地球演化历史概述

2020-01-24 21:10 历史

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  地球是人类赖以生存的星球,它是由宇宙中不断运动着的原始星云物质逐步形成的(I.康德,1755;P.拉普拉斯,1796),迄今已有45亿年的演化历史。

  地球形成之初,尚处于大体积、低密度的准流体状态,没有固体表壳。随着较轻物质的不断挥发散失,地球体积逐渐收缩、密度逐渐增大、地球内部逐步变热,地球物质不断分异和分化,导致地球原始层圈的逐步形成。这一演化过程缺乏明显的地质记录,被称为前地质时期或天文演化时期(盖保民,1991)。在大约38亿年前开始的整个地质演化时期,地球的层圈分化作用继续进行,促使低级的原始层圈向高级的现代层圈演变,生物演化由低级和单调趋向高级和多样化,地质构造及矿床类型由简单趋向复杂,地质演化的方向性、阶段性和旋回性十分明显。

  经过100多年的艰苦探索,人们对地球演化历史及地质年代的认识日趋深入,并根据地层古生物特征和同位素年龄数据建立了地质年代表(表1-1,图1-1)。

  太古宙(Archean)是最古老的地质历史时期,其时间上限距今约25亿年,时间跨度为20亿年,约占全部地质历史的44.4%。陆松年等(1996)根据国际前寒武纪地层分会关于太古宙划分方案,结合中国太古宙地质资料和同位素年龄数据,建议以38亿年、33亿年和29亿年为时间界线将太古宙划分为始太古代、古太古代、中太古代和新太古代。

  太古宙时期发生了原始地壳的形成、陆核的形成和原始生命的出现等重大地质事件。原始地壳形成于始太古代,具大洋地壳性质,其成分可能相当于大洋拉斑玄武岩。大约在距今40亿年左右开始出现原始水圈,从而开始出现沉积圈。由于原始地壳薄而脆弱,火山作用频繁而强烈,主要形成了基性至中基性火山岩和火山沉积岩,以后变成绿岩,构成原始大陆(原始陆壳)的核心。大约在距今35亿年开始出现“花岗岩”圈(硅铝层),主要是钠质花岗岩,这些花岗岩带与绿岩带的相间排列是太古宇的普遍特征之一。多数人认为,绿岩带是在部分固结的硅铝质古老地壳上形成的断槽状凹陷,充填其中的火山熔岩和沉积岩分别来自上地幔和周围隆起区,其发展演化的结果导致陆核的形成。以细菌形式出现的原始生命可能开始于距今约36亿年、规模不大、温度较高的水体,与当时的火山活动有密切联系。最早保存为大型化石的无核细胞生物是形成叠层石的蓝绿藻类,见于南非的布拉维群灰岩中,同位素年龄约31亿年。陆核主要形成于新太古代,其构造组成包括绿岩带及其间的花岗岩带,其上的似盖层沉积为古元古界或更新的地层。至新太古代末,可能形成两个面积较大的原始陆块群。

  由于后期地质作用的强烈改造和破坏等原因,太古宙矿床数量不多。尽管太古宙的时间跨度占地质历史的五分之二强,但已知的太古宙矿床仅占全球矿床总量的3%~5%,主要是与绿岩带有关的铁、金、镍、铜等矿床。

  元古宙(Proterzoic)是第二个地质历史时期,其时间区间为距今25亿~6亿年,时间跨度为19亿年,约占全部地质历史的42.2%。以18亿年和10亿年为时间界线,将元古宙划分为古元古代、中元古代和新元古代。

  元古宙是地球演化的重要历史时期,发生了原地台和大陆地台形成、沉积介质和生物演化的多次飞跃、全球性大冰期的出现等重大地质事件。在古元古代,由于陆核的规模不大,还不可能形成充分分选的沉积物,大气圈和水体的性质从以缺氧的还原状态为主逐渐演化为含氧的微弱氧化状态。真核细胞生物的出现实现了生物演化史上的第一次飞跃,南非特兰斯瓦群黑色页岩中曾分离出丝状细菌,属于原核细胞生物,该群黑色页岩的同位素年龄约为23亿年。最丰富的微古植物群和多类型叠层石群最早见于加拿大甘弗林组页岩中,其中5种绿藻属真核细胞生物,该组页岩的同位素年龄为20亿~19.5亿年。到中元古代,陆核规模进一步扩大,沉积分选比较完全,大气圈和水体的氧含量不断增长,石英砂岩、粘土页岩等似盖层沉积广泛发育,导致原地台的形成,地块内部及其边缘的活动带也更为发育和普遍。典型盖层沉积和相对稳定的地台区(大陆地台)形成于新元古代,主要形成于新元古代晚期的震旦纪,大气圈和水体的性质也由含氧状态向富氧状态演变。高级藻类的出现是生物演化的第二次飞跃,红藻和大型单细胞藻类的大量繁育在距今约10亿~9亿年,以片藻为代表的褐藻类可能出现于距今约12亿年。首先在澳大利亚发现的由水母、蠕虫等类裸露印痕化石组成的“伊迪卡拉”型动物群,在距今约7亿年较突然地大量出现,标志着生物演化的第三次飞跃。震旦纪冰成沉积遍及各个大陆,以7.4亿~7亿年的冰碛层分布最广,湿冷气候占主要地位,构成全球性大冰期。在主要冰期以后,大部分地区又转为干热,亚洲南部、澳大利亚南部等地都出现含膏盐的白云岩,代表干热性气候。

  元古宙的时间跨度亦占地质历史的五分之二强,已知元古宙矿床占全球矿床总量的15%~20%。与太古宙相比,元古宙矿床不仅在数量上有明显的增加,在类型上也明显增多,主要矿床类型有BIF型铁矿床、不整合型铀矿床、砾岩型金铀矿床、砂页岩型铜矿床、黑色页岩型金矿床、沉积型锰矿床、沉积型磷矿床、SEDEX型铅锌银矿床、铜镍硫化物矿床、岩浆型(层状杂岩型)铬矿床等。

  显生宙(Phanerozoic)是指距今6亿年以来的地质历史时期,其时间跨度约6亿年,约占全部地质历史的13.4%。以250Ma和65Ma为时间界线,将显生宙划分为古生代、中生代和新生代。

  显生宙是地球发展演化最重要的地质历史时期,一系列重大地质事件频繁发生,导致地球面貌与地壳结构的深刻变化。相对稳定的地台区与活动的地槽区的并存和对立以及以后的进一步复杂化,大陆板块与大洋板块的相互作用、聚合离散和陆壳增生,是显生宙重大地质事件的普遍特征。古生代初,地台区与地槽区的基本格局与震旦纪有很大的继承性。在整个古生代,地台区内部通常包含几个间断面,而在活动区的不同地带则发生多次构造变动,使海陆分布和构造格局发生相当重要的改变。早古生代生物成岩作用较前寒武纪更为普遍,代表干热气候的紫红色泥质沉积、含膏盐假晶的钙泥质沉积十分常见;与此同时,由藻类形成的可燃性石煤层见于早寒武世,中晚志留世形成真正的劣质煤,它们是潮湿和较暖气候条件的标志。晚古生代则形成大规模的含煤沉积、大型礁体与介壳滩,以及半隔离的大型咸化陆表海盆。到晚古生代末期,北半球各古地台之间的地槽带均转化为褶皱山系,形成统一的劳亚大陆,并与冈瓦纳大陆接近,最终形成一个巨大的潘加亚(Pangaea)泛大陆。中新生代陆相沉积类型大量分布,潮湿和干旱气候带交替出现,地壳变动强烈。潘加亚泛大陆从三叠纪末开始逐渐解体,尤其是以白垩纪时冈瓦纳大陆的分裂漂移最为显著。

  显生宙以各类较高级生物的空前繁育和广布为特征。早古生代的生物界以海生无脊椎动物为主,半陆生的裸茎植物在寒武纪中后期已经出现,但保存为较丰富的化石则在志留纪。晚古生代完成了动植物大规模登陆并进而占领大陆上各种生态环境的巨大变革,同时,海生无脊椎动物和藻类仍然繁荣。中生代生物演化的鲜明特点,是个体庞大的爬行动物恐龙类不仅占领全球各大陆,而且重返海洋,部分则向天空发展并导致鸟类的出现;陆生及淡水生物亦空前发展,海生无脊椎动物以箭石、菊石、有孔虫、六射珊珊最为重要。新生代的生物演化则以哺乳动物和被子植物的大发展为突出特征。

  显生宙也是成矿作用的高峰期。尽管其时间跨度不足地质历史的七分之一,显生宙矿床数量却占全球矿床总量的75%以上,且成矿作用强度具有从古生代向中生代、新生代逐步增加的趋势。显生宙形成的矿产和矿床类型繁多,岩浆矿床和沉积矿床占有重要地位,多成因的叠生矿床十分常见。主要矿床类型有火山岩型铅锌铜矿床和金银矿床、火山岩型萤石和叶蜡石矿床、金伯利岩型金刚石矿床、岩浆热液(石英脉)型钨锡矿床和金银矿床、矽卡岩型钨锡矿床和铜铁矿床、斑岩型铜钼矿床、岩浆型(蛇绿岩型)铬矿床、沉积型石油天然气田和煤田、沉积型锰矿床和磷矿床、沉积型铝土矿矿床、蒸发岩型和盐湖型盐类矿床、热液型汞锑矿床、MVT型和SEDEX型铅锌银矿床、红土型镍矿床和铝土矿矿床、砂金矿床、砂锡矿床、金刚石砂矿床等。

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