地球科学概论课件：地球的年龄和地质年代3

地球科学概论——Geosciences地球的地质年代第一节简述——人类生活的地球究竟有多老？曾经引发了多少人的兴趣和思考，也历尽了无数个猜测和探索，物理学和生物学之争，神学和地质学之争，持续了二千多年。受宗教的影响，早先对地球年龄的计算是基于这样一个前提：即人类的出现与地球形成同时。因此计算地球年龄的工作就变成查阅各种历史文献，使年代体系能够精确到天、甚至小时。James

Ussher（1581-1656）:B.C.4004,10.26,9:00amGMTRobertMcCanslon在尼亚加拉瀑布(NiagaraFalls）边住了9年，亲眼目睹瀑布悬崖后退WMcClary(1790):20ft/30a,55,440aEdmondHalley，1656–1742，anEnglishastronomer,geophysicist,mathematician,meteorologist,andphysicist.Darwin,300Ma利用沉积物厚度和沉积速率推算地球的年龄。短年龄（宗教、部分科学家）长年龄（部分科学家）GeorgesCuvier（1769-1832）——CatastrophismJamesHutton认为：

Novestigeofabeginning,noprospectofanend.即：地球既没有起点，也没有终点，相对于人类来说，地球的历史太长而难以想象。地球相对年龄的探索WilliamSmithGeologicalMapofEngland,WalesandpartofScotland(1815)TheMapThatChangedTheWorld

Author:SimonWinchester

Publisher:HarperCollins

Copyright©2001

329pages,Paperback,ISBN0-06-019361-1

Price:US$13.95Georges,Buffon（1707-1788）

75,000aNatureHistoryGeorges-LouisLeclerc,ComtedeBuffon(1707-1788)Sometimesitishardtoimaginehowrevolutionaryanideawas,especiallywhenthatideaiscurrentlyacceptedascommonknowledge.Manysuchideasappearsimpleandareoftentaughtattheelementaryschoollevel,yetthesimplicityoftheseideasbeliesthecomplexityinvolvedintheirorigins.Duringtheeighteenthcentury,twochurchdoctrinesprovidedsweepingbiblicalexplanationsformostquestionsaboutbiologicaldiversity:SeparateCreation,theideathatallcreatureshavebeencreatedindependentlyofoneanotherbyGodandorganizedintoahierarchy("chainofbeing")withManoccupyingthemostelevatedrankbeneathGod;andthe6,000yearlimitontheageoftheplanet.Itisnottheaveragepersonwhoquestionstwothousandyearsofdogma,butthatiswhatBuffondid:100yearsbeforeDarwin,Buffon,inhisHistorieNaturelle,a44volumeencyclopediadescribingeverythingknownaboutthenaturalworld,wrestledwiththesimilaritiesofhumansandapesandeventalkedaboutcommonancestryofManandapes.AlthoughBuffonbelievedinorganicchange,hedidnotprovideacoherentmechanismforsuchchanges.Hethoughtthattheenvironmentacteddirectlyonorganismsthroughwhathecalled"organicparticles".BuffonalsopublishedLesEpoquesdelaNature(1788)whereheopenlysuggestedthattheplanetwasmucholderthanthe6,000yearsproclaimedbythechurch,anddiscussedconceptsverysimilartoCharlesLyell's"uniformitarianism"whichwereformulated40yearslater.BuffonwasbornintothewealthandprestigeoftheFrencharistocracyandwaseducatedinlawandmedicine,buthisrealinterestwasnature.Hewasstruckbythediversityoflifeandwasnotcontentwithexistingexplanationsofthenaturalworld.Whatseparatedhimfromotherswashisempiricalandphilosophicalpursuitsofcausesandexplanationsbeyondtheacceptedexplanationsofhistime.Buffon'scourageouswayoflookingattheworldpavedthewayforsubsequentrevolutionarythinkerswhoareresponsibleformuchofwhatweknowaboutthenaturalworld.WilliamKelvin（1824-1907）

1863(4亿）

1868(1亿)1876(0.5亿)1881(0.2-0.5亿)1897(0.24亿)MarieCurie(1867-1934)

发现无论铀以什么化合物形式存在，放射性的大小只取决于铀的含量。ErnestRutherford（1871-1937）发现一个元素可以变为另一个元素，在放射出神秘的射线的同时，就产生了另一个元素。并用镭和氦计算出岩石的年龄。LectureinLondonRoyalInstituteStrutt发现，用氦测定年龄时，氦是气体，在样品加工时会跑掉，从而影响了测量结果。所测量出的只是岩石的最小年龄。ArthurHolmes(1890-1965)霍尔姆斯（Holmes）用最终子体铅来测量，实现了相对年代与绝对年龄相结合的宏伟目标，因此而获得了“地质年代之父”的称号。Exerciseone

Kelvin’sattempttoestablishtheageoftheearthfromitsrateofcoolinggavearesultthatwastoolowbytwoordersofmagnitude,because:Kelvin’scalculationswereinerror.Kelvin’stheoreticalanalysesofthisdatawerewrong.Amajorsourceofheatintheearthhadnotyetbeendiscovered.Theearthaccreted(聚合)asacoldbody,andwasnotoriginallymolten.第二节相对地质年代一、地层层序律（PrincipleofStratigraphy）

N.Steno(1699)、WilliamSmith等提出：叠置原理（下老上新）原始水平原理（原始的沉积物均为水平或近于水平）原始侧向连续原理（沿水平方向逐渐消失或过渡到其他成份）NicolasSteno1638-1686WilliamSmith1769-1839LawofSuperpositionLawofLateralContinuityLawofOriginalHorizontality5.讨论（1）公理性质（两点之间，线段最短，不证自明）（2）只能用于同一地方（3）对沉积物而言。（4）举例①P.18②下例abcd？LawofSuperpositionLawofLateralContinuityLawofOriginalHorizontalityCross-CuttingRelationship二、生物层序律（化石层序律）

（Principleoffaunalsuccession）

WilliamSmith(1800)提出：地层越老，所含的生物越简单，反之亦然。不同时代地层，有不同的化石组合。化石（fossil）——埋藏在沉积物中的古代生物遗体和遗迹。例如：动、植物的骨骼、牙齿、根、茎、叶，等等。动物的足迹、粪便、蛋，等等。4.标准化石（Indexfossils）——演化快、延续时间短，特征显著，数量多，分布广等特征的化石。5.化石的作用、活化石、书和文字6.关于生物进化的争论Darwin:生物渐变，简单-复杂-人。Cuvier:生物突变，不同地层中有不同的化石组合，如恐龙。三、切割律（Principleofcross-cuttingrelationships）1.新的地质体（侵入岩）切割老的地质体（侵入岩）abcCross-CuttingRelationshipABCDEFCross-CuttingRelationshipExercisetwo

Theprincipleofsuperpositionstatesthat,inunfolded,sedimentarysequences:Layersatthetopofthepilearealwaysolderthanthosebeneaththem.Layersatthetopofthepilearealwaysyoungerthanthosebeneaththem.Sedimentsgenerallyaccumulateintheverticalsequencesandstone-shale-limestone.Overlyingstrataextendoverabroaderareathanthelayersbeneaththem.Exercisethree

CompositestratigraphicsequencescanbeestablishedfromincompletesequencesatmanylocalitiesbyTheprinciplesofsuperpositionanduniformitarianism.Fossilassemblagesandtheprincipleoforiginalcontinuity.Fossilassemblagesandtheprincipleofsuperposition.Fossilassemblagesandtheprincipleofuniformitarianism（均变论）.第三节同位素地质年代A=A0e-λt或:D=A0（1-e-λt）或:D=A(eλt-1)其中：A0——母体原始含量A——母体残余含量D——子体含量小结：地层层序律——岩性地层生物层序律——生物地层放射性同位素——年代地层第四节地质年代表时间空间显生宙新生代中生代古生代元古宙(Pt)第四纪(Q)志留纪(S)奥陶纪(O)寒武纪(C

)三叠纪(T)侏罗纪(J)白垩纪(K)新近纪(N)泥盆纪(D)石炭纪(C)二叠纪(P)早晚古近纪(E)太古宙(Ar)25亿年5.4亿年2.48亿年0.65亿年4.17亿年0.025亿年冥古宙（Hd）第五节地球和地球生命的进化

冥古宙（HadeanEon）(40亿年前)：岩浆的海洋，熔融深度可达1000km。排气作用排出：H2O和CO、CO2、NH3、CH4为主(岩石中的包体)。

10万个直径10-100km的陨星坠落。太古宙(ArcheanEon)(40-25亿年前)：地球的温度很高，放射性元素含量是现今的2-3倍；大气压力高，温室效应强大，气温很高，地表温度推测70℃，海水度达260~285℃；由于含CO、CO2、NH3等气体，海洋呈强酸性；早期缺失陆源碎屑物，说明为海洋所包围，无陆地；晚期温度逐渐降低，形成古地壳，古陆核；H2O受紫外线照射分解出少量O2（水中），大气中O2很少。华南地区最古老的岩石“表壳岩”|TTG片麻岩|孔兹岩（含碳富铝，抬升-稳定-风化剥蚀）华北地区最古老的岩石异养生物（细菌）（合成者）自养生物（具叶绿素的蓝藻）（分解者）原核细胞生物

元古宙(ProterozoicEon)

（25-5.4亿年）

地壳扩大，陆源碎屑物的出现，说明已经出现了古陆地，称为克拉通；酸性的海洋使硅酸盐破坏，形成Na、K、Ca、Mg、Al、Fe等盐类，酸性减弱；大气中CO2含量高，形成CO2大气圈（类似现在的金星），但生物作用使CO2进入岩石，形成CaCO3沉淀。（据邓晋福等，1999）真核细胞（Eukaryote）

真核细胞生物（有细胞核的单细胞或多细胞生物）（蓝绿藻、绿藻，后期出现褐藻、红藻）（元古宙开始）的出现和增长。Theoldest-knownmacrofossil,Grypaniaspiralis,anEukaryotic(真核)algaefrom1.8billionyearsago

自养生物使大气中的氧含量增加。而大气中CO2含量减少，并进入水中，以岩石的形式保存下来（碳酸盐）。某些氧受紫外线照射形成臭氧（屏蔽），使生物得以大发展。光合作用，还原CO2以岩石形式保存，叠层石，石灰岩。叠层石

到元古宙末期，出现了多细胞动物。Ediacara

显生宙（PhanerozoicEon）

早古生代（EarlyPaleozoicEra）(5.4-4.17亿年)

（1）寒武纪（C）（Cambrian）（2）奥陶纪（O）（Ordovician）（3）志留纪（S）（Silurian）显生宙新生代中生代古生代元古宙第四纪志留纪奥陶纪寒武纪三叠纪侏罗纪白垩纪新近纪泥盆纪石炭纪二叠纪早晚古近纪太古宙25亿年5.4亿年2.48亿年0.65亿年4.17亿年0.025亿年早古生代的生物界（海生无脊椎动物的时代）三叶虫珊瑚海绵动物苔藓虫腕足类笔石类海百合寒武纪生命大爆发眼睛的出现RedlichiaRedlichiaTrilobitecompound’seyes寒武纪的三叶虫复原图Agnostus鲎云南虫（原口动物与后口动物的过渡类型）YunnanozoonYunnanozoonlividum,anenigmaticform,x6.0.Thisworm-likeanimalmayhavebeenadepositfeeder.IthasonlybeenrecordedfromtheChengjiangbiota.半索动物——笔石半索动物的一般结构直角石三叶虫群体珊瑚单体珊瑚直角石海林檎（Cystoidea）棘皮动物、半索动物（原口动物）盾皮鱼（后口动物）VascularplantsaroseintheSilurian,andwerethefirstcolonizersofthelandBaragwanathiawasalycophyte.晚古生代（LatePaleozoicEra）(4.17-2.48Ma)（4）泥盆纪（D）（Devonian）（5）石炭纪（C）（Carboniferous）（6）二叠纪（P）（Permian）显生宙新生代中生代古生代元古宙第四纪志留纪奥陶纪寒武纪三叠纪侏罗纪白垩纪新近纪泥盆纪石炭纪二叠纪早晚古近纪太古宙25亿年5.4亿年2.48亿年0.65亿年4.17亿年0.025亿年鱼类的繁盛、珊瑚的繁盛，腕足动物大发展，两栖动物的出现和发展，原始爬行类的出现，陆生植物的出现（蕨类植物，形成小型森林），陆生植物逐渐占有主导地位（裸子植物）。蜂巢珊瑚现代腕足动物——Lingula？头甲鱼、沟鳞鱼等HylonomusCarboniferous石炭纪巨大的蕨类森林鳞木PermianPeriod,290-245MYA中生代(MesozoicEra)(2.48-0.65亿年)（1）三叠纪（Triassic）（2）侏罗纪（Jurassic）（3）白垩纪（Cretaceous）中生代的生物界爬行动物的时代裸子植物的时代各类恐龙（辐射发展）鸟类（开始形成）菊石腹足类动物箭石哺乳类的出现。显生宙新生代中生代古生代元古宙第四纪志留纪奥陶纪寒武纪三叠纪侏罗纪白垩纪新近纪泥盆纪石炭纪二叠纪早晚古近纪太古宙25亿年5.4亿年2.48亿年0.65亿年4.17亿年0.025亿年BritishanatomistRichardOwen(1804–1892)

Thecombinationofsuchcharacters,some,asthesacralones,altogetherpeculiaramongReptiles,othersborrowed,asitwere,fromgroupsnowdistinctfromeachother,andallmanifestedbycreaturesfarsurpassinginsizethelargestofexistingreptiles,will,itispresumed,bedeemedsufficientgroundforestablishingadistincttribeorsub-orderofSub-orderofSaurianReptiles,

forwhichIwouldproposethenameofDinosauria.CarcharodontosaurussaharicusDiplodocidsauropodsMicroceratops巴黎生物骨骼与化石博物馆自贡恐龙国家地质公园PubisIliumIschiumIliumPubisIschiumSaurischia蜥臀目Ornithischia鸟臀目Ilium(髂骨)Pubis(耻骨)Ischium(坐骨)SaurischiaOrnithischiaTriceratops;Triceratops,LateCretaceous,HellCreekbeds,WesternUSAStegosaurus,LateJurassic,MorrisonFormation,westernUSA.Thelargeststegosaur.Ithadanextremelysmallheadforitssizeandanextremelysmallbrain.Ithadaganglionlargerthanthebrainitselfinthehipregiontocontrolthemovementofthehindquarters.DromaeosauridskullMandibleconstitutedbyseveralbonesCrocodilian(reptile)Frog(amphibian)2occipitalcondyles1occipitalcondyleCat枕棵ManTroodonlegboneDeinonychusrib(肋骨)Gorgosaurusfibula(腓骨)Alligatorfibula(腓骨)Tyrannosaurusrib(肋骨)Ericksonetal.(2004)Sanderetal.(2004)恐龙脚印杯椎龙cymbospondylus-triassic回到水中的爬行动物向天空发展的爬行动物孔子鸟Archaeopteryx lithographicaLateJurassic(Germany)Microraptorguiskeletonofavimimus（拟鸟龙的骨骼）跑得很快的恐龙拟鸟龙的复原像中华鸟龙中华鸟龙是1996年才发现的“带毛”恐龙，它的发现引起了轰动。中华鸟龙的发现，对证明鸟类是龙的后代这一假说是一个有力的证据。Sinosauropteryx(中华鸟龙)SinosauropteryxwasasmallearlyCretaceousdinosaurwhoseremainswerediscoveredintheLiaoningProvinceofnortheasternChinain1996.Thisdinosaurwascoveredinfilamentsthatmayhavebeentheforerunnersoffeathers.BeaverorOtter,ItLivedinDinosaurs'Time

Intheconventionalview,theearliestmammalsweresmall,primitive,shrewlike(鼩鼱，尖鼠)creaturesthatdidnotbegintoexploretheworld'svariedenvironmentsuntilthedinosaursdiedout65millionyearsago.Scientistshavefoundafossilofamammal—partbeaver（海狸）,partotter（水獭）,partplatypus（鸭嘴兽）—thatlivedinChina164millionyearsago.哺乳动物的兴起。地温异常。Beginninginthe1980s,twonewtheoriesbecamethetopicofanintensescientificdebate.Theyare:**theK-Timpactextinctiontheory.

（撞击事件绝灭理论）**theK-Tvolcano-greenhousetheory.

（火山-温室效应绝灭理论）恐龙的灭绝位于美国亚利桑那州、直径1．2公里的巨坑是地球上第一个被发现的陨石坑.始兴龙斗輋RightatK-Tboundarytime,thevastbulkoftheDeccanTrapslavaseruptedontoearth'ssurface.Oneofthegreatestepisodesofvolcanisminearthhistory,itfloodedoveramillionsquaremilesofIndia.Today,after65millionyearsoferosion,theDeccanTrapslavapileisstillaboutoneandone-halfmilesthickinwesternIndia.K-TBoundaryIridium

Earth‘scoreisrichiniridiumandtheDeccan（德干）Trapsmantleplume,originatingatearth'score-mantleinterface,likelyservedasaconduittotransportiridiumfromthecoretoearth'ssurface.地质历史中的主要生物集群绝灭：科的数目地质时代（距今百万年）(Sepkoskietal.,1992)123456生物集群绝灭新生代(CenozoicEra)（1）古近纪（Paleogene）（2）新近纪（Neogene）（3）第四纪（Quaternary）哺乳动物时代，被子植物时代。显生宙新生代中生代古生代元古宙第四纪志留纪奥陶纪寒武纪三叠纪侏罗纪白垩纪新近纪泥盆纪石炭纪二叠纪早晚古近纪太古宙25亿年5.4亿年2.48亿年0.65亿年4.17亿年0.025亿年Pithecanthropuserectus(Javamens)-HomoerectusjavanensisHomoerectuspekinensis