1、地球科学概论地球科学概论Outline Of Earth Science 第三章地质事件、生物进化和第三章地质事件、生物进化和地质年代地质年代 1 1 地质事件地质事件2 2 相对地质年代相对地质年代3 3 同位素年龄同位素年龄4 4 地球生物进化的重大事件地球生物进化的重大事件5 5 地质年代表地质年代表 第三章地质事件、生物进化和第三章地质事件、生物进化和地质年代地质年代 1 1 地质事件地质事件2 2 相对地质年代相对地质年代3 3 同位素年龄同位素年龄4 4 地球生物进化的重大事件地球生物进化的重大事件5 5 地质年代表地质年代表 1 地质事件 地球形成以来发生了一系列变化，其中一些变
2、化地球形成以来发生了一系列变化，其中一些变化在地壳中留下了痕迹，这些痕迹是研究地球的线索，在地壳中留下了痕迹，这些痕迹是研究地球的线索，我们把留下痕迹并且有研究意义的变化称为地质事件。我们把留下痕迹并且有研究意义的变化称为地质事件。地质事件有大有小，例如原始海洋的形成、生物地质事件有大有小，例如原始海洋的形成、生物物种的出现和绝灭、大陆分裂漂移和碰撞、冰期和间物种的出现和绝灭、大陆分裂漂移和碰撞、冰期和间冰期、地磁场反转等是全球性的重大事件，火山爆发、冰期、地磁场反转等是全球性的重大事件，火山爆发、河流改道、洋底浊流等是区域性的事件。河流改道、洋底浊流等是区域性的事件。地质事件的持续时间有长有
3、短，例如山脉隆起时地质事件的持续时间有长有短，例如山脉隆起时间以千万年计，而山体滑坡则只有几分钟。间以千万年计，而山体滑坡则只有几分钟。1 地质事件 地质事件主要记录在地壳岩石中，我们通常根据地质事件主要记录在地壳岩石中，我们通常根据岩石中特征的物质和特征的现象来识别地质事件。岩石中特征的物质和特征的现象来识别地质事件。不仅要知道发生过什么事件，而且要知道事件发不仅要知道发生过什么事件，而且要知道事件发生的时间。地质事件的时间有两个含义：生的时间。地质事件的时间有两个含义：事件发生的先后顺序事件发生的先后顺序相对地质年代；相对地质年代；事件距离今天的时间事件距离今天的时间同位素年龄。同位素年龄
4、。例如，例如，2003年，在新疆罗布泊勘探钾盐的钻井中年，在新疆罗布泊勘探钾盐的钻井中普遍发现泥层中夹有一层含石膏的细砂层，经过研究普遍发现泥层中夹有一层含石膏的细砂层，经过研究识别出这是罗布泊历史上的一次变干事件，距离今天识别出这是罗布泊历史上的一次变干事件，距离今天约约80万年。它反映青藏高原的一次快速上升。万年。它反映青藏高原的一次快速上升。第三章地质事件、生物进化和第三章地质事件、生物进化和地质年代地质年代 1 1 地质事件地质事件2 2 相对地质年代相对地质年代3 3 同位素年龄同位素年龄4 4 地球生物进化的重大事件地球生物进化的重大事件5 5 地质年代表地质年代表 2 相对地质年
5、代 相对地质年代是指地质事件发生的先后顺序。相对地质年代是指地质事件发生的先后顺序。确定地质事件的先后顺序的原理有地层层序原理、确定地质事件的先后顺序的原理有地层层序原理、化石层序原理和切割关系原理。化石层序原理和切割关系原理。2 相对地质年代 地层层序原理地层层序原理 在正常情况下，新地层中不可能出现老的事件。在正常情况下，新地层中不可能出现老的事件。如果事件如果事件A只出现在老地层中，事件只出现在老地层中，事件B只出现在新地只出现在新地层中，那么层中，那么A早于早于B。地层是层状岩石的总称，包括沉积岩、火山岩地层是层状岩石的总称，包括沉积岩、火山岩和浅变质岩。和浅变质岩。地层形成的顺序叫做
6、层序。先形成的地层在下地层形成的顺序叫做层序。先形成的地层在下面，后形成的在上面。只要不发生倒转或推覆，我面，后形成的在上面。只要不发生倒转或推覆，我们看到的地层一定是上新下老。这一原理称为地层们看到的地层一定是上新下老。这一原理称为地层层序原理，也称为地层层序律。层序原理，也称为地层层序律。2 相对地质年代 地层形成时，地层形成时，上新下老，一般是上新下老，一般是水平的，称为正常水平的，称为正常地层。地层受到构地层。地层受到构造作用的影响会发造作用的影响会发生褶皱，水平地层生褶皱，水平地层变为倾斜地层，只变为倾斜地层，只要还是上新下老，要还是上新下老，就还称为正常地层。就还称为正常地层。如果
7、变为上老下新，如果变为上老下新，则称为则称为倒转地层倒转地层。2 相对地质年代 在野外，在野外，仔细观察地层仔细观察地层的某些特征，的某些特征，可以帮助我们可以帮助我们判断地层是正判断地层是正常还是倒转。常还是倒转。例如，波痕、例如，波痕、交错层理、粒交错层理、粒序层理、包卷序层理、包卷层理等。层理等。波痕交错层理粒序层理 利用粒序层理和包卷层理识别倒转地层2 相对地质年代 某些逆断层可以把老地层推到远处的新地层之某些逆断层可以把老地层推到远处的新地层之上，这种现象称为上，这种现象称为推覆构造推覆构造。推覆构造也会打乱正。推覆构造也会打乱正常的地层层序。老地层和新地层各自的小的层序可常的地层层
8、序。老地层和新地层各自的小的层序可能都是正常的，但包括老地层和新地层的大的层序能都是正常的，但包括老地层和新地层的大的层序是不正常的。是不正常的。2 相对地质年代 地层并不总是连续的、完整的，而且连续的地地层并不总是连续的、完整的，而且连续的地层也会受到后期的改变和破坏。层也会受到后期的改变和破坏。地层好比记载地球历史的一大套书，这套书分地层好比记载地球历史的一大套书，这套书分散在世界各地，有的前后颠倒，有的被拆散，有的散在世界各地，有的前后颠倒，有的被拆散，有的因为被撕碎、被火烧、被磨损而缺页，而且所有的因为被撕碎、被火烧、被磨损而缺页，而且所有的书都没有页码。要把这套书整理好，还要有别的方
9、书都没有页码。要把这套书整理好，还要有别的方法。法。2 相对地质年代 生物死亡后，遗体被沉积物掩埋，在地层中保生物死亡后，遗体被沉积物掩埋，在地层中保存下来，称为存下来，称为化石化石 。生物活动的痕迹也可以被保存。生物活动的痕迹也可以被保存下来，称为遗迹化石，如足迹。下来，称为遗迹化石，如足迹。对化石的研究使我们知道了生物是从低级到高对化石的研究使我们知道了生物是从低级到高级、从简单到复杂逐渐演化的。演化是不可逆的，级、从简单到复杂逐渐演化的。演化是不可逆的，所以称为进化。虽然达尔文的生物进化论需要发展，所以称为进化。虽然达尔文的生物进化论需要发展，但但“生物进化不可逆生物进化不可逆”是正确的
10、。是正确的。化石层序原理化石层序原理2 相对地质年代 化石层序原理化石层序原理 生物的出现和绝灭是特殊的事件，根据生物进生物的出现和绝灭是特殊的事件，根据生物进化不可逆原理可以判断这些事件的先后顺序；根据化不可逆原理可以判断这些事件的先后顺序；根据地层层序原理也可以判断化石的新或老。两方面结地层层序原理也可以判断化石的新或老。两方面结合，不断发现，反复对比，就可以建立不同化石出合，不断发现，反复对比，就可以建立不同化石出现的先后顺序和绝灭的先后顺序。现的先后顺序和绝灭的先后顺序。2 相对地质年代 化石层序原理化石层序原理 根据地层中的化石的年代可以判断地层的年代，根据地层中的化石的年代可以判断
11、地层的年代，进而可以判断地层中记录的地质事件的年代。这一进而可以判断地层中记录的地质事件的年代。这一原理称为原理称为化石层序原理化石层序原理。某些生物演化比较快，物种存在时间比较短，某些生物演化比较快，物种存在时间比较短，而且它们分布的范围比较广。用它们的化石判断地而且它们分布的范围比较广。用它们的化石判断地层的时代比较准确，而且比较容易在不同地区之间层的时代比较准确，而且比较容易在不同地区之间进行对比。这样的化石称为标准化石。进行对比。这样的化石称为标准化石。2 相对地质年代 切割关系原理切割关系原理 如果地质体如果地质体A A被地质体被地质体B B切割或穿插，那么切割或穿插，那么B B一一
12、定晚于定晚于A A。这一原理称为。这一原理称为切割关系原理切割关系原理。2 相对地质年代 切割关系原理切割关系原理 例如，岩浆岩侵入围岩中，岩浆岩一定晚于围例如，岩浆岩侵入围岩中，岩浆岩一定晚于围岩。一个岩体侵入于另一个岩体，靠同位素年龄可岩。一个岩体侵入于另一个岩体，靠同位素年龄可能难以判断先后，如果找到穿插关系，则可以确定能难以判断先后，如果找到穿插关系，则可以确定先后。先后。再如，在砂砾岩的层面上常常见到冲刷面，因再如，在砂砾岩的层面上常常见到冲刷面，因为冲刷面只可能切割先形成的岩层中的微层理，不为冲刷面只可能切割先形成的岩层中的微层理，不可能切割后形成的岩层中的微层理，所以据此可以可能
13、切割后形成的岩层中的微层理，所以据此可以判断地层层序是否正常。判断地层层序是否正常。又如，被矿脉充填的断裂是成矿前断裂，切割又如，被矿脉充填的断裂是成矿前断裂，切割矿脉的是成矿后断裂。矿脉的是成矿后断裂。根据地层层序原理和切割关系原理判断地质体形成的先后顺序基性岩墙不整合面断层地表第三章地质事件、生物进化和第三章地质事件、生物进化和地质年代地质年代 1 1 地质事件地质事件2 2 相对地质年代相对地质年代3 3 同位素年龄同位素年龄4 4 地球生物进化的重大事件地球生物进化的重大事件5 5 地质年代表地质年代表 3 同位素年龄 放射性元素的衰变存在如下规律：放射性元素的衰变存在如下规律：t=(
14、1/)ln(1+M/Nt)式中：式中：t 为衰变时间，为衰变时间，为半衰期，为半衰期，M 为新生子体，为新生子体，Nt 为现存母体。为现存母体。只要测出样品中子体和母体的原子个数之比，只要测出样品中子体和母体的原子个数之比，就可以计算出时间。这一时间是从样品中的放射性就可以计算出时间。这一时间是从样品中的放射性同位素最近一次被封闭在一个体系（如矿物晶体）同位素最近一次被封闭在一个体系（如矿物晶体）中开始到今天的衰变时间，称为中开始到今天的衰变时间，称为同位素年龄同位素年龄。K40Ar40Ca40放射性元素衰变3 同位素年龄 同位素年龄并非绝对年龄同位素年龄并非绝对年龄，因为它只能给出体，因为它
15、只能给出体系最近一次被封闭的年龄，而且要求封闭时体系中系最近一次被封闭的年龄，而且要求封闭时体系中没有子体，封闭后也没有子体和母体的渗入渗出。没有子体，封闭后也没有子体和母体的渗入渗出。给出的常常是样品经历的最近一次热事件的年龄，给出的常常是样品经历的最近一次热事件的年龄，而不是样品形成的年龄。例如，造山带的岩石的同而不是样品形成的年龄。例如，造山带的岩石的同位素年龄常常是造山事件的年龄，而岩石的年龄可位素年龄常常是造山事件的年龄，而岩石的年龄可能老得多。一般情况下，造山过程中会有多次热事能老得多。一般情况下，造山过程中会有多次热事件，而且不会把岩石全部彻底改造，因此同一造山件，而且不会把岩石
16、全部彻底改造，因此同一造山带的不同岩石样品的同位素年龄往往不一致。甚至带的不同岩石样品的同位素年龄往往不一致。甚至一粒矿物的核部与边部的同位素年龄也可能不同。一粒矿物的核部与边部的同位素年龄也可能不同。第三章地质事件、生物进化和第三章地质事件、生物进化和地质年代地质年代 1 1 地质事件地质事件2 2 相对地质年代相对地质年代3 3 同位素年龄同位素年龄4 4 地球生物进化的重大事件地球生物进化的重大事件5 5 地质年代表地质年代表 4 地球生物进化的重大事件地球生物进化的过程和特点：地球生物进化的过程和特点：非细胞生物非细胞生物原核细胞生物原核细胞生物真核细胞生物；真核细胞生物；藻类藻类裸蕨
17、类（孢子植物）裸蕨类（孢子植物）裸子植物裸子植物被子植物；被子植物；无脊椎动物无脊椎动物脊椎动物；脊椎动物；鱼类鱼类两栖类两栖类爬行类爬行类鸟类、哺乳类；鸟类、哺乳类；从海洋到陆地；从海洋到陆地；逐渐远离水；逐渐远离水；先有植物进化后有动物进化；先有植物进化后有动物进化；既有渐变过程也有突变过程；既有渐变过程也有突变过程；人类今天的行为极大地影响了生物进化过程。人类今天的行为极大地影响了生物进化过程。4 地球生物进化的重大事件生物进化重大事件：生物进化重大事件：最早的细菌最早的细菌南非南非3800Ma，澳大利亚，澳大利亚3500Ma厌氧自养原核生物厌氧自养原核生物蓝细菌，光合作用蓝细菌，光合作
18、用2000Ma真核生物真核生物宏观藻类宏观藻类1800Ma，繁盛于，繁盛于1000Ma软躯体动物软躯体动物伊迪卡拉动物群伊迪卡拉动物群氧气氧气650Ma有壳动物有壳动物澄江动物群澄江动物群540Ma鱼类鱼类435Ma 植物登陆植物登陆臭氧层臭氧层400Ma 两栖类两栖类350Ma 爬行类爬行类250Ma 鸟类鸟类140Ma哺乳类哺乳类65Ma 人类人类3Ma4 地球生物进化的重大事件生物大爆发事件：生物大爆发事件：元古代晚期，植物在海洋中制造了足够多的氧气，元古代晚期，植物在海洋中制造了足够多的氧气，为动物的出现和演化创造了条件。为动物的出现和演化创造了条件。650Ma前首先出现前首先出现以以
19、伊迪卡拉动物群为代表的生物爆发，但演化失败了，伊迪卡拉动物群为代表的生物爆发，但演化失败了，很快都绝灭了。很快都绝灭了。540Ma前的寒武纪早期，出现了以前的寒武纪早期，出现了以云南澄江动物云南澄江动物群为代表的生物大爆发，动物界的各个门几乎同时出群为代表的生物大爆发，动物界的各个门几乎同时出现了，门类之多，形态之丰富，出现之突然，甚至使现了，门类之多，形态之丰富，出现之突然，甚至使人们对从简单到复杂的生物进化理论产生了怀疑。人们对从简单到复杂的生物进化理论产生了怀疑。4 地球生物进化的重大事件生物大绝灭事件生物大绝灭事件：元古宙末（元古宙末（650Ma)650Ma)、寒武纪末、寒武纪末(49
20、5Ma)(495Ma)、奥陶纪末、奥陶纪末(435Ma)(435Ma)、晚泥盆世弗拉斯期末、晚泥盆世弗拉斯期末(365Ma)(365Ma)、二叠纪末、二叠纪末(251Ma)(251Ma)、三叠纪末、三叠纪末(203Ma)(203Ma)、白垩纪末、白垩纪末(65Ma)(65Ma)，共发，共发生生7 7次大规模生物绝灭事件。次大规模生物绝灭事件。二叠纪末的绝灭事件中，科减少了二叠纪末的绝灭事件中，科减少了52%52%，种减少了，种减少了90%90%以上。有人估计今天物种绝灭速度是二叠纪末的以上。有人估计今天物种绝灭速度是二叠纪末的10001000倍，确实值得忧虑了。倍，确实值得忧虑了。第三章地质事
21、件、生物进化和第三章地质事件、生物进化和地质年代地质年代 1 1 地质事件地质事件2 2 相对地质年代相对地质年代3 3 同位素年龄同位素年龄4 4 地球生物进化的重大事件地球生物进化的重大事件5 5 地质年代表地质年代表 5 地质年代表 经过地球科学家经过地球科学家200200多年的研究，已经识别出了生多年的研究，已经识别出了生物进化的一系列事件及其顺序，据此建立了物进化的一系列事件及其顺序，据此建立了地质年代地质年代表表。在地质年代表中，将地球历史分为几个大的阶段，在地质年代表中，将地球历史分为几个大的阶段，即几个宙，一个宙又分为几个代，显生宙的每个代又即几个宙，一个宙又分为几个代，显生宙
22、的每个代又分为几个纪，一个纪又分为几个世。分为几个纪，一个纪又分为几个世。近几十年又给近几十年又给根据化石建立的相对地质年代表加根据化石建立的相对地质年代表加上了同位素年龄。上了同位素年龄。地球科学家还在不断地完善地质年代表，使其更地球科学家还在不断地完善地质年代表，使其更加精细和准确。加精细和准确。寒武纪奥陶纪志留纪泥盆纪石炭纪二叠纪三叠纪侏罗纪白垩纪古新世始新世渐新世中新世上新世更新世显微镜下的管状细菌化石，地球上最古老的生物之一，3500Ma，澳大利亚叠层石，由古老的蓝绿藻和沉积物所形成，1800Ma生长在澳大利亚海边的现代叠层石伊迪卡拉动物群澄江动物群澄江动物群 巨虾化石 长2米 54
23、0Ma澄江动物群巨虾的复原图澄江动物群澄江动物群澄江动物群，原始的脊椎动物、脊索动物和半索动物。三叶虫，寒武纪鳞木，泥盆纪至石炭纪硅化木，中生代显微镜下的硅化木切片，细胞结构清晰可见珊瑚螺扫描电子显微镜下的放射虫化石菊石早期的鱼恐龙中生代的浅海生物中生代的陆地生物恐龙蛋化石足迹化石遗迹化石琥珀中的蜘蛛化石孔子鸟猛犸象第三章 思考题 为什么迟至为什么迟至6亿年前才出现动物，而且突然地出亿年前才出现动物，而且突然地出现几乎所有的门类？现几乎所有的门类？为什么迟至为什么迟至4亿年前生物才开始登上陆地？亿年前生物才开始登上陆地？怎样知道地质事件的年代？怎样知道地质事件的年代？如果将地球历史比作一年，那么什么时候出现如果将地球历史比作一年，那么什么时候出现生命？什么时候出现植物？什么时候出现动物？生命？什么时候出现植物？什么时候出现动物？什么时候出现人类？什么时候出现人类？
