首页 ==> 熊的工场 ==> 查看信息
设为首页        加入收藏


前寒武纪
2017-06-28
 
月球地质年代

月球地质年代在科学界划分为五个纪(英语:period):前酒海纪, 酒海纪, 雨海纪(又细分为早雨海世、晚雨海世), 爱拉托逊纪, 哥白尼纪。 地质年代的时间分界根据月面上的重大陨石撞击事件、撞击频率与撞击坑尺寸。 通过对月面取样的放射性定年,月球地质年代的绝对时间已基本可知。然而,特定重要事件的发生时间仍然有很大争议,因为月表地质单元取样还很不完全,而且大多数月表样本受到了漫长时间跨度内小陨石微粒撞击的污染。

月球地层学

形成月球表面的主要地质过程是撞击坑与火山作用。使用标准的地层学原理,可以对这些地质事件在时间上排序。月海曾经被认为是具有单独年龄的独立地层单元,但现在认识到月球火山作用是一个延续的过程,最早开始于42亿年前并且持续到大约12亿年前。现在,撞击事件被认为是确定月球地层年龄最有效的方法,因为撞击事件数量众多,并且在地质史上撞击是瞬时事件。撞击坑在漫长时间内的后效改变了月貌,并可定量化评估撞击坑的侵蚀状态以确定其相对年龄。

月球地质年代的划分是基于传统的月貌标记的识别,因此不应该认为在月球地质年代交界的时间段内发生了任何地质过程的重要变化。通过从月球获得的岩石土壤样本,人类已经能对一些地质年代的纪确定绝对年龄。但必须注意某些纪的年龄是未确定的或是有很大争议。在月表的很多高地区,不可能区分前酒海纪与酒海纪的物质,因此有时被称作前雨海纪。

前酒海纪

前酒海纪从月球壳层形成到酒海撞击事件。酒海撞击时的溅射物是有效的地层年代学标记。已有30个撞击盆地被识别为这个地质纪中形成的,其中最古老的是南极-艾托肯盆地。

酒海纪

酒海纪的时间跨度从酒海撞击事件到雨海撞击事件。目前大约12个撞击盆地被识别为此地质纪中形成的,包括澄海与危海。 阿波罗16号的探月飞行的一个科学目的就是对酒海取样以确定其年龄。但是酒海撞击事件发生时间存有争议,最多引用的数据是39.2亿年,以及较少被引用的38.5亿年。最近研究表明可能更古老,为41亿年。

雨海纪

雨海纪已经分成了早雨海世、晚雨海世。早雨海世的时间跨度是从雨海撞击事件到东海撞击事件。雨海的形成年代过去一般认为是38.5亿年前,但中国地质科学院刘敦一研究员用锆石SHRIMP定年法测定美国阿波罗登月取回的的月岩样品年龄,重新确定了月球雨海纪的年龄应为39.2亿年,而不是38.5亿年,这一数据在2010年3月美国休斯敦举办的月球与行星科学大会上得到了国际认可。早雨海世之后大型撞击事件基本停止,除了在晚雨海世撞击形成的Schrodinger盆地外,月面再无大型多环撞击盆地形成。

晚雨海世的时间跨度为东海撞击事件到特定尺寸(DL)的撞击坑被侵蚀过程湮没的时间。 东海撞击事件的发生时间由于没有取样,因而不能直接确定。但应早于37.2亿年(基于早雨海世的月海玄武岩的年代)并可能上推到38.4亿年(基于东海溅射物上撞击坑的尺寸-频度分布)。大约三分之二的充填月海的玄武岩喷出发生在晚雨海世。

爱拉托逊纪

爱拉托逊纪的开始时间定义为特定尺寸(DL)的地质单元的撞击坑被侵蚀过程完全湮没所用的时间(大约32亿年)。主要侵蚀手段是后续的陨石撞击,月震也发挥了一点作用。爱拉托逊纪的结束时间定义为明亮的新被溅射的月面物质由于空间风化过程而变暗所需的时间。实际用月坑周围看不到放射纹所需时间来定义,大约为11亿年。不过这种定义近来也受到很大批评,认为月坑周围明亮的放射纹是由于多种原因形成的,放射纹变黯淡过程与空间风化作用不相关。概括而言,爱拉托逊纪中形成的月坑仍然能清楚分辨,但月坑周围的放射纹已经被侵蚀看不到了。爱拉托逊纪的命名源自具有典型样貌的厄拉多塞陨石坑。

哥白尼纪

哥白尼纪是最年轻的月球地质年代。最初哥白尼纪的开始时间用撞击坑周围明亮的放射纹的存在来定义。但正如上述提到的批评,放射纹是由于多种原因形成的。哥白尼纪的开始时期并不对应于哥白尼环形山形成的时间。一般把哥白尼纪的时间跨度定为11亿年前到现在。



前酒海纪

前酒海纪是月球地质时代中的第一阶段,指从45亿5千万年前(月球初步形成时期)到39亿2千万年前(酒海形成于陨石撞击)的这段时期,紧随之后的是酒海纪。

描述

前酒海纪的月球岩石样本很稀少;它们大部分是由已被后期的撞击,尤其是标志酒海纪大致开始的后期重轰炸期所扰动、击碎和融化的月面高地物质所组成。前酒海纪高地的主要物质为斜长岩,这表明月球早期地壳主要形成于全球岩浆海洋的结晶。

该地质时代又被非正式地划分为隐生代(45.33-41.72亿年前)和盆地群代1-9(41.72-39.2亿年前),但这一分类并没有被使用在任何一种地质图上。

在此期间形成的对象

月球表面保存了很多前酒海纪地貌,分布在月球正面南半球的一小部分及月球背面更大范围内。其中有最大的月球撞击坑-南极-艾托肯盆地和假设的盆地-风暴洋(它们是月球上保留至今最古老陨石坑)。由于位置不便,很多前酒海纪代的地区仍未被“阿波罗”宇航员或“月球”系列飞船调查过,但该年代的地质样本也在别处被采集到。

在这一时期,可能是44-42亿年前,月球地壳硬化。由于重力分离,较轻的物质从岩浆海洋中漂浮而出,因此,月球地壳多半由较轻的斜长岩、苏长岩和橄长岩等组成。在获取的古老样本中,发现一组月岩因蠕变而富含钾(K)、磷(P)和稀土金属(REE),它们很可能为同一月海中较轻矿物的结晶或小行星撞击产生的熔化物。最古老月岩的放射性同位素年龄达到45.2亿年。在经历后期轰击后,仅由角砾岩碎屑构成的古月壳层相对未被改变。

前酒海纪时期,月球遭受了小行星及太阳系其它天体的强烈轰击。通过照片研究大约发现了30座撞击盆地,其中约三分之一是假设的。但从高度和重力测量所获得的月壳厚度数据中,成功地检测到了数以百计的古月球盆地。这些盆地已受到严重的破坏,几近没有景观特征。很明显它们中的绝大多数都属于前酒海纪。

没有检测到前酒海纪火山岩和火山地貌。不清楚当时是否有熔岩漫溢。即便有,所形成的月海想必也会毁于随后发生的大轰击。有关前酒海纪的月表、褶皱和断层仍属未知。

前酒海纪大型撞击坑(盆地)中,可能有阿波罗、伯克霍夫、格里马尔迪、洛伦茨、米尔恩、普朗克、庞加莱等陨石坑以及一些没有正式名称的对象包括:南极-艾托肯盆地、丰富海盆地、梦海盆地、南海盆地、史密斯海盆地和假设的界海盆地、岛海盆地、静海盆地、云海盆地和风暴洋盆地。其中有一些陨石坑也可能属于酒海纪。

与地球地质期关系

由于地球上很少甚至不存在对应于月球前酒海纪时期的地质资料 ,前酒海纪至少被用于一项著名的科学工作-用来作为划分地球冥古宙的一项标准。尤其是有些时可发现冥古宙被区分成隐生代、盆地群代1-9、酒海纪和早雨海世,其中前二项是非官方的,且共同组成了前酒海纪。



酒海纪

酒海纪期是月球地质年代中位于前酒海纪和早雨海世之间的一段时期。它起始于酒海盆地形成之初(42-38亿年前),结束于雨海盆地即将到来之前(38.7-37.5亿年前,最新数据为39.38±0.004亿年前)。雨海盆地自身则涉及到下一地质期-早雨海世。正是在这一时期,月球经历了后期重轰炸期密集的天体撞击。

这一大胆的地质期划分是由斯图尔特·亚历山大(Stuart Alexander)和唐纳德·威廉斯(Donald Wilhelms)所提出。

月球地质

前酒海纪是指从45亿5千万年前(月球开始形成时)至39亿2千万年前(酒海因陨石碰撞而形成时)的这段时期。前酒海纪之后是酒神代。前酒海纪的岩石是很稀少的;它们大部分是由月面高地物质所组成,其他的则多已被接下来的碰撞(主要是标示著酒神代约略初始时期的大撞击后期)给重重地搅动、击碎和融解掉了。前酒海纪高地的主要物质为斜长岩,据猜测可能是因为月球早期地壳形成时发生了广泛的岩浆海的矿物结晶化。此一地质时代被非正式地分成隐生代和盆地群代,但此一分类并没有被使用在任何一种地质图内。

陨石坑计数是确定天体表面年龄的一种重要方法。酒海纪时期,月表直径20公里以上的陨石坑分布密度为23-88座/百万公里2之间。

该期间形成的对象

酒海纪有很多环形山,包括10-12座直径300公里以上的撞击盆地。如湿海盆地、洪堡海盆地、危海盆地、莫斯科海盆地、酒海盆地、澄海盆地以及巴伊环形山、赫茨普龙环形山、科罗廖夫环形山、门捷列夫环形山等,还有可能已严重损毁的西科尔斯基-里滕豪斯盆地(Sikorsky-Rittenhouse)和孟德尔-里德伯盆地。

在这一时期,由于频繁撞击天体的持续回落,当时月球表面上直径30公里以上陨石坑的形成频率达到1900座/亿年,而下一年代则为390座/亿年。结果共形成了1330座类似大小的陨坑。

当时的火山活动强度尚不得而知,也许该时期的一些月海区域已被撞击溅射物掩埋了。

详细的酒海纪地貌大部分位于月球正面东部和月球背面的一些区域中。

地球上现有的酒海纪月岩样本取自三座月海:酒海盆地(阿波罗16号,值得商榷)、澄海(阿波罗17号)和危海(阿波罗20号)。

与地球地质期关系

由于地球上很少甚至不存在对应于月球前酒海纪时期的地质资料,前酒海纪至少被用于一项著名的科学工作-用来作为划分地球冥古宙的一项标准。



早雨海世

早雨海纪是月球地质时代中的第一阶段,指从45亿5千万年前(月球初步形成时期)至39亿2千万年前(酒海形成于陨石撞击)的这段时期。紧随它之后的是酒海纪。

该时期的上下界限标志是以二座最年青的大型月球撞击盆地的出现而确定:雨海盆地的形成为开始端(38.7-37.5亿年前,最新数据为39.38亿年± 0.04亿年前),东方海盆地形成为结束(3.8-3.72亿年前)。根据这二座盆地所包含的早雨海纪撞击喷发物,该时期开始于创建第一座盆地的撞击,结束于第二座盆地的溅射物堆积的时候。其他占据月球正面大部分地区的大型盆地(如危海、静海、澄海、丰富海及风暴洋等)也都形成于该时期。这些盆地绝大部分都在随后的晚雨海纪期被熔岩覆盖。早雨海纪前面是酒海纪。1987年美国地质学家唐纳德·威尔森(Donald Wilhelmsen)提出将雨海纪阶段划分为早雨海世和晚雨海世时代。

早雨海纪对象的确定

早雨海纪时代并没有持续多久,它形成的陨石坑很难与酒海纪和晚雨海世相区别。

陨石坑中标志该时期开始和结束的覆盖层和溅射物-雨海盆地和东方海盆地的溅射物显示了它们的可靠年龄。如果陨石坑的地表形成于盆地第一次的溅射物并被第二次的溅射物覆盖,则它就属于早雨海纪时期。但并非所有的陨石坑都能看到至少一种溅射物覆盖层。

陨石坑的年龄也可通过后的受的撞击破坏程度来测量,如果陨石坑看上去对酒海纪来说太看年轻,且部分被相对较老的月海淹没,则它就更像是早雨海纪的;另一种确定天体表面年龄的重要方法是计算在它们存续期内所积累的撞击坑数量。早雨海纪时期直径≥1公里的撞击坑分布密度介于22000-48000个/百万公里2;直径≥20公里的撞击坑密度在18-33个/百万公里2以内。

雨海和东方海撞击盆地溅射物覆盖面积巨大,这些降落的溅射物环盆地放射状地形成了众多的山脉、链坑、凹陷和次生坑。环雨海盆地周边的这些地貌尤其巨大而清晰,它们被称为雨海刻纹;东方海盆地溅射物则形成了赫维留斯环状平原。

该时期形成的对象

月球的这一短暂地质期除形成了这些盆地外,还有许多突出的对象,另外,更有一些已被东方海的溅射物以及下一时代密集爆发的熔岩所遮盖。这一时期主要的地质特征有:早雨海世的二大盆地、位于月球背面的薛定谔环形山和康普顿环形山。月球正面该时代首座最大的陨石坑-勒特罗纳环形山以及阿尔扎赫尔环形山和马克罗比乌斯环形山;月球背面的基勒、罗蒙诺索夫、卡尔平斯基(Karpinskiy)、多普勒、代达罗斯、马可尼等大型陨石坑。总计在这一期间大约共形成了200座直径大于30公里的陨石,产生这些陨坑的撞击频率大约每百万年3900座,相当于4倍于酒海纪以上,10倍于晚雨海世以上。

早雨海世有无月海现不得而知,也许,它们就被保存在风暴洋和云海玄武岩层下,东方海盆地的溅射物也可能隐藏了该时期的另一些月海。

也许,在月球的早雨海世期也发生过火山活动或其它类型的构造-在大陆地区形成小型穹丘和大陆岩石平原。

和地球地质时代的关系

由于地球上很少甚至根本没有对应月球早雨海纪时期跨度的地质证据存在,但在有关地球地质史划分的研究中,早雨海世被对应于非官方所定的冥古宙期。



晚雨海世

晚雨海世属于月球地质年代中雨海纪的后半段,起始于38-37.2亿年前,终止于32.4-31.1亿年前,持续时间约5-7亿年。其下限标志为大面积散布的东方海盆地溅射物,它们与已发现的比它更老或更年轻的地层相重叠,但地层的上限年龄基准目前还没有,根据一项提议,可通过陨石坑地表的倾斜度来确定(该时期直径小于<240 ± 10 米的陨坑,其内侧壁平滑倾斜率接近1°)。

正是在这一期间,月球撞击盆地底部部分被下层的地幔熔化并被玄武岩漫塞。由于早雨海世的撞击,月球的岩石层变薄,导致地幔因上层压力骤减而上升,熔化了接近月表的的地层;同时,由于隔热覆盖层的减少,上涌的岩浆穿透了地壳。晚雨海世是月球表面熔岩四溢的时代,这一时期的月球,其三分之二是由看成不见的月海表面所构成。大部分从月球带回地球研究的月岩样本都来自这一时代。

该时期月球上一些极大的陨石坑:
在月球正面:已被掩没的虹湾、洪堡环形山、柏拉图坑、薛定谔环形山、波希多尼环形山、皮科洛米尼环形山、施吕特环形山、阿特拉斯陨石坑、阿基米德陨石坑、拉彼鲁兹环形山、黑尔环形山。
在月球背面:齐奥尔科夫斯基环形山、安东尼亚第环形山、艾托肯环形山、居里环形山、普朗克环形山、柯瓦列夫斯卡娅环形山、朗格马克环形山、詹纳环形山和其它等等。

一种确定的天体表面具体年龄的重要方法,就是计算这些区域在存续期间所积累的陨石坑数量。晚雨海世月球表面直径大于1公里的撞击坑密度为2500至22000个/百万公里2,直径大于20公里撞击坑约28个/百万公里2。

月球这段地质期相当于地球上太古宙的后半期。



爱拉托逊纪

爱拉托逊纪(Eratosthenian period)是月球地质年代中从32亿年前至11亿年前间的一段时期,处于晚雨海世和哥白尼纪之间。它的名称取自该时期典型的撞击坑-厄拉多塞陨石坑。跨度范围,特别是上限尤为清晰明确,开始于31.1-32.4亿年前,而终结期最普遍的看法是介于11-22亿年前之间,其标志则是哥白尼环形山的出现。

爱拉托逊纪期限的界定:
起点:月球主要地貌为月海地形,所有大于确定尺寸的陨石坑,尚未被撞击的陨石轰平,即:这些区域中直径大于240±10米的陨石坑,其内侧壁坡倾斜率为1°。
终点:通常所认为的古老陨石坑仍保留有射纹系统,但事实上该界限尚无明确的定义。它的定义很复杂,因为,不仅有已发现的陨石坑年龄问题,而且不同情况下射纹线的消失速率也不同。(另请参阅哥白尼纪)。

爱拉托逊纪是1962年由月球现代地质史划分创始人尤金·舒梅克和罗伯特·哈克曼(Robert Hackman)所提出。

爱拉托逊纪对象年龄确定

通常认为爱拉托逊纪的陨石坑保存完好,但缺乏明亮的辐射纹,但这种方法的主要缺陷是不同情况下辐射纹的消失速率差异极大。

另一种确定天体表面具体年龄的重要方法,是计算这些区域在存续期内所积累的陨石坑数量。爱拉托逊纪的月海上,直径大于1公里的陨石坑分布密度处于750-2500座/百万公里2范围内。此外,也通过陨石坑的破坏程度来判定表面年龄。

该时期形成的地貌

在爱拉托逊纪,频繁的天体撞击和月球自身的地质活动已经熄灭,在此期间漫溢的熔岩构成了现在三分之一的月海区(月球表面的5%)。大部分的熔岩都分布在月球正面的西半部并富含钛元素,放射性略高且色调偏蓝。最主要的陆地位于风暴洋和汽海之中、雨海和冷海的西侧以及澄海、湿海、云海、史密斯海、界海的一些地方;熔岩覆盖了大陨石坑格里马尔迪环形山、柏拉图坑和赫拉克勒斯坑(Hercules)。

这一时期没有新的撞击盆地形成,之后也没再出现。但较小的陨石坑不断累积,它们大多保存完好,但缺乏亮度和辐射纹。在此期间总计约形成90座直径30公里以上的大陨石坑,其中:
月球正面的有:163公里的豪森环形山、142公里的毕达哥拉斯环形山、127公里的朗伦环形山、111公里的莫雷环形山、110公里的西奥菲勒斯环形山、85公里的杰米纽斯环形山(Geminus)、87公里的亚里士多德环形山、78公里的法布里休斯环形山、70公里的维尔纳环形山、68公里的普卢塔克环形山(Plutarch)、69公里的赫拉克勒斯环形山、60公里的布利奥环形山、58公里的厄拉多塞陨石坑等等;
月球背面的有:82公里的伯克兰环形山、77公里的摩尔斯环形山、65公里的里科环形山(Ricco)、81公里的奥尔科特环形山、67公里的柯克伍德环形山(Kirkwood)、72公里的芬森环形山、70公里的欧玛尔·海亚姆环形山、62公里的莫伊谢耶夫环形山。

在此期间形成的岩石层,被称为“爱拉托逊系统”,阿波罗12号带回了该时期的岩石样本-爱拉托逊早期(31-33亿年前)的风暴洋月海熔岩。

爱拉托逊纪对应于地球上由新太古代(太古宙)、古元古代、中元古代(元古宙)所组成的这一大段时期。



哥白尼纪

哥白尼纪(Copernican period)是最年轻的月球地质年代,紧随爱拉托逊纪延续至今,时间跨度为11亿年。该时期的突出特征就是类似哥白尼环形山的带辐射纹的撞击坑的出现。随着时间的推移,这些辐射纹逐步消失,所以它们只是年轻的陨石坑。在此期间,月球的其他表面特征几乎没有产生,因为对大型地质活动来说,月球内部已变得过冷。

哥白尼纪的起始时间非常不确定,最初天文学家使用撞击坑周围明亮的辐射纹的存在来定义其起点。但事实上,不同情况下辐射纹消失速率并不相同。很可能其下限期一定是位于12.5-22亿年前范围内。目前宽泛估计的时间为11亿年-21亿年前之间,有理由相信该界限约为7.5亿年前(岩石在辐射作用下变色的时间长度),这种情况下的哥白尼环形山的年龄将不是哥白尼纪的起点。然而,有证据表明,所说的持续时间可以在25-32亿年之间变化(辐射纹存在的时间可能能更持久)。

月球的哥白尼纪,是1962年由现代月球地质史划分创始人尤金·舒梅克和罗伯特·哈克曼(Robert Hackman)所提出。

哥白尼纪时期的月球较好地保存了月球上年轻地质事件的痕迹,相对而言,哥白尼纪是月球地质活动最弱、规模最小的时期,一般认为月球表面自约31亿年以来再无明显的构造活动,即哥白尼纪基本无明显的岩浆与构造活动。哥白尼纪地层主要为年轻撞击坑形成的角砾岩与射纹物质,即哥白尼纪撞击事件形成的物质,是月球最年轻的地质单元,其最典型的特征是具有完整而明亮的呈发散状的辐射纹系统。辐射纹是以撞击坑为中心呈射线状向四周辐射,由大量细小撞击坑溅射物、次生坑、坑群及其溅出物等组成,其中包括撞击坑的二次或三次连续撞击作用形成的辐射状的坑链。辐射纹在撞击坑边缘地带不一定是连续的分布,常穿过多种地形地貌,与撞击坑中心垂直并呈跳跃状,辐射纹物质主要成分为松散的细粒岩石碎屑、角砾粉末、玻璃质碎块及少量陨石物质等。辐射纹物质在可见光波段的反射率比周围其他物质高得多。

哥白尼纪撞击坑稀疏的分布在整个月球上,虽然总数很少,但是显著的辐射纹使其非常明显,但是也有一些哥白尼纪撞击坑的辐射纹非常暗淡。

哥白尼纪时期最大的陨石坑有,位于月球正面的哥白尼环形山、第谷坑、欧多克索斯环形山、斯蒂维纽斯环形山、哈尔帕卢斯陨石坑、斯坦因陨石坑、祖基乌斯环形山(Zucchius)、卡彭特环形山、菲洛劳斯环形山、海因环形山以及月球背面的金陨石坑、沙罗诺夫环形山、奥戴环形山、杰克逊环形山、瓦维洛夫环形山(Vavilov)和罗伯逊环形山等。

月球上所有直径50米的撞击坑都属于哥白尼纪,因为这种尺寸的更老陨坑都已损毁。



地层单位

地层单位在地层学中是指根据岩层的不同特征或属性将其划分成的不同单位。由于划分依据的不同,可分为岩石地层单位、年代地层单位、生物地层单位等。

地层单位

岩石地层单位

岩石地层单位根据岩石学特征进行划分,包括:
超群(Supergroup):两个或两个以上相邻群的组合
群(Group):两个或两个以上相邻组的组合
组(Formation):岩石单位系统的基本单位
段(Member):组内的岩石实体
层(Bed):组内或段内的独特岩层

年代地层单位

年代地层单位根据地层形成的时代进行划分,并与地质年代相对应,包括:
宇(Eonothem):最大的年代地层单位,与地质年代的的“宙”对应
界(Erathem):与地质年代的“代”对应
系(System):与地质年代的“纪”对应
统(Series):与地质年代的“世”对应
阶(Stage):年代地层的基本单位,与地质年代的“期”对应
时带(Chronozone):最小的年代地层单位,与地质年代的“时”对应

生物地层单位

生物地层单位是以生物化石为依据进行的划分,包括以下类型:
延限带(Range zone):特定的化石从出现到消失所占用的地层
间隔带(Interval zone):两个生物地层面间的包含化石的地层
种系带(Lineage zone):进化种系中特定片断化石标本的地层
组合带(Assembleage zone):特定的化石组合所占有的地层
富集带(Abundance zone):特定化石最为繁盛的地层

磁性地层单位

磁性地层单位是以岩石磁学性质为依据进行的划分,基本单位为极性带(Polarity zone)。此外还可分为极性超带、极性亚带等。

其他地层单位

除上述几种常用的地层单位外,还中根据划分依据的不同,建立化学地层单位、生态地层单位、地震地层单位、矿物地层单位、构造地层单位等。





前寒武纪

前寒武纪(英语:Precambrian)是地质年代中,对于显生宙之前数个宙(eon)的非正式涵盖统称,原本正式的名称是隐生宙或隐生元(Cryptozoic eon),但后来拆分成冥古宙、太古宙与元古宙三个时代。开始于大约45亿年前的地球形成时期,结束于约5亿4200万年前,大量的肉眼可见的硬壳动物诞生之时。

尽管前寒武纪占了地球历史中大约八分之七的时间,但人们对这段时期的了解相当少。这是因为前寒武纪少有化石纪录,且其中多数的化石,如叠层石,只适合用来作生物地层学研究。此外,许多前寒武纪时期的岩石已经严重变质,使其起源变得晦涩不明。而其他的要不是已经腐蚀毁坏,就是还埋藏在显生宙地层底下。

大约在45亿年前左右,原始的地球从环绕太阳的物质之中聚集而成。不久之后可能又因为小行星(大小如火星)的撞击,而分离出月球(参见大碰撞说)。一开始地球表面皆为岩浆覆盖,稳固地壳则大约出现于44亿年前。目前已知最古老的岩石发现于澳洲西部,放射性分析显示一块锆石结晶已有大约44亿400万年历史。

前寒武纪的生命

目前并未明了生物究竟起源于何时。在格陵兰西岸海外群岛曾发现一些古老石头,内含38亿年前的碳,可能是早期的有机物。此外在澳洲西部有一些保存良好的细菌,年代已超过34亿6000万年。目前已知最早的复杂多细胞生命型态,可能出现于大约6亿年前;而世界各地有许多5亿4200万年前到6亿年前之间的软体无壳动物化石,称为埃迪卡拉生物群(Ediacaran biota)。至于硬壳动物则出现于前寒武纪结束之后。

大约在5亿4400万年前,也就是前寒武纪的结尾,出现了许多不同型态的动物。这些动物群统称为小壳动物群(small shelly fauna),目前所知有限。寒武纪的极早期发生了寒武纪大爆发(生命型态的快速分化与数量增加),导致伯吉斯动物群(Burgess fauna)的出现。

前寒武纪各时期

前寒武纪中包含有成铁纪、层侵纪、造山纪、固结纪、盖层纪、延展纪、狭带纪、拉伸纪、成冰纪与埃迪卡拉纪。之后的下一个时期寒武纪,则是显生宙里的第一代(era)第一纪(period)。地球上已知最早的锆石结晶经测试已有44亿年历史。其他隐生宙岩石纪录有些来自月球或陨石。



冥古宙

冥古宙(Hadean)是太古宙之前的一个阶段,分为隐生代、盆地群代、酒神代和雨海代。开始于地球形成之初,结束于38亿年前,但依据不同的文献可能有不同的定义。冥古宙最初是由普雷斯顿·克罗德(Preston Cloud)于1972年所提出的,原本是用来指已知最早岩石之前的时期。冥古宙的最后一个代对应为月球地质年代中的早雨海世,以月球的东海撞击事件为结束时间(约为38.4亿年),这也是内太阳系的后期重轰击期的结束标志。在整个冥古宙,地球从46亿年前形成,从一个炽热的岩浆球逐渐冷却固化(计算表明仅需1亿年),出现原始的海洋、大气与陆地,但仍然是地质活动剧烈、火山喷发遍布、熔岩四处流淌,在41亿年前到38亿年前地球持续遭到了大量小行星与彗星的轰击,根据同时期月球撞击坑推算(月球面对地球的那一面的大部分大型盆地如危海、宁静海、晴朗海、肥沃海和风暴海也都是于此一时期撞击形成的),地球遭遇了:
形成22000个或者更多的直径大于20公里的撞击坑;
形成约40个直径约1000公里的撞击盆地;
形成几个直径约5000公里的撞击盆地;
约每100年造成严重的环境破坏。

冥古宙在38亿年前结束后,内太阳系不再有大规模撞击事件,已知的地球最古老的岩石(位于北美克拉通盖层的艾加斯塔片麻岩及西澳洲那瑞尔片麻岩层的杰克希尔斯部分)也定年在38亿年前。

细分

因为这个时期的岩石几乎没有保存到现在的,所以并没有正式的细分。但月岩从40多亿年前就比较好的保存下来,因此月球地质年代的某些主要划分可参照用于地球的冥古宙划代。

冥古宙的岩石

在20世纪90年代,地质学家从格陵兰西部、加拿大西北部和西澳大利亚州里确认到了某些冥古宙末期的岩石。现已知最早岩石的结构(依苏阿绿岩带)是由格陵兰有着约38亿年历史的沉积层,混著一点贯穿了岩石的火山岩脉所组成。零散的锆石结晶沉积在西加拿大和西澳的杰克山中的沉积物里,最早的约有四十四亿年之久的历史-非常接近地球形成的推测时间。

格陵兰的沉积层中含有带状铁矿的地层。里面可能含有有机碳,且这意味着那时很有可能已经出现可行光合作用的生命。对此也有很大的争议,有的研究者认为比较可靠的定年应是36亿年前。但已知最古老的化石(于澳洲)是在那时的数亿年之后。

大撞击后期发生于冥古宙中,且对地球和月亮产生影响。

大气层和海洋

在形成地球的物质当中,曾经存在过大量的水。在地球的形成时期,其质量比现在的小,水分子也就更容易挣脱重力。据推测,当时氢气和氦气在大气层中持续不断地逸散,然而,现时大气中高密度的稀有气体却相对缺乏,这表明,在早期大气层中可能发生过什么剧变。

有理论认为,在地球的年轻时期,它的一部分曾受过撞击而分裂,分裂出去的部分后来形成了月球。然而在这种说法下,撞击应该会令一到两个大区域融化,现时的组成成分却与完全融化的假设并不相符,事实上也很难将巨大的岩石完全融化并混在一起。不过相当一部分的物质仍被此次撞击所蒸发,在这颗年轻的行星周围形成了一个由岩石蒸汽组成的大气层。岩石蒸汽在两千年间逐渐凝固,留下了高温的易挥发物,之后有可能形成了一个混有氢气和水蒸气的高密度二氧化碳大气层。另外尽管当时表面温度有230℃,但液态的海洋依然能够存在,这得益于CO2大气层带来的高气压。随着冷凝过程继续进行,海水通过溶解作用除去了大气中的大部分CO2,不过其含量水平在新地层和地幔循环出现时产生了激烈的震荡。

对锆石的研究发现,液态水必然已存在四十四亿年之久,非常接近地球形成的时刻。这需要有大气层的存在。



隐生代

隐生代是一个非正式地用来指地球和月球地质演化的最早一个时期。它是冥古宙的最早一代,并一般被承认开始于近45亿6717万年前,地球和月球形成时。不存在模型来描述月球上从隐生代至接下来的盆地群代之间是如何过渡的(另见前酒神代),但有时会以41亿5千万年前做为其中一个或两个星体此一时期的结束。不只这个时期,并连冥古宙的其他子分类也都没有被国际地层委员会正式地承认。

此一时期是很隐讳的,因为只存在着极少的地质资料。大多数的地形和岩石大概在初碰撞期时就已经被摧毁,或因板块移动的持续影响下而消失掉。吸积成地球、其内部的物质分离以及融化的地表凝固都是发生在隐生代时。假想中形成月球的大碰撞也是发生在此一时期。现知最古老的矿石亦出现于隐生代时。



盆地群代

盆地群代是指月球地质时代中前酒神代的九个非正式的时代区分。

定义

创建一个盆地群代分类的原因是为了要将30个前酒神代因陨石碰撞而形成的盆地分成9个相对的时代类群。每个类群的第一个盆地的相对时代是基于陨石坑的密度与重叠关系而订的,而其他的盆地则依较淡的地面来决定包含在哪个时代。盆地群1并没有正式的时代定义,而盆地群9与酒神代之间的分界则是以酒神海形成的时间来定义的。

酒神海形成的时代是有着一点的争议的,通常会将其指为39亿2千万年前,但比较不常地,也有指说是38亿5千万年前的。但最近,有研究推测酒神海的形成时代实际上可能更古老,远在41亿年前。盆地群代并没有被任何一个美国地质调查局月球地质图用来做为一个地质时代。盆地群1至9,以及较早(非正式)的隐生代一起被称为前酒神代。

和地球地质时代的关系

因为很少甚至没有什么月球前酒神代时的地质资料存留在地球上,前酒神代被至少一个著名的科学工作用来做为区分地球冥古宙的一个准则。尤其,有些时候可以发现冥古宙被区分成隐生代、盆地群1-9(前述被合称为前酒神代)、酒神代和早雨海代。第一个可以自行复制RNA分子的生命型态可能早在四十亿年前的这个时期便开始演化了(参见RNA世界学说)。



雨海代

在月球地质时代里,雨海代发生于38亿5千万年前至38亿年前之间,接续于酒海纪之后,内太阳系后期重轰击期的结束即在此一时期。

早雨海世是形成雨海的撞击发生在此一时期刚开始的时候,其他占了月球面对地球那一面大部分地区的大盆地(如危海、宁静海、晴朗海、肥沃海和风暴海)也都是于此一时期形成的。充满玄武岩的盆地则大多是在接下来的晚雨海世时形成。

晚雨海世的时间跨度为东海撞击事件到特定尺寸(DL)的撞击坑被侵蚀过程湮没的时间。东海撞击事件的发生时间由于没有取样,因而不能直接确定。但应早于37.2亿年(基于早雨海世的月海玄武岩的年代)并可能上推到38.4亿年(基于东海溅射物上撞击坑的尺寸-频度分布)。大约三分之二的充填月海的玄武岩喷出发生在晚雨海世。

和地球地质时代的关系

因为很少甚至没有什么月球前酒神代时的地质资料存留在地球上,雨海代被至少一个著名的科学工作用来做为区分地球冥古宙的一个准则。



太古宙

太古宙(英语:Archean)是地质年代中的一个宙。

太古宙起始于内太阳系后期重轰炸期的结束(对月岩的同位素定年确定为38.4亿年前),地球岩石开始稳定存在并可以保留到现在。太古宙结束于25亿年前的大氧化事件把甲烷为主的还原性的太古宙原始大气转变为氧气丰富的氧化性的元古宙大气,从而导致了持续3亿年的地球第一个冰河时期——休伦冰河时期。

太古宙时期有细菌和低等蓝菌存在。生物源叠层石可定年到35亿年前。

太古宙属于前寒武纪,上一个宙是冥古宙,下一个宙是元古宙。太古宙包括了始太古代、古太古代、中太古代、新太古代。

定义

太古宙以最古老的岩石为定义,大约距今40亿年。更早的时期则定义为冥古宙。因此,若更早的岩石被发现,太古宙的定义即可往更古时代推,冥古宙则会被缩短。

地质

太古宙开始时,地球的热流是目前的三倍。太古宙结束时,地球的热流是目前的两倍。这些热量来自于行星吸积形成地核释放出的引力势能与当时丰度更高的放射性元素衰变热。

现存的太古宙岩石都是变质岩或火成岩。火山活动极其猛烈、普遍,甚至喷出罕见的科马提岩。残留至今的太古宙地壳以花岗岩结晶为主。例如大面积熔岩或深成岩如花岗岩、二长岩、闪长岩、斜长岩、讃岐岩等。

太古宙早期的地球可能有不同于现今形态的板块活动。一些学者认为当时地球的温度过高,板块活跃,因此板块回收循环更快。这阻碍了克拉通的形成直至地幔降温对流减缓。另外的学者认为大洋岩石圈的浮力大以至于不能俯冲消减。而太古宙岩石的缺少是由于后来地质侵蚀作用。

一派地质学家认为没有大型大陆地壳的存在直至太古宙末期,小型的原大陆(protocontinent)由于当时剧烈的地质活动不能联合在一起。另一部分地质学家以Richard Armstrong为代表,认为地球五亿年时就有了现在规模的大陆,此后大陆地壳消减入地幔与新生保持着平衡。

怀疑大陆存在的学者认为,长英质大陆板块形成于地幔热点而不是俯冲带。部分熔融的铁镁质通过底辟作用侵入洋壳产生中性或长英质岩石。 其他学者认为花岗质形成于俯冲带或聚合板块边缘的地质活动,并在太古宙之初就开始了。

天体物理学家计算得到青年太阳黯淡悖论,太古宙时期太阳的辐射热量输出仅为70–75%,但当时地球表面温度不低于目前水平。造成地球温室效应的原因仍没有公论。由于较少的陆地与云层覆盖,地球反照率可能更低。

太古宙存在液态水,可以从沉积原岩深度变质而形成的片麻岩得以确证。

太古宙末期,板块构造活动可能已经类似于现今的地球。有完好保存地沉积盆地,以及火山弧、陆内裂谷、陆陆碰撞、全球范围的造山运动等证据暗示超大陆的形成与解体的循环。大洋盆地存在的证据可以从条带状铁矿、燧石矿床、化学沉积、枕状玄武岩得以证实。

地球表面发现的最古老岩石形成于太古宙早期。在格陵兰、加拿大地盾、蒙大拿与怀俄明(属于怀俄明克拉通)、波罗的地盾、苏格兰、印度、巴西、西澳大利亚、南非都有发现。太古宙岩石仅覆盖了当今全世界的克拉通大约7%面积。即使考虑此后的侵蚀与解体,仅有5-40%的现今大陆地壳是在太古宙形成的。



始太古代

始太古代(英语:Eoarchean),是太古宙的第一个代,前一个是早雨海代,后一个是古太古代,时间介于40~36亿年之间。

在地质学历史上,始太古代是指地球表面凝固的最早时期。它在古太古代之前、早雨海代之后。这个时期大气压大概是10到100个大气压。



古太古代

古太古代是太古宙的第二个代,前一个是始太古代、后一个是中太古代,时间介于36~32亿年前。

此时出现第一批蓝绿藻,也是最古老的化石年代。



中太古代

中太古代是太古宙的第三个代,前一个是古太古代,后一个是新太古代,时间介于32~28亿年之间。这一段时期是以计时学定义,而非地球的特定岩层。在澳洲的化石纪录显示叠层石在这个年代开始出现。朋哥拉冰河时期发生于29亿年前。目前理论上存在的第一个超大陆瓦巴拉大陆在冰河期间的28亿年前分裂。



新太古代

新太古代,是太古宙的最后一个代,前一个是中太古代,后一个是元古宙的古元古代,新太古代的年代大约在28~25亿年之间。

新太古代早期出现了地球形成以来的第一次冰河期,并延续5亿年,也就是28~25亿年之间。



元古宙

元古宙(Proterozoic,符号PR),又称元古代、原生代,是地质时代中的一个时期,开始于同位素年龄2500Ma(百万年前),结束于542.0±1.0Ma。元古宙包括了古元古代、中元古代、新元古代。元古宙属于前寒武纪(也是元古宙较不正式的名称),上一个宙是太古宙,下一个宙是显生宙。

Proterozoic是希腊语词根protero-,意思是更早(former, earlier)与zoic-,意思是动物(animal, living being)。

生物

元古宙早期大气的氧气含量逐步提高,但在地表还原性物质如铁、硫氧化耗尽之前,氧气占比不会很高。23亿年前,大气中氧气含量仅为1%-2% 。这一过程持续至19亿年前条带状铁沉积停止,并在8.5亿年前陆壳完成氧化,大气中氧含量才开始暴增。这个时期已经发现了许多菌类、藻类植物化石和古代微生物化石,因此也被称为“菌藻时代”。在元古宙末期的埃迪卡拉纪生物大爆发,软体多细胞生物大量涌现,开始出现了腔肠动物、环节动物和节肢动物,但这些动物都没有坚硬的骨骼,所以化石上只是留下印痕等遗迹。

大气

元古宙中期发生了全球性的大冰期,世界各地都发现了冰川遗迹。元古宙末期的成冰纪的雪球地球。

新元古代至少有四次全球冰期,如Marinoan glaciation、Sturtian glaciation.

地质

元古宙也曾发生广泛的地壳运动,在前期是地球主要的造山时期。在中国北方为吕梁构造期。元古宙时期的地层中蕴藏有丰富的铁矿、铜矿和稀土金属矿物。元古宙时期全球大陆继续增生。元古宙开始了超大陆旋回。现代大陆地壳的43%形成于元古宙,39%形成于太古宙,仅18%形成于显生宙。对花岗岩放射性定年表明,元古宙有五次大陆增生时期,但规模一次比一次小。

元古宙地层比较完整,较少变质,陆间海沉积分布广泛。

元古宙前半时间占支配地位的是哥伦比亚大陆。形成于20亿-18亿年前,在13亿年前解体。罗迪尼亚大陆存在于新元古代(11.5亿到7亿年前),以劳亚大陆(今北美大陆)为核心,格林威尔造山运动形成了阿巴拉契亚山脉。



古元古代

古元古代(英语:Paleoproterozoic,符号PP)是地质时代中的一个代,开始于同位素年龄25亿年前(Ma),结束于16亿年前(Ma)。而古元古代期间蓝藻、细菌非常繁盛。

古元古代属于前寒武纪元古宙,上一个代是新太古代,下一个代是中元古代。古元古代包括了成铁纪、层侵纪、造山纪、固结纪。



成铁纪

成铁纪(Siderian,符号PP1)是地质时代中的一个纪,开始于同位素年龄2500±0百万年(Ma),结束于2300±0Ma。

成铁纪的名称来自于希腊语sideros“铁”,因这个时期是世界上形成特大型铁矿田,出现硅铁建造的主要时期,故名。其原因是大氧化事件,地球原始大气中还原性的甲烷被氧气所取代,导致铁元素的氧化沉淀,从而形成了众多铁矿床。然而在中国大陆,此时却并不发育硅铁建造。

成铁纪期间蓝藻、细菌繁盛。

成铁纪属于前寒武纪元古宙古元古代;成铁纪的下一纪为层侵纪。



层侵纪

层侵纪(Rhyacian,符号PP2)是地质时代中的一个纪,开始于同位素年龄2300±0百万年(Ma),结束于2050±0Ma。

层侵纪期间蓝藻、细菌繁盛。

层侵纪属于前寒武纪元古宙古元古代;层侵纪的上一纪为成铁纪,下一纪为造山纪。



造山纪

造山纪(Orosirian,符号PP3)是地质时代中的一个纪,开始于同位素年龄20亿5000万年前,结束于18亿年前。

造山纪期间蓝藻、细菌繁盛。

造山纪属于前寒武纪元古宙古元古代;造山纪的上一纪为层侵纪,下一纪为固结纪。



固结纪

固结纪(Statherian,符号PP4)是地质时代中的一个纪,开始于同位素年龄1800±0百万年(Ma),结束于1600±0Ma。

固结纪期间蓝藻、细菌繁盛。

固结纪属于前寒武纪元古宙古元古代;固结纪的上一纪为造山纪,下一纪为盖层纪。



中元古代

中元古代(英语:Mesoproterozoic,符号MP)是地质时代中的一个代,开始于同位素年龄1600百万年(Ma),结束于1000Ma。

中元古代期间蓝藻、褐藻发育,出现大型宏观藻类。

中元古代属于前寒武纪元古宙,上一个代是古元古代,下一个代是新元古代。中元古代包括了狭带纪、延展纪、盖层纪。



盖层纪

盖层纪(Calymmian,符号MP1)是地质时代中的一个纪,开始于同位素年龄1600±0百万年(Ma),结束于1400±0Ma。

盖层纪期间蓝藻、褐藻发育,出现大型宏观藻类。

盖层纪属于前寒武纪元古宙中元古代;盖层纪的上一纪为固结纪,下一纪为延展纪。



延展纪

延展纪(Ectasian,符号MP2)是地质时代中的一个纪,开始于同位素年龄1400±0百万年(Ma),结束于1200±0Ma。

延展纪期间蓝藻、褐藻发育,出现大型宏观藻类。

延展纪属于前寒武纪元古宙中元古代;延展纪的上一纪为盖层纪,下一纪为狭带纪。



狭带纪

狭带纪(Stenian,符号MP3)是地质时代中的一个纪,开始于同位素年龄1200±0百万年(Ma),结束于1000±0Ma。

狭带纪期间蓝藻、褐藻发育,出现大型宏观藻类。

狭带纪属于前寒武纪元古宙中元古代;狭带纪的上一纪为延展纪,下一纪为拉伸纪。



新元古代

新元古代(Neoproterozoic,符号NP)是地质时代中的一个代,开始于同位素年龄1000百万年(Ma),结束于542±0.3Ma。

新元古代期间出现化石。

新元古代属于前寒武纪元古宙,上一个代是中元古代,下一个代是古生代。新元古代包括了埃迪卡拉纪、成冰纪、拉伸纪。



拉伸纪

拉伸纪(Tonian,符号NP1)是地质时代中的一个纪,开始于同位素年龄1000±0百万年(Ma),结束于850±0Ma。

拉伸纪期间首次出现大型具刺疑源类。

拉伸纪属于前寒武纪元古宙新元古代;拉伸纪的上一纪为狭带纪,下一纪为成冰纪。



成冰纪

成冰纪(Cryogenian,符号NP2)是地质时代中的一个纪,开始于同位素年龄850±0百万年(Ma),结束于630(+5/-30)Ma。

成冰纪期间出现雪球地球事件,为生物低潮。整个成冰纪,地球处于冰河时期,被称为“成冰纪冰河时期”。

年代简介

成冰纪属于前寒武纪元古宙新元古代;成冰纪的上一纪为拉伸纪,下一纪为埃迪卡拉纪。成冰纪分为Sturtian、Varangian、Smalfjord、Mortesnes。

成冰纪时期(Cryogenian Time),地球曾经发生过几次冷却事件,在当时冰川覆盖了地球表面大部分的面积。有些理论学说提出这些冷却事件应该是当时地球的冰河时期,因为跟地球经历过的冰河时期有点类似(指地质时间),或许当时的气候更加寒冷。

重大事件

有理论学说认为成冰纪当时整个地球冻成一个类似固体形态的巨型雪球。要得知这些寒冷时期的最佳的证据便是地球曾经有过一段很长的寒冷气候(或许是周期性的冰河时期),出现雪球地球事件,时间大约发生在22亿年前,然后再次发生大约在7亿1000万年前,最后大约在6亿4000万年前。成冰纪时期的法定地质年代开始于8亿5000万-6亿3000万年前。

在扬子大陆北缘的裂谷构造环境,成冰纪岩浆侵位启动周围的地下水热液循环,岩浆岩本身由于高温水-岩反应出现18O亏损;在断裂塌陷之处出现局部地壳物质再循环,热液蚀变岩石发生重熔,从而形成低18O岩浆。显然,成冰纪时期地球上出现过岩浆热能驱动的大规模热液循环,是地质历史上“冰”与“火”之间相互作用的典型范例。

成冰纪可能是地球史上最严峻的冰期,当时可能整个地球都被冰层所覆盖。而该冰期的结束可能间接促成了后来的寒武纪生命大爆发,但这个理论仍有争议。



埃迪卡拉纪

埃迪卡拉纪

635–542百万年前

全时期平均大气O2含量      约8 Vol %    (为现代的40% )

全时期平均大气CO2含量     约4500 ppm   (为前工业时期16倍)

埃迪卡拉纪(英语:Ediacaran),又称艾迪卡拉纪、震旦纪,文德纪,是元古宙最后的一段时期。一般指6.35-5.41亿年前。学者曾用这个名字指称不同阶段,直到2004年5月13日,国际地质科学联合会(英语:International Union of Geological Sciences,IUGS)明确定义其年代,这是这个组织120年来首次对其加时期定义。最古老的动物遗迹可追溯至十亿年前,但最早的动物化石出现于约六亿年前的埃迪卡拉纪。

名字来源

埃迪卡拉动物群因为发现于南澳大利亚的埃迪卡拉山而得名。1946年,一位澳洲地质学家(Reg Sprigg)在古代的沙岩板中留意到一曾在这里发现显生宙以前的化石。研究这些化石的科学家(Martin Glaessner)认为这是珊瑚、水母和蠕虫的先驱。以下几十年,南澳大利亚还找到很多的隐生宙化石,其他各大洲也找到一些。这些化石都叫作埃迪卡拉动物。一开始,人们认为埃迪卡拉动物是寒武纪的动物,但经过仔细的观察,埃迪卡拉化石比寒武纪还久远,应属于埃迪卡拉纪。

本纪曾被一些人称为震旦纪(Sinian)。震旦纪的名称来源于中国,“震旦”是中国的古称。由于古印度人称中国为Cinisthana,在佛经中被译为震旦,故名震旦纪时至今日,中国学者仍经常这么称呼,中国教科书上一直称此纪为震旦纪。俄国人又把埃迪卡拉纪称为文德纪,他们在这一时期的地层中又发现了一些古线虫动物的化石。

埃迪卡拉生物群

埃迪卡拉生物群(英语:Ediacaran biota)是1946年发现于澳大利亚南部埃迪卡拉(英语:Ediacara)山地的末远古系庞德石英岩中的化石群,这类化石群已在世界30多个地点被发现。

特征

埃迪卡拉动物和今天的大多数动物不同,它们既没头、尾、四肢,又没嘴巴和消化器官,因此它们大概只能从水中摄取养份。大多的埃迪卡拉动物固着在海底,和植物十分相近,其他的则平躺在浅海处,等待营养顺水流而送上门来。埃迪卡拉动物化石出土越多,反而越没有规律。有几种化石比较像后来动物的先驱。

例子

加尼亚虫(学名:Charnia)、斯瓦特虫(Swartpuntia)、狄更逊水母(Dickinsonia)、古线虫(Paleolina)、皱节虫(Sabellidites)等。

虽然在埃迪卡拉纪出现了很多的生物,但在埃迪卡拉纪末期,埃迪卡拉动物分成两支,它们有的成功演化成更有活力,更具进攻性的动物,有的则走向灭亡。而它们的特征也永远消失于历史舞台上。



埃迪卡拉生物群

埃迪卡拉生物群(英语:Ediacaran biota)又称艾迪卡拉生物群,是一种神秘的管状或叶状的生物,生活在前寒武纪时代(6亿3500万年前-5亿4200万年前)。它是人类发现最早的多细胞生物。最早的化石在1946年发现于澳大利亚南部埃迪卡拉(Ediacara)山地的末远古系庞德石英岩中的化石群,因而得名。这类化石已在世界30多个地点被发现。

简介

这类生物主要是刺胞动物,包括水母类和海鳃类,其次是三叶动物、盾形动物、多孔动物、环节动物、节肢动物、栉水母动物等。这些动物体型独特,一般较大,个别长达1米以上,没有发现消化器官。身躯往往扁平,可能生活于浅海近岸的水中。德国古生物学家赛拉赫(A.Seilacher)认为这是一类由多分区相互缠结或缝合的扁平体组成,用液体支持身躯,扩大体表面积,以获取氧气。

其化石广布全球,存在于埃迪卡拉纪(6亿3500万年前-5亿4200万年前),呈古怪的管状和藻体状,普遍不能移动。是迄今已知最早的复杂多细胞生物。埃迪卡拉生物群在成冰纪的广大冰川融化、地球回暖时首次出现,在寒武纪大爆发时迅速消失。现存动物的基本身体结构(body plan)与寒武纪大爆发中产生的生物化石纪录相符合,而非较早的埃迪卡拉纪。在后来的肉眼可见的大型生物(macroorganism)方面,寒武纪生物群完全取代了埃迪卡拉纪化石纪录中所演化出的生物。

生物

加尼亚虫(Charnia masoni)
斯瓦特虫(Swartpuntia)
狄更逊水母(Dickinsonia)
查恩盘虫(Charniodiscus)
斯普里格蠕虫(Spriggina floundersi)
古线虫(Paleolina)
皱节虫(Sabellidites)
环轮水母(Cyclomedusa davidii)
拟水母(Medusinites)
尼米亚似海葵(Nemiana simplex)
文德虫(Vendia)
金伯拉虫(Kimberella quadrata)
三腕虫(Tribrachidium heraldicum)
八臂仙母虫(Eoandromeda octobrachiata)
贵州小春虫(Vernanimalcula guizhouena)
文德带藻(Vendotaenia)
帽森拟水母(Mawsonites spriggi)
帕文柯利纳虫(Parvancorina)
Hiemalora
Ediacaria



埃迪卡拉纪末期灭绝事件

埃迪卡拉纪末期灭绝事件(英语:End-Ediacaran extinction)又称震旦纪末期灭绝事件,是一次可能发生在约5.42亿年前埃迪卡拉纪末期的大灭绝。该次事件包括疑源类生物的大型集体灭绝、埃迪卡拉生物群突然消失以及寒武纪大爆发之前的一段地球生命空白期。

前埃迪卡拉纪生物

在埃迪卡拉纪(又被称作震旦纪)的地层,有两种主要的化石种类:一种是称作埃迪卡拉生物群的软体生物,其化石被微生物残骸所形成的软垫保存了下来;另一种则是钙化生物(英语:calcifying organisms),例如具有碳酸钙骨架的Cloudina以及Namacalathus。由于这两种生物群同时突然在埃迪卡拉纪末期(约5.42亿年前)消失,他们的灭绝无法简单以原先所猜测的埃迪卡拉型保存层的关闭来解释。

后埃迪卡拉纪生物

在早寒武纪(埃迪卡拉纪刚结束)的化石纪录中,出现了生物钻洞的活动量与型态多样性同时突然的增加的现象(寒武纪基板革命)。然而,寒武纪大爆发所导致的化石增加并没有随即发生。这表示寒武纪大爆发并不是取代原先的生物群而使其灭绝。反之,与现有数据比较相符的解释是因为生态区位的空出,使后来辐射演化出的各种生物能顺利地填入相符的区位。

如果在后埃迪卡拉纪时期发现任何埃迪卡拉生物,就表示它们并非都在寒武纪开始时就绝灭了。有些属于下寒武纪的生物,如奇翼虫,一度被认为属于埃迪卡拉生物群,但这个假说如今已不再盛行。另一个可能的埃迪卡拉幸存者是Ediacaria booleyi,因为在上寒武纪地层中有发现疑似是其固着器的结构,但科学界尚未有共识。如果这真的是埃迪卡拉生物所留下的遗迹,表示其并未在本次大灭绝中完全消失。然而,反对此说者认为,这些化石实际上并不具有生物性的起源,但越来越多证据表明它应该是一个有机体(或至少是起源于生物,例如微生物菌落),只是与埃迪卡拉生物群无关。

幸存的生物种类

显然,有部分生物存活过了这次大灭绝,因此地球上的生命才得以存续至今。然而,只有极少部分的生物种类在埃迪卡拉纪-寒武纪交界带两侧被同时发现。其中一种是凝集的有孔虫门生物Platysolenites。其他明显的幸存者,例如奇翼虫,被重新解释为与埃迪卡拉生物群无关。

地质化学证据

在埃迪卡拉纪末期地层中,出现了一个负的δ13C偏差讯号。这是一个时常伴随着大灭绝发生而出现的地质化学讯号。

沉积证据

这段时期的地质纪录中,有黑色页岩沉积的增加,表示著全球性的缺氧。这可能是全球性海洋环流的变化所造成的。



化石

化石是存留在岩石中的古生物遗体、遗物或生活痕迹,最常见的是骸骨和贝壳等。

化石,古代生物的遗体、遗物或遗迹埋藏在地下变成的跟石头一样的东西。研究化石可以了解生物的演化并能帮助确定地层的年代。保存在地壳的岩石中的古动物或古植物的遗体或表明有遗体存在的证据都谓之化石。从太古宙(34亿年前)至全新世(1万年前)之间都有化石出现。

简单地说,化石就是生活在遥远的过去的生物的遗体或遗迹变成的石头。在漫长的地质年代里,地球上曾经生活过无数的生物,这些生物死亡后的遗体或是生活时遗留下来的痕迹,许多都被当时的泥沙掩埋起来。在随后的岁月中,这些生物遗体中的有机质分解殆尽,坚硬的部分如外壳、骨骼、枝叶等与包围在周围的沉积物一起经过石化变成了石头,但是它们原来的形态、结构(甚至一些细微的内部构造)依然保留着;同样,那些生物生活时留下的痕迹也可以这样保留下来。我们把这些石化了的生物遗体、遗迹就称为化石。从化石中可以看到古代动物、植物的样子,从而可以推断出古代动物、植物的生活情况和生活环境,可以推断出埋藏化石的地层形成的年代和经历的变化,可以看到生物从古到今的变化等等。

词源

化石(Fossil)来源于拉丁文fossilis,意思是“挖掘”。

化石化作用

化石化作用(fossilized)是指随着沉积物变成岩石的成岩作用,埋藏在沉积物中的生物遗体而经历了物理作用和化学作用的改造,但是仍然保留着生物面貌及部分生物结构的作用。

化石化作用有三种方式:矿物质填充作用、交替作用和升馏作用。

矿物质填充作用

矿物质填充作用是指,某些无脊椎动物贝壳或脊椎动物骸骨中的有机物分解消失以后留下了中空的部分,在地层下被埋藏日久以后,溶解在地下水中的矿物质(主要是碳酸钙)往往在其孔隙中经重结晶作用变成了较为致密、坚实、并且增加了重量的实体化石。

交替作用

交替作用是指,生物硬体的组成物质在埋藏情况下被逐渐溶解,再由外来矿物质逐渐补充替代的过程。在这个过程中,如果溶解和交替速度相等,而且以分子相交换,就可以保存原来的细征结构。如硅化木。常见的交替物质有二氧化硅、玛瑙、方解石、炭酸钙、蛋白石、白云石、黄铁矿、氧化铁...等,相应的过程就可以叫做硅化、玛瑙化、方解石化、炭酸钙化、蛋白石化、白云石化和黄铁矿、氧化铁化。

升馏作用

升馏作用是指古生物遗体在被埋藏之后,不稳定成分分解、可挥发物质往往首先挥发消失,最后只留下碳质薄膜而保存下来的过程。这个过程也称为“炭化”。

实体化石

实体化石是由古生物遗体本身的全部或部分(特别是硬体部分)保存下来而形成的化石。

在能够避开空气氧化作用和细菌腐蚀作用的特别适宜的情况下,有些生物的遗体能够比较完好地保存而没有显著的变化。如西伯利亚冻土中发现的第四纪猛犸象、波兰发现的迄今所知的最完整的脊椎动物化石——1万年前落入沥青湖的披毛犀、以及树脂化石(参见琥珀)。

不过,这种没有经过显著化石化作用或只是有一些轻微变化的生物遗体是很少被发现的。绝大多数的生物化石仅仅保留的是其硬体部分,而且都经历了不同程度的化石化作用。

模铸化石

模铸化石是古生物遗体留在岩层或围岩中的印痕和复铸物。

根据与围岩的关系被分为5种类型:印痕化石、印模化石、模核化石、铸型化石和复合模化石。

印痕化石

印痕化石是生物遗体(主要是软体部分)因陷落在细碎屑沉积物或化学沉积物中所留下的印痕。腐蚀作用和成岩作用虽然使得遗体本身被破坏,但是印痕却保存了下来,而且这种印痕还常常可以反映该生物的主要特征。

印模化石

印模化石包括外模和内模两种。

外模是古生物遗体坚硬部分(例如贝壳)的外表面印在围岩上的印痕,能够反映原来生物外表的形态及构造特征。

内模是壳体的内表面轮廓构造留下的印痕,能够反映该生物硬体的内部形态及构造特征。

模核化石

模核化石分为内核和外核两种。

当腕足动物和某些双壳类动物死亡之后,它们的贝壳经常两瓣完整地被埋藏起来,其内部空腔也被沉积物填充,在固结以及壳体被溶解之后,内部留下一个实体即称为内核。

如果壳内没有被沉积物填充,当贝壳溶解后就会在围岩中留下一个与壳大小相等、形状一致的空间;这个空间如果再经过充填,又会形成一个与原来的壳大小相等、形状一致但是成分均一的实体,这样的实体就被称为外核。

铸型化石

当贝壳被沉积物掩埋并且已经形成外模和内核之后,壳质有时会全部溶解,然后又被另外某种矿物质填充,使得填充物像铸造的模型一样保留了原来贝壳的原形和大小,这就称为石化化石。

复合模化石

复合模化石是内模和外模重叠在一起的模铸化石。

当贝壳埋藏在沉积物中并形成内模和外模之后,如果贝壳随后被溶解而在围岩内留下了空隙,而后由于岩层的压实作用而使外模与内模重叠在了一起,就形成了复合模化石。

遗迹化石

遗迹化石是指保留在岩层中的古生物生活时的活动痕迹及其遗物。

古生物的遗物又可以称为遗物化石。

常见的遗迹化石有以下几种:
脊椎动物的足迹
蠕形动物的爬迹
节肢动物的爬痕
舌形贝和蠕虫在海底钻洞留下的潜穴
某些动物的觅食痕迹

遗物化石

遗物化石主要有动物的排泄物(粪化石)或卵(蛋化石)。

古人类在各个发展时期制造和使用的工具及其它各种文化遗物也都属于遗物化石。

化学化石

化学化石是指在某种特定的条件下,古生物遗体没有保存下来,但组成生物的有机成分分解后形成的氨基酸、脂肪酸等有机物却仍然保留在岩层里。

示相化石

示相化石(facies fossil),又称指相化石,是能够反映生物生活环境特征的化石。

活化石

活化石是指一些与化石物种十分相近的现存物种,或是一些只从化石中了解到的生物被发现尚存在(最著名的例子是美洲鲎Limulus polyphemus)。

舌形贝、鲎(又称“马蹄蟹”)、水杉、银杏等都是活化石。



地质年代

地质年代是用来描述地球历史事件的时间单位,通常在地质学和考古学中使用。

术语

年表中最大的时间单位是宙/元(eon),宙下是代(era),代下分纪(period),纪下分世(epoch),世下分期(age),期下分时(chron)。必须说明,年表虽有时间的概念,也就是说,当获悉该化石是何宙、代、纪、世、期或时的遗物,间接可知道它形成的粗略时间(当然是很粗略的估计值)。事实上,年表的时间单位是完全人为性划分的,和日历中的年月日不同,它不能使人了解每个宙、代、纪、世、期或时经历的准确时间。

命名

年表中各个宙/元、代、纪、世、期或时都有自己的名称,用于描述生物在不同地质时空的发展程度, 一般以首先研究它们时期岩石的地点来命名,现将某些专家所广泛使用的各个时期之名称概述于下。

宙/元

显生宙 : 现代生物存在的时期。
元古宙 : 久远的原始生物的时期。
太古宙 : 初始生物的时期。
冥古宙 : 生命现象开始的时期。



新生代 : 现代生物的时期。
中生代 : 中等进化生物的时期。
古生代 : 古代生物的时期。



所有的名称都是从英语经由日语引入汉语的。

寒武纪(Cambrian) : 取名于拉丁文Cambria,即威尔士。
奥陶纪(Ordovician) : 名称来自大不列颠的古老部落(奥陶部落)。
志留纪(Silurian) : 名称来自大不列颠的古老部落(志留部落)。
泥盆纪(Devonian) : 名称来自英国德文郡(Devonshire)。
石炭纪(Carboniferous) : 名称来自大不列颠群岛的含煤的岩石。日语里把煤叫“石炭”。
    石炭纪又细分为宾夕法尼亚纪和密西西比纪,名称来源于美国的宾夕法尼亚州和密西西比河。
二叠纪(Permian) : 取名于俄罗斯的彼尔姆州(Perm)。二叠纪一词来自日本,因为德国的此地层分为两层。现在,日本已经不使用“二叠纪”一词,改由片假名直接译自彼尔姆州。仅华语区继续使用此词。另外,没有“一叠纪”。
三叠纪(Triassic) : 来自拉丁文"三"(Trias),因为最初发现的地层明显分为三层。
侏罗纪(Jurassic) : 取名于法国与瑞士之间的汝拉山(Jura Mountain,又翻译作侏罗山)。
白垩纪(Cretaceous) : 取自拉丁文Creta,意指白垩。
第三纪(Tertiary) : 第三个衍生物。目前第三纪已经撤销。原来的第三纪现在分为古近纪和新近纪。
第四纪(Quaternary) : 第四个衍生物。有些学者认为应当撤销,并入新近纪,另一些学者不同意这种观点。
    另外,最早,地质史分为4个时期:第一纪、第二纪、第三纪和第四纪。第四纪是人类存在的纪;第三纪是哺乳动物出现的纪;第二纪是爬行类动物时代,第一纪包括爬行动物出现的以前时代地层。经过后人详细划分发现第一纪和第二纪可以分得更细的层次,所以在19世纪时就取消了这两个名称。

对于前寒武纪时期的不同命名

在2004年,国际地质科学联合会确定前寒武纪的地质年代之前,中国学者已经用中国的地质状况对前寒武纪地质年代给予命名,这些命名至今仍经常出现在中国学者的著作以及中国的教科书中。

震旦纪——等同于埃迪卡拉纪。
南华纪——等同于成冰纪。
青白口纪——等同于拉伸纪。
蓟县纪——等同于狭带纪和延展纪之和。
长城纪——等同于盖层纪和固结纪之和。









查恩盘虫

查恩盘虫属(学名:Charniodiscus )是一种埃迪卡拉纪时期的化石,估计其在世时应该是一种固定的底栖性动物,生活于沙质的海床。

尽管其外型跟海鳃目物种或海笔很相像,这个属实际上与腔肠动物门无关。事实上,查恩盘虫属物种跟海鳃类一样在前寒武纪的埃迪卡拉生物群中已出现,但海鳃类至今仍广泛存在,但查恩盘虫属早在寒武纪就已经灭绝。

“查恩盘虫”这个名字源自英国莱斯特郡的查恩伍德森林。



贵州小春虫

贵州小春虫(学名Vernanimalcula guizhouena)是一种化石,相信是最为古老的两侧对称动物。它们出土于6亿至5.8亿年前的地层,只有0.1-0.2毫米阔。由于它们生存于马林诺冰期末期,故被命名为小春虫。

贵州小春虫的化石是在中国陡山沱组地层被发现。陡山沱组地层完好地保存了化石,包括身体的软件部分及细致地方。小春虫是三胚口结构的,有体腔、分隔的食道、口器、肛门、及成对的坑,相信是藏有感觉器官的。

小春虫的描述充满争议。一些学者指它们并非生物,其实是长有磷酸盐的埋葬人工制品。

贵州小春虫的发现有重要的意义。动物可能是在较为大型的体型下演化成不同的门。寒武纪大爆发可能只是生物在体型上的增加及发展出能化石化的身体部分的时期。



狄更逊水母

狄更逊水母(学名:Dickinsonia)又名狄更逊蠕虫,是前寒武纪时代埃迪卡拉生物群的一种生物,其形状大致呈两侧对称、有横纹的卵形,其分类地位还不是很明朗,多数研究者认为它是动物,但也有人认为它属于真菌,甚至属于已灭绝的一界。

名称

狄更逊水母最早由埃迪卡拉生物群的发现者,澳洲地质学家斯普里格描述,并以他的上级、南澳政府的采矿总监班恩·狄更逊(Ben Dickinson)的名字命名。

发现

狄更逊水母的化石最早在澳洲南部弗林德斯山脉的罗恩斯利石英段(Rawnsley Quartzite)发现,另外也在乌克兰波多里亚聂斯特河盆地的莫吉廖夫组(Mogilev Formation)、俄罗斯阿尔汉格尔斯克州白海的Lyamtsa、Verkhovka、Zimnegory和Yorga等组,以及乌拉山脉中部的Chernokamen组被发现。这些地层的年代约为5.58亿至5.55亿年前。

描述

狄更逊水母的痕迹只在砂岩层中以印痕化石或铸模化石的形式被发现。标本长度从数毫米至1米皆有,厚度则从几分之一毫米至若干毫米。

本种大致呈两侧对称、分节、外形为圆形至卵形,其中一端略为拉长。体节朝两端放射状分布,其长度由整个模型的窄端至宽端递增。两侧的体节被中间的隆起或凹槽分隔,且两侧的体节呈滑移对称而非简单的两侧对称,因此这些体节被称为异构体节。滑移对称也出现在与狄更逊水母约莫同时的另一种埃迪卡拉生物斯普里格蠕虫。



全球界线层型剖面和点位

全球界线层型剖面和点位(Global Standard strarotype section and point,或GSSP)又称为金钉子,是指在全球范围内选取特定的岩层层序的一些特定“点”,作为定义和识别地层界线的世界标准。

“全球界线层型剖面和点位”的建立是经过长期研究、全球对比、国际专家考察、反复讨论协商、由国际各系地层委员会最后投票表决产生,并经国际地层委员会赞同,国际地质科学联合会批准而成立。因此它的确立标志全世界科学家的努力和国际合作的结晶,以及所在国的地层研究水平。

历史

1965年国际地层委员会成立后,“金钉子”被正式推广,其定义的核心是以某种具有全球对比意义的标准化石的“首现”作为相关地层划分的标准。

1977年于捷克布拉格市附近的克隆可确立了全球第一枚“金钉子”,该点是志留系与泥盆系的界线层型剖面和点。

1997年,由中国科学院南京地质古生物研究所陈旭院士率领的国际团队在浙江省常山县黄泥塘确立了中国的第一颗“金钉子”,确立了古生界奥陶系中奥陶统达瑞威尔阶的底界,生物标志为笔石。

设立标准

1.地质条件要求剖面地层出露完好,连续不间断,岩性单一,构造简单。
2.生物条件要求化石种类丰富,可以进行全球的对比和研究。
3.交通便利,方便专家自由考察。

 

   
相关类型:
W(共15条信息)
相关信息:
软体动物
协调世界时
联星
天体命名
行星体系命名法
主小行星带
地球构造
太阳圈

矮行星


        
CopyRight © 2005-2016 hugbear.net 京ICP备05058937号 网站地图 关于我们

京公网安备 11011402010044号