人教版地理选修1地球的早期演和地质年代ppt课件

1、地球的演化与地质地球的演化与地质时代时代 黄定华黄定华 中国地质大学（中国地质大学（武汉）武汉） 地球生物学系地球生物学系绵绵不尽的时间长河，绵绵不尽的时间长河，谁会想到有一个源头？谁会想到有一个源头？浩瀚无垠的宇宙空间，浩瀚无垠的宇宙空间，谁能想到是从谁能想到是从“无无”到到有？地球的形成与演化，有？地球的形成与演化，正是在这一无尽延续的正是在这一无尽延续的时间中，无穷拓展的空时间中，无穷拓展的空间里，所发生的无数科间里，所发生的无数科学传奇之一。学传奇之一。1 1 时间的时间的“零点零点” ” 与宇与宇宙的宙的“奇点奇点” 时间和空间的起点，肇始于时间和空间的起点，肇始于160160亿年亿

2、年前。一次开天辟地的大爆炸中，诞前。一次开天辟地的大爆炸中，诞生了早期宇宙。生了早期宇宙。大爆炸大爆炸时刻时刻 轰鸣的火车驶近我们时声波频率增强，声调轰鸣的火车驶近我们时声波频率增强，声调变高；驶离时则声波频率降低，声调也变低，这变高；驶离时则声波频率降低，声调也变低，这就是多普勒效应。与此同理，发光体接近观察者就是多普勒效应。与此同理，发光体接近观察者时，见到的光谱线向频率高的蓝光方向移动，称时，见到的光谱线向频率高的蓝光方向移动，称为蓝移；当离开观察者时，向频率低的红光方向为蓝移；当离开观察者时，向频率低的红光方向移动，称为红移。这也是多普勒效应。移动，称为红移。这也是多普勒效应。多普勒多

3、普勒效应效应宇宙的起源与演化宇宙的起源与演化 宇宙的稳定性：牛顿引力定律宇宙的稳定性：牛顿引力定律吹气球模式与大爆炸模型吹气球模式与大爆炸模型 f=fm1m2/r2多谱勒效应与星体红移多谱勒效应与星体红移从各个方向上观测到的星体从各个方向上观测到的星体都在都在离我们而去离我们而去 最初的宇宙，是从一个无穷小的最初的宇宙，是从一个无穷小的“奇点奇点”开始扩展开始扩展的。大爆炸中诞生的宇宙，经历了从初期的急剧暴涨，的。大爆炸中诞生的宇宙，经历了从初期的急剧暴涨，早期的迅速扩张和后来的局部收缩阶段。其中一些重早期的迅速扩张和后来的局部收缩阶段。其中一些重要的事件包括要的事件包括 大大爆炸时刻表爆炸时

4、刻表大爆炸后的大爆炸后的1010亿亿亿亿分之一秒（亿亿亿亿分之一秒（1010-34-34秒）内，早期宇宙的体积秒）内，早期宇宙的体积“从无到有从无到有”，急，急剧暴胀了剧暴胀了1010100100倍；倍；大爆炸后的大爆炸后的1 1秒钟内，宇宙温度高达秒钟内，宇宙温度高达100100亿亿k k以上。此时还没有原子和分子，只有电子、以上。此时还没有原子和分子，只有电子、质子和中子等基本粒子；质子和中子等基本粒子；3 3分钟后，宇宙温度降至分钟后，宇宙温度降至1010亿亿k k以下，质子以下，质子和中子聚变为原子核，形成了最初的四种物和中子聚变为原子核，形成了最初的四种物质。其中氢占质。其中氢占78

5、%78%，氦约，氦约22%22%，另有极少量氘，另有极少量氘和锂；和锂；1010亿年后，膨胀较慢的区域发生局部收缩，亿年后，膨胀较慢的区域发生局部收缩，星系开始形成；星系开始形成；5050亿年后出现首批恒星；亿年后出现首批恒星；100100亿年后，太阳系诞生；亿年后，太阳系诞生；距今距今4646亿年前，地球形成。亿年前，地球形成。星云假说与太阳系星云假说与太阳系起源起源初始宇宙空间充满密度极低的星际气体和尘埃物质，在引初始宇宙空间充满密度极低的星际气体和尘埃物质，在引力作用下，它们分别聚集为大型星系云，再收缩形成星系。力作用下，它们分别聚集为大型星系云，再收缩形成星系。星云在引力收缩中加速旋转

6、，分别脱生出行星圆盘和卫星星云在引力收缩中加速旋转，分别脱生出行星圆盘和卫星圆盘，最终形成了九大行星拱卫而成的太阳系。这一时刻圆盘，最终形成了九大行星拱卫而成的太阳系。这一时刻距宇宙大爆炸约距宇宙大爆炸约100100亿年亿年从大爆炸的尘埃中，谁会料到生命的突现？在太从大爆炸的尘埃中，谁会料到生命的突现？在太阳系的星云里，谁能预期地球的繁荣？幂幂宇宙阳系的星云里，谁能预期地球的繁荣？幂幂宇宙中迸发出的勃勃生机，无疑是在一个无穷小的概中迸发出的勃勃生机，无疑是在一个无穷小的概率下，产生的一次率下，产生的一次“亿亿”载难逢的奇特机遇。而载难逢的奇特机遇。而要了解地球与生命之旅的唯一途径，也许只有从要

7、了解地球与生命之旅的唯一途径，也许只有从地球演化的历史中探寻。地球演化的历史中探寻。楔楔子子2 2 地球的早期地球的早期演化演化行星地球形成以后，地球在内、外两部发动机的联合驱动下，才行星地球形成以后，地球在内、外两部发动机的联合驱动下，才得以开始不懈的运动与演化过程。这两部发动机联合驱动，又各得以开始不懈的运动与演化过程。这两部发动机联合驱动，又各司其职，将地球系统的运动和演化过程从性质上划分为外动力作司其职，将地球系统的运动和演化过程从性质上划分为外动力作用过程和内动力作用过程，从时间上划分为短期过程（天至几百用过程和内动力作用过程，从时间上划分为短期过程（天至几百年）和长期过程（百万年至

8、几十亿年）。年）和长期过程（百万年至几十亿年）。地核地幔过程地核地幔过程太阳驱动过程太阳驱动过程板块构造板块构造物理气候系统物理气候系统生物地球化学循环生物地球化学循环早期地球过程早期地球过程古气候史古气候史古气候古气候人类活动人类活动千百万年尺度千百万年尺度天几百年尺度天几百年尺度 当原始地球内部物质升温达到熔融状态时，比重大的当原始地球内部物质升温达到熔融状态时，比重大的亲铁元素向地心下沉，成为铁镍地核，比重小的亲石元素亲铁元素向地心下沉，成为铁镍地核，比重小的亲石元素上浮组成地幔和地壳，更轻的液态和气态成分，通过火山上浮组成地幔和地壳，更轻的液态和气态成分，通过火山喷发溢出地表，形成原始

9、的水圈和大气圈。最终在水圈和喷发溢出地表，形成原始的水圈和大气圈。最终在水圈和大气圈的相互作用中诞生了生命。大气圈的相互作用中诞生了生命。 地球的起源与形成，是一部优美的地球的起源与形成，是一部优美的三部曲：三部曲： 4646亿年前，太阳星云在加速旋转的过程中亿年前，太阳星云在加速旋转的过程中分化出原始地球。原始地球温度较低，轻重元素分化出原始地球。原始地球温度较低，轻重元素浑然一体，是一个相对均匀、尚无分层结构的行浑然一体，是一个相对均匀、尚无分层结构的行星。星。地球的起源与形成，是一部优美的地球的起源与形成，是一部优美的三部曲：三部曲： 原始地球一旦形成，即扑获周围的星云物原始地球一旦形成

10、，即扑获周围的星云物质（或在旋转中甩出自身的部分物质），形成自质（或在旋转中甩出自身的部分物质），形成自己的卫星己的卫星月球。同时因重力分异和放射性元月球。同时因重力分异和放射性元素蜕变而开始增温。素蜕变而开始增温。地球形成以后的地球形成以后的地形变化可以按地形变化可以按时间顺序分为六时间顺序分为六个阶段这六个时个阶段这六个时间 分 别 为 ：间 分 别 为 ：4646亿年阶段；亿年阶段；4242 4 04 0 亿 年 ；亿 年 ；25251010亿年；亿年；5 5亿亿年前；年前；1 1亿年前和现代阶亿年前和现代阶段。段。地球表层地形的变化也经历了漫长地球表层地形的变化也经历了漫长的岁月的岁月

11、地球形成以后的圈层结构变化地球形成以后的圈层结构变化 地球圈层结构的形成以地球地球圈层结构的形成以地球的化学分异作用为主，其中包括的化学分异作用为主，其中包括重力分异等物理过程。重力分异等物理过程。1 1、在地球形成初期，熔融的地球最早进行的化学作用、在地球形成初期，熔融的地球最早进行的化学作用是分异成圈过程，即由均一的物质分解出不混熔的液是分异成圈过程，即由均一的物质分解出不混熔的液滴，不混熔的液滴不断聚集，导致密度大的物质下沉滴，不混熔的液滴不断聚集，导致密度大的物质下沉形成地核，实现了核、幔分异；形成地核，实现了核、幔分异；三圈分异两部曲三圈分异两部曲2 2、随之，地幔逐渐冷却固化，易融

12、物质因其熔点和密、随之，地幔逐渐冷却固化，易融物质因其熔点和密度较低，逐渐上浮至地球表层，冷却后形成地壳。度较低，逐渐上浮至地球表层，冷却后形成地壳。早期在高能状态下生成了镁铁质岩浆，冷凝后形成原始岩石早期在高能状态下生成了镁铁质岩浆，冷凝后形成原始岩石圈，当时热点的规模也非常大；圈，当时热点的规模也非常大； 随后长英质岩浆上升、生成的沉积岩开始褶皱；随后长英质岩浆上升、生成的沉积岩开始褶皱； 继后，部分熔融的中性和长英质岩浆上升形成原始大陆地壳、继后，部分熔融的中性和长英质岩浆上升形成原始大陆地壳、并开始生成变质岩，现代壳幔结构形成。并开始生成变质岩，现代壳幔结构形成。岩石圈的演化过程岩石圈

13、的演化过程大型热点大型热点形成的火形成的火山岩山岩绿岩带绿岩带沉积岩开始褶皱沉积岩开始褶皱地幔对地幔对流流地壳地壳地幔地幔早期沉积盆地早期沉积盆地长英质岩石长英质岩石大陆褶大陆褶皱构造皱构造部分原始地壳部分原始地壳下沉到地幔下沉到地幔早期的镁铁岩和沉积岩开始转变早期的镁铁岩和沉积岩开始转变成变质岩成变质岩部分熔融部分熔融的长英质的长英质岩浆上升岩浆上升部分熔融的中部分熔融的中性和长英质岩性和长英质岩浆上升形成原浆上升形成原始大陆地壳始大陆地壳深深剥蚀面剥蚀面原始原始地壳地壳地球的演化与生命的起源地球的演化与生命的起源地球从形成到今天已经有地球从形成到今天已经有46亿年。若以亿年。若以46亿年比

14、亿年比作人类的一年，那么在这作人类的一年，那么在这“一年一年”中，中，地球形成于一年肇始的地球形成于一年肇始的1月初；月初；地壳于地壳于2月凝结（月凝结（38亿年前）；亿年前）；原古海洋在原古海洋在3月产生；月产生；最早的生命诞生于最早的生命诞生于4月，但它们留下化石则已是月，但它们留下化石则已是5月间了；月间了；12月中旬时，恐龙成为当时地球上的主宰；月中旬时，恐龙成为当时地球上的主宰；灵长类的踪迹晚至灵长类的踪迹晚至12月月26日才出现；日才出现；作为一代天骄的人类历史，如以作为一代天骄的人类历史，如以300300万年计，则直到万年计，则直到1212月月3131日日“傍晚傍晚”的的“6 6

15、点点2424分分”，方才姗姗来迟。，方才姗姗来迟。但却恰好赶在但却恰好赶在“除夕除夕”之夜的之夜的新闻联播新闻联播之前，之前，成为这一成为这一“年年”内最具爆炸性的新闻内最具爆炸性的新闻如果从最早的人类开始算起，可如果从最早的人类开始算起，可以把上下以把上下5 5千年的中华民族历史延千年的中华民族历史延长长600600倍；如果从地球肇始的倍；如果从地球肇始的4646亿亿年开始，可以把从猿到人的演变年开始，可以把从猿到人的演变过程操练过程操练15001500遍。遍。46亿年有多长？亿年有多长？3 3地质年代地质年代表表地质年代的建立：为了反映地球发展的历史和阶段及地地质年代的建立：为了反映地球发

16、展的历史和阶段及地质事件的先后顺序，需有一世界统一的时间系统质事件的先后顺序，需有一世界统一的时间系统地地质年代表。质年代表。地质年代分为两类：相对地质年代（先后顺序）和绝对地质年代分为两类：相对地质年代（先后顺序）和绝对地质年代（同位素测年）。地质年代（同位素测年）。突变论与渐变论之争突变论与渐变论之争国际地质年代表国际地质年代表地质年代和事件时间是如何地质年代和事件时间是如何确定的？确定的？由于地球形成以来经历过复杂的改由于地球形成以来经历过复杂的改造和变动，原始地球形成时的物质造和变动，原始地球形成时的物质记录已经破坏殆尽。推测地球的年记录已经破坏殆尽。推测地球的年龄，需要从地球自身的最

17、老物质记龄，需要从地球自身的最老物质记录、月球岩石年龄和太阳系内原始录、月球岩石年龄和太阳系内原始物质几方面来探讨之。物质几方面来探讨之。 地球上已知最老的岩石是一种出露于澳大利亚西南部的石地球上已知最老的岩石是一种出露于澳大利亚西南部的石英岩，根据其中所含矿物（锆石）的形成年龄测定，证明已有英岩，根据其中所含矿物（锆石）的形成年龄测定，证明已有41414242亿年历史。亿年历史。 月球上最老的岩石年龄约为月球上最老的岩石年龄约为4646亿年。亿年。 太阳系内的流星、陨石和宇宙尘是太阳星云原始物质的残太阳系内的流星、陨石和宇宙尘是太阳星云原始物质的残留部分，其中陨石的物质成分虽有铁质、石质之分

18、，但已知的留部分，其中陨石的物质成分虽有铁质、石质之分，但已知的形成年龄都在形成年龄都在4646亿年左右，可以代表太阳系早期的年龄。亿年左右，可以代表太阳系早期的年龄。陨石的成因陨石的成因 陨石是小行星的碎片，但陨石是小行星的碎片，但“一个母体形成陨石一个母体形成陨石”的观点已被的观点已被“众多小行星母体形成众多小行星母体形成”的观点所取代。由于小行的观点所取代。由于小行星的形成时间和形成方式与地球相似，对比陨石的成因就可以星的形成时间和形成方式与地球相似，对比陨石的成因就可以了解地球的成因和组成。了解地球的成因和组成。陨石的年龄陨石的年龄 已收集到的不同陨石群的年龄不同，但用不同方已收集到的

19、不同陨石群的年龄不同，但用不同方法测定的陨石的最老年龄集中于法测定的陨石的最老年龄集中于45-4745-47亿年；推测地球的形成年亿年；推测地球的形成年龄即为龄即为46-4746-47亿年。亿年。相对地质年相对地质年代代相对地质年代确定的依据：岩层的沉积顺序相对地质年代确定的依据：岩层的沉积顺序、生生物演化和地质体之间的相互关系。物演化和地质体之间的相互关系。了解相对地质年代，必须了解地层与化石的概念。了解相对地质年代，必须了解地层与化石的概念。 必须掌握地层层序律、化石层序律和和生物演化必须掌握地层层序律、化石层序律和和生物演化律的基本内涵。律的基本内涵。岩层：是指两个界面所限制的同一岩性的

20、层状岩石，包括沉积岩层：是指两个界面所限制的同一岩性的层状岩石，包括沉积岩、火山岩和部分变质岩。岩、火山岩和部分变质岩。地层：具有一定时代含义的岩层或其组合。地层：具有一定时代含义的岩层或其组合。地层层序律：根据地层层序律：根据“将今论古将今论古”原则，成层岩石的形成是自下原则，成层岩石的形成是自下而上顺次叠置而成而上顺次叠置而成 的；在未发生倒转或破坏的情况下，上覆的；在未发生倒转或破坏的情况下，上覆地层新于下伏地层。地层新于下伏地层。未未发生倒转的水平岩层发生倒转的水平岩层新新老老未未发生倒转的倾斜岩层发生倒转的倾斜岩层新新老老古生物定年法古生物定年法生物演化律：生物演化律：生物演化的规律

21、有四个方面的特点；生物演化的规律有四个方面的特点； 1 .1 .从低级到高级、从简单到复杂。从低级到高级、从简单到复杂。 2 .2 .缓慢的量变到急速的质变交替出现，构成了演化的缓慢的量变到急速的质变交替出现，构成了演化的不同（性质的）阶段。不同（性质的）阶段。 3 .3 .生物的演化是不可逆的。生物的演化是不可逆的。 4 .4 .生物具有对环境的适应性和迁移性。生物具有对环境的适应性和迁移性。化石：化石：保存在沉积岩层中被石化了的古生物的遗体保存在沉积岩层中被石化了的古生物的遗体和遗迹。和遗迹。化石层序律：化石层序律： 不同时代的化石保存在不同时代的地层不同时代的化石保存在不同时代的地层中，

22、古老的化石只能保存在较早形成的地层中，中，古老的化石只能保存在较早形成的地层中，年青的化石只能保存在较晚形成的地层中。年青的化石只能保存在较晚形成的地层中。发现于辽西地区、生活于发现于辽西地区、生活于1 1亿亿年内的双栖孔子鸟化石年内的双栖孔子鸟化石发现于云南澄江地区、生活于发现于云南澄江地区、生活于5亿年前的的古虫动物门化石亿年前的的古虫动物门化石生物进化的特点和规律生物进化的特点和规律进步性发展进步性发展少少多，简单多，简单复杂，低级复杂，低级高级高级生物发展的阶段性：原核生物发展的阶段性：原核真核；单细胞真核；单细胞多细多细胞；多细胞体制不断改进胞；多细胞体制不断改进生物进化的重大突破：

23、异养生物进化的重大突破：异养自养；两极（合成者自养；两极（合成者+ +生产者）生产者） 三极（生产者三极（生产者+ +消费者消费者+ +还原者）生态还原者）生态系；水生系；水生陆生陆生进化的不可逆性进化的不可逆性在生物演化过程中，已经绝灭的生物和退化的器官，在生物演化过程中，已经绝灭的生物和退化的器官，在以后的历史中就不可能再次出现在以后的历史中就不可能再次出现生物进化的特点和规生物进化的特点和规律律器官相关律器官相关律环境条件变化使生物的某些器官发生变异而产生新环境条件变化使生物的某些器官发生变异而产生新的适应时，必然会有其他的器官随之变异的适应时，必然会有其他的器官随之变异重演律（生物发生

24、律）重演律（生物发生律）个体发育史是系统发育史的简短而快速重演个体发育史是系统发育史的简短而快速重演个体发育：即个体从生命开始到死亡为止的演变过个体发育：即个体从生命开始到死亡为止的演变过程程系统发育：即生物系统的发生和演变过程系统发育：即生物系统的发生和演变过程生物进化的特点和规律生物进化的特点和规律适应：在长期的演化过程中，由于自然选择的结适应：在长期的演化过程中，由于自然选择的结果，生物在形态结构及生理机能上，与其生存环果，生物在形态结构及生理机能上，与其生存环境取得良好协调一致境取得良好协调一致特化：生物对某种生活条件特殊适应的结果。它特化：生物对某种生活条件特殊适应的结果。它们在形态

25、和生理上发生局部变异，但其整个身体们在形态和生理上发生局部变异，但其整个身体的组织结构和代谢水平并无变化的组织结构和代谢水平并无变化辐射：生物进化过程中，由于适应不同的生态条辐射：生物进化过程中，由于适应不同的生态条件或地理条件而发生物各分化件或地理条件而发生物各分化趋同：亲缘关系疏远的生物，由于适应相似的生趋同：亲缘关系疏远的生物，由于适应相似的生活环境而在形体上变得相似活环境而在形体上变得相似相对地质年代的确定相对地质年代的确定地层叠覆律地层叠覆律地质体之间的切割律：地质体之间的切割律：地质体之间的切割关系主要以下几种：地质体之间的切割关系主要以下几种：1.1.岩体与岩层：沉积接触和侵入接

26、触关系岩体与岩层：沉积接触和侵入接触关系2.2.岩体与岩体之间的切割关系岩体与岩体之间的切割关系3.3.岩层与岩层之间的不整合关系（角度与平行不整合岩层与岩层之间的不整合关系（角度与平行不整合关系）关系）relative time 同位素地质年同位素地质年龄龄同位素地质年龄：利用同位素的蜕变规律来计算得同位素地质年龄：利用同位素的蜕变规律来计算得到的矿物和岩石的形成年龄。到的矿物和岩石的形成年龄。同位素定年法同位素定年法geode-time 利用相对地质年代和同位素测年法，利用相对地质年代和同位素测年法，将地层系统、构造及生物演化阶段建成将地层系统、构造及生物演化阶段建成全球统一综合表，称全球

27、统一综合表，称地质年代表地质年代表。地质年代表：地质年代表：4 4 地质年代和年代地质年代和年代地层单位地层单位地质年代的划分与单位：以生物演化阶段、地层地质年代的划分与单位：以生物演化阶段、地层形成顺序、构造运动及古地理特征等为依据将地形成顺序、构造运动及古地理特征等为依据将地质历史划分为若干阶段而形成的年代单位，一个质历史划分为若干阶段而形成的年代单位，一个地质年代单位代表了一个时间地层单位中岩石形地质年代单位代表了一个时间地层单位中岩石形成的时间范围。成的时间范围。划分等级：划分等级：宙宙代代纪纪世世时间地层单位：与地质年代单位相对应。一时间地层单位：与地质年代单位相对应。一个时间地层单

28、位代表了一定时间范围内形成个时间地层单位代表了一定时间范围内形成的全部岩层。具有全球对比意义。的全部岩层。具有全球对比意义。划分等级：划分等级： 宇宇界界系系统统岩石地层单位：以地层的岩石特征作为划分依岩石地层单位：以地层的岩石特征作为划分依据的地层单位。它不考虑其年龄，具有地方性，据的地层单位。它不考虑其年龄，具有地方性，使用范围有限。使用范围有限。划分等级：划分等级： 群群组组段段层层 组是基本岩石地层单位。命名：地名组是基本岩石地层单位。命名：地名+ +等级名等级名 如蒲圻群、临湘组、邵东段等。如蒲圻群、临湘组、邵东段等。地质年代地质年代年代地层年代地层岩石地层岩石地层（时间单位）（时间

29、单位）（地层单位）（地层单位）（地层单位）（地层单位）宙宙(eon)宇宇(eonothem)群群(group)代代(era)界界(erathem)组组formation)纪纪(period)系（系（system）段段(member)世世(epoch)统（统（serios）层层(bed)地质年代和三种地层单位的地质年代和三种地层单位的异同与对比异同与对比5 5 地质时期的重大转折期与地质时期的重大转折期与地质事件地质事件在在4646亿年的漫长地质时期中，曾经出现过多次重亿年的漫长地质时期中，曾经出现过多次重大的地史转折和全球性事件。这些事件造就了今大的地史转折和全球性事件。这些事件造就了今天的陆

30、洋格局，奠定了我们生活其间的生命世界。天的陆洋格局，奠定了我们生活其间的生命世界。然而，其中还有许多事件的起因和过程，至今仍然而，其中还有许多事件的起因和过程，至今仍是未解之谜。是未解之谜。生命的演化生命的演化地球物质本是宇宙中普通的物质，在地球上却演地球物质本是宇宙中普通的物质，在地球上却演绎出一段神奇的历史绎出一段神奇的历史从无机界一统天下的最从无机界一统天下的最初局面，在电闪雷鸣中，从初局面，在电闪雷鸣中，从“原始汤原始汤”里面，分里面，分道扬镳，脱胎出了勃勃生命。道扬镳，脱胎出了勃勃生命。 石头里蹦出来的生命石头里蹦出来的生命地地球物质球物质晶体晶体矿物矿物岩石岩石地质体地质体无机界无

31、机界氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质细胞细胞高等生命高等生命有机界有机界生命形成于水中，最初的水是从地幔中析出的，所以应该说：生命形成于水中，最初的水是从地幔中析出的，所以应该说：生命是从生命是从石头里诞生石头里诞生的。的。艰难的进化之路艰难的进化之路生命之旅开始之初，曾经步履为艰：漫长的二生命之旅开始之初，曾经步履为艰：漫长的二十多亿年中，生命的种类一直是如此单一，在十多亿年中，生命的种类一直是如此单一，在恶劣的生态环境中，艰难地向前。恶劣的生态环境中，艰难地向前。？脊椎动物起源脊椎动物起源？最早的后生动物？最早的后生动物？真核生物的起源？真核生物的起源40亿年亿年已知最古老的岩石已知最古老的岩石最

32、早的生命的最早的生命的同位素证据同位素证据最古老的原核最古老的原核生物化石生物化石30亿年亿年动物登陆动物登陆植物登陆植物登陆10亿年亿年20亿年亿年人类出现人类出现（据舒德干资料）（据舒德干资料）演化演化失败的失败的ediacara动物群动物群生命的先驱在混浊的环境中探索向前，适者生存，否则淘生命的先驱在混浊的环境中探索向前，适者生存，否则淘汰，也随之成为自然界的基本法则汰，也随之成为自然界的基本法则直到一个突然出现的机遇，生命的旅程才发生了直到一个突然出现的机遇，生命的旅程才发生了翻天覆地的变化。那真是翻天覆地的变化。那真是“忽如一夜春风来，千忽如一夜春风来，千树万树梨花开树万树梨花开”。

33、在地球广袤然而贫瘠的大洋中，。在地球广袤然而贫瘠的大洋中，仿佛一夜之间，出现了几乎所有的门类。仿佛一夜之间，出现了几乎所有的门类。生命大爆发生命大爆发触手担轮类蜕壳类原口动物原口动物后口动物后口动物原生动物原生动物寒武大爆发寒武大爆发前寒武纪前寒武纪寒武纪大爆发寒武纪大爆发catching the first fish大爆发掀起了生命进化的高潮，数不清的生物类大爆发掀起了生命进化的高潮，数不清的生物类型型“你方唱罢我登场你方唱罢我登场”，迅速地占满了进化树上，迅速地占满了进化树上的所有位置。新生的生命形式是如此的错综复杂，的所有位置。新生的生命形式是如此的错综复杂，以致于生物学家不得不罗列出以

34、致于生物学家不得不罗列出“界，门，纲，目，界，门，纲，目，科，属，种科，属，种”七个分类级次，去辨别和研究它们。七个分类级次，去辨别和研究它们。生命类型知生命类型知多少多少生物学家将现代生命划分出四大生物界，仅植物生物学家将现代生命划分出四大生物界，仅植物和动物就有和动物就有100100多万种。而古生物学家则进一步多万种。而古生物学家则进一步推断，地史时期中所有出现过的物种共计可能要推断，地史时期中所有出现过的物种共计可能要超过超过10001000万种。万种。 植物植物低等无脊椎动物低等无脊椎动物 高等无脊椎动物高等无脊椎动物 脊椎动物脊椎动物 藻类藻类约约26,900种种原核生物原核生物约约

35、4,760种种腔肠动物腔肠动物约约9,800种种鱼类鱼类约约19,100种种菌藻类菌藻类约约47,000种种原生动物原生动物约约30,800种种棘皮动物棘皮动物约约5,000种种两栖类两栖类约约4,200种种高等植物高等植物约约248,500种种扁形动物扁形动物约约12,000种种环节动物环节动物约约12,000种种爬行类爬行类约约6,300种种线虫动物线虫动物约约12,000种种软体动物软体动物约约50,000种种鸟类鸟类约约9,000种种海绵动物海绵动物约约5,000种种昆虫类昆虫类约约751,000种种哺乳类哺乳类约约4,000种种昆虫以外的节肢动物昆虫以外的节肢动物约约423,000种

36、种现代动植物现代动植物在兴兴向荣的向前发展中，生物界也经历了大规在兴兴向荣的向前发展中，生物界也经历了大规模的灾难模的灾难在一些特殊的地质时期，许多生物在一些特殊的地质时期，许多生物门类突然发生全球性绝灭，使生物界几乎遭受灭门类突然发生全球性绝灭，使生物界几乎遭受灭顶之灾。这就是生命史中著名的大绝灭事件。顶之灾。这就是生命史中著名的大绝灭事件。生物大绝灭生物大绝灭显生宙显生宙以来的五次大绝灭以来的五次大绝灭史无前例的生物史无前例的生物大灭绝大灭绝古古中生代之交时，生物界遭受了一次巨大灾变，中生代之交时，生物界遭受了一次巨大灾变，的科，的种突然绝灭，从而彻底改的科，的种突然绝灭，从而彻底改变了古

37、生代以前的生命进程，也深刻影响了中生变了古生代以前的生命进程，也深刻影响了中生代以来的生物格局与这种生物界的巨变相对应，代以来的生物格局与这种生物界的巨变相对应，地球的物理系统也同样发生了翻天覆地的变地球的物理系统也同样发生了翻天覆地的变化两个世界同时或先后出现异常与突变，留下化两个世界同时或先后出现异常与突变，留下了许多难解的科学之谜了许多难解的科学之谜长兴剖面长兴剖面162属属333种海生生物的生种海生生物的生存年代存年代化化演演与与灭灭绝绝的的石石形形牙牙末末纪纪叠叠二二三叠纪二叠纪界线三叠纪二叠纪界线生命凋零的真实原因是如此扑朔迷离又发人深思，生命凋零的真实原因是如此扑朔迷离又发人深思

38、，以至于科学家把这次绝灭称作：以至于科学家把这次绝灭称作：十二十二人人陪审团制造的陪审团制造的“东方列车谋杀案东方列车谋杀案”泛大陆聚散泛大陆聚散 a b 图麦克斯韦妖 自发过程只能使分处 a、b 两室的高、低温气体分子最终均匀混合而消除温差，必须有某个麦克斯韦妖方可使过程反向那么究竟谁是推动陆壳和洋壳各自集中的麦克斯韦妖？1. 1. 自然界中的自发过程一般都应该使物质趋自然界中的自发过程一般都应该使物质趋于均匀分布，在经历了几十亿年的演化之后，于均匀分布，在经历了几十亿年的演化之后，起源各异的大陆板块也应分散、与大洋板块交起源各异的大陆板块也应分散、与大洋板块交错且大致呈均匀的空间分布才符合

39、这一规错且大致呈均匀的空间分布才符合这一规律但会聚为什么使陆洋各自集中且互相对峙，律但会聚为什么使陆洋各自集中且互相对峙，使地表岩石圈的物质分布更加不均？使地表岩石圈的物质分布更加不均？古古中生代之交时，全球大陆板块奇特地会聚中生代之交时，全球大陆板块奇特地会聚到一起，形成了一个统一的泛大陆到一起，形成了一个统一的泛大陆pangeapangea和两和两个断续相连的大洋个断续相连的大洋tethystethys和和panthalassapanthalassa谓谓之之“奇特奇特”，是基于如下理由：，是基于如下理由：泛大陆聚散泛大陆聚散大陆壳 缝合带 大陆壳 a . 陆陆碰撞 大洋壳 海沟 大陆壳 拉

40、张 俯冲带 挤压 b . 陆洋碰撞 图3 1 5 构造地震的两种模式 （星形为地震可能出现的部位）2. 2. 冈瓦纳大陆和北方大陆究竟是怎样会聚到冈瓦纳大陆和北方大陆究竟是怎样会聚到一起的？合理的解释涉及冈瓦纳大陆跨过赤道，一起的？合理的解释涉及冈瓦纳大陆跨过赤道，由南向北漂移的机制；两个古大陆的相聚沿南由南向北漂移的机制；两个古大陆的相聚沿南北向进行，与地球自转方向垂直是否当时的北向进行，与地球自转方向垂直是否当时的板块驱动机制与现代不同？板块驱动机制与现代不同？3. 3. 陆壳和洋壳分别集中还产生了两个相关的陆壳和洋壳分别集中还产生了两个相关的问题一是这一事件对于地球其它圈层的物质问题一是

41、这一事件对于地球其它圈层的物质分布和演化到底有什么影响？二是其对当时的分布和演化到底有什么影响？二是其对当时的古全球变化和生物大绝灭究竟起什么作用？古全球变化和生物大绝灭究竟起什么作用？4. 4. 在古中生代之交的这次生在古中生代之交的这次生物大灾难中，另一个令人困惑物大灾难中，另一个令人困惑之处是陆地与海洋生物之间反之处是陆地与海洋生物之间反常的不对等绝灭谓予反常，常的不对等绝灭谓予反常，是指在海洋生物几乎全部遭受是指在海洋生物几乎全部遭受灭顶之灾时，一些地区的陆生灭顶之灾时，一些地区的陆生生物却经历了一次若有若无的生物却经历了一次若有若无的绝灭过程这又是为什么？绝灭过程这又是为什么？大陆壳

42、 缝合带 大陆壳 a . 陆陆碰撞 大洋壳 海沟 大陆壳 拉张 俯冲带 挤压 b . 陆洋碰撞 图3 1 5 构造地震的两种模式 （星形为地震可能出现的部位）生境剥生境剥夺夺?避难避难所所?泛大陆聚散向热力学，泛大陆聚散向热力学，板块构造和生态学三个板块构造和生态学三个领域的基本常识提出了领域的基本常识提出了挑战挑战十多种重要的地内和地外异常事件与绝灭同时或接踵发生，其中谁应十多种重要的地内和地外异常事件与绝灭同时或接踵发生，其中谁应为绝灭承担主要的责任？为绝灭承担主要的责任？生命的未解之谜生命的未解之谜绝灭的过程究竟是突然性或渐进性的，是陷入争议的又一个问题绝灭的过程究竟是突然性或渐进性的，

43、是陷入争议的又一个问题在地史时期的次大绝灭中，古在地史时期的次大绝灭中，古中生代之交的大绝灭规模最大，可中生代之交的大绝灭规模最大，可能的诱发性因素最多最为奇特的是：一方面，至今我们不知能的诱发性因素最多最为奇特的是：一方面，至今我们不知“元凶元凶”是谁；另一方面，却可以肯定它绝非一次偶然发生的是谁；另一方面，却可以肯定它绝非一次偶然发生的“飞来横祸飞来横祸”，而是地球演化到一定阶段后，或早或迟、但终究要出现的一个必然性而是地球演化到一定阶段后，或早或迟、但终究要出现的一个必然性结果故从逻辑上讲，要揭开谜底，需要澄清下列问题：结果故从逻辑上讲，要揭开谜底，需要澄清下列问题：异常事件群集异常事件

44、群集泛泛 大大 陆陆 聚聚 散散 洋中脊活动 巨型地幔柱活动 小 地 行 海 退 大陆火山 核 星 偏 碰 地 球 表 层 生 态 环 境 变 化 移 撞 洋 海 气 热 碳 缺 冰 全 与 与 流 洋 候 带 同 氧 川 球 地 宇 和 地 干 雨 位 进 变 磁 宙 水 球 燥 林 素 退 暖 场 辐 圈 化 消 异 转 射 变 学 亡 常 向 动 异 常生态动力系统与生态链的失稳与重组 生生物物大大绝绝灭灭与与生生态态系系复复苏苏异常事件群集异常事件群集为什么恰巧会在古中生代之交出现这样一系列如同雪崩般的高频为什么恰巧会在古中生代之交出现这样一系列如同雪崩般的高频事件群集？事件群集？这些

45、事件之间是各自独立，还是相互激励、相互制约？是由多个因这些事件之间是各自独立，还是相互激励、相互制约？是由多个因素共同作用的结果，还是一根导火索引起了全面的爆发？素共同作用的结果，还是一根导火索引起了全面的爆发？这种事件群集的现象是地球演化进程中偶一为之的即兴插曲，还是这种事件群集的现象是地球演化进程中偶一为之的即兴插曲，还是一种必然的周期性节律？一种必然的周期性节律？更为重要的是，在这种突发事件群集之前，有没有确定的前兆，可更为重要的是，在这种突发事件群集之前，有没有确定的前兆，可以据之进行预测和分析？以据之进行预测和分析？绝灭的过程究竟是突然性或渐进性的，是陷入争议的又绝灭的过程究竟是突然

46、性或渐进性的，是陷入争议的又一个问题一个问题 schopfschopf认为：认为：泛大陆会聚阶段，构造作用的持续泛大陆会聚阶段，构造作用的持续强化导致了两种生境变化效应：强化导致了两种生境变化效应： 使海水流向深水洋盆，引发构造大海退；使海水流向深水洋盆，引发构造大海退； 由于板块对接，使边缘海的数量和面积大为减由于板块对接，使边缘海的数量和面积大为减少（全球浅海区陆棚数量由早二叠世的少（全球浅海区陆棚数量由早二叠世的43%43%锐减至晚二锐减至晚二叠世时的叠世时的1313），）， 从而造成强烈的浅海生境剥夺效应。从而造成强烈的浅海生境剥夺效应。渐变论：渐变论：schopf的浅海的浅海萎缩说萎

47、缩说突变论：金玉干等提出的撞击突变论：金玉干等提出的撞击-火山说火山说 (a ) fifty percent confidence intervals the interval between red dots(confidence end points) and last occurrences (upper black dots) for 93 genera of10 different group s (foram inifera, fu sulinids, bryozoans, brachiopods, rugosancoral, bivalves, cephalopods, o st

48、racods, conodonts, and calcareous algae) with m ultipleoccurren ces at the com po site p-t section at m eishan. fifty percent confidence intervals for theforam inifer (b ), o stracod (c ), cephalopod (d ), and b rachiopod (e ) genera are shown separately .tim e (in m a) is sho wn on the y axes; nu m

49、 bers on the x axes indicate species num ber. c ontours r es u lts fo r s im u lat io n s o f 1 6 2 g en era fro m th e m eis h an s ec tio n s. (a ) freq u en c yd is trib u t io n o f las t oc c urrenc es fo r 1 6 2 g en era an d fo r fo ram in ifer, o s trac o d , c ep h alo p o d , an db rac h i

50、o p o d g en era, res p ec tiv ely. (b ) h is to g ram s p lo tted b y th e to tal n u m b er o f tim e in terv als atw h ic h a g en u s occ u rs v ers us th e ag e of las t occ u rren c e. o n ly g en era o f les s th an 1 5%s tratig rap h ic ab u n d an c e ten d to h av e las t occ u rrenc es w

51、ell b e lo w th e m ajo r ex tin c tio n tim e o f2 5 1 .4 m a; g en era o f ex c ep tio n are in d ic ated b y n am es in (a ). t h e g en era th at ex ten d u pw ardb ey o n d 2 5 0 m a are n o t p lo tted in th e fig u re. e ac h d o t m ay rep res en t m ore th an o n e g en u s w ith th es am e

52、 c o ord in ate p o s itio n . v iew l arg er vers io n o f th is im ag e (2 7 k g if file)突变论要面对的问题是如何解释：突变论要面对的问题是如何解释：在同一生境内，处于同一条件下的不同物种，如果所遭在同一生境内，处于同一条件下的不同物种，如果所遭受的打击是同样有效的，为什么会有生有灭？受的打击是同样有效的，为什么会有生有灭？如果是撞击造成绝灭，那么撞击的部位应该在陆上还是如果是撞击造成绝灭，那么撞击的部位应该在陆上还是在海洋中？在海洋中？如何解释这次大绝灭至少有两个峰值期的现象？如何解释这次大绝灭至少有

53、两个峰值期的现象？综合的观点：综合的观点：hallam与与ervin的的多成因说多成因说“十二人陪审团制造的东方列车十二人陪审团制造的东方列车谋杀案谋杀案”问题在哪里问题在哪里长期研究之后仍留下了众多谜团，其中固然有问长期研究之后仍留下了众多谜团，其中固然有问题本身的困难和资料不足的原因，也有研究方法和科题本身的困难和资料不足的原因，也有研究方法和科学观念的影响应该说，古中生代之交的事件既不学观念的影响应该说，古中生代之交的事件既不是一次单纯的生命事件，也绝非一次简单的地史转是一次单纯的生命事件，也绝非一次简单的地史转折它所包含的问题使其性质超越了单一的学科范畴，折它所包含的问题使其性质超越了

54、单一的学科范畴，而成为一个涵盖多学科的复杂性课题而成为一个涵盖多学科的复杂性课题 因此，有必要在前人研究的基础上，调整视角，因此，有必要在前人研究的基础上，调整视角，采取各个击破，逐步推进的对策，针对问题的科学内采取各个击破，逐步推进的对策，针对问题的科学内涵与特征，寻找新的切入点，并给以锐利一击涵与特征，寻找新的切入点，并给以锐利一击 从这一角度看，圈层耦合与生物响应之间有什么从这一角度看，圈层耦合与生物响应之间有什么关系，环境变迁如何在这两者之间架设桥梁，也许有关系，环境变迁如何在这两者之间架设桥梁，也许有必要加以关注。必要加以关注。泛泛 大大 陆陆 聚聚 散散 洋中脊活动 巨型地幔柱活动 小 地 行 海 退 大陆火山 核 星 偏 碰 地 球 表 层 生 态 环 境 变 化 移 撞 洋 海 气 热 碳 缺 冰 全 与 与 流 洋 候 带 同 氧 川 球 地 宇 和 地 干