地殼的演化與發(fā)展簡史課件

第四節(jié)地殼的演化與發(fā)展簡史地球形成以來，已有46億年的歷史。在這漫長的時間里，地球曾經(jīng)歷了許多重大和復(fù)雜的變化。研究人類社會的歷史，有文物可考、文字可查，而地球本身也有它自己的特殊“文物”和“文字”來記載它的歷史，這就是留存在地殼中的地層、古生物化石和各種各樣的構(gòu)造變動遺跡。因此，根據(jù)地層、化石和構(gòu)造變動遺跡，應(yīng)用辯證唯物主義與歷史唯物主義的觀點和方法進行研究，就可正確地恢復(fù)地殼的地質(zhì)發(fā)展歷史。一、地質(zhì)年代(一)古生物和化石劃分地質(zhì)年代和恢復(fù)地史的工作，很重要的依據(jù)是化石。1、化石——是保存在地層中的古代生物遺體或活動的遺跡。但并不是所有古代生物都能保存成化石的，多數(shù)遺體被腐爛、破碎或溶解掉，要保存為化石，必須具備一定的條件：(1)必須有不易分解的生物硬體，如骨骼、鱗片、貝殼、木質(zhì)纖維等；(2)生物死亡后要迅速被掩埋，遺體被掩埋得越快，和空氣隔絕越快，就越有利于保存成化石；(3)埋藏后的生物遺體還要經(jīng)過長時間的炭化作用，或與CaCO3，SiO2等物質(zhì)進行交換、充填等作用，才能變成化石。2、標(biāo)準(zhǔn)化石——生存時間短、演化快、分布地區(qū)廣、個體數(shù)目多的生物種類形成的化石，有重大意義。如只生存在早古生代的三葉蟲，奧陶、志留紀(jì)的筆石等。有些古生物由于在地質(zhì)歷史中生存時間很長，對劃分地層年代沒有什么意義。3、指相化石——凡能指示古地理環(huán)境的化石，稱為指相化石。生物與其生活環(huán)境密切相關(guān)，一定的環(huán)境，如陸地或海洋，分別繁殖著不同的生物。故分折古生物化石的結(jié)構(gòu)和特征，可以推斷它當(dāng)時生活的古地理與古氣候環(huán)境。如珊瑚只生活在溫暖廣闊的淺海里，在地層中發(fā)現(xiàn)珊瑚化石，就可說明此地區(qū)當(dāng)時是個溫暖廣闊的淺海。2、相對地質(zhì)年代相對地質(zhì)年代——就是指地層的生成順序和相對的新老關(guān)系。它只表示地質(zhì)歷史的相對順序和發(fā)展階段，不表示各個時代單位的長短。確立相對地質(zhì)年代的主要依據(jù)是：(1)地層的形成順序（地層層序律）：據(jù)沉積巖生成原理，出露在剖面下面的巖層早生成，上面的巖層晚生成，這稱為地層層序律。利用這種上新下老的關(guān)系，就可確定巖層的年代順序。(2)古生物化石（化石層序律）：依照生物的演化規(guī)律，生物界總是從簡單到復(fù)雜、從低級至高級不斷進化的，是不可逆的。地質(zhì)時代越早的生物，越簡單、低級；時代越晚的生物，越高級、復(fù)雜。這樣，我們就可以根據(jù)巖層中所含化石或化石群的種類來確定其相對的新老關(guān)系，進而確定其相對的地質(zhì)年代（特別是標(biāo)準(zhǔn)化石，在劃分地層時代意義最大），這就是化石層序律。利用這個原理還可以進行地層對比，當(dāng)不同地區(qū)的地層中含有相同的化石時，不論其相距多遠，都屬于同一時代。如萊氏三葉蟲只出現(xiàn)在早寒武世，因此不論哪里，凡含萊氏三葉蟲化石的地層必屬早寒武世。(3)地殼構(gòu)造運動的分析：區(qū)域性的巨大的地殼運動，常引起沉積環(huán)境、巖性及生物界的重大變化，據(jù)此可作為地史不同階段劃分的重要依據(jù)。如在早古生代末，歐洲發(fā)生一次強烈的地殼運動(稱加里東運動)，形成加里東褶皺帶，除歐洲外，全球各地都受到這一地殼運動不同程度的影響，所以加里東運動就成為早古生代與晚古生代劃分的標(biāo)志。(三)地質(zhì)年代表根據(jù)上述原則，結(jié)合巖性特征，就可對地層進行劃分和對比建立一個地區(qū)性甚至是全球性的地層層序系統(tǒng)，每一個地層代表著它形成時的相應(yīng)地質(zhì)年代。綜合世界各地區(qū)域性的地層研究和對比資料，現(xiàn)在已建立了一個國際通用的年代地層系統(tǒng)和相應(yīng)的地質(zhì)年代表。補表23年代地層系統(tǒng)單位與對應(yīng)的地質(zhì)年代單位對比

現(xiàn)代的地質(zhì)年代表不僅按時代的早晚順序進行地質(zhì)年代編年，而且加上世界各地不同時代巖層放射性同位素年齡測定的數(shù)據(jù)，其分年分階段更為精確(表3.13)。二、地球上生物的演化與發(fā)展(一)生命起源與過程1、生命起源的孕育條件原始大氣圈和水圈的形成，是生命起源的孕育條件。原始的大氣圈和水圈的主要成分為碳、氫、氧、氮、硫等，并含其他多種化學(xué)元素，這些化學(xué)元素正是細胞的主要組分，為地球上生命的出現(xiàn)提供了物質(zhì)條件。當(dāng)大氣圈分解出氫和游離氧，并形成臭氧層之后，就為生命的出現(xiàn)形成了條件。(二)生物的演化與發(fā)展歷史

1、植物界的演化與發(fā)展(1)元古代——藻類植物時代元古代藻類空前繁盛，故被稱為藻類植物時代。主要是低等微體真核單細胞藻類，到了中、晚元古代大量出現(xiàn)了各種藻類和疊層石。疊層石——是藻類、細菌和碳酸鈣沉積的集合體。

(2)古生代——早古生代：海生藻類植物繼續(xù)發(fā)展時代；晚古生代：孢子植物時代早古生代，海生藻類植物在海洋中繼續(xù)發(fā)展。晚古生代時，由于陸地擴展，出現(xiàn)了大面積的低濕平原、湖泊和洼地，且氣候濕潤，為植物從水生到陸生發(fā)展提供了條件。志留紀(jì)末泥盆紀(jì)初，海生植物開始擴展上了陸地，當(dāng)時是一些以孢子繁殖的孢子植物，故晚古生代又稱孢子植物時代。開始是以半水半陸的莖葉不分的裸蕨為主(圖3.85)。石炭二疊紀(jì)時，植物進一步由水邊向陸地延伸，大量的袍子植物得以繁殖發(fā)展，如鱗木、蘆木(圖3.86)、封印木、大羽羊齒(圖3.87)等都極為繁盛，并已發(fā)展成為高大喬木和木本大樹，形成萬木參天、森林密布的地理環(huán)境，故晚古生代的石炭、二疊紀(jì)是地史上最重要的成煤時代。

(3)中生代——裸子植物時代中生代時期，許多地方氣候變干燥，喜濕潤的孢子植物由于不適應(yīng)這種干燥、冷熱多變的環(huán)境而逐漸衰退，而更能適應(yīng)各種環(huán)境的裸子植物迅速發(fā)展，因此中生代又稱裸子植物時代。裸子植物以種子繁殖，但種子裸露沒有果實包裹，蘇鐵、銀杏和松柏類是其代表(圖3.88、圖3.89)。蘇鐵現(xiàn)僅存鐵樹等幾種，銀杏類只剩銀杏屬。

2、動物界的演化與發(fā)展(1)元古代晚期，從古老的原生生物中已發(fā)展出低等的無脊椎動物。如海綿和腔腸動物，在震旦紀(jì)地層中曾發(fā)現(xiàn)有海綿骨針。

(2)早古生代——海生無脊椎動物繁盛時代早古生代時期，由于出現(xiàn)較穩(wěn)定而廣闊的陸棚淺海，海洋中有豐富的養(yǎng)料，故進入寒武紀(jì)以后，海生無脊椎動物空前繁殖，且大多建立了堅硬的外殼，因而保存下來了豐富的化石。在眾多的無脊推動物中，以三葉蟲、腕足類、筆石、珊瑚、頭足類最為繁盛(圖3.90)。三葉蟲是棲息于淺海底的節(jié)肢動物，身體由許多小節(jié)組成，可橫分為頭、身、尾三部分，又可縱分成中軸和左、右肋葉三部分，故得名。以寒武紀(jì)最盛，到古生代末就基本滅絕。腕足類是具有兩瓣一大—小硬殼的淺海底棲動物，整個古生代都很繁盛。筆石是已滅絕的小型群體海生浮游動物，外形像羽毛筆而得名，只繁殖于奧陶紀(jì)和志留紀(jì)。珊瑚是生活于溫暖清澈淺海的腔腸動物，可分泌石灰質(zhì)形成各種形狀的骨座，并常組成珊瑚礁。還有頭足類的直角石和珠角石，等等。總之，早古生代的海洋，是各種無脊推動物生息和競逐的場所。在演化過程中，有一種叫總鰭魚的魚，由于具有堅硬的鰭，還有原始的鰓肺，遇到干涸季節(jié)時，可在空氣中呼吸，還可用鰭勉強在陸地上移動，這樣逐漸使鰭→能支撐身體在陸地上爬行的四肢，身體內(nèi)部構(gòu)造也隨之而變化，逐漸→兩棲類，當(dāng)時的兩棲類有較堅固頭板，稱為堅頭類（圖3.92）。石炭、二疊紀(jì)時，地面上河湖沼澤密布，氣候濕潤，植物茂盛，昆蟲繁多，因而兩棲類得以空前繁盛，故石炭、二疊紀(jì)又稱兩棲類時代。到晚古代生末期，堅頭類一支→原始的爬行類。(4)中生代——爬行動物的時代中生代動物界發(fā)展的標(biāo)志，是爬行動物的高度繁盛，因此中生代又稱爬行動物時代。其中最重要的一類是恐龍?？铸堅谥猩鷷r極為昌盛，種類繁多，遍布世界各地。它有許多種屬：雷龍——頭小體大(重達幾十頓)，長頸長尾(長可達30m)，以植物為食；霸王龍——頭大頸短，牙齒鋒利，能以后肢行走，兇悍殘暴，以肉食為生；劍龍——背具兩列骨板如劍；鴨嘴龍——嘴如鴨子；飛龍和冀手龍——能在空中飛翔的；魚龍和蛇頸龍——能在水中生活。我國已發(fā)現(xiàn)很豐富的恐龍化石：云南T3地層中的“祿豐龍”；四川J3地層中的馬門溪龍(身長22m，高3.5m，重達30-40t)；山東K2地層中的鴨嘴龍；西藏希夏邦馬T地層中發(fā)現(xiàn)世界最大的魚龍(圖3.93)，等等

恐龍雖稱霸中生代，遍布于當(dāng)時的陸、海、空領(lǐng)域，但到了中生代末就滅絕了。對恐龍的滅絕，人們提出種種假說：1)有的認(rèn)為恐龍是變溫(或稱冷血)動物，不能控制身體的體溫，到中生代末，強烈的地殼運動造成地形、氣候、植物等條件的變化，影響了恐龍的生存而滅絕。2)有的認(rèn)為與中生代末小行星或慧星撞擊地球，造成地球的大災(zāi)難而使恐龍滅絕。3)還有認(rèn)為來自宇宙射線的突然增加，地球磁場變化的影響，等等。4)至今，對恐龍滅絕原因還在探討中。

新陳代謝是宇宙間普遍和永恒的規(guī)律。動物界演化的又一個決定性階段是從變溫(冷血)動物演變?yōu)楹銣?溫血)動物，到中生代中、晚期出現(xiàn)了鳥類和哺乳類?，F(xiàn)今在J3地層中找到了始祖鳥化石，這種鳥既長著羽毛、足有四趾、姆趾與其他指對生的鳥類特征，可嘴里又有牙齒、兩翼有爪、還有一條長尾巴的爬行類特征，這證明鳥類是由爬行類一支演化而來的(圖3.95)。

(5)新生代——哺乳動物的時代中生代空前繁盛的爬行動物，因不能適應(yīng)外界條件的劇烈變化而衰亡，大部分絕滅，只有龜、鱷、蜥蜴、蛇等延續(xù)下來，代之而起的是哺乳動物的大發(fā)展。哺乳動物——有固定的體溫，身體有隔熱的毛皮和脂肪層，有蒸發(fā)汗水的腺體，因而可使體溫不隨環(huán)境氣候而變化，并且逐漸由卵生發(fā)展至胎生，比其他生物具有更優(yōu)越的進化條件。早第三紀(jì)始新世出現(xiàn)了最早的馬(始祖馬)，漸新世出現(xiàn)了最早的象(始祖象)，晚第三紀(jì)時原始的豬、鹿、牛、羊、犬、熊及貓科等哺乳動物均已出現(xiàn)。至第四紀(jì)時，逐漸形成了現(xiàn)代哺乳動物群類(圖3.95)。新生代的無脊推動物繼續(xù)演化，門類眾多，以有孔蟲、珊瑚、昆蟲及軟體動物的瓣鰓類(如牡蠣、蛤等)、腹足類(如蝸牛、螺等)最為蟹盛。人類的出現(xiàn)和發(fā)展，是生物演化史上一件劃時代的大事。人是從靈長類中的猿類進化而來的。漸新世時出現(xiàn)了最早的猿類，廣泛生活在歐亞和非洲大陸的熱帶森林中，在發(fā)展中產(chǎn)生幾個分支→其中有一支高度發(fā)展的古猿，具有能在樹上生活和地面生活的雙重適應(yīng)性，后來由于氣候變冷，森林減少，他們被迫下地→逐漸適應(yīng)了地面生活而演變成類人猿→至晚第三紀(jì)上新世時出現(xiàn)了最早的人類。人類的發(fā)展大致可分為幾個階段：1)早期猿人(古猿)階段(上新世-早更新世)：能用兩足直立行走，本能地使用天然工具?；頌榉侵薜哪戏焦旁澈臀覈呐D瑪古猿。

2)晚期猿人(猿人)階段(中更新世)：四肢已接近人形狀，能制造原始石器和骨器，開始用火。化石代表有北京猿人、陜西藍田猿人及爪哇猿人等(圖3.96)。3)早期智人(古人)階段〔晚更新世〕：能制造較精巧的石器、骨器，會用獸皮蔽體，腦量增大和腦結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。化石代表有廣東馬壩人、山西丁村人及歐洲的尼安德特人等。4)晚期智人(新人)階段(晚更新世晚期)：能制造復(fù)雜的石器，已會用獸皮縫制衣服，用骨、貝殼等造裝飾品，開始熟食，腦量和腦結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代人差不多?；碛斜本┲芸诘晟巾敹慈恕⑺拇ㄙY陽人、克魯瑪奴人等。新人進一步發(fā)展成現(xiàn)代真人類(全新世)。三、地殼構(gòu)造輪廓與古地理面貌的演變歷史

1、前古生代

前古生代——是指自地殼形成至古生代開始的一段地質(zhì)時期，延續(xù)約40億年時間，大致可以24億年前為界劃分為太古代和元古代二個階段。

(1)

太古代時，地殼處于早期階段，地殼薄弱，為脆弱的玄武巖圈，地殼運動極頻繁，殼下的高熱物質(zhì)經(jīng)常向地表噴出和侵溢，因而火山活動也極強烈。當(dāng)時全球幾乎都是淺海洋，只有分散的孤立的島嶼式小陸塊。后經(jīng)過多次的強烈構(gòu)造運動，至太古代末，形成了最初的較穩(wěn)定的陸塊(稱之為陸核)，現(xiàn)今每個大陸都有一個或數(shù)個這樣的陸核。

(2)

元古代時，由于陸核的出現(xiàn)和擴大，地殼穩(wěn)定性得到加強。到早元古代末，地球上發(fā)生一次較廣泛而強烈的地殼運動(我國稱呂梁運動)，一些洋殼褶皺隆起，并伴有巖漿噴溢和巖層的變質(zhì)作用，使陸核加大，形成一些較大而穩(wěn)定的古陸。以后又圍繞這些古陸不斷焊接增長，至晚元古代時，全球形成了五個巨型的穩(wěn)定古陸，即北半球的北美古陸、歐洲古陸、西伯利亞古陸、中國古陸和南半球的岡瓦納聯(lián)合古陸(包括現(xiàn)在的南極洲、澳大利亞、印度、非洲、南美洲)。圍繞這些古陸周圍為海槽活動帶(圖3.97)。也有學(xué)者認(rèn)為，前古生代時期地球上大陸曾經(jīng)歷過多次的分合，至元古代未曾出現(xiàn)一個聯(lián)合古陸(泛大陸)，到寒武紀(jì)以后才開始分裂成五塊大陸。

2、早古生代包括寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、志留紀(jì)，距今約6億年至4億年，延續(xù)約2億年。從早寒武世開始，世界各地開始了廣泛的海侵，至奧陶紀(jì)時海侵規(guī)模最大，全球除北半球的東歐地臺及南半球的岡瓦納古陸外，其余地區(qū)幾乎為海水淹沒，形成了廣闊淺海及碳酸鹽沉積。奧陶紀(jì)以后，各地廣泛發(fā)生海退，尤其至晚志留世末，由于各板塊之間的移動靠攏碰撞，發(fā)生了一次世界性的強烈的構(gòu)造運動(稱加里東運動)，使部分海槽擠壓褶皺上升成山脈，如加里東海槽、蒙古海槽、我國的祁連海槽和華南海槽等，從而使全球陸地面積擴大。由于西北歐和北美東北部加里東褶皺帶的形成，使北美古陸與歐洲古陸相連，導(dǎo)致了古大西洋的關(guān)閉。

3、晚古生代包括泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)，距今約4億年至2.5億年，延續(xù)約1.5億年。進入晚擊生代時，全球存在四個巨型穩(wěn)定的古陸：歐美古陸、西伯利亞古陸、中國古陸和岡瓦納古陸。從泥盆紀(jì)晚期開始，這些古陸的內(nèi)陸或邊緣，又遭受不同程度的海侵，形成一些陸表或陸緣淺海。晚古生代后期，全球范圍發(fā)生強烈的地殼運動(稱海西運動)，使海槽兩側(cè)的大陸板塊發(fā)生對接碰撞，許多海槽先后關(guān)閉，阿帕拉契亞海槽、海西海槽、中亞海槽、蒙古海槽等全部褶皺隆起形成褶皺帶，導(dǎo)致歐美古陸、西伯利亞古陸、中國古陸焊接一起，到石炭紀(jì)時，形成一個巨大的北方古陸(又稱勞亞古陸)，與南半球的岡瓦納古陸遙對應(yīng)。由于這兩大古陸西部十分靠近并聯(lián)結(jié)一起，故構(gòu)成了一個統(tǒng)一的聯(lián)合古陸(泛大陸)，從而使全球陸地面積空前擴大(圖3.98)。在石炭、二疊紀(jì)時期，北方大陸由于處在較低緯度，且海陸變遷較頻繁，古陸上形成許多近海沼澤平原和內(nèi)陸盆地，氣候濕暖，林木茂盛，為煤的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，很多地方都形成了重要煤田，是全球第一個且最為重要的造煤時期。當(dāng)北方大陸森林密布、沼澤叢生時，南方的岡瓦納大陸卻是冰雪晶瑩，出現(xiàn)了地史上第二次大冰期——石炭紀(jì)末至早二疊世冰期。根據(jù)二疊紀(jì)時聯(lián)合古陸位置，這些冰蓋中心是位于岡瓦納古陸的高緯度及南極田地區(qū)(現(xiàn)在為南美東南部、非洲南部、印度南部、澳大利亞西部、南極洲)(圖3.98)。4、中生代包括三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)，距今約2．5億年-7000萬年，延續(xù)約1.8億年。中生代的地殼運動，主要有發(fā)生在三疊紀(jì)中、晚期的印支運動和發(fā)生在侏羅、白堊紀(jì)的太平洋運動(又稱舊阿爾卑斯運動，我國稱燕山運動)。中生代地殼演化的總趨勢是：聯(lián)合古陸的分裂解體，大西洋的形成和擴展，古地中海收縮關(guān)閉，太平洋逐漸縮小及環(huán)太平洋褶皺帶的形成。晚古生代后期形成的聯(lián)合古陸，經(jīng)歷了約1億年時間后，于2億年前，即三疊紀(jì)末，開始發(fā)生分裂。首先是北美與歐亞大陸分離，出現(xiàn)了原始的北大西洋，南美與非洲分裂，形成原始的南大西洋；印度和非洲漂離南極洲，形成了原始的印度洋(圖3.99)。

到侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)時，南北大西洋進一步擴展，印度漂離非洲。澳大利亞漂離南極洲向東北方向移動。故到白堊紀(jì)末期，岡瓦納古陸已徹底解體成五大塊(南美、非洲、印度、澳大利亞和南極洲)(圖3.100)。位于北方古陸和南方古陸之間的古地中海，由于印度和非洲板塊向北漂移而逐漸縮小。到白堊紀(jì)末，兩板塊北漂至歐亞板塊南部，并與歐亞板塊發(fā)生擠壓碰撞，致使該地區(qū)的地層受擠壓褶皺上升，形成阿爾卑斯、高加索及中亞等山脈。大西洋的產(chǎn)生和不斷擴展，使太平洋不斷縮小。由于太平洋板塊與向西漂的美洲板塊俯沖碰撞，使其接觸地帶，即環(huán)太平洋東岸海槽產(chǎn)生強烈擠壓上升，并有強烈的火山活動，形成了一系列褶皺山脈，如內(nèi)華達山脈、安第斯山脈等。在太平洋西岸海槽，則由于太平洋板塊向亞洲板塊俯沖而形成亞洲東部的一系列斷褶隆起帶和斷陷盆地，伴有大規(guī)模的巖漿侵入和噴發(fā)，并形成了環(huán)太平洋多金屬成礦帶。中生代的晚三疊世及侏羅紀(jì)時期，氣候溫暖潮濕，植物茂盛，為成煤提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，故T3-J是地史上又一次重要成煤時期。5、新生代是地史最近階段，從7000萬年前至現(xiàn)代，包括早第三紀(jì)、晚第三紀(jì)和第四紀(jì)，第四紀(jì)只進行了200-300萬年。新生代的構(gòu)造運動稱喜馬拉雅運動(或稱新阿爾卑斯運動)，其中第三紀(jì)末至第四紀(jì)的構(gòu)造運動屑于新構(gòu)造運動。新生代地殼演化的總特點是：地中海-喜馬拉雅海槽最后封閉，形成強烈而高聳的褶皺帶；大西洋和印