5 前寒武(1总述)

1、第二编 地球早期史及前寒武纪地史一、地球早期历史简介 1月球早期演化历史的启示 2地球的早期演化历史 3地球气圈和水圈的形成二、前寒武纪的划分 三、地球上生命起源及前寒武生物演化 1生命起源问题 2最早的化石记录 3前寒武纪植物界的演化 4前寒武纪末期裸露动物群的出现 12Precambrian4640255.42.50.65HadeanArPtPzMz34前寒武纪主要特点时限长(Long duration) 465.42亿年。地层普遍变质，岩浆活动发育(Wide metamorphism & magmatism)麻粒岩相、角闪岩相、绿片岩相，一般越老变质程度越深。构造变形复杂(Complic

2、ated deformation)原始地壳薄、刚性大、热流值大，易发生塑性变形，而且经历多期构造变动。化石稀少(Molecular & soft-body fossils)酸性和还原大气圈和水圈(Acid & anoxic atmostphere and hydrosphere)矿产丰富(Abundant mineral resources)Fe、Au、U5地球的起源 宇宙诞生10-44秒之后便急速展开,10-34厘米的超微宇宙在仅仅10-34秒之内迅速膨胀了10100倍,称为暴胀(inflation）。实际上提出了一个“从无到有”的宇宙起源模式，对于传统的“无始无终”宇宙观是一个冲击！ Bi

3、g Bang & Earth formation6 据天体化学和同位素的宇宙和太阳系年龄数据： 宇宙和银河系年龄(宇宙年龄是指大爆炸至今所经历的时间，它是宇宙无限空间和无限时间中的一个相对有限的时间概念)。通过天文学实际观察、数学计算和现代宇宙学模型的探索，一般认为空间和时间是无限的，银河系年龄为110-180亿年。地球的起源7 太阳系的年龄: 太阳系内的陨石是从太阳星云中凝聚而成的，年龄为45-46亿年。月球上最古老月岩的年龄也是44-46亿年，地球上最古老的矿物年龄为40-43亿年(最肯定的变质岩为38亿年,)，通过地壳中铅比率的计算推论地球年龄是46亿年。 进一步推测，太阳系各类天体在4

4、5-46亿年前已经形成。地球的起源8地球的起源地球地质阶段： 38亿年Now地球天文阶段： 46-38亿年地球和月球： 46亿年太阳系元素年龄: 62-77亿年银河系： 110-180亿年宇宙大爆炸： 时间和空间的开始地球形成9地球早期史 天文阶段8亿年(4638亿年) 是地球早期历史，其地质记录是空白历史，只能借鉴太阳系内其它星球的宇宙地质学(天文物理学)研究成果进行类比和推论。 月球与地球关系最近，并且一般认为月球是从地球甩出去的（地月体系）。 对地球早期史很难认识，对其他星球的认识更难。The natural satellite of Earth-The moon10地球早期史11 月球

5、缺失气体和水，不存在侵蚀作用，月壤很薄。月壳保留了40亿年的地质记录，大体相当于地球的冥古宙和太古宙，该记录恰为地球所不易保存的部分。因此，月球为原始地球圈层的演化提供了一个重要的参考。 地球上最古老的变质岩 （格陵兰、南极、南非等地）形成于38亿年，为地质历史的开始（此前为天文阶段，46-38亿年）。1213第一阶段(三大圈层形成)： 46亿年前、后已成为固态，在结构上可能处于近均质状态。 4638亿年（8亿年）：地质纪录知之甚少。主要是圈层分化作用（分化为地核、地幔及地壳），这是地球早期演化的第一阶段（38-46亿年）称为天文阶段。 地球圈层的分化14地球圈层的分化 原始地球内部达到熔融状

6、态时，亲铁元素比重大而下沉形成铁镍地核，亲石元素上浮组成地幔和原始地壳。 更轻的液态和气态成份，通过火山喷发溢出地表而形成原始的水圈和大气圈。15 第二阶段(地壳圈层进一步演化)： 38-40亿年，正变质岩的年龄数值很多，推测当时存在大规模的地表熔岩喷溢及深部岩浆侵位，它们不断固结而导致地壳（硅镁质的洋壳；硅铝质陆壳）逐步增厚，并形成以硅镁层为主的早期地壳圈层(洋壳)。地球圈层的分化16第三阶段(气圈和水圈的形成): 随着固体层圈的分化，一部分气体由火山带到地表，原始大气的成分为一氧化碳、甲烷、氨和惰性气体。 水圈的水都是来自地球内部，是通过火山活动而形成的，水气先逸散在大气圈中，然后经冷却至

7、地表汇成水体。地球圈层的分化17大气圈和水圈的形成地球早期的排气作用18前寒武纪大气圈和水圈Pt2：含氧大气圈形成(出现含铁红色砂岩，高价铁沉积层、膏岩沉积和可燃有机岩，但Pt2-3的海相沉积中原生白云岩大量发育，反映当时大气CO2比Ar低，但仍比现在高)Pt1晚期：逐渐含氧(叠层石大量发育)Pt1早期：缺氧到含氧过渡(纹带状硅铁组合-早期藻类释放出的O2被Fe2+吸收而沉淀)Ar：缺氧还原性大气(广泛出现含金-铀砾岩)大气圈：水圈：Ar早期已经形成，因为在Ar1中出现玄武岩 和砾岩19 5.4亿年 显生宙Phanerozoic,研究最为详细，包括古生代(早古生代、晚古生代)、中生代和新生代

8、38-5.4亿年(32.6亿年):前寒武纪Precambrian，(太古宙38-25、元古宙25-5.4 ) 46-38亿年(8亿年):冥古宙Prearchean，天文阶段，研究程度差4600Ma、3800Ma、5420Ma将地球演化划分为三个阶段：地球演化宏观阶段20第二编 地球早期史及前寒武纪地史一、地球早期历史简介 1月球早期演化历史的启示 2地球的早期演化历史 3地球气圈和水圈的形成二、前寒武纪的划分 三、地球上生命起源及前寒武生物演化 1生命起源问题 2最早的化石记录 3前寒武纪植物界的演化 4前寒武纪末期裸露动物群的出现 21 “太古代”由丹纳（1872）命名， “元古代”由埃蒙斯

9、（1887）提出。查德威克（1930）提出隐生宙和显生宙。20世纪70-80年代，国际地层委员会（1989）提出了目前习用的划分方案。 22震旦系南华系DomesticInternational23第二编 地球早期史及前寒武纪地史一、地球早期历史简介 1月球早期演化历史的启示 2地球的早期演化历史 3地球气圈和水圈的形成二、前寒武纪的划分 三、地球上生命起源及前寒武生物演化 1生命起源问题 2最早的化石记录 3前寒武纪植物界的演化 4前寒武纪末期裸露动物群的出现 241. 生命的起源25生命的起源 - 两种倾向：1. 生命的起源地内起源terrestrial (地球自身的演化)地外起源extr

10、aterrestrial(来自其他星体)元素氨基酸蛋白质细胞结构Miller,1953261. 生命的起源-地内起源Miller,1953271. 生命的起源Deep biosphere28黑烟筒起源说： 由无机元素和化合物在高温作用下形成有机氨基酸，继而形成硫和其他复杂化合物-形成多肽、核苷酸链-形成似细胞体的化学合成物。有趣的是这些成分在高热作用下化学合成了硫细菌。1. 生命的起源291. 生命的起源301. 生命的起源Evidence of water on Mars?312. 生命何时起源？ 格陵兰 38亿年的碳氢化合物被认为是地球最早的生命(化学化石)。 在澳大利亚无 花果树群343

11、5亿 年前的丝状至链状细胞可能代表最早的菌、藻类生物体(原核细胞生物的开始)。Ar为菌、藻类时代。322. 生命何时起源？Apex Chert (3.5Ga old!), W. Australia, oldest prokaryote fossils (Schopf, 02, Nature)33 属原核生物的丝状细菌，发现于南非特兰斯瓦超群（23亿年）黑色页岩中。3. 前寒武纪植物界的演化34原核生物和真核生物过渡阶段 加拿大甘弗林组(Gunflint Fm.) (19.520亿年)的微古植物(疑源类)和叠层石，包括蓝绿藻16属(均属原核生物) (后来艾德杭认为其中有5个属应为真核生物？)。3

12、. 前寒武纪植物界的演化Schopf JW, 2000, PNAS, 2.1Ga, Gunflint Chert, CanadaEukaryotes ? + Cyanobacteria35 肯定的真核生物发现于美国的贝克泉组(Back Springs Fm.)白云岩中(1314亿年)。 3. 前寒武纪植物界的演化36中国元古宇发现丰富的叠层石及微古植物Shark Bay Marine Park, W. Australia Gaoyuzhuang Fm.(1.6Ga), Pt2, Xingtang, Hebei 3738伦吉虫狄氏虫环轮水母节肢动物节肢动物棘皮动物埃迪卡拉动物群(Ediacara

13、n Fauna)：震旦纪晚期出现的，多门类，低等，无骨骼的印痕化石群称之为裸露动物群（埃迪卡拉动物群）。包括：海绵类（毛森海绵）、海腮纲（伦吉虫）、环节动物（狄氏虫）、蠕虫类（皱节虫）、水母类（环轮水母）等。 腔肠+环节+分类位置不明4. 前寒武纪末裸露动物群39Ediacaranfauna40Ediacaran fauna41Ediacaran fauna42Ediacaran faunaScene from the very end of the Precambrian showing ediacaran organisms43Ediacaran fauna已经发现的Ediacara动物群

14、化石点；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 晚前寒纪，陡山沱组磷块岩。后生动物卵分裂的不同阶段。翁安动物群（贵州，5.8亿年）46翁安动物群（贵州，5.8亿年）陡山沱组中发现的最早的两侧对称动物Science评论：使我们第一次目睹了寒武纪大爆发之前 我们所熟悉的动物。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:指埃迪卡拉纪后期出现的，主要由腔肠动物(67%水母、海鳃 纲)、环节动物(25%)、

16、节股动物(似三叶虫)(50%)组成的不具 外壳的多细胞后生动物群。我国发现地点：鄂西、陕南、淮 南、辽南和黑龙江。2. Pt:Bacteria & alga:Stromatolites繁盛，特别是Pt3 Microalga(微古植物)指单细胞或多细胞藻类有机体，我国主要发育于Pt2-3 Macroalga(后生藻类)指根据目前研究程度尚无法归入现代藻类系统的、肉眼 可见的藻类，主要见于Pt2-31. Ar:Molecular fossils(氨基酸、脂肪酸、芳香族碳 氢化合物)前寒武纪生物界面貌Features of the Precambrian organisms49澄江动物群：Cam1，生物大爆发。小壳化石：Cam1早期 （540Ma前不久