地球科学概论---第十八章_地壳演化简史（上）.ppt

第十八章 地壳演化历史 第一节 前寒武纪太古宙和元古宙,前寒武 46亿年到5.43亿年之前 占据了整个地球历史的85左右的时间. 又可以被成为“隐生宙”.,一、冥古宙时期,即地球的圈层构造初步形成的时期，此时地球圈层结构尚不稳定，以下地质作用比较显著：,（一）重力分异作用,星云物质的机械撞击 内部放射性元素衰变,大量热能,原始地球部分熔融重者下沉轻者上浮,Fe、Ni物质向地心集中,形成地核,Fe、Mg硅酸盐向上集中,形成地幔,表层冷却变硬,形成地壳,（二）陨星的撞击作用,地球早期陨星坠落地面的现象十分频繁，大量陨星撞击使得薄薄的原始地壳破裂，其下熔融物质喷出，火山作用频繁。,（三）热流值迅速衰减,由于地球发育早期短半衰期的元素衰变生热，使得当时热流值远远高于目前水平，据估计太古代早期是目前的三倍，晚近地质时代热流值降低意味着地幔物质熔融程度减小，火山作用逐渐由原先的超基性岩浆喷发过渡为基性、中酸性岩浆喷发。,（四）火山作用与地球外部圈层的形成,频繁的火山作用喷出大量气体聚集在地球外部，形成原始大气圈，从气体中凝结而成的水降落到地面，形成原始水圈，原始大气富含H2O、CO、CO2、NH3、CH4等，但缺乏O2，此后在太阳紫外线的作用下才形成氧气和臭氧层。,此外，火山喷出的酸性气体包括HCl、HF等具有很强的侵蚀溶解能力，从原始地壳中分解出各种元素和化合物，为地面上各种沉积作用和沉积矿物提供了物质基础。,二、太古宙时期,（一）太古宙的一般地史特征,1、缺氧的大气圈及水体,2、薄弱的地壳和频繁的岩浆活动,3、岩石变质很深,4、海洋占绝对优势,5、陆核的形成,大量岩浆在海底喷发和堆积，出现了火山喷发物质堆成的岛屿，这就是最早的陆地，这些最早的陆地后来称为大陆的核心，即陆核。,6、原始生命萌芽,生命的起源 原始细菌出现在32亿年前 原始细菌是最为原始的生命形式，很可能是目前所有生物的共同祖先。 原始细菌是嗜热生物，生活在接近沸点的原始海水中 现代的原始细菌生活在海底火山的喷口附近. 一些原始细菌直接以硫化物为食 (化学能自养菌). 太古代的生命可能来源于海底热液喷口 热液喷口可以提供: 化学能和热能, 包括硫化物在内的大量矿物 防止紫外线的杀伤.,31亿年前可以进行光合作用的原始生物出现（叠层石）,叠层石是前寒武纪未变质的碳酸盐沉积中最常见的一种“准化石”，是原核生物所建造的有机沉积结构。由于蓝藻等低等微生物的生命活动所引起的周期性矿物沉淀、沉积物的捕获和胶结作用，从而形成了叠层状的生物沉积构造。因纵剖面呈向上凸起的弧形或锥形叠层状，如扣放的一叠碗。晚元古代（20亿年前到7亿年前）是地史上叠层石最繁盛的时期。现代海相叠层石只分布在澳大利亚、中美洲、中东等地的少数地区的特殊环境中。,（二）中国的太古宙地层,三、元古宙时期,（一）元古宙的一般地史特征,1、从缺氧气圈到贫氧气圈,2、从原核生物到真核生物,Chuaria,Tawuia,3、由陆核到原地台核古地台,阜平运动太古宙晚期,五台运动古元古代中期,吕梁运动古元古代晚期,陆核原地台地台,4、古元古代地层和中、新元古代地层区别很大,前者属于地台基底，后者属于地台盖层,（二）中国的元古宙古地理和地层,1、古元古代,北方华北原地台,南方扬子原地台,西部塔里木原地台,2、中元古代和新元古代,燕辽沉降带强烈拗陷,华北大部稳定的陆表浅海,晋陕古陆长期遭受剥蚀的隆起区,3、最古老的冰期南华大冰期,三、震旦纪,（一）世界古地理基本轮廓,（二）繁盛藻类和后生动物大量出现,藻类繁盛，动物以腔肠动物门水母类为主,（三）中国震旦纪古地理轮廓及震旦系,受到晋宁运动的影响，许多地区隆起成陆，华北和东北广大地区形成华北古陆；南方扬子地台与周围地台相连形成扬子古陆。,第二节 早古生代,早古生代PZ1 5.43亿年到4.1亿年之前 分为寒武纪、奥陶纪和志留纪 海洋占绝对优势 海生无脊椎动物空前繁盛,寒武纪生物大爆发,古生代的一个显著特征就是有骨骼的生物在岩石记录中以爆发的形式突然出现，被称作生物大爆发。,这一时期有硬壳的低等生物占据了主导，这是因为它们有着生存优势：,1、壳体可以阻挡紫外线的杀伤，使得这些生物可以移居到浅海中生活。 2、壳体的存在可以有效防止在潮间带环境出现脱水。 3、在一定程度上可以防止掠食者的伤害、,一、动物界的第一次大发展海生无脊椎动物时代,寒武纪海生无脊椎动物的代表是三叶虫，到奥陶纪有所减少，到二叠纪末期灭绝。,三叶虫占寒武纪2500余种生物的6070，另外腕足类占2030，其他占1020，包括海绵动物、古杯动物、腔肠动物、软体动物、环节动物、牙形石、棘皮动物等,照片 素描图,小壳动物群,奥陶纪海生无脊椎动物的代表是鹦鹉螺类，属于头足纲，靠触手在海底爬行，其壳体多数是直的，少数为弯曲或螺旋状。,头足纲角石类化石,笔石是另外一类在奥陶纪志留纪常见的化石，具有几丁质的壳体，多数借助一个浮泡悬浮在海中随波逐流，出现在寒武纪晚期，石炭纪以后灭绝。,腕足类是另外一类生活在早期古生代海洋中的生物，具有两瓣大小不等的壳体，用一根肉茎固定在浅海淤泥或岩石上生活。,珊瑚是另外一类在奥陶纪志留纪常见的化石，是一类低等的底栖生物。,牙形石形体微小，外形似虫牙，由磷酸钙组成，分布于寒武纪至三叠纪，演化迅速，是重要的标准化石。,一个意外的发现. 没有真正的骨骼，只有一根软骨（脊索）. 鱼类颌人类的无颌类祖先。,Pikaia 最早的脊索动物，发现于英国Burgess的寒武系页岩中,甲胄鱼,鱼类的演化,脊椎动物和植物登上陆地,志留纪末期大规模的加里东运动使得海域收缩，大陆增长，早期菌、藻植物登上陆地并逐渐适应陆生生活，演化成最早的陆生植物裸蕨。,古生代全球古地理,当时地球表面主要由六大陆块： 冈瓦纳大陆 南大陆和印度 劳伦古陆 北美、格陵兰以及英国的一部分 波罗的古陆 北欧 西伯利亚 北亚的大部分 哈萨克斯坦 中亚的一部分 中国古陆 东南亚和中国东南地区,二、加里东构造阶段世界古地理轮廓及地史特征,寒武纪古地理,所有的六大陆块都在赤道附近 大洋水体自由流动，极地开始出现冰盖 除了冈瓦纳古陆之外，其他陆块都被陆缘海所包围 在冈瓦纳大陆、东西伯利亚以及哈萨克斯坦陆块中部有着高山丘陵分布,寒武纪的全球古地理轮廓,Six major Paleozoic continents are recognized after Rodinia breakup Laurentia - North America, Greenland, Scotland Rotated 90o Baltica - Russia (W of Urals), Scandinavia,Siberia - Russia (E of Urals), Part Asia Kazakhstania - Kazakhstan China - All of SE Asia and SE China Gondwana - S. continents, India,奥陶纪 志留纪,奥陶纪 奥陶纪冈瓦纳大陆向南移动40o 到达南极附近 (冰川形成) 北欧和俄罗斯陆块先南移后北移 微板块和岛弧与劳伦碰撞 志留纪 古波罗的/劳伦古陆缝合形成劳亚古大陆,中奥陶纪到志留纪全球古地理,Baltica moved S, then N and collided with Laurentia, rotated 30o,Siberia moved from equatorial to northern temperate latitudes,Gondwana moved 40o S to a South Pole location (L. Ord. tillites),M. Ordovician,http:/www.gl.rhbnc.ac.uk/seasia/Biogeog_pdfs/Fortey_Cocks.pdf,Saucrorthis,Mostly distinct faunas Continents were not close,早古生代的气候,寒武纪大多数时期气候温暖干燥 变凉的中奥陶纪 CO2 被固定在碳酸盐当中 没有温室效应 冈瓦纳大陆上出现大量的冰碛物和冰川擦痕 当冰期到来时海平面下降 志留纪南极冰盖迅速消融，除冈瓦纳大陆之外其他板块均处于温暖干燥的环境之下,三、早古生代中国地史概述,（一）稳定的地台,华北地台,扬子地台,塔里木地台,（二）加里东运动对中国的影响,晚奥陶世华北地台海退，形成广大古陆 华北地台北缘和南缘形成加里东褶皱带 志留纪末期扬子地台和华北地台部分相接，扬子地台和华夏地块对接碰撞，形成宽广的加里东造山带,（三）从中国下古生界地层,1、中国南方下寒武统地层齐全，化石丰富；中国北部中、上寒武统岩层发育好 2、南方下古生界包括寒武系、奥陶系和下志留统；北方则只有寒武系和下、中奥陶统 3、南方下古生界厚度大、岩性复杂；北方厚度下，岩性单纯 4、志留系的缺失反映了加里东运动引起陆地扩大，海水覆盖面积减少,第三节 晚古生代,晚古生代PZ2 4.1亿年到2.5亿年之前 分为泥盆纪、石炭纪和二叠纪 陆生生物大量繁衍 脊椎动物大发展 蕨类植物极盛,（一）植物界第一次大发展蕨类时代,泥盆纪裸蕨极其繁盛，因此被成为裸蕨时代。,裸蕨茎的分化尚不完全，没有叶子，是最原始的陆生孢子植物，到泥盆纪晚期完全灭绝。,一、晚古生代生物界的飞跃发展,成煤植物 无种子的维管植物: 需要在潮湿的地方繁殖，易受昆虫的攻击。 鳞木的树顶可高达30m，其树叶的形状很类似于现代的棕榈树。 木贼纲植物具有轮叶和根状茎 最早的种子蕨,泥盆纪晚期，气候由干燥转为湿热，植物界演化出高大的乔木，分布范围迅速扩大，为石炭纪、二叠纪的成煤作用奠定了条件,这一时期的植物，一部分以孢子形式繁殖，例如鳞木。,而原始的裸子植物，如科达树，它是此后向高等的裸子植物过渡的类型。,石炭纪的森林,（二）动物界的两次大飞跃,1、从无脊椎动物到有脊椎,苔藓虫和海百合类极其繁盛。 有孔虫中的筳类称为重要的标准化石。,晚古生代海洋中的无脊椎动物以腕足类、珊瑚和头足类最为常见。,甲胄鱼,鱼类的演化,泥盆纪鱼类大量发展，因此泥盆纪被称为“鱼类时代”，晚泥盆世有一类扇鳍鱼类逐渐适应两栖生活，胸鳍逐渐演化为四肢，称为两栖动物的最早祖先。,脊椎动物登陆需要克服的困难包括: 干燥 繁殖 重力的影响 用肺从空气中提取氧气而不是用腮。,2、从水中到陆上,晚泥盆纪的 Ichthyostega,迷齿亚纲两栖动物引螈，食肉类CP,石炭、二叠两栖类进一步发展，因此被称为“两栖动物时代”，特点是形体较大、头骨结构复杂而且坚固，有尾，并长有尖锐的牙齿，这些特征在中生代以后就消失了，因此这一时期的两栖类称为“古两栖类”。,爬行动物的演化,最早的爬行类出现在晚石炭世 称为Captorhinomorphs, 形体小，活动敏捷，以昆虫及其幼虫为食。 因为繁殖方式, 颚和牙齿的进化以及灵敏的活动性使得其得以繁衍。 盘龙类由此类进化而来并且在二叠纪占据了主导地位。,Cool,（三）晚古生代最重要的生物事件,灭绝事件,灭绝事件,灭绝事件,重大生物集体灭绝事件,被认为与冰期事件有关？,小行星撞击,小行星撞击,Mention 26-30 my cycle of extinctions,小行星撞击,海陆轮廓发生巨大变化 活动地槽沉积巨厚沉积 地台上继续沉积古生代盖层 海陆交互地层增加 陆块不断靠近聚集，挤压碰撞形成岛屿和山脉，大陆拼接最终形成联合古陆,二、海西构造阶段世界古地理轮廓及地史特征,（一）海西构造阶段地史特征,冈瓦纳和劳亚古陆在海西运动中互相碰撞,North and South Europe suture Hercynian Orogeny continuous w Appalachians,Hercynian N Eur-SEur,晚二叠纪古地理,（二）晚古生代气候及其影响,变冷的晚石炭世到二叠纪中期 CO2 被固定在碳酸盐中 冈瓦纳大陆上广泛分布冰碛层和海进海退层序 海平面由于冰期 (缓慢的海退) 和间冰期 (快速的融化) 的交替而形成的“旋回” 陆地上植物固定大量的碳，海洋中碳酸盐的形成也吸收了大量CO2,冈瓦纳大陆上晚石炭世的冰期,Sea-level falls/rises as glaciers grow/melt,晚石炭世冰期旋回形成的沉积层旋回,Rapid transgressions cover swamp as ice melts,Slow regression as ice sheet grows,河口,沼泽,Coal Swamp,晚石炭世海水进退形成的成煤构造,Highland source to east,晚石炭世北美的煤层沉积,晚二叠纪温暖期,联合古陆上没有冰盖分布 温暖的赤道海水在泛大洋中自由流向两极地区 没有冰期没有煤炭 (需要快速的海进过程) 冈瓦纳大陆向被漂移进入温暖环境 成煤构造的减少引起大气中的CO2 含量逐渐升高 温室效应开始作用,晚二叠纪的联合古陆,Pangaea is assembled, sea-level low,Ice-free, dry interiors, no coal Much of land +/- 30 degrees,华北地台从晚奥陶世形成古陆，沉积间断达一亿数千万年，中晚石炭世沉积海陆交互层，二叠纪隆起成陆直到现代 扬子地台整个晚古生代都沉积海相地层，晚二叠