behezks第四講 地質(zhì)年代與地質(zhì)作用

1、七夕，古今詩(shī)人慣詠星月與悲情。吾生雖晚，世態(tài)炎涼卻已看透矣。情也成空，且作“揮手袖底風(fēng)”罷。是夜，窗外風(fēng)雨如晦，吾獨(dú)坐陋室，聽一曲《塵緣》，合成詩(shī)韻一首，覺放諸古今，亦獨(dú)有風(fēng)韻也。乃書于紙上。畢而臥。凄然入夢(mèng)。乙酉年七月初七。嘯之記。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

2、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(S

3、LMiller，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

4、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

5、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，

6、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)面今250萬年前后人類的出現(xiàn)。第二節(jié)第二節(jié)地質(zhì)年代的確定與地質(zhì)年代表地質(zhì)年代的確定與地質(zhì)年代表研究地球及地殼

7、的發(fā)展演化歷史是地質(zhì)學(xué)的重要任務(wù)之一。在長(zhǎng)達(dá)46億年的漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史中，地球上經(jīng)歷了一系列的地質(zhì)事件，如生物的大規(guī)模興盛與滅絕、強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)、海陸變遷等。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；

8、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

9、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

10、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)

11、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，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

12、，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、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