1、第第 17 章章 從化石紀錄探討物種與地球環境的互動從化石紀錄探討物種與地球環境的互動17-1生物與地球環境變遷的關係生物與地球環境變遷的關係17-2誰是大滅絕的元兇誰是大滅絕的元兇化石的定義凡生物的遺骸、遺跡或排泄物等經過自然作用而留存下來，皆可成為化石。多數生物死亡後，會自然腐壞或被風化、侵蝕等作用摧殘，因此能成為化石的機率極低。糞便化石產於美國的恐龍糞便化石，其成分已完全被二氧化矽所置換，右圖為糞便化石剖面。化石形成方式1.整個生物體原貌都保存下來，例如瀝青池裡的龜甲蟲、琥珀中的昆蟲或西伯利亞冰層中的長毛象。2.生物遺骸經過礦化、溶解、取代、脫水、再結晶等作用，改變生物體原有的成分，但仍
2、保留其外形與結構，如矽化木。3.生物的排泄物或活動所留下來的痕跡，稱為生痕化石。4.保存於沉積物中的生物遺骸，雖被溶解而消失，但是形狀仍可能被保留下來，稱為模化石。龜甲蟲化石龜甲蟲身陷於瀝青池中，終成為化石。產地：美國。白蟻化石白蟻身陷於樹脂中，終成為化石。產地：多明尼加。矽化木早期被火山灰掩埋的樹木，今已成為木化石。產地：美國。生痕化石生物在淺灘活動，遺留下的痕跡，形成了生痕化石。產地：野柳。模化石1.貝殼沉降在海床上。2.貝殼在短時間內被沉積物掩埋。3.貝殼實體被溶解而留下空模。4.空模被其他物質充填，形成模化石。地球大氣中氧氣、臭氧含量變化及相對生物演化示意圖最古老的造氧生物化最古老的造
3、氧生物化石，由藍綠菌構成石，由藍綠菌構成。25 億年前族群發展達到最億年前族群發展達到最興盛，形成大量疊層石，也興盛，形成大量疊層石，也造成大規模的鐵礦沉積。造成大規模的鐵礦沉積。氧濃度增加促進生物的進氧濃度增加促進生物的進化，化，17 億年前具有真核細億年前具有真核細胞的單細胞藻類出現。胞的單細胞藻類出現。4 億年前的氧氣量和億年前的氧氣量和現今氧氣量接近，臭現今氧氣量接近，臭氧層也在此期間形成，氧層也在此期間形成，陸地環境愈來愈適合陸地環境愈來愈適合生物生存。生物生存。大量的植物遺骸大量的植物遺骸形成煤層，碳素形成煤層，碳素被掩埋於地層中，被掩埋於地層中，使大氣中二氧化使大氣中二氧化碳量大
4、幅降低。碳量大幅降低。石炭紀沼澤環境示意圖五次大滅絕事件造成生物科數減少示意圖生存於不同環境的生物於某一地質時段大量滅絕，僅有少數倖存者，這就是大滅絕。大滅絕原因近年來，針對大滅絕的原因有兩派論述，各有不同的證據來支持：1.大規模火山噴發，造成生物滅絕。2.巨型隕石撞擊，造成生物滅絕。火山噴發說大規模火山噴發的證據出現在：1.西伯利亞和中國的二疊紀末期交界地層。2.歐洲、非洲西岸和美洲東部的三疊紀末期交界地層 及印度 德干高原白堊紀末期交界地層。影響：1.火山灰阻絕太陽輻射能，造成全球氣溫下降，陸地 上的植物和海洋中的浮游生物無法進行光合作用。2.火山噴出的二氧化碳和硫化物，進入大氣層，會加
5、強溫室效應，造成全球氣候暖化。印度 德干高原印度 德干高原，其水平紋路，為岩漿水平流動堆積所形成。隕石撞擊說證據：1.白堊紀末期、三疊紀末期、二疊紀末期和泥盆紀末期等交界地層中，發現了隕石撞擊的證據。2.白堊紀與第三紀的交界地層（黏土層），發現高濃度的銥含量、大量的煤煙、高壓撞擊的變質礦物和不屬於地球的物質。3.墨西哥猶加敦半島發現了隱藏於地層深處，直徑大約 180 公里的隕石坑。隕石撞擊、大規模火山爆發與五次大滅絕事件相關性示意圖白堊紀與第三紀交界地層的銥含量異常示意圖銥是一種親鐵元素，在地球岩石圈中極少，大都集中於地核。銥也常存在於隕石中。白堊紀末期大陸分布情形及隕石可能撞擊點隕石撞擊說影
6、響：1.隕石撞擊地球所揚起的塵土將噴至平流層，產生和火山灰一樣的效應，遮蔽了陽光，中斷了光合作用。2.撞擊後從岩層中釋出的氣體或海水汽化產生的水氣，也和火山氣體一樣，都可能增強溫室效應，其結果就是 生物滅絕。誰闖的禍？隕石撞擊是瞬間事件，可在幾年至幾千年內殺死大量物種；而大規模的火山活動，持續數十年到數百萬年的噴出汙染物，對生物與棲息環境的影響是漫長的。二疊紀與三疊紀末期的滅絕事件，物種是逐漸消失的；白堊紀末期的滅絕事件，物種大多是瞬間毀滅。或許大滅絕事件是許多因素（如隕石撞擊、火山噴發、宇宙射線大量入侵、板塊移動等）同時發生所造成，也或許是某種單一因素造成某次的大滅絕事件。大滅絕事件概況 1
7、.奧陶紀末期滅絕事件 2.泥盆紀末期滅絕事件3.二疊紀末期滅絕事件4.三疊紀末期滅絕事件5.白堊紀末期滅絕事件奧陶紀末期滅絕事件奧陶紀概況：地史上海侵最廣泛的時期。淺海廣布、氣候溫和、食物充足，為海洋生物發展帶來極有利的條件。是無脊椎動物發展的全盛時期，腕足類、軟體動物、三葉蟲、筆石等都發展出新族群；珊瑚也產生新族群，並製造出最早的珊瑚礁。滅絕原因:尚未確認。陸地大多聚集在南極附近，可能因此阻止了溫海水進入南極圈內，造成冰河時期降臨，海平面隨之降低，促使淺海生物圈被破壞，導致生物大滅絕。奧陶紀中期各大陸分布示意圖泥盆紀末期滅絕事件泥盆紀概況：早期發生全球性的海退，陸地面積擴大。氣候炎熱乾燥，造
8、成許多湖泊乾涸，形成不少半沙漠地區。為了適應逐漸乾涸的湖泊和沼澤環境，肺魚的鰾演變為肺，總鰭魚類發展出強壯的脊椎骨，肉鰭轉變為四肢，演化為原始的兩棲動物 魚石螈。滅絕原因:泥盆紀末期，疑因隕石撞擊地球，引起氣溫下降，造成海洋生物如筆石類、三葉蟲等大量減少，許多物種滅絕。魚石螈二疊紀末期滅絕事件二疊紀概況：地殼變動非常激烈，所有的陸塊漸漸聚集成盤古大陸，氣候逐漸變得炎熱且乾燥，是生物進化史上重要的時期之一。滅絕原因:板塊聚合。三葉蟲、紡錘蟲、四射珊瑚及鱗木等全數滅絕；海百合、苔蘚蟲、腕足類、菊石類等也大量減少。鱗木化石古生代鱗木化石。產地：美國。三疊紀末期滅絕事件三疊紀概況：早期盤古大陸分離，氣
9、候更乾旱，南北兩大陸間形成了廣大沙漠，使兩陸塊間動物往來困難，且孢子植物相繼死亡，蕨類和木賊只能夠在河邊或湖畔生存，而松柏類和蘇鐵等裸子植物則十分繁盛。海洋中出現很多新種貝類；珊瑚類則發展出六射和八射珊瑚等新品種。滅絕原因:隕石撞擊：加拿大 魁北克 90 多公里寬的隕石坑。火山噴發：大西洋中央火山大規模噴發。珊瑚分類依其主隔板（如紅色線條）的數目來分類。現今海域只剩下六射珊瑚和八射珊瑚兩類。現生珊瑚屬六射珊瑚。白堊紀末期滅絕事件白堊紀概況：火山運動強烈，陸地又廣泛受到海侵，氣溫開始下 降。為生物史上一個顯著的變化時期。出現了似帶羽毛的中華龍鳥（屬恐龍類）、顯花植物（被子植物）、現代鳥類和哺乳類等。滅絕原因:巨型隕石撞擊地球。印度 德干高原大規模火山爆發。中生代末的菊石化石
