地球科学概论第四章地质年代与地质作用

1、第四章地质年代和地质作用第一节地质年代第二节地质作用，第一节地质年代第一、相对地质年代的确定第二、同位素地质年龄的测定第三、地质年代代表、地质年代是地球上发生各种各样的地质事件的时代。 包括两个意思：一是各地质事件发生前后的顺序，另一个称为相对地质年代，二是各地质事件发生后的年龄，主要使用同位素技术，故称为同位素地质年龄。 这两个方面构成了对地质事件和地球、地壳进化时代的全面认识。 一、相对地质年代的确定“岩石是一本书”三种规范：地层层序律化石层序律地质体间的切割律，层状岩石-岩层地质历史上某个时代形成的层状岩石称为地层。 地层层序律1669年，出生于哥本哈根的史丹诺(Nicolaus Ste

2、no，1638-1686 )在岩层之间，地层形成时的原始产量一般接近水平或水平，并且总是先形成的旧地层在下面，后形成的新地层在上面地层层序律“下老上新”，图41地层层序律模式图a原始水平层理b倾斜层理c逆转了地层1、2、3、4，化石层序律英国运河工程师史密斯(William Smith，1769-1832 )在挖掘运河过程中获得了很多化石，经过他的整理研究，每个地层都有特定的化石地质历史上的生物被称为古生物，化石是保存在地层中的古代生物的遗体和遗迹，它们一般用钙、硅素质等来填充和说明。 生物进化律-生物进化的整体倾向从简单到复杂，从低到高级的过去出现的生物类型，在今后的进化过程中决不会重复。

3、前文反映了生物进化的阶段性，后文反映了生物进化的不可逆性。 生物进化律用于确定地层的相对地质年代时，表现为不同时代的地层有不同的古生物化石组合，同一时代地层有相同或相似的古生物化石组合的形态、结构越简单，地层的时代就越旧，反而越新。 这被称为化石层序律或生物群层序律。 图42的地层比较和综合直方图、地质体间的切割律即新的地质体总是切割或插入旧的地质体，切割者是新的，切割者是旧的。 二、同位素年龄对地质年代显示出地质事件和地层的优先顺序，利用古生物化石组合的方法，也只能了解其大致时代。 为了更准确、更全面地理解地球的发展历史，不仅要了解各地质事件前后的顺序和大致的时代，还需要定量地知道地质事件从

4、现在起的几年间发生的时间，持续了多长时间？地质事件的剧烈和作用速度等如何？ 卢瑟福(L.Rutherford，1871-1937 )提倡在1903年放射性元素的原子蜕变，即自己分裂成另一个原子，之后的实验得到了证实。 放射性元素在自然界自动放出(粒子)、(电子)或(电磁放射量子)放射线，成为另一种新元素。 各种放射性元素具有一定的蜕变速度。 衰变速度通常以半衰期(T1/2 )表示。 半衰期是母体元素原子数减半所需的时间。 当自然界的矿物和岩石形成时，其中包含的放射性同位素开始以一定的速度蜕变，它就像自然时钟一样记录着他们自己形成的年龄。 知道了某个放射性元素的蜕变速度，可以从该矿物结晶中残留的

5、该放射性元素(母体同位素)的总量(n )和蜕变生成物(子体同位素)的总量(d )的比例计算出来。t=1/(ln(1 D/N) t-时间-蜕变常数=0.639/T1/2 D-子体同位素总量N-亲同位素总量n，d的值可以用质谱分析装置测定，自然界放射性同位素种类多，能测定地质年代的条件应如下：具有长半衰期，数年或数十年该同位素在岩石中有足够的含量，可以分离测定的该子的同位素容易富集保存。 放射性元素蜕变母体同位素同位素半衰期238U -206Pb 8 4He 45.1亿年235U -207Pb 7 4He 7.13亿年232Th -208Pb 6 4He 139亿年87Rb -87Sr 500亿年

6、40K - 40Ar 14.7亿年4 0ar-39ar150s m-144nd14c-14n5692年，最古老的岩石和地球的年龄，1973年在格陵兰发现的古老岩石，年龄38亿年1983年在澳大利亚发现的年龄41-42亿年的矿物粒子。 中国鞍山白家墓发现了38亿年的岩石。 中国迁西太平寨发现了3837亿年的岩石。 南美洲圭亚那古老的角闪岩的年龄为41亿a，非洲的阿扎尼亚片麻岩的年龄为38亿a等，这些显示地球的真正年龄在40亿a以上。 测量地球上各种陨石的年龄，令人吃惊的是(不管是石陨石还是铁陨石，什么时候落在地球上)相同的年龄，大约46亿a左右，从太阳系内天体形成的统一性来看，地球的年龄应该和陨

7、石一样。 月球岩石的年龄值一般为31亿46亿a，现在地球的形成年龄约为46亿a。 最古老的岩石和地球的年龄，三、地质年是地球的生物界，无机界的进化是自然阶段的。 基于地球进化的自然阶段，结合同位素地质年龄的测量，系统地将漫长的地质历史划分为编年，建立了世界上可以普遍比较的地质年代代表。 地质年代单位的区分基于生物界和无机界的进化阶段。 这个阶段的持续时间经常是百万年、千万年甚至几亿年以上，而且，大多数情况下，大阶段包括小阶段，小阶段包括小阶段。 根据该阶段的二次关系，在地质年代代表中划分了相应不同等级的地质年代单位，其中最主要的是宇、代、纪、世四级年代单位。 “宇宙”是最大的地质年代单位，反映

8、了世界无机界和生物界的重大进化阶段，整个地质历史自古就重新分为冥古宙、太古宇宙、元古宇宙和显生宇宙四个宇宙，各自的进化时间在5亿年以上。 “代”是仅次于“宙”的地质年代单位，反映了世界性的无机界和生物界的明显进化阶段。 每个世代的进化时间在5000万年以上。 “纪”是继“代”之后的地质年代单位，反映了世界性生物界的明显变化和区域性无机界的进化阶段。 每个世纪的进化时间在200万年以上。 “世”是继“纪”之后的地质年代单位，反映了生物界的“科”、“属”的一定变化。 按世纪分为早、中、晚三世，或早、晚两世。 但是，在新生代的古近纪、新纪和第四纪中，世的名称比较特殊。上述四级地质年代单位：宇、代、纪

9、、世对应的年代地层单位：宇、界、系、系统，这些是各级地质年代单位时间内形成的地层。 地区岩石地层单位：随着群、群、段、科学发展和地质研究程度的加深，地质年代代表也不断更新、补充、完善。 冥古宙，冥古宙(46-40亿年)有着“打开天地”的意思，是地球发展的初期阶段和天文阶段，现在地球表面还没有看到，或者这个时期形成的大量岩石(只有少量发现的残岩)，可能是这个时期的地表岩石的大部分在后期被改造的缘故生物是未起源的。由于这个时期物质记录稀少，有些学者主张合并于太古宙(如国际地层表、2004 )，但国际地层委员会2008年提出的国际地层和地质年代代表再次恢复了这个地质年代单位。 太古宙(40-25亿年

10、)是已有很多岩石记录的最古老的地质年代，这个时期的岩石一般是变质度高的变质岩。 生物已经起源，这个时期的生物只有极原始的海生菌藻类。 元古宙(25-5.42亿年)是比较古老的地质年代，这个时期的岩石记录已经很普遍，元古宙包括古元古代、中元古代和新元古代三代。 这个时期的纪一级年代单位还没有在世界上统一。 其中，中元古代和新元古代在我国分为5个纪，从古到今依次为长城纪、蓟县纪、苍白口纪、南华纪、震一纪。 原古宙的菌藻类生物，原古宙的生物主要是各种原始的海生菌藻类，蓝藻、绿藻、红藻和一些细菌，以及少量的海生海绵动物、水母和蠕虫等。 新元古代的震一纪开始出现在海里有坚硬外壳的小型动物(小壳动物)，代

11、表着澳大利亚的“埃迪卡拉动物群”。 显生宙(5.42亿年-现在)是大量高等生物开始出现的阶段，包括地球最近5.42亿年的历史，其中包括古生代、中生代和新生代。 古生代(5.42-2.51亿年)意味着“古老生物”时代，包括6世纪。 其中，寒武纪、奥陶纪和志留纪为早古生代，泥盆纪、石炭纪和二叠纪为晚古生代。 早古生代的海生无脊椎动物，早古生代是海生无脊椎动物繁盛的时代，有三叶虫、珊瑚、海绵动物、苔虫、腕足类、笔石类、水母、海百合等。 早古生代后期鱼类开始出现，末期原始植物开始登陆，但主要有生活在海边的半陆生等植物。 晚古生代：泥盆纪鱼类、石炭纪二叠纪蕨类孢子植物和两栖类、石炭纪二叠纪两栖类和早期爬

12、虫类、晚古生代、海生无脊椎动物仍很盛行，但脊椎动物的发展表现更为突出。 泥盆纪在被称为“鱼时代”的泥盆纪末期，原始两栖类进化，开始了动物登陆的历史。 石炭纪是两栖类繁盛时代，石炭纪中、末期开始出现原始的爬虫类。 二叠纪爬虫类进一步发展了。 晚古生代陆生植物群发展迅猛，主要是蕨类孢子植物，从泥盆纪时代开始出现小型森林，到煤、二叠纪，各种高乔木类植物形成了高森林，为成为煤提供了很好的物质基础。 中生代(251 -65.5 Ma )意味着“中期生物”的时代，从古到新，三叠纪这个纪地层是德国南部最早研究的，地层明显具有三分性的侏罗纪是法国和瑞士边界的侏罗山中第一个研究该纪地层的白垩纪英法中生代爬行动物

13、恐龙时代、中生代时期，鸟类、哺乳类开始逐渐形成。 在无脊椎动物中，菊石、矢石类的软体动物充分发展。 中生代植物在裸子植物中占支配地位。 新生代(65.5 Ma现在)意味着“近代生物”的时代，包括古近纪、最近纪和第四纪。 第四纪的名称来源于18世纪欧洲地质学家对地层系统的划分。 当时，他们把地层从老重新分为第一系、第二系、第三系和第四系。 之后，第一系、过渡系、第二系三词被其他名称取代，只有第三系和第四系被近代地质学继承，这些共同构成新生界。 直到20世纪末，第三系这个词逐渐不再使用，只剩下代替古代近系和最近系的第四个单词。 后来，一些学者建议把第四纪合并为最近的纪(如国际地层表，2004 )，

14、但国际地层委员会在2008年提出的地质年代代表再次确认了这个地质年代的单位。新生代哺乳动物和被子植物，第四纪人类人类发展时代，新生代哺乳动物和鸟类很盛行。 特别是哺乳动物发展很大，大部分生活在陆地上，也有海中(鲸鱼、海豚等)和空中(翼手类等)。 新生代末期人类的出现是地球上生物进化史的最大飞跃。 新生代植物在被子植物中占支配地位。 第二节地质作用一、地质作用概念二、地质作用的能源三、地质作用的类型、地质学把自然界引起地壳和岩石圈的物质成分、构造、构造和地表形态等不断变化的各种作用称为地质作用，把引起这些变化的自然动力称为地质营力，传播能量的介质称为介质一、地质作用的概念是，引起地质作用的能源主

15、要有地球外部的能源和地球内部的能源两种。 地球外的能量主要是太阳放射能和日月引力能，其他恒星作用和陨石的碰撞等也起到了一定的作用。 地球内部的能量主要有重力能、地热能、地球的旋转能和化学能、结晶能等。 二、地质作用的能源，(一)表层地质作用主要是由地球外部能量引起的在地球表层发生的地质作用(也称外动力地质作用或外力地质作用)。 主要来自地球以外的太阳放射能和日月引力能等在地球外侧促进大气圈、水圈、生物圈的运动和循环，成为改造地壳表面和表层的直接动力(地质性的力)。 三、地质作用类型，同时，在地球外围层的运动过程中，地球内部的重力能和旋转能等也发挥着重要的作用。 地质野营力总是由一定的介质发挥作

16、用。 表层地质作用的地质力根据介质的物理状态(液、固、气)分为三部分。 不同地质营地力在表层产生的作用分别称为地面流水的地质作用、地下水的地质作用、海洋的地质作用、湖的地质作用、冰川的地质作用、风的地质作用等。 表层地质作用的整体过程遵循风化作用、剥削作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用。 这些作用代表表层地质作用的序列，也是表层地质作用的主要类型。 风化作用是指在地表或地表附近的环境下，地壳和岩石圈的岩石、矿物被气温、大气、水、生物等要素当场分解破坏的地质作用。 剥削作用是指各种地质力(风、水、冰川等)在其运动过程中对地表岩石造成破坏，把破坏物从原地剥离的作用。 搬运作用是由于风化作用、剥削作

17、用而剥离下来的东西，是与运动介质一起从一个地方搬运到另一个地方的作用。 堆积作用是指通过各种力量输送的物质，通过介质的动能减少、物质化条件变化、生物作用，在新的地方堆积的作用。 成岩作用是指使松散的堆积物固定而形成沉积岩的作用。 总结表层地质作用类型，(二)内部地质作用主要是地球内部能量产生的地质作用(也称为内动力地质作用或内力地质作用)。 内部地质作用一般发生在起源和地球内部，但经常影响地球表层，如火山作用、构造运动等。 内部地质作用主要包括岩浆作用、变质作用和构造运动。 岩浆的作用是指岩浆的形成、运动凝结成岩石的过程中，岩浆本身及其周围的岩石发生的一系列变化。 变质作用是指在地下特定地质环境中，随着物理、化学条件的变化，原岩石(包括沉积岩、岩浆岩和变质岩)基本上在固体状态下生物量成分和结构、结构发生变化，形成新岩石的地质作用。 所谓构造运动，主要是由地球内部的能量引起的地壳和岩石圈物质的机械运动。 总是以岩石的变形、