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寒武纪

2013-10-20 17:27|查看:2945|评论:0|字体: 繁体

大寒武纪大陆板块

大寒武纪板块

 

寒武纪(Cambrian,符号Є)是显生宙(Phanerozoic)的开始,距今约5亿4千2百万年前—4亿8千8百万年。这个名字来自于英国威尔士的一个古代地名罗马名称“Cambria”,该地的寒武纪地层被最早研究。中文名称源自旧时日本人使用日语汉字音读的音译名“寒武纪”(音读:カンブキ,罗马字:kanbuki)。

 

寒武纪可再分为早寒武纪、中寒武纪、晚寒武纪。寒武纪是显生宙最早的地质时代,下一个纪是奥陶纪

 

剪肢虾属

 

剪肢虾属(Forfexicaris),一种发现于帽天山的节肢动物

 

概要

 

寒武纪距今十分久远,我们对当时的地貌几乎一无所知。只知当时的大陆有一块主要的和几块较小的。当时的动物都住在海洋。寒武纪气候温暖,海平面升高,淹没了大片的低漥地。这种浅海地带为新的物种诞生创造了极为有利的条件,产生了一批具有坚硬的贝壳或内骨骼的动物。它们形成化石很容易,因此和以前的软体动物不同,寒武纪动物留下了大量遗体。

 

阶段划分

 

寒武纪分为早寒武世、中寒武世和晚寒武世。

 

动物群以具有坚硬外壳的、门类众多的海生无脊椎动物大量出现为其特点,是生物史上的一次大发展。其中三叶虫最为常见,是划分寒武系的重要依据。其它尚有无铰、几丁质外壳的腕足类小舌形贝、小园货贝以及古杯类和软舌螺等。植物群以藻类为主,还有一些微古植物。寒武纪三叶虫群分区现象特别明显。寒武纪开始于距今5.42亿年,延续时间为5370万年。

 

动物地理区主要有两个,即东方太平洋区和西方大西洋区。大西洋动物群,其分布范围包括大西洋两岸,如西北欧及美洲最东部新英格兰地带。早寒武世、中寒武世和晚寒武世分别以贺尔姆虫、奇异虫和油栉虫为代表。太平洋动物群,则以莱德利基虫、库庭虫和褶盾虫为代表。

 

耙肢虾属

 

耙肢虾属 (Occacaris)

 

寒武纪大爆发

 

寒武纪大爆发,也称为寒武纪生命大爆发,是指在距今5.3亿年前的寒武纪时期,短短2000万年间,生命进化出现飞跃式发展的情形。几乎所有动物的“门”都在这一时期出现了。因出现大量的较高等生物以及物种多样性,于是,这一情形被形象地称为生命大爆发。这也是显生宙的开始。

 

在世界各地发现的化石群共同印证了这一生命进化史上的壮观景象,例如伯吉斯页岩。在中国云南省澄江县发现的这一时期的化石群相当典型,非常多的不同种类的生物几乎同时在这一时期出现。

 

寒武纪大爆发的事实也曾让提出进化论的达尔文非常困惑,在《物种起源》中写道:“这件事情到现在为止都还没办法解释。所以,或许有些人刚好就可以用这个案例,来驳斥我提出的演化观点”。但即使到今日,寒武纪大爆发仍是科学界的一大谜题,尚待更多的考古证据出土,也许就能窥见当时的实际情况,找出真正的原因。

 

针对寒武纪大爆发,进化论者曾经提出过几种假设:

 

1.地球在寒武纪之后才出现足以保存化石的稳定岩层,而前寒武纪的沉积物毁于地热和压力无法形成化石。

 

2.生物到了寒武纪才演化出能够形成化石的坚硬躯体。

 

3.大气中累积足够的氧气量,足以使大量动物短时间演化,并且形成臭氧层隔离紫外光。

 

4.某些掠食性动物侵入物种稳定平衡的地区,减少原先占优势的物种,释放生态栖位给其余物种,进而促进大量物种歧异度的增加。

 

近年来认为,寒武纪大爆发跟该次菌藻大灭绝事件有关:该次单细胞生物灭绝事件结束了隐生宙,为多细胞生命在显生宙的发展铺平了道路。

 

寒武纪生物空前的繁荣昌盛,可谓动物演化史上的大爆炸。新产生的动物有的到了寒武纪末已经灭亡,如在有名的伯吉斯页岩(Burgess shale)中首次发现的化石。今天主要的动物类群都是在寒武纪出现的,包括我们人类所属的脊索动物(Chordate)。

 

寒武纪-奥陶纪灭绝事件

 

约于4.88亿年前,第一次发生的生物集群灭绝事件。这次事件发生在显生宙,结束了古生代的寒武纪,并进入奥陶纪。当时消灭了很多腕足动物门、牙形石及严重减少了三叶虫的物种数目,在地球上约49%的属都在这次事件中消失。目前,灭绝原因还没有发现。

 

寒武纪生物

 

寒武纪生物

 

寒武纪的动物

 

在这时期中,地球上首次出现了带硬壳的动物。虽然寒武纪的动物是海生动物,但它们很少遨游大海,而是贴近海底生活。

 

大部分已知的寒武纪动物都在加拿大的伯吉斯页岩及中国的帽天山页岩中发现。

 

生物群以海生无脊椎动物为主,特别是三叶虫、低等腕足类和古环动物;红藻、绿藻等开始繁盛。

 

主要生物

 

寒武纪是地质年代划分中属显生宙古生代的第一个纪,距今约5.7亿至5.1亿年,寒武纪是现代生物的开始阶段,是地球上现代生命开始出现、发展的时期。寒武纪对我们来说是十分遥远而陌生的,这个时期的地球大陆特征完全不同于今天。寒武纪常被称为“三叶虫的时代”,这是因为寒武纪岩石中保存有比其他类群丰富的矿化的三叶虫硬壳。此外,寒武纪还产生了进化史上的一个重要事件“寒武纪生命大爆发”,在很短(地质意义上的很短,其实也有数百万年之久)时间内,生物种类突然丰富起来,呈爆炸式的增加。它意味着,生物进化除了缓慢渐变,还可能以跳跃的方式进行。当时出现了丰富多样且比较高级的海生无脊椎动物,保存了大量的化石,从而有可能研究当时生物界的状况,并能够利用生物地层学方法来划分和对比地层,进而研究有机界和无机界比较完整的发展历史。但澄江生物群告诉我们,如今地球上生活的多种多样的动物门类在寒武纪开始不久就几乎同时出现。

 

寒武纪生物

 

寒武纪生物

 

寒武纪是显生宙(Phanerozoic Eon)的开始,标志着地球生物演化史新的一幕。在寒武纪开始后的短短数百万年时间里,包括现生动物几乎所有类群祖先在内的大量多细胞生物突然出现,这一爆发式的生物演化事件被称为“寒武纪生命大爆炸”(Cambrian explosion)。带壳、具骨骼的海洋无脊椎动物趋向繁荣,它们营底栖生活,以微小的海藻和有机质颗粒为食物,其中,最繁盛的是节肢动物三叶虫,故寒武纪又称为“三叶虫时代”,其次是腕足动物、古杯动物、棘皮动物和腹足动物,寒武纪的生物形态奇特,和我们现在地球上所能看见的生物极不相同。比较著名的有早寒武世云南的澄江生物群、加拿大中寒武世的布尔吉斯页岩生物群。寒武纪的生物界以海生无脊椎动物和海生藻类为主。无脊椎动物的许多高级门类如节肢动物、棘皮动物、软体动物、腕足动物、笔石动物等都有了代表。其中以节肢动物门中的三叶虫纲最为重要,其次为腕足动物。此外,古杯类、古介形类、软舌螺类、牙形刺、鹦鹉螺类等也相当重要。抛开牙形石不说,高等的脊索动物还有许多其他代表,如中国云南澄江生物群中的华夏鳗、云南鱼、海口鱼等,加拿大布尔吉斯页岩中的皮开虫,美国上寒武纪的鸭鳞鱼。

 

在潮湿的低地,可能分布有苔藓和地衣类的低等植物,但它们还缺乏真正的根茎组织,难以在干燥地区生活;无脊椎动物也还没有演化出适应在空气中生活的机能。寒武纪没有真正的陆生生物,大陆上缺乏生气、荒凉一片。

 

古生物学引用“大爆发”一词,来形容生物多样性突然爆发式出现。根据寒武纪开始时痕迹化石和小壳化石的突然多样性和复杂性,“寒武纪大爆发”的理论在澄江生物群发现之前就已提出,但对“寒武纪大爆发”所产生的动物及动物群落结构特征所知甚微,即使著名的加拿大布尔吉斯页岩动物群化石也比“寒武纪大爆发”晚1000多万年,不能回答寒武纪初期海洋中具体有什么生命。

 

澄江生物群的地质时代正处于“寒武纪大爆发”时期,它让我们如实看到5.3亿年前动物群的真实面貌,各种各样的动物在“寒武纪大爆发”时期迅速起源,立即出现,如今生活在地球上的各个动物门类几乎都已同时存在,而不是经过长时间的演化慢慢变来的。它将动物多样性的历史前推到寒武纪早期。

 

寒武纪的生物形态奇特,和地球上的现生生物极不相同。最古老的鱼种也出现在这个时代,是耳材村海口鱼(Haikouichthys ercaicunensis),该化石发掘在澄江生物群。

 

超大陆与洪水

 

在寒武世时,具有硬壳的动物第一次大量地出现,许多大陆都被浅海所泛滥,超大陆刚瓦那(Gondwana)则正在南极附近形成。

 

形成于前寒武世末期(大约距今六亿年前)的超大陆潘诺西亚(Pannotia),在古生代的时候开始四分五裂,一个新的海洋--巨神海(Iapetus Ocean)在劳伦西亚(Laurentia,北美)、波罗地(Baltica,北欧)和西伯利亚(Siberia)这几个古大陆之间扩张。超大陆冈瓦那(Gondwana)则在泛非褶皱带上组合而成当时最大的大陆,范围从赤道延伸到南极。

 

在奥陶世时期,温暖的海水把石灰岩和盐岩沉淀在冈瓦那大陆的赤道地区(Australia澳洲、India印度、China中国与Antarctica南极洲),同时在冈瓦那大陆的南极地区(Africa非洲与South America南美)则沉淀了冰河的沉积及冰漂的碎屑。

 

也称“前古生代”,古生代第一个纪-寒武纪(距今约六亿年)之前的地质时代。

 

前寒武纪

 

寒武纪的开始,标志着地球进入了生物大繁荣的新阶段。而在寒武纪之前,地球早已经形成了,只是在几十亿年的漫长过程中一片死寂,那时地球上还没有出现门类众多的生物。这样,科学家们便把寒武纪之前这一段漫长而缺少生命的时间称作前寒武纪。前寒武纪约占全部地史时间的六分之五,由于没有足够的生物依据,我们对地球的这段历史知之甚少。

 

根据有关生命活动迹象的宝贵资料,也是为了研究上的便利,地质学家把漫长的前寒武纪分为太古代、元古代两部分。太古代之前(地球形成之初-38亿年前)则有多种不同的称呼。

 

太古代离我们久远,其时限约从38亿年至26亿年前,长达12亿年。太古代是具有明确地史记录的最初阶段。在这漫长的12亿年间,是地球形成后的初始期,地表到处形成童山和荒漠,由于年代久远,确实很难寻觅到化石,人们对这一时期的生命活动了解得很少。但20世纪后半期,科学家们陆续在南非和澳大利亚获得了重大收获,在变质程度不太剧烈的沉积岩层中发现了叠层石,这是微生物和藻类活动的产物。此外,人们在这些古老的岩层中还分析出大量的有机化合物(如苯、烃基苯等)和环形化合物(如呋喃、甲醇、乙醛等)。在南非的一套古老沉积岩中,科学家们借助先进的精密观测仪器,发现了200多个与原核藻类非常相似的古细胞化石,这些微体化石一般为椭圆形,具有平滑的有机质膜,这是人们迄今为止发现的最古老、最原始的化石,也是在太古代地层中发现的最有说服力的生物证据。从生物界看,这是原始生命出现及生物演化的初级阶段,当时只有数量不多的原核生物,他们只留下了极少的化石记录。从非生物界看,太古宙是一个地壳薄、地热梯度陡、火山—岩浆活动强烈而频繁、岩层普遍遭受变形与变质、大气圈与水圈都缺少自由氧、形成一系列特殊沉积物的时期;也是一个硅铝质地壳形成并不断增长的时期,又是一个重要的成矿时期。

 

元古代的时限自26亿年前至5.7亿年,在这段地史中,原核生物演化为真核细胞生物,形成地史时期的菌-藻类时代。人们在这一时期的古老地层中发现过微古植物化石、宏观藻类化石及叠层石。仅在我们中国,古生物学家就已发现元古代不同时期的微古植物化石80余属、近200个种,生命在元古代得到进一步繁荣,那时的地球已不再是满目荒芜了。初期地表已出现了一些范围较广、厚度较大、相对稳定的大陆板块。因此,在岩石圈构造方面元古代比太古代显示了较为稳定的特点。早元古代晚期的大气圈已含有自由氧,而且随着植物的日益繁盛与光合作用的不断加强,大气圈的含氧量继续增加。元古代的中晚期藻类植物已十分繁盛,明显区别于太古代。

 

元古代末期,大约从8.5-5.7亿年,被命名为震旦纪,这是因为这段时间在生命演化历程中具有承前启后的意义,并且它的命名地是在中国。

 

“震旦(Sinian)”意指中国,古印度就称华夏大地为“震旦”,德国地质学家首先把它用于地层学,后来许多学者都仿效使用,但含义有所不同。后来地质学家们重新定义了震旦纪,中国著名地质学家李四光等在长江三峡建立起完整的震旦纪地质剖面,这就是有名的峡东剖面,它向全世界提供了地层对比的依据。

 

震旦纪已有了明确的生物证据,在动物界出现了低等的小型具硬壳的物种,以及大量裸露的高级动物,后者就是发现于澳大利亚的埃迪卡拉动物群。在植物方面表现为高级藻类(如红藻、褐藻类等)的进一步繁盛,宏观藻类也得到飞速的发展,这时的地球已彻底改变一片死寂、毫无生气的面貌了。震旦纪(Sinian period)是元古代最后期一个独特的地史阶段。从生物的进化看,震旦系因含有无硬壳的后生动物化石,而与不含可靠动物化石的元古界有了重要的区别;但与富含具有壳体的动物化石的寒武纪相比,震旦系所含的化石不仅种类单调、数量很少而且分布十分有限。因此,还不能利用其中的动物化石进行有效的生物地层工作。震旦纪生物界最突出的特征是后期出现了种类较多的无硬壳后生动物,末期又出现少量小型具有壳体的动物。高级藻类进一步繁盛,微体古植物出现了一些新类型,叠层石在震旦纪早期趋于繁盛,后期数量和种类都突然下降。再从岩石圈的构造状况来看,震旦纪时地表上已经出现几个大型的、相对稳定的大陆板块,之上已经是典型的盖层沉积,与古生界相似。因此,震旦纪可以被认为是元古代与古生代之间的一个过渡阶段。

 

埃迪卡拉动物群主要由类似水母类、蠕虫类、海鳃纲的生物所组成,多保存为印痕化石,尽管它们的形态、结构都很原始,但它们被认为是20 世纪古生物学最重大的发现之一。这一发现使科学界摈弃了长期以来认为在寒武纪之前不可能出现后生动物化石的传统观念。所谓后生动物即是指相对于原生动物的各种多细胞动物。

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