20131022第三章地球演化zhaolin.ppt
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1、第三章 地球演化 第一节 地球的形成与演化 一、地层与地质年代 地史:地球形成已有46亿年。在这漫长的时间里,地球曾经历过许多重大和复杂的变化,其历史就记载在地壳的地层、古生物化石和各种各样的构造变动遗迹中。 地层:岩石圈在长期发展过程中,在一定的地质时间内形成的层状和非层状的岩石的总称。包括各种沉积岩、岩浆岩和变质岩。 地质年代:地壳中不同年代的岩石在形成过程中的时间和顺序。包括相对地质年代和绝对地质年代。,1,二、相对地质年代的确定 1、地层层序律(Law of Superposition) 概念:如果一个地区沉积岩没有受到扰动,先沉积的是较老的岩层,后沉积的是较新的岩层,这种上新下老的地
2、层关系称为地层层序律。,2,二、相对地质年代的确定 2、生物地层学法 (1)地球上生物演化的规律 从水生到陆生、从简单到复杂、从低级到高级, 并具有一定的阶段性和不可逆性。,3,(2)标准化石(Index Fossil) 并非所有的生物化石对确定地质年代都有价值; 有的生物对环境变化的适应能力很强,在漫长的地质年代里没有变化,它们的化石可以在不同的地层里出现; 只有那些延续时间短、分布范围广、数量多、特征显著的化石,才有鉴定地质年代的意义,称为标准化石。,4,震旦纪的叠层石,由藻类、细菌和碳酸钙沉积形成的集合体。,5,三叶虫化石,6,三叶虫化石1,三叶虫化石,7,三叶虫化石2,三叶虫化石,8,
3、志留纪的笔石化石,9,二叠纪早期的栌木,10,青岛龙,11,恐龙蛋,恐龙足迹,恐龙蛋,12,四川自贡的恐龙化石,13,始祖鸟化石-由于始祖鸟有着鸟类及恐龙的特征,始祖鸟一般被认为是它们之间的连结:可能是第一种由陆地生物转变成鸟类的生物.,14,南雄阶齿兽(第三纪),15,葛氏铲齿象化石(第三纪),16,琥珀中的第三纪昆虫,17,第四纪的猛犸象,18,猛犸象,19,第四纪的洞熊,北京周口店,20,第四纪的披毛犀,21,22,生物地层对比综合柱状图,(3)指相化石(Facies Fossil) 有些生物只能生存在一定的环境,所以,可以根据地层中的某些化石,推测当时的古地理环境,这种化石叫指相化石。
4、 珊瑚:指示当时是热带清澈的浅海环境; 破碎的贝壳化石:指示为滨海的环境; 苏铁化石:指示陆上气候湿润。,23,化石是研究地层形成环境和确定相对地质年代的重要标志。,3、岩石地层学法 生物地层学法虽然可靠,但很多地层无化石。 岩性:岩石组成成分、颜色、结构、构造等。 岩相:岩石的面貌,是岩层的岩性特征和生物特征的综合,也是岩层生成环境的反映。 岩石地层学以岩性界面变化为准来划分地层,这是建立区域地层层序的主要方法。,24,岩性的变化在很大程度上反映了环境的变化。海浸,其沉积物自下而上,由粗变细或由碎屑岩变为碳酸盐岩;海退相反。,沉积旋回,25,4、构造地层学法 地层的接触关系,记录了地壳运动演
5、化的历史,是划分地层的重要标志。 (1)整合接触 地壳长期处于下降地区,沉积物连续沉积,层理相互平行,沉积时间无间断。,26,(2)假整合接触 地壳运动由下降转为上升,而在上升的过程中没有发生明显的变形,只是沉积中断,并遭受剥蚀,而后再次下降接受新的沉积,从而上下两套地层之间缺失了某一时代的地层,但新老地层仍然平行,称为假整合接触,或平行不整合接触。 (3)不整合接触 地壳在由下降转为上升过程中,原先沉积的地层发生强烈的变形,经风化剥蚀后,再次下降接受新的沉积,这时上下两套地层之间不但有明显的缺失,而且上覆新地层与下覆老地层之间成一定角度相交,称为不整合接触。,27,28,29,5、其它 地层
6、划分对象一般为沉积岩。对于岩浆岩的新老顺序,一般用切割律或穿插关系来定。岩层切割律:就侵入岩与周围岩关系来说,总是侵入者年代新,被侵入者年代老。,30,31,三、绝对地质年代的确定 半衰期:母体元素的原子数蜕变一半所需要的时间。例如,镭的半衰期为1622年,如果开始有10g镭,经过1622年后就只剩下5g;再经过1622年仅只有2.5g依此类推。因此,自然界的矿物和岩石一经形成,其中所含有的放射性同位素就开始以恒定的速度蜕变,这就像天然的时钟一样,记录着它们自身形成的年龄。绝对地质年代(同位素地质年代)通过测定岩石的放射性同位素含量,依据其蜕变规律而计算出岩石的年龄。,32,其中,N是衰败后留
7、下的原子核数,N0指初始时刻原子核数(根据留下的原子核与终结元素含量确定),t为衰变时间,T为半衰期。 自然界放射性同位素种类很多,能够用来测定地质年代的必须具备以下条件: 具有较长的半衰期,那些在几年或几十年内就蜕变殆尽的同位素是不能使用的; 该同位素在岩石中有足够的含量,可以分离出来并加以测定。 其子体同位素易于富集并保存下来。,33,铀系法, 234U 半衰期:25 万年; 测年范围:5 万 100 万年;, 210Pb 半衰期:22.3 年; 测年范围: 150 年;,测年材料:沉积物、岩石。,34,钾氩法,原理:40K 因电子俘获而放出或 射线、衰变为稳定的同位素 40Ar , 通过
8、测定样品的 40K 和 40Ar 含量就可 以计算出其年代;年代越老,其 40K 就相对越少, 40Ar 就相对越多。, 40K 半衰期:1.3109 年; 测年范围: 2 万 800 万年;, 测年材料:火成岩、沉积物。,35,14C 法, 原理: 14C 由宇宙射线中的中子轰击地 球大气中的氮核,产生核反应而生成。 在 相当长的地质时期里, 大气中的 14C 含量 基本保持稳定,即 14C 背景浓度不变;, 14C 半衰期:5730 40 年; 测年范围:0 10 万年;,测年材料:有机质(如贝壳、骨头、沉 木、木屑、泥炭、碳酸盐沉积等等);,36,四、地质年代表,(一)地质年代的划分 地
9、质年代:人们把组成地壳的全部地层从老到新排列起来,所代表的年代称。 年代地层单位:将全部地层分成大小不同的单位,称。,37,四、地质年代表,(二)地质年代表-按年代早晚顺序把地质年代进行编年,列制成表,叫。,38,地质年代表2,39,(一)太古代 Ar(Archaeozoic Era ),地球形成(46亿年前)至 25 亿年前,这 是地史中最漫长的一个代。,地壳处于早期阶段,为一层脆弱的玄武岩圈, 地壳运动与火山活动极其频繁强烈;当时全球几 乎都是浅海,只有一些分散而孤立的岛屿式的小 陆块,最后成为稳定陆块的核心(称为陆核);,生命起源与演化。 无机物 简单有机物(氨 基酸等碳氢化合物)蛋白质
10、、核酸等复杂有机 物原始生命最原始的生物。 到太古代晚期,海洋里已出现了原始单细胞 细菌和藻类生物。,五、地球的演化历史,40,(二)元古代 Pt(Proterozoic Era ),距今 25 5.4亿年前。 在此时期,陆壳逐渐增厚,稳定性加强。 多次的地壳运动使陆核扩大、焊接形成一些较大而稳定的古陆。至晚元古代,全球形成五个巨型的稳定古陆:北半球的北美古陆、欧洲古陆、西伯利亚古陆、中国古陆,以及南半球的冈瓦纳古陆。 在震旦纪时,地球发生了第一次大冰期 (称为震旦纪大冰期)。,41,元古代藻类植物时代 元古代藻类空前繁盛,原核生物进化为真核生物。 到了中、晚元古代大量出现各种藻类、叠层石(叠
11、层石是由藻类、细菌和碳酸钙沉积形成的集合体),而原始动物(低等的无脊椎动物)也开始出现,如海绵和腔肠动物。,42,(二)元古代 Pt(Proterozoic Era ),(三)早古生代 Pz1( Early Palaeozoic Era),距今5.4 4.1 亿年前。 由三个纪组成,即寒武纪、奥陶纪、志留纪。,1、三个纪名称的由来: 寒武纪(,Cambrian Period),源于英国威尔士西部一山脉 Cambria 的英文译音, 代表地球上有大量生物开始出现的新时期开始 ; 奥陶纪(O,Ordovician Period),源于英国北威尔士一古代民族 Ordovices 的音译; 志留纪(S
12、,Silurian Period),源自英国东南威尔士一个古代部落 Silures 居住的地方名Siluria,日文音译,我国沿用。,43,2、早古生代的古地理面貌,从早寒武纪开始,发生了世界性的广泛海侵,形成广阔的浅海和碳酸盐沉积,所以下古生界几乎都是海相地层。 奥陶纪以后,发生广泛的海退。 至志留纪末,发生了世界性的强烈的构造运动加里东运动,部分海槽褶皱上升形成山脉,如加里东海槽、蒙古海槽、祁连海槽、华南海槽等,北美古陆与欧洲古陆相连,古大西洋因而关闭,全球陆地面积扩大。,44,(三)早古生代 Pz1( Early Palaeozoic Era),3、早古生代的古生物发展,早古生代海生无脊
13、椎动物时代 在早古生代,出现了较稳定而广阔的浅海,海洋营养丰富,促成了寒武纪生物大爆发,动物界第一次大发展,海生无脊椎动物空前繁荣,它们大都有坚硬的外壳,因而保全下众多的动物化石,现已发现了2500多种,尤以三叶虫、腕足类、笔石、珊瑚、头足类最为繁盛。后期,先锋植物开始登陆。志留纪末期出现裸蕨。,45,(三)早古生代 Pz1( Early Palaeozoic Era),(四)晚古生代 Pz2(Late Palaeozoic Era),距今 4.1 2.5 亿年前。 包括三个纪,即泥盆纪、石炭纪、二叠纪。,1、三个纪的得名: 泥盆纪(D,Devonian Period),该套地层最早在英国西南
14、部的 Devonshire(泥盆郡)得到研究,日本人后来将 Devon 译成片假名“泥盆”,所以才有了这个怪名字 ; 石炭纪(C,Carboniferous Period), 此名最早创用于英国(1822),因为该时期的地层含丰富的煤矿; 二叠纪(P,Permian Period), 是来自德文 Dyas 的意译,因为该时代德国的地层可以分为上下两套而命名。,46,2、晚古生代的古地理面貌,从早古生代末开始,揭开了从海洋向陆地转化的序幕。 四个巨型稳定的古陆,即欧美古陆、西伯利亚古陆、中国古陆和冈瓦纳古陆,受海西运动的影响,前三者在石炭纪时连接成一个巨大的劳亚古陆,最后在二叠纪与冈瓦纳古陆连结
15、成统一的联合古陆(即 泛大陆),使全球陆地面积空前扩大。,石炭纪、二叠纪时期,地球北方气候温暖湿润,广阔的陆地沼泽树木繁茂,形成广大的煤田,与此同时,南方的冈瓦纳古陆却发生了地球的第二次大冰期。,47,(四)晚古生代 Pz2(Late Palaeozoic Era),3、晚古生代的古生物发展,泥盆纪时,生物界发生了从海洋征服大陆的巨变,只是从这一时期起,生物才开始从海洋向陆地发展。 石炭纪是植物世界大繁盛的代表时期。据统计,属于这一时期的煤炭储量约占全世界总储量的 50 以上。 二叠纪是地球发展史上重要的成礁期。当时,海水温暖而又清澈,喜欢生活在浅海的各种钙藻和海绵动物大量繁殖,形成了厚厚的礁
16、体,为石油和天然气的形成和储集创造了条件。目前,在世界上已经发现了许多二叠纪的礁型油气田。,48,(四)晚古生代 Pz2(Late Palaeozoic Era),4、晚古生代古生物发展的主要特点,动物界出现两大飞跃发展:从无脊椎动物到脊椎动物,出现原始鱼类(泥盆纪被称为鱼类时代);从水到陆,由鱼类演变到可在陆地生活的两栖类,所以石炭、二叠纪又称为两栖类时代。这是由于陆地面积不断扩大,海洋缩小,促进了动物界的巨大变革。,植物界第一次大发展蕨类时代,从泥盆纪开始,大地披上了绿装,孢子植物繁盛,如鳞木、芦木、大羽羊齿等等,为煤矿的形成打下了物质基础。,49,(四)晚古生代 Pz2(Late Pal
17、aeozoic Era),(五)中生代 Mz (Mesozoic Era),距今 2.5 0.65 亿年前。 包括三个纪,即三叠纪、侏罗纪、白垩纪。,1、三个纪的得名: 三叠纪 (T,Triassic Period), 最早在德 国西南部发现了代表这段时期的地层。这套 地层由三个部分组成:下为陆相杂色砂页岩, 中为海相灰白色石灰岩,上为陆相红色岩层, 因此得名。,50,1、三个纪的得名: 侏罗纪 (J ,Jurassic Period) 在法国、瑞士交界的阿尔卑斯山区的侏罗山(Jura Mountains),经研究发现该区地层发育特别完整,形成于中生代中期,故此命名; 今天在地质学上应用的一些
18、理论或概念都得益于当时的研究,如古生物学中的“化石层序律”、化石带的建立和划分,地层学中 “阶”的概念等。,51,(五)中生代 Mz (Mesozoic Era),1、三个纪的得名: 白垩纪(K,Cretaceous Period) 其名(Creta) 来自拉丁文,代表一种灰白色、颗粒较细的碳酸钙沉积(即白垩); 在英国东南的多佛尔海峡,有很多由白垩构成的陡峭的岩壁,人们认识白垩纪地层也是最早从这里开始的。 白垩纪是地史中第一个以岩性命名的纪。,52,(五)中生代 Mz (Mesozoic Era),2、中生代的古地理面貌,从三叠纪末开始,联合古陆解体,首先是北美和亚欧大陆分离,原始北大西洋形
19、成;南美与非洲分裂,形成原始南大西洋;印度和非洲漂离南极洲,形成原始印度洋。之后,南北大西洋不断扩展,印度漂离非洲、澳洲漂离南极洲向东北移动。最后,到白垩纪末,冈瓦纳古陆已解体成五大块(南美、非洲、印度、澳 洲、南极洲);同时,古地中海收缩关闭,太平洋缩小及环太平洋褶皱带形成。 中生代的构造运动主要有三叠纪晚期的印支运动,以及侏罗纪、白垩纪的燕山运动(即太平洋运动、或阿尔卑斯运动),53,3、中生代的古生物发展,中生代生物界的突出变化是:爬行动物代替了两栖动物,裸子植物代替了蕨类植物。,中生代爬行动物时代,恐龙称霸地球;到中生代中、晚期,出现了鸟类和哺乳类。同时,无脊椎动物也很繁盛。,中生代气
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