5 前寒武(1總述)

1、第二編 地球早期史及前寒武紀(jì)地史一、地球早期歷史簡(jiǎn)介 1月球早期演化歷史的啟示 2地球的早期演化歷史 3地球氣圈和水圈的形成二、前寒武紀(jì)的劃分 三、地球上生命起源及前寒武生物演化 1生命起源問(wèn)題 2最早的化石記錄 3前寒武紀(jì)植物界的演化 4前寒武紀(jì)末期裸露動(dòng)物群的出現(xiàn) 12Precambrian4640255.42.50.65HadeanArPtPzMz34前寒武紀(jì)主要特點(diǎn)時(shí)限長(zhǎng)(Long duration) 465.42億年。地層普遍變質(zhì)，巖漿活動(dòng)發(fā)育(Wide metamorphism & magmatism)麻粒巖相、角閃巖相、綠片巖相，一般越老變質(zhì)程度越深。構(gòu)造變形復(fù)雜(Complic

2、ated deformation)原始地殼薄、剛性大、熱流值大，易發(fā)生塑性變形，而且經(jīng)歷多期構(gòu)造變動(dòng)?；∩?Molecular & soft-body fossils)酸性和還原大氣圈和水圈(Acid & anoxic atmostphere and hydrosphere)礦產(chǎn)豐富(Abundant mineral resources)Fe、Au、U5地球的起源 宇宙誕生10-44秒之后便急速展開(kāi),10-34厘米的超微宇宙在僅僅10-34秒之內(nèi)迅速膨脹了10100倍,稱為暴脹(inflation）。實(shí)際上提出了一個(gè)“從無(wú)到有”的宇宙起源模式，對(duì)于傳統(tǒng)的“無(wú)始無(wú)終”宇宙觀是一個(gè)沖擊！ Bi

3、g Bang & Earth formation6 據(jù)天體化學(xué)和同位素的宇宙和太陽(yáng)系年齡數(shù)據(jù)： 宇宙和銀河系年齡(宇宙年齡是指大爆炸至今所經(jīng)歷的時(shí)間，它是宇宙無(wú)限空間和無(wú)限時(shí)間中的一個(gè)相對(duì)有限的時(shí)間概念)。通過(guò)天文學(xué)實(shí)際觀察、數(shù)學(xué)計(jì)算和現(xiàn)代宇宙學(xué)模型的探索，一般認(rèn)為空間和時(shí)間是無(wú)限的，銀河系年齡為110-180億年。地球的起源7 太陽(yáng)系的年齡: 太陽(yáng)系內(nèi)的隕石是從太陽(yáng)星云中凝聚而成的，年齡為45-46億年。月球上最古老月巖的年齡也是44-46億年，地球上最古老的礦物年齡為40-43億年(最肯定的變質(zhì)巖為38億年,)，通過(guò)地殼中鉛比率的計(jì)算推論地球年齡是46億年。 進(jìn)一步推測(cè)，太陽(yáng)系各類天體在4

4、5-46億年前已經(jīng)形成。地球的起源8地球的起源地球地質(zhì)階段： 38億年Now地球天文階段： 46-38億年地球和月球： 46億年太陽(yáng)系元素年齡: 62-77億年銀河系： 110-180億年宇宙大爆炸： 時(shí)間和空間的開(kāi)始地球形成9地球早期史 天文階段8億年(4638億年) 是地球早期歷史，其地質(zhì)記錄是空白歷史，只能借鑒太陽(yáng)系內(nèi)其它星球的宇宙地質(zhì)學(xué)(天文物理學(xué))研究成果進(jìn)行類比和推論。 月球與地球關(guān)系最近，并且一般認(rèn)為月球是從地球甩出去的（地月體系）。 對(duì)地球早期史很難認(rèn)識(shí)，對(duì)其他星球的認(rèn)識(shí)更難。The natural satellite of Earth-The moon10地球早期史11 月球

5、缺失氣體和水，不存在侵蝕作用，月壤很薄。月殼保留了40億年的地質(zhì)記錄，大體相當(dāng)于地球的冥古宙和太古宙，該記錄恰為地球所不易保存的部分。因此，月球?yàn)樵嫉厍蛉拥难莼峁┝艘粋€(gè)重要的參考。 地球上最古老的變質(zhì)巖 （格陵蘭、南極、南非等地）形成于38億年，為地質(zhì)歷史的開(kāi)始（此前為天文階段，46-38億年）。1213第一階段(三大圈層形成)： 46億年前、后已成為固態(tài)，在結(jié)構(gòu)上可能處于近均質(zhì)狀態(tài)。 4638億年（8億年）：地質(zhì)紀(jì)錄知之甚少。主要是圈層分化作用（分化為地核、地幔及地殼），這是地球早期演化的第一階段（38-46億年）稱為天文階段。 地球圈層的分化14地球圈層的分化 原始地球內(nèi)部達(dá)到熔融狀

6、態(tài)時(shí)，親鐵元素比重大而下沉形成鐵鎳地核，親石元素上浮組成地幔和原始地殼。 更輕的液態(tài)和氣態(tài)成份，通過(guò)火山噴發(fā)溢出地表而形成原始的水圈和大氣圈。15 第二階段(地殼圈層進(jìn)一步演化)： 38-40億年，正變質(zhì)巖的年齡數(shù)值很多，推測(cè)當(dāng)時(shí)存在大規(guī)模的地表熔巖噴溢及深部巖漿侵位，它們不斷固結(jié)而導(dǎo)致地殼（硅鎂質(zhì)的洋殼；硅鋁質(zhì)陸殼）逐步增厚，并形成以硅鎂層為主的早期地殼圈層(洋殼)。地球圈層的分化16第三階段(氣圈和水圈的形成): 隨著固體層圈的分化，一部分氣體由火山帶到地表，原始大氣的成分為一氧化碳、甲烷、氨和惰性氣體。 水圈的水都是來(lái)自地球內(nèi)部，是通過(guò)火山活動(dòng)而形成的，水氣先逸散在大氣圈中，然后經(jīng)冷卻至

7、地表匯成水體。地球圈層的分化17大氣圈和水圈的形成地球早期的排氣作用18前寒武紀(jì)大氣圈和水圈Pt2：含氧大氣圈形成(出現(xiàn)含鐵紅色砂巖，高價(jià)鐵沉積層、膏巖沉積和可燃有機(jī)巖，但Pt2-3的海相沉積中原生白云巖大量發(fā)育，反映當(dāng)時(shí)大氣CO2比Ar低，但仍比現(xiàn)在高)Pt1晚期：逐漸含氧(疊層石大量發(fā)育)Pt1早期：缺氧到含氧過(guò)渡(紋帶狀硅鐵組合-早期藻類釋放出的O2被Fe2+吸收而沉淀)Ar：缺氧還原性大氣(廣泛出現(xiàn)含金-鈾礫巖)大氣圈：水圈：Ar早期已經(jīng)形成，因?yàn)樵贏r1中出現(xiàn)玄武巖 和礫巖19 5.4億年 顯生宙Phanerozoic,研究最為詳細(xì)，包括古生代(早古生代、晚古生代)、中生代和新生代

8、38-5.4億年(32.6億年):前寒武紀(jì)Precambrian，(太古宙38-25、元古宙25-5.4 ) 46-38億年(8億年):冥古宙Prearchean，天文階段，研究程度差4600Ma、3800Ma、5420Ma將地球演化劃分為三個(gè)階段：地球演化宏觀階段20第二編 地球早期史及前寒武紀(jì)地史一、地球早期歷史簡(jiǎn)介 1月球早期演化歷史的啟示 2地球的早期演化歷史 3地球氣圈和水圈的形成二、前寒武紀(jì)的劃分 三、地球上生命起源及前寒武生物演化 1生命起源問(wèn)題 2最早的化石記錄 3前寒武紀(jì)植物界的演化 4前寒武紀(jì)末期裸露動(dòng)物群的出現(xiàn) 21 “太古代”由丹納（1872）命名， “元古代”由埃蒙斯

9、（1887）提出。查德威克（1930）提出隱生宙和顯生宙。20世紀(jì)70-80年代，國(guó)際地層委員會(huì)（1989）提出了目前習(xí)用的劃分方案。 22震旦系南華系DomesticInternational23第二編 地球早期史及前寒武紀(jì)地史一、地球早期歷史簡(jiǎn)介 1月球早期演化歷史的啟示 2地球的早期演化歷史 3地球氣圈和水圈的形成二、前寒武紀(jì)的劃分 三、地球上生命起源及前寒武生物演化 1生命起源問(wèn)題 2最早的化石記錄 3前寒武紀(jì)植物界的演化 4前寒武紀(jì)末期裸露動(dòng)物群的出現(xiàn) 241. 生命的起源25生命的起源 - 兩種傾向：1. 生命的起源地內(nèi)起源terrestrial (地球自身的演化)地外起源extr

10、aterrestrial(來(lái)自其他星體)元素氨基酸蛋白質(zhì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)Miller,1953261. 生命的起源-地內(nèi)起源Miller,1953271. 生命的起源Deep biosphere28黑煙筒起源說(shuō)： 由無(wú)機(jī)元素和化合物在高溫作用下形成有機(jī)氨基酸，繼而形成硫和其他復(fù)雜化合物-形成多肽、核苷酸鏈-形成似細(xì)胞體的化學(xué)合成物。有趣的是這些成分在高熱作用下化學(xué)合成了硫細(xì)菌。1. 生命的起源291. 生命的起源301. 生命的起源Evidence of water on Mars?312. 生命何時(shí)起源？ 格陵蘭 38億年的碳?xì)浠衔锉徽J(rèn)為是地球最早的生命(化學(xué)化石)。 在澳大利亞無(wú) 花果樹(shù)群343

11、5億 年前的絲狀至鏈狀細(xì)胞可能代表最早的菌、藻類生物體(原核細(xì)胞生物的開(kāi)始)。Ar為菌、藻類時(shí)代。322. 生命何時(shí)起源？Apex Chert (3.5Ga old!), W. Australia, oldest prokaryote fossils (Schopf, 02, Nature)33 屬原核生物的絲狀細(xì)菌，發(fā)現(xiàn)于南非特蘭斯瓦超群（23億年）黑色頁(yè)巖中。3. 前寒武紀(jì)植物界的演化34原核生物和真核生物過(guò)渡階段 加拿大甘弗林組(Gunflint Fm.) (19.520億年)的微古植物(疑源類)和疊層石，包括藍(lán)綠藻16屬(均屬原核生物) (后來(lái)艾德杭認(rèn)為其中有5個(gè)屬應(yīng)為真核生物？)。3

12、. 前寒武紀(jì)植物界的演化Schopf JW, 2000, PNAS, 2.1Ga, Gunflint Chert, CanadaEukaryotes ? + Cyanobacteria35 肯定的真核生物發(fā)現(xiàn)于美國(guó)的貝克泉組(Back Springs Fm.)白云巖中(1314億年)。 3. 前寒武紀(jì)植物界的演化36中國(guó)元古宇發(fā)現(xiàn)豐富的疊層石及微古植物Shark Bay Marine Park, W. Australia Gaoyuzhuang Fm.(1.6Ga), Pt2, Xingtang, Hebei 3738倫吉蟲(chóng)狄氏蟲(chóng)環(huán)輪水母節(jié)肢動(dòng)物節(jié)肢動(dòng)物棘皮動(dòng)物埃迪卡拉動(dòng)物群(Ediacara

13、n Fauna)：震旦紀(jì)晚期出現(xiàn)的，多門(mén)類，低等，無(wú)骨骼的印痕化石群稱之為裸露動(dòng)物群（埃迪卡拉動(dòng)物群）。包括：海綿類（毛森海綿）、海腮綱（倫吉蟲(chóng)）、環(huán)節(jié)動(dòng)物（狄氏蟲(chóng)）、蠕蟲(chóng)類（皺節(jié)蟲(chóng)）、水母類（環(huán)輪水母）等。 腔腸+環(huán)節(jié)+分類位置不明4. 前寒武紀(jì)末裸露動(dòng)物群39Ediacaranfauna40Ediacaran fauna41Ediacaran fauna42Ediacaran faunaScene from the very end of the Precambrian showing ediacaran organisms43Ediacaran fauna已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的Ediacara動(dòng)物群

14、化石點(diǎn)；表明具有球性分布特征Narbonne, 1998, GSA Today, 8(2):1-844Australia Douglas Mauson Geologist & The section yields Ediacarian faunaChina Chairman Mao45 晚前寒紀(jì)，陡山沱組磷塊巖。后生動(dòng)物卵分裂的不同階段。翁安動(dòng)物群（貴州，5.8億年）46翁安動(dòng)物群（貴州，5.8億年）陡山沱組中發(fā)現(xiàn)的最早的兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物Science評(píng)論：使我們第一次目睹了寒武紀(jì)大爆發(fā)之前 我們所熟悉的動(dòng)物。Vernanimalcula47Lu-Hf: 584 26MaPb-Pb: 599.3

15、4.2Ma(Barfod, et al. 2002)HaikouichtysMyllokunmingiaWengan biota580MaLife after snowball Earth episodes Soft-bodied Ediacaran macrofossil (Dickinsonia) from South Australia560Ma484. Trace fossils: Planolites-like, Gordia, Palaeophycus-like3. Ediacaran Fauna:指埃迪卡拉紀(jì)后期出現(xiàn)的，主要由腔腸動(dòng)物(67%水母、海鰓 綱)、環(huán)節(jié)動(dòng)物(25%)、

16、節(jié)股動(dòng)物(似三葉蟲(chóng))(50%)組成的不具 外殼的多細(xì)胞后生動(dòng)物群。我國(guó)發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)：鄂西、陜南、淮 南、遼南和黑龍江。2. Pt:Bacteria & alga:Stromatolites繁盛，特別是Pt3 Microalga(微古植物)指單細(xì)胞或多細(xì)胞藻類有機(jī)體，我國(guó)主要發(fā)育于Pt2-3 Macroalga(后生藻類)指根據(jù)目前研究程度尚無(wú)法歸入現(xiàn)代藻類系統(tǒng)的、肉眼 可見(jiàn)的藻類，主要見(jiàn)于Pt2-31. Ar:Molecular fossils(氨基酸、脂肪酸、芳香族碳 氫化合物)前寒武紀(jì)生物界面貌Features of the Precambrian organisms49澄江動(dòng)物群：Cam1，生物大爆發(fā)。小殼化石：Cam1早期 （540Ma前不久