泥盆纪的鱼类(图3.91)，故泥盆纪又称鱼类时代。•在演化过程中，有一种叫总鳍鱼的鱼，由于具有坚硬的鳍，还有原始的鳃肺，遇到干涸季节时，可在空气中呼吸，还可用鳍勉强在陆地上移动，这样逐渐使鳍→能支撑身体在陆地上爬行的四肢，身体内部构造也随之而变化，逐渐→两栖类，当时的两栖类有较坚固头板，称为坚头类（图3.92）。石炭、二叠纪时，地面上河湖沼泽密布，气候湿润，植物茂盛，昆虫繁多，因而两栖类得以空前繁盛，故石炭、二叠纪又称两栖类时代。到晚古代生末期，坚头类一支→原始的爬行类。•(4)中生代——爬行动物的时代•中生代动物界发展的标志，是爬行动物的高度繁盛，因此中生代又称爬行动物时代。•其中最重要的一类是恐龙。恐龙在中生代时极为昌盛，种类繁多，遍布世界各地。它有许多种属：•雷龙——头小体大(重达几十顿)，长颈长尾(长可达30m)，以植物为食；•霸王龙——头大颈短，牙齿锋利，能以后肢行走，凶悍残暴，以肉食为生；•剑龙——背具两列骨板如剑；•鸭嘴龙——嘴如鸭子；•飞龙和冀手龙——能在空中飞翔的；•鱼龙和蛇颈龙——能在水中生活。•我国已发现很丰富的恐龙化石：•云南T3地层中的“禄丰龙”；•四川J3地层中的马门溪龙(身长22m，高3.5m，重达30-40t)；•山东K2地层中的鸭嘴龙；•西藏希夏邦马T地层中发现世界最大的鱼龙(图3.93)，等等•恐龙虽称霸中生代，遍布于当时的陆、海、空领域，但到了中生代末就灭绝了。对恐龙的灭绝，人们提出种种假说：1)有的认为恐龙是变温(或称冷血)动物，不能控制身体的体温，到中生代末，强烈的地壳运动造成地形、气候、植物等条件的变化，影响了恐龙的生存而灭绝。2)有的认为与中生代末小行星或慧星撞击地球，造成地球的大灾难而使恐龙灭绝。3)还有认为来自宇宙射线的突然增加，地球磁场变化的影响，等等。4)至今，对恐龙灭绝原因还在探讨中。•新陈代谢是宇宙间普遍和永恒的规律。动物界演化的又一个决定性阶段是从变温(冷血)动物演变为恒温(温血)动物，到中生代中、晚期出现了鸟类和哺乳类。•现今在J3地层中找到了始祖鸟化石，这种鸟既长着羽毛、足有四趾、姆趾与其他指对生的鸟类特征，可嘴里又有牙齿、两翼有爪、还有一条长尾巴的爬行