古生物地史学-第18章-太古宙地史.ppt

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1、第二篇 各论,第十八章 太古宙第十九章 元古宙第 廿 章 早古生代第廿一章 晚古生代第廿二章 中生代第廿三章 新生代,元古宙(Proterozoic）：2.5-0.54 bya太古宙（Archean）：4.0-2.5 bya 冥古宙（Hadean）：4.6 4.0 bya,前寒武系的划分,Version 2008,Version 2004,前寒武系特征,1）时限长(46-5.4亿年)；2）地层普遍变质(麻粒岩相、角闪岩相、绿片岩相，一般越老变质越深),3）岩浆活动发育;4）构造变形复杂，因为原始地壳薄、刚性差、热流值大，易塑性变形，而且经历多期构造变动；5）生物化石稀少（Molecular,前

2、寒武系的露头分布,第十八章 太古宙,地球圈层的起源 生命起源与生物界 岩石构成特征 古大陆及地层系统,地球圈层的起源,1.1 地球的形成1.2 地球圈层的分异及其证据1.3 早期大气和水圈的特征,从宇宙大爆炸说到地球形成,1.1 地球的形成,宇宙诞生10-44秒之后便急速展开,10-34厘米的超微宇宙在仅仅10-34秒之内迅速膨胀 了10100倍,称为暴胀(inflation）。所谓10-34秒/厘米，就是“1秒/厘米的一兆分之一的一兆分之一的一百亿分之一”极其短暂/微小的时间/空间。而10100倍，就是1的后面加100个0（厘米）。实际上提出了一个“从无到有”的宇宙起源模 式，对于传统的“无

3、始无终”宇宙观是一个冲击！,超微宇宙的瞬间暴胀,1)46亿年前太阳星云中分化形成原始地球，尚无圈层分异。2)原始一旦形成，地球内部达到熔融状态时，逐渐地：亲铁元素比重大而下沉形成铁镍地核；亲石元素上浮组成地幔和原始地壳；更轻的液态和气态成分，通过火山喷发溢出地表形成原始大气圈、水圈。,地球起源与圈层分异-42亿年+,1.2 地球圈层的分异及其证据,从最古老岩石获得关于地幔分异的证据（Earths earliest history）位于西格陵兰Isua的35公里长的突出地面的岩层中含有地球上最古老的岩石，距今已有38亿年左右。现在，对这些岩石中一种已经耗尽的同位素（钐-146）的衰变产物（钕-1

4、42）所做的超精确测量，为在地球于大约45.6亿年前形成之后的最初几亿年间地幔所经历的明显化学分异提供了清楚的证据。最新型热离子化质谱仪所具有的高精度使得这项工作成为可能。新的数据与地幔分异的平均时间为44.6亿年的结论是一致的，可能反映了地幔在陆地的最后阶段的分异。（Nature,2003,423:367-464;03-05-22,Letters）,地球圈层分异证据,水圈：Ar早期已形成，因为在Ar1中出现玄武岩和砾岩Pt2由还原氧化,Ar:缺氧还原性大气（广泛出现含金-铀砾岩）Pt1早期:缺氧到含氧过渡（纹带状硅铁组合早期藻类释放出的O2被Fe2+吸收而沉淀）Pt1晚期：逐渐含氧，叠层石大

5、量发育Pt2：含氧大气圈形成，出现含铁红色砂岩、高价铁沉积层、膏盐沉积和可燃有机岩，但是Pt2-3:海相沉积中原生白云岩大量发育，反映当时大气中CO2比Ar低，但仍比现在高,1.3 早期大气和水圈的特征,BIF:Fe3O4,3价铁的氢氧化物,Fe3O4的形成模式,2 生命起源与生物界,2.1 生命起源学说2.2 生命起源的时间2.3 生物界特征及化石特征,地球圈层的起源生命起源与生物界岩石构成特征古大陆及地层系统,生命地外起源说（extraterrestrial）“新泛种论”S.Miller(1953)的氨基酸合成实验，Fox的生物小分子合成生物大分子(类蛋白），化石记录表明的生物进化过程生命

6、地内起源说（terrestrial）原始汤假说（奥巴林赫尔丹假说）上帝创造生命说,2.1 生命起源学说,生命地外起源说（extraterrestrial）“新泛种论”,认为：生命的化学进化可能不局限于地球上，因为：地壳的形成（40亿年）到早期细胞生命（35亿年）的出现时间相对比较短暂宇宙空间的星际物质以及其他天体中含有的有机分子,这些分子可以通过某些途径到达地球至今为止已经发现了60多种星际分子，其中有些分子如：HCN、H2、CO、CH4、-COOH等则是合成生命基础的蛋白质和核酸的前驱体,Miller的著名实验,生命地外起源说,70年代末期美国Alrin号考察潜艇发现在太平洋的洋中脊上的黑烟

7、囱上,存在特殊的生态系统。在水深20003000米,压力265300105Pa的喷口附近,水温最高达350.这里不但有各种化能自养的极端嗜热古细菌生存,而且喷出的水中还有CH4、CN-等有机小分子前寒武纪微体化石和现代嗜热微生物的比较研究认为：地球早期水热环境和嗜热微生物可能相当普遍,地球早期的生命可能是嗜热的微生物,生命的“黑烟囱”(deep-sea vent)起源说,生命地内起源说（terrestrial）,深部生物圈,生命地内起源说黑烟囱理论,Deep biosphere,热液喷口是最具化学多样性的微生物生长地.地球化学梯度和热梯度提供了多种微生物（嗜冷、温、热、酸、碱、盐菌）聚集的小生

8、境,表层生物圈仅占生物生成空间的3%，深部生物圈则占生物生成空间的97%，深海极端条件下生活的极端生物，其2/3的基因与迄今科学上的已知基因不同。,Deep biosphere,深海热液体系的物质-能量循环模式,原始汤假说(Oparin-Horowitz),地球早期生命起源于地表温水池(warm little ponds)中的原始汤(primordial soup)地球早期有一个还原性的大气圈，地表布满了温暖的小水池，大气中的无机分子在小水池中合成简单的有机小分子，小水池的水就变成了原始汤，生命就诞生在这些原始汤中,到目前为止，人们已知的最早的细胞生命形态（棒状和球状单细胞生物）的化石来自南非

9、东部的Barberton地区和澳大利亚西部，年龄3900-3500Ma.,2.2 生命起源的时间,六界生物,2.3 生物界特征及化石记录,1）分子生物为主（如氨基酸、脂肪酸、芳香族碳氢化合物、环形化合物）,2）原核生物、真核生物和共生,原核细胞与真核细胞的结构,非细胞生物,由于太古宙以原核生物为主，所以称作原核生物时代。分布最广泛的是由席状篮藻的代谢作用和成长与沉积颗粒的沉积、碳酸钙的沉淀形成的层状生物成因沉积构造叠层石，有球形、柱状、板状和分岔状。,3）化石记录,生长位,微生物席,澳大利亚Pilbara地盾35亿年的Warrawoona 群的叠层石化石,澳大利亚Warrawoona群（35亿

10、年）黑色燧石中的丝状-链状微体化石,地球圈层的起源生命起源与生物界岩石构成特征古大陆及地层系统,3 岩石构成特征,3.1 原始洋壳超基性地幔,3.2 初期陆壳长英质岩,3.3 克拉通结晶基底麻粒岩和绿岩,3.1 原始洋壳超基性地幔,南非巴伯顿地区的科马提岩(手标本和正交偏光）,地球的原始壳是基性的，主要是铁镁质的硅酸盐。基性壳来源于下伏的超基性地幔。,富含长石、石英和白云母，称为长英质壳。一个已知最老的长英质壳发现于加拿大西北省Yellowknife镇以北370km。锆石测得年龄为39.6亿年。与最早的46亿年的年龄相比，陆壳在地球形成后的几亿年年后（44.3亿年）才形成的。,3.2 陆初期壳

11、长英质岩,许多地质学家提出陆壳形成于消减带。当有沉积物覆盖的基性壳俯冲于地幔内时部分熔融释放长英矿物。由于密度小，长英矿物上升形成英云闪长岩和花岗闪长岩。到大约30亿年前，长英闪长岩和花岗闪长岩和沉积物的熔融以类似的机制形成花岗岩。,太古宙克拉通的岩石通常可以被归为麻粒岩和绿岩两类。麻粒岩主要由从英云闪长岩、花岗闪长岩、花岗岩以及层状侵入的斜长岩受热和变形形成的片麻岩。,3.3 克拉通结晶基底麻粒岩和绿岩,太古宙片麻岩，格陵兰西北部,太古宙绿岩，加拿大,绿岩带最引人注意的特征是它的从底部基性向上转变为长英质岩石的大致层序。,地球圈层的起源生命起源与生物界岩石构成特征古大陆及地层系统,4 古大陆

12、及地层系统,4.1 太古宙古大陆分布及特征4.2 中国太古宙地层系统及分布,4.1 太古宙古大陆分布及特征,1）全球主要太古宇的（露头）分布,绝大多数前寒武系分布于宽阔的向上弯曲的、地质上稳定的大陆地区，称为地盾（Shields）。每个大陆都有一个或多个地盾。地盾上覆盖相对薄的显生宙沉积盖层称为地台（Platforms）。地盾和地台组成大陆的克拉通（Craton）。,北美克拉通、地盾和地台,2）地盾与克拉通概念,1）沉积物中含有花岗岩砾石的砾岩：说明当时长英质岩壳已经形成。2）杂砂岩和页岩：反映了原始大陆海岸附近的深水沉积。3）绿岩带中没有发现具有波痕、交错层理和分选良好的砂岩层，也没有发现任

13、何陆架沉积的证据：这些特征表明原始大陆是陡边的，相对较小的，带有崎岖不平边缘的狭长陆块。,3）太古宙原始大陆的特征,太古宙早期陆壳直径可能都小于500km。这些陆壳块通过几种现在还在发生的机制扩大。一种是两个构造板块碰撞。第二种是岛弧和小的板块在消减带拼贴到陆壳上。第三种是块状沉积物在大陆边缘的扩张。从2530亿年的长英质岩石的分布可以看出，到太古宙晚期已经形成了相当大的陆壳。,地表大面积出露太古宇的有 北美的加拿大地盾 欧洲的波罗的地盾 乌克兰地盾 西伯利亚的阿尔丹地盾和阿纳巴尔地盾。,4）北方各大陆的太古字,欧洲太古宇发育较好的地区为波罗的地盾及乌克兰地盾的陆核部位，组成俄罗斯地台的基底；

14、西伯利亚的太古宇称阿尔丹群，其年龄值为35O0 Ma。,南方大陆包括：非洲印度澳大利亚南美。其中以非洲太古宙绿岩带最为典型。,5）南方各大陆的太古宇,4.2 中国太古宇地层系统及分布,1）太古宇的划分,华南或扬子板块无肯定的Ar基底，推测有。证据：在广西摩天岭发现锆石（28.5亿年），2001年报导有32亿年的基底。,下太古界,以冀东迁安曹庄群为代表，年龄介于34.537亿年之间。,中太古界,中太古界发育区中以辽北一吉南较为典型。辽北一吉南小莱河地区出露完好，分为下、中、上三部分，统称为下鞍山群。该群的年龄值已有多种方法测定，其数字均在2.952.98Ga之间。,与下太古界地层比较出露面积分布

15、显著扩大，地台北部断续成东西向延伸可达千余公里，其表壳岩（硅铝壳）不断增加。,冀东地区的迁西群，属中太古代.由两个大旋回组成。迁西群中的磁铁石英岩构成我国重要的铁矿基地。,上太古界,该区晚太古代地层由阜平群、龙泉关群及五台群组成，大致分为四种岩石类型：陆源碎屑岩类主要为以长石、石英为主并具细粒变晶结构的浅粒岩、变粒岩及少量石英岩，其中浅粒岩及变粒岩延伸较广。条带状铁质岩类由磁铁石英岩。变粒岩及斜长角闪岩组成。富铝质岩类主要由硅线石石英岩组成，垂向呈透镜状，但分布广泛，代表富铝的浅水盆地沉积。碳酸盐岩类主要由各种大理岩组成，为富含Ca、Mg的浅水盆地沉积。,以五台一太行区沉积变质型为代表,2）太古宇的对比,华北地区太古宇分布图,河淮陆核,冀辽陆核,鄂尔多斯陆核,3）中国太古宇分布,