《地球科学概论》PPT课件.ppt

地球科学概论,Outline Of Earth Science,第三章 地质事件、生物进化和地质年代,1 地质事件 2 相对地质年代 3 同位素年龄 4 地球生物进化的重大事件 5 地质年代表,第三章 地质事件、生物进化和地质年代,1 地质事件 2 相对地质年代 3 同位素年龄 4 地球生物进化的重大事件 5 地质年代表,1 地质事件,地球形成以来发生了一系列变化，其中一些变化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。,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。,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。,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相对地质年代； 事件距离今天的时间同位素年龄。,例如，2003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，经过研究识别出这是罗布泊历史上的一次变干事件，距离今天约80万年。它反映青藏高原的一次快速上升。,第三章 地质事件、生物进化和地质年代,1 地质事件 2 相对地质年代 3 同位素年龄 4 地球生物进化的重大事件 5 地质年代表,2 相对地质年代,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、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,在正常情况下，新地层中不可能出现老的事件。如果事件A只出现在老地层中，事件B只出现在新地层中，那么A早于B。,地层是层状岩石的总称，包括沉积岩、火山岩和浅变质岩。 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。,2 相对地质年代,地层形成时，上新下老，一般是水平的，称为正常地层。地层受到构造作用的影响会发生褶皱，水平地层变为倾斜地层，只要还是上新下老，就还称为正常地层。如果变为上老下新，则称为倒转地层。,2 相对地质年代,在野外，仔细观察地层的某些特征，可以帮助我们判断地层是正常还是倒转。例如，波痕、交错层理、粒序层理、包卷层理等。,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上，这种现象称为推覆构造。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。,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，而且所有的书都没有页码。要把这套书整理好，还要有别的方法。,2 相对地质年代,生物死亡后，遗体被沉积物掩埋，在地层中保存下来，称为化石 。生物活动的痕迹也可以被保存下来，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，但“生物进化不可逆”是正确的。,化石层序原理,2 相对地质年代,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。,2 相对地质年代,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，进而可以判断地层中记录的地质事件的年代。这一原理称为化石层序原理。,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。,2 相对地质年代,切割关系原理,如果地质体A被地质体B切割或穿插，那么B一定晚于A。这一原理称为切割关系原理。,2 相对地质年代,切割关系原理,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，靠同位素年龄可能难以判断先后，如果找到穿插关系，则可以确定先后。 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，不可能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。 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。,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、生物进化和地质年代,1 地质事件 2 相对地质年代 3 同位素年龄 4 地球生物进化的重大事件 5 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： t = ( 1 / ) ln ( 1 + M / Nt ) 式中：t 为衰变时间， 为半衰期，M 为新生子体，Nt 为现存母体。,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，称为同位素年龄。,K40,Ar40,Ca40,放射性元素衰变,3 同位素年龄,同位素年龄并非绝对年龄，因为它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，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。,第三章 地质事件、生物进化和地质年代,1 地质事件 2 相对地质年代 3 同位素年龄 4 地球生物进化的重大事件 5 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： 非细胞生物原核细胞生物真核细胞生物； 藻类裸蕨类（孢子植物）裸子植物被子植物； 无脊椎动物脊椎动物； 鱼类两栖类爬行类鸟类、哺乳类； 从海洋到陆地； 逐渐远离水； 先有植物进化后有动物进化； 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。,4 地球生物进化的重大事件,生物进化重大事件： 最早的细菌南非3800Ma，澳大利亚3500Ma 厌氧自养原核生物蓝细菌，光合作用2000Ma 真核生物宏观藻类1800Ma，繁盛于1000Ma 软躯体动物伊迪卡拉动物群氧气650Ma 有壳动物澄江动物群540Ma 鱼类435Ma 植物登陆臭氧层400Ma 两栖类350Ma 爬行类250Ma 鸟类140Ma 哺乳类65Ma 人类3Ma,4 地球生物进化的重大事件,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，为动物的出现和演化创造了条件。650Ma前首先出现以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。,540Ma前的寒武纪早期，出现了以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。,4 地球生物进化的重大事件,生物大绝灭事件： 元古宙末（650Ma)、寒武纪末(495Ma)、奥陶纪末(435Ma)、晚泥盆世弗拉斯期末(365Ma)、二叠纪末(251Ma)、三叠纪末(203Ma)、白垩纪末(65Ma)，共发生7次大规模生物绝灭事件。,二叠纪末的绝灭事件中，科减少了52%，种减少了90%以上。有人估计今天物种绝灭速度是二叠纪末的1000倍，确实值得忧虑了。,第三章 地质事件、生物进化和地质年代,1 地质事件 2 相对地质年代 3 同位素年龄 4 地球生物进化的重大事件 5 地质年代表,5 地质年代表,经过地球科学家200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，据此建立了地质年代表。 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，显生宙的每个代又分为几个纪，一个纪又分为几个世。 近几十年又给根据化石建立的相对地质年代表加上了同位素年龄。 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 540Ma,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6亿年前才出现动物，而且突然地出现几乎所有的门类？ 为什么迟至4亿年前生物才开始登上陆地？ 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？,