南京大學_普通地質學_19地球演化

1、第十九章第十九章 地球的演化地球的演化普通地質學普通地質學南京大學地球科學系南京大學地球科學系 舒良樹舒良樹第十九章第十九章 地球的演化地球的演化地球的年齡：約地球的年齡：約46004600MaMa演化過程：演化過程：地球的地球的天文時期天文時期( (astronomic stage)astronomic stage)， 4600Ma4600Ma3500Ma3500Ma地球的地球的隱生宙時期隱生宙時期( (Cryptozoic eon)Cryptozoic eon)， 3500Ma3500Ma590Ma590Ma地球的地球的顯生宙時期顯生宙時期( (Phanerozoic Phanerozoi

2、c eon)eon)， 590Ma590MaRecentRecent第一節(jié)第一節(jié) 天文時期天文時期特征：特征：地球的層圈構造初步形成地球的層圈構造初步形成一、重力分異一、重力分異星云物質機械碰撞星云物質機械碰撞及及地球內部放射性元素衰變地球內部放射性元素衰變產產生大量的熱能，使原始地球內部發(fā)生物質重熔，生大量的熱能，使原始地球內部發(fā)生物質重熔，并物質開始按比重分異。比重大而熔點低的鐵、并物質開始按比重分異。比重大而熔點低的鐵、鎳等元素最先分離并向地心集中，形成鎳等元素最先分離并向地心集中，形成地核地核。在重力分異中，還發(fā)生物質的未能向熱能的轉在重力分異中，還發(fā)生物質的未能向熱能的轉化。地球內部

3、上層的巖石也相繼發(fā)生熔融，較化。地球內部上層的巖石也相繼發(fā)生熔融，較輕的鐵鎂硅酸鹽物質向上集中，形成輕的鐵鎂硅酸鹽物質向上集中，形成原始地幔原始地幔。原始地幔的表層同時失熱、變硬，形成堅硬外原始地幔的表層同時失熱、變硬，形成堅硬外殼，這就是殼，這就是原始地殼原始地殼。二、隕星的撞擊二、隕星的撞擊早期的隕石坑受各種地質構造的改造而未留痕跡，早期的隕石坑受各種地質構造的改造而未留痕跡，但對月球及火星等行星的觀察，在地球形成的早但對月球及火星等行星的觀察，在地球形成的早期，隕石雨降落的頻率是相當高的。期，隕石雨降落的頻率是相當高的。影響影響：原始地殼破裂，廣泛發(fā)生火山作用。同時大：原始地殼破裂，廣泛

4、發(fā)生火山作用。同時大量火山噴發(fā)物也增加了原始地殼的厚度，并改變量火山噴發(fā)物也增加了原始地殼的厚度，并改變了原始地殼的物質成分和結構特點。了原始地殼的物質成分和結構特點。三、熱流值的迅速衰減三、熱流值的迅速衰減地球平均熱流值：地球平均熱流值：1.471.47HFUHFU地史早期，由于大量的短周期元素的衰變，地球的地史早期，由于大量的短周期元素的衰變，地球的熱流值要比現在高的多，隨著短半衰期元素的消熱流值要比現在高的多，隨著短半衰期元素的消耗，熱流值急劇降低，并使得地幔物質的熔融程耗，熱流值急劇降低，并使得地幔物質的熔融程度降低，度降低，地幔地幔由由完全熔融完全熔融轉變?yōu)檗D變?yōu)椴糠秩廴诓糠秩廴?，?/p>

5、山火山作用作用由原先的由原先的超基性巖漿噴發(fā)超基性巖漿噴發(fā)轉為轉為基性與中酸性基性與中酸性巖漿噴發(fā)巖漿噴發(fā)。四、火山作用與地球外部層圈初成四、火山作用與地球外部層圈初成火山噴發(fā)的大量氣體聚積在固體地球的外部，形火山噴發(fā)的大量氣體聚積在固體地球的外部，形成成原始大氣圈原始大氣圈。從氣體中聚集而成的水降落到。從氣體中聚集而成的水降落到地面，形成地面，形成原始的水圈原始的水圈。原始大氣圈富含。原始大氣圈富含H2O、CO、C2O、NH3、CH4，缺少氧。水蒸汽不斷，缺少氧。水蒸汽不斷受太陽紫外線的作用，逐漸分解出氫和游離氧，受太陽紫外線的作用，逐漸分解出氫和游離氧，游離氧在原始大氣圈的上層聚集，最終形

6、成連游離氧在原始大氣圈的上層聚集，最終形成連續(xù)的續(xù)的臭氧臭氧(O3)層層，臭氧層吸收并發(fā)射大量紫外，臭氧層吸收并發(fā)射大量紫外線，從而為地面出現生命創(chuàng)造條件。線，從而為地面出現生命創(chuàng)造條件。原始水圈中除原始水圈中除H2O外，還含有大量火山噴發(fā)的酸外，還含有大量火山噴發(fā)的酸性物質性物質(HCl、HF)等，這種酸性水融解能力強，等，這種酸性水融解能力強，有利于原始地殼中的硅酸鹽物質的分解，并從有利于原始地殼中的硅酸鹽物質的分解，并從中析出各種元素和化合物，為地面撒謊那個出中析出各種元素和化合物，為地面撒謊那個出現多種沉積作用和形成沉積礦物創(chuàng)造條件?，F多種沉積作用和形成沉積礦物創(chuàng)造條件。第二節(jié)第二節(jié)

7、隱生宙時期隱生宙時期 約約35003500MaMa前，地球上開始出現生命前，地球上開始出現生命地球上地球上最早的生命最早的生命：古球藻、似藍藻，桿狀細菌，：古球藻、似藍藻，桿狀細菌，都是都是單細胞單細胞的的微生物微生物元古宙最主要的化石：疊層石（由藻類生物生長元古宙最主要的化石：疊層石（由藻類生物生長形成）形成）隱生宙重要的生物群落：隱生宙重要的生物群落：1.1.埃迪卡拉動物群埃迪卡拉動物群：發(fā)現于澳大利亞，約：發(fā)現于澳大利亞，約700Ma700Ma前，包括疊層石、腔腸動物、蠕蟲動物以及節(jié)前，包括疊層石、腔腸動物、蠕蟲動物以及節(jié)肢動物等。肢動物等。2.2.澄江動物群（前寒武紀生物大爆炸）澄江動

8、物群（前寒武紀生物大爆炸）：發(fā)現于：發(fā)現于中國廣西，現在所有的動物門類都出現了。中國廣西，現在所有的動物門類都出現了。一、大氣圈和水圈成分的演化一、大氣圈和水圈成分的演化 藻類生物藻類生物對原始大氣圈成分的演化有著重要的影對原始大氣圈成分的演化有著重要的影響響藻類光合作用以制造氧，形成藻類光合作用以制造氧，形成CO2以及以及N2等氣體。等氣體。反應方程為：反應方程為：2COO2CO2CH42O2 CO22H2O4NH33O2 2N2H2O氧化生成的氧化生成的N2及多余的氧在大氣中聚積，原始大氣及多余的氧在大氣中聚積，原始大氣成分向現在大氣成分轉化。同時大氣圈中一部分成分向現在大氣成分轉化。同時

9、大氣圈中一部分CO2溶于水，使水中的碳酸鹽含量增加，從而導溶于水，使水中的碳酸鹽含量增加，從而導致致石灰?guī)r石灰?guī)r和和白云巖白云巖形成。而藻類的繁殖有利于海形成。而藻類的繁殖有利于海水的水的PH值增加，堿性增強，促使硅酸鹽類礦物的值增加，堿性增強，促使硅酸鹽類礦物的分解，析出分解，析出SiO2，導致，導致硅質巖硅質巖的形成。的形成。二、陸核和地盾的形成二、陸核和地盾的形成 原始地殼表面沒有陸地，被水淹沒原始地殼表面沒有陸地，被水淹沒約約3500Ma前開始，地幔物質部分熔融，出現安山玄前開始，地幔物質部分熔融，出現安山玄武質巖漿活動。大量巖漿在海底噴發(fā)和堆積，形成武質巖漿活動。大量巖漿在海底噴發(fā)和

10、堆積，形成由火山噴發(fā)物質構成的島嶼，這就是最早的陸地。由火山噴發(fā)物質構成的島嶼，這就是最早的陸地。陸地開始風化剝蝕，形成陸緣碎屑物質，并在陸地陸地開始風化剝蝕，形成陸緣碎屑物質，并在陸地周圍海域堆積成為陸緣碎屑沉積巖周圍海域堆積成為陸緣碎屑沉積巖(terrigenous clastic rock)。這些最早的陸地后來形成大陸的核心，。這些最早的陸地后來形成大陸的核心，這就是這就是陸核陸核(continental nucleus)。約約2500Ma前開始，玄武質巖漿及由其結晶分異而成前開始，玄武質巖漿及由其結晶分異而成的酸性巖漿增多，這些火成巖與在陸核周圍堆積的的酸性巖漿增多，這些火成巖與在陸核

11、周圍堆積的各種沉積巖共同組成了新的地質體，并在后期的構各種沉積巖共同組成了新的地質體，并在后期的構造運動及巖漿活動作用下焊接到陸核的邊緣，使陸造運動及巖漿活動作用下焊接到陸核的邊緣，使陸核擴大，形成更大面積的地塊，這就是核擴大，形成更大面積的地塊，這就是地盾地盾(continental shield)。第三節(jié)第三節(jié) 顯生宙時期顯生宙時期一、生物的全面繁榮和快速演化一、生物的全面繁榮和快速演化1.早期古生代早期古生代海生無脊椎動物和低等植物的繁榮海生無脊椎動物和低等植物的繁榮時代時代低等植物：低等植物：菌藻植物菌藻植物海生無脊椎動物：海生無脊椎動物：三葉蟲三葉蟲(寒武紀極盛，二疊紀末寒武紀極盛，

12、二疊紀末絕滅絕滅)、鸚鵡螺類鸚鵡螺類(奧陶紀奧陶紀)、筆石筆石(奧陶紀、志留奧陶紀、志留紀紀)、還有一些低等的腕足類（中華正形貝）、珊瑚還有一些低等的腕足類（中華正形貝）、珊瑚奧陶紀出現原始的脊椎動物奧陶紀出現原始的脊椎動物無頜類無頜類（早期魚形動（早期魚形動物），泥盆紀興盛物），泥盆紀興盛2.2.晚期古生代晚期古生代植物及脊椎動物登上大陸植物及脊椎動物登上大陸泥盆紀，泥盆紀，早期菌、藻類登陸演化為早期菌、藻類登陸演化為裸蕨裸蕨泥盆紀晚期，泥盆紀晚期，演化為高大的演化為高大的喬木喬木該時期植物出現該時期植物出現原始的裸子植物原始的裸子植物無脊椎動物：無脊椎動物：腕足類腕足類、珊瑚珊瑚、頭足類頭

13、足類原生動物門微體化石：原生動物門微體化石：蜓蜓 ( (石炭紀、二疊紀石炭紀、二疊紀) )脊椎動物：脊椎動物：魚類魚類大發(fā)展（泥盆紀被稱為大發(fā)展（泥盆紀被稱為“魚類時魚類時 代代) )晚泥盆世，晚泥盆世，出現原始的出現原始的兩棲類兩棲類石炭紀、二疊紀，石炭紀、二疊紀，為為兩棲動物時代兩棲動物時代晚石炭世、二疊紀，晚石炭世、二疊紀，爬行類爬行類開始發(fā)展開始發(fā)展3.3.中生代中生代爬行動物和裸子植物時代爬行動物和裸子植物時代 動物動物中生代：中生代：爬行動物時代或爬行動物時代或“恐龍時代恐龍時代”三疊紀晚期開始三疊紀晚期開始: :出現原始的出現原始的哺乳動物哺乳動物及與哺乳動物類似的及與哺乳動物類

14、似的高等爬行動物高等爬行動物( (卞氏獸卞氏獸) )爬行類向鳥類演化，如德國發(fā)現的爬行類向鳥類演化，如德國發(fā)現的始始祖鳥祖鳥，中國發(fā)現的，中國發(fā)現的“中華龍鳥中華龍鳥” 植物植物中生代早期，中生代早期，裸子植物裸子植物占主要占主要; ; 晚白堊世，晚白堊世，被子植物被子植物開始占統(tǒng)治地位。開始占統(tǒng)治地位。4.4.新生代新生代被子植物、哺乳動物和人被子植物、哺乳動物和人 類的出現類的出現 a. a. 被子植物成為陸地主要的植物群被子植物成為陸地主要的植物群 b.b.大型的爬行類，如大型的爬行類，如恐龍類絕滅恐龍類絕滅 c.c.哺乳動物哺乳動物成為新生代的主宰成為新生代的主宰 d. d. 人類人類

15、出現出現第四節(jié)第四節(jié) 古地理變化古地理變化古地理變化古地理變化(pepeogeographic)：地質歷史中的海：地質歷史中的海陸變遷及氣候變化。陸變遷及氣候變化。研究古地理的研究古地理的基本途徑基本途徑：分析和研究各時代的沉：分析和研究各時代的沉積巖層性質和古生物特征。積巖層性質和古生物特征。沉積相沉積相(sedimentary facies)：沉積環(huán)境的物質表：沉積環(huán)境的物質表現，它能綜合反映沉積環(huán)境的沉積巖巖石特征現，它能綜合反映沉積環(huán)境的沉積巖巖石特征和古生物特征。和古生物特征。沉積相的劃分沉積相的劃分：陸相、海相：陸相、海相陸相陸相：河流相、沙漠相、冰川相、湖泊相、山：河流相、沙漠相、冰川相、湖泊相、山麓相麓相海相海相：淺海相、次淺海相、深海相：淺海相、次淺海相、深海相沉積相和古地理研究方法沉積相和古地理研究方法：(1)特征性礦物和巖石特征性礦物和巖石：某些沉積成因的礦物和巖石：某些沉積成因的礦物和巖石對沉積環(huán)境和氣候條件有指示作用。對沉積環(huán)境和氣候條件有指示作用。(2)特征性的生物特征性的生物：許多生物對環(huán)境有很強的選擇性。：許多生物對環(huán)境有很強的選擇性。指相生物指相生物(facies fossil)：能夠指示沉積環(huán)境的生：能夠指示沉積環(huán)境