dlvegq第四講 地質(zhì)年代與地質(zhì)作用

1、秋風(fēng)清，秋月明落葉聚還散寒鴉棲復(fù)驚。第四講第四講地球的生物演化與地質(zhì)年代地球的生物演化與地質(zhì)年代第一節(jié)第一節(jié)地球上的生命起源地球上的生命起源生命的基本特征就在于蛋白體(目前的理解為類似于原生質(zhì)的核酸一蛋白質(zhì)體系)具有的新陳代謝能力。這種能力是任何非生命不具備的，所以生命是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的最高形式。生命(生物)與非生命(非生物界)之間并不存在不可跨越的鴻溝，構(gòu)成生物體的50多種元素在非生物界里同樣存在，說明兩者有著共同的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物是非生物演

2、化到特定階段的產(chǎn)物。地球完成初始圈層分異后，隨著地表溫度下降到3000C，地球表層已經(jīng)存在原始地殼(硅鎂質(zhì)玄武巖為主)、原始水圈(呈強(qiáng)酸性)和原始火山氣圈(以大量水蒸氣、H2、CO、NH3、CH4、H2S等為主，屬于還原環(huán)境)。英國(guó)人米勒(SLMiller，1953)通過玻璃容器中上述混合氣體的放電實(shí)驗(yàn)，獲得了氨基酸等簡(jiǎn)單有機(jī)物(圖24)。原始地球表面在紫外線、電離輻射和雷電作用下也完全可以形成這些有機(jī)物，已經(jīng)不再有人懷疑。這些有機(jī)物匯

3、聚到原始海洋之中，有人比喻為“生命培養(yǎng)湯”。在經(jīng)過地殼環(huán)境的熱聚合等作用促進(jìn)下，逐漸由氨基酸一類蛋白質(zhì)一蛋白質(zhì)，真正蛋白質(zhì)合成的出現(xiàn)，就完成了向原始生命進(jìn)化的飛躍。有生命的原生質(zhì)是一種非細(xì)胞的生命物質(zhì)，進(jìn)一步的演化是形成具有保護(hù)功能的外膜，成為具有更完備生命特征的細(xì)胞，從而進(jìn)入了地球歷史中生物界和非生物界共同發(fā)展的新時(shí)代。地球上最古老生命的記錄(化石)，已在南非巴布頓地區(qū)和澳大利亞西部的燧石(一種與海底熱液噴發(fā)有關(guān)的SIO2膠體在海洋中

4、沉淀形成的巖石)層中發(fā)現(xiàn)，主要是球狀和棒狀的單細(xì)胞細(xì)菌化石。由于燧石的同位素年齡測(cè)定前者為38108a，后者為35108a，可推論當(dāng)時(shí)地球上的單細(xì)胞生物已經(jīng)出現(xiàn)(地球科學(xué)上稱為太古宙早期)。在此發(fā)現(xiàn)之前有人從地球化學(xué)角度依據(jù)12C、13C碳同位素比率(僅13C與生命物質(zhì)有關(guān))，也可以推論出地球的生命開始于38108a前。地球上自出現(xiàn)原始生命至現(xiàn)在豐富多彩的生物圈大干世界，無論在生物門類、屬種數(shù)量、生態(tài)類型和空間分布等方面都經(jīng)歷了巨大的變

5、化。因此，生物圈的形成和發(fā)展也經(jīng)歷了漫長(zhǎng)和復(fù)雜的歷史，我們可將其簡(jiǎn)單劃分為六個(gè)階段。一、厭氧異養(yǎng)原核生物階段38億年前出現(xiàn)的原始生物，根據(jù)當(dāng)時(shí)的大氣圈、水圈和巖石圈物理、化學(xué)條件，推測(cè)應(yīng)屬還原條件的厭氧異養(yǎng)原核生物類型，即還沒有細(xì)胞核膜分異，不能自己制造食物，主要靠分解原始海洋中豐富的有機(jī)質(zhì)和硫化物以獲得能量，并營(yíng)造自身(或稱化能自養(yǎng))。太陽系類地行星上如果存在生命，很可能也屬于此類型。這種生物受到地表特殊環(huán)境空間分布的局限，不可能覆蓋

6、全球，地球生物圈沒有形成。二、厭氧自養(yǎng)生物出現(xiàn)和生物圈初步形成海洋中特殊部位有機(jī)物和硫化物的生產(chǎn)量是有限的，異養(yǎng)生物繁殖到一定程度就會(huì)面臨“食物危機(jī)”。環(huán)境壓力促進(jìn)了生命物質(zhì)的變異潛能，從而演化出厭氧自養(yǎng)原核生物新類型。尤其是能進(jìn)行光合作用的藍(lán)細(xì)菌，可以還原C0。產(chǎn)生O。，合成有機(jī)化合物；在生態(tài)方式上也轉(zhuǎn)變?yōu)楦∮斡诤Ｑ蟊韺?，從而可以擴(kuò)散到全球海洋和陸地邊緣淺水帶，標(biāo)志著地球生物圈的初步形成。三、真核生物出現(xiàn)和動(dòng)物界爆發(fā)演化巖漿活動(dòng)、海陸

7、變遷等。地球的發(fā)展演變歷史正是由這些地質(zhì)事件所構(gòu)成的。所以，要研究地球或地殼的歷史，其中最重要、最基礎(chǔ)的工作是必須確定這些地質(zhì)事件的發(fā)生年代。地質(zhì)年代(geologictime)就是指地球上各種地質(zhì)事件發(fā)生的時(shí)代。它包含兩方面含義：其一是指各地質(zhì)事件發(fā)生的先后順序，稱為相對(duì)地質(zhì)年代；其二是指各地質(zhì)事件發(fā)生的距今年齡，由于主要是運(yùn)用同位素技術(shù)，稱為同位素地質(zhì)年齡。這兩方面結(jié)合，才構(gòu)成對(duì)地質(zhì)事件及地球、地殼演變時(shí)代的完整認(rèn)識(shí)，地質(zhì)年代表正是

8、在此基礎(chǔ)上建立起來的。一、相對(duì)地質(zhì)年代的確定巖石是地質(zhì)歷史演化的產(chǎn)物，也是地質(zhì)歷史的記錄者，無論是生物演變歷史、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)歷史、古地理變遷歷史等都會(huì)在巖石中打下自已的烙印。因此，研究地質(zhì)年代必須研究巖石中所包含的年代信息。確定巖石的相對(duì)地質(zhì)年代的方法通常是依靠下述三條準(zhǔn)則。(一)地層層序律地質(zhì)歷史上某一時(shí)代形成的層狀巖石稱為地層(stratum)。它主要包括沉積巖、火山巖以及由它們經(jīng)受一定變質(zhì)的淺變質(zhì)巖。這種層狀巖石最初一般是以逐層堆積或

9、沉積的方式形成的，所以，地層形成時(shí)的原始產(chǎn)狀一般是水平的或近于水平的，并且總是先形成的老地層在下面，后形成的新地層蓋在上面，這種正常的地層疊置關(guān)系稱為地層層序律(圖45)。它是確定同一地區(qū)地層相對(duì)地質(zhì)年代的基本方法。當(dāng)?shù)貙右驑?gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生傾斜但未倒轉(zhuǎn)時(shí)，地層層序律仍然適用，這時(shí)傾斜面以上的地層新，傾斜面以下的地層老。當(dāng)?shù)貙咏?jīng)劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，層序發(fā)生倒轉(zhuǎn)時(shí)，上下關(guān)系則正好顛倒。(二)化石層序律地層層序律只能確定同一地區(qū)相互疊置在一起的地層的

10、新老關(guān)系，要對(duì)比不同地區(qū)的地層之間的新老關(guān)系時(shí)就顯得無能為力了，這時(shí)，地質(zhì)學(xué)上常常利用保存在地層中的生物化石來確定。地質(zhì)歷史上的生物稱為古生物，化石(fossil)是保存在地層中的古代生物遺體和遺跡，它們一般被鈣質(zhì)、硅質(zhì)等充填或交代(石化)。18～19世紀(jì)，古生物學(xué)家與地質(zhì)學(xué)家通過對(duì)不同地質(zhì)歷史時(shí)期的古生物化石的詳細(xì)研究，終于得出了對(duì)生物演化的規(guī)律性認(rèn)識(shí)——生物演化律，即生物演化的總趨勢(shì)是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從低級(jí)到高級(jí)；以往出現(xiàn)過的生物類型

11、，在以后的演化過程中絕不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。前一句反映了生物演化的階段性，后一句反映了生物演化的不可逆性。這一規(guī)律用來確定地層的相對(duì)地質(zhì)年代時(shí)就表現(xiàn)為：不同時(shí)代的地層中具有不同的古生物化石組合，相同時(shí)代的地層中具有相同或相似的古生物化石組合l古生物化石組合的形態(tài)、結(jié)構(gòu)愈簡(jiǎn)單，則地層的時(shí)代愈老，反之則愈新。這就是化石層序律或稱生物群層序律。利用化石層序律不僅可以確定地層的先后順序，而且還可以確定地層形成的大致時(shí)代。圖46是利用化石層序律對(duì)比甲、乙

12、、丙3個(gè)地區(qū)的地層新老關(guān)系的例子，通過對(duì)比可建立統(tǒng)一的綜合地層層序圖。(三)地質(zhì)體之間的切割律上述兩條準(zhǔn)則主要適用于確定沉積巖或?qū)訝顜r石的相對(duì)新老關(guān)系，但對(duì)于呈塊狀產(chǎn)出的巖漿巖或變質(zhì)巖則難以運(yùn)用，因?yàn)樗鼈儾怀蓪?，也不含化石。但是，這些塊狀巖石常常與層狀巖石之間以及它們相互之間存在著相互穿插、切割的關(guān)系，這時(shí)，它們之間的新老關(guān)系依地質(zhì)體之間的切割律來判定，即較新的地質(zhì)體總是切割或穿插較老的地質(zhì)體，或者說切割者新、被切割者老。如圖47顯示了