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前寒武纪是几几年到几几年?
前寒武纪:前寒武纪晚期超大陆和“冰室”世界(距今6亿5千万年前)
形成于11亿年前的罗迪尼亚超大陆这时开始分裂。前寒武纪晚期的世界与现在的气候十分相近,是一个“冰室”世界。
2. 寒武纪(Cambrian period)是古生代的第一个纪,开始于距今5.4亿年,延续了4000万年。寒武纪是生物界第一次大发展的时期,当时出现了丰富多样且比较高级的海生无脊椎动物,保存了大量的化石,从而有可能研究当时生物界的状况,并能够利用生物地层学方法来划分和对比地层,进而研究有机界和无机界比较完整的发展历史。
3.奥陶纪(Ordovician period)是古生代的第二个纪,开始于距今5亿年,延续了6500万年。奥陶纪是地史上海侵最广泛的时期之一。在板块内部的地台区,海水广布,表现为滨海浅海相碳酸盐岩的普遍发育,在板块边缘的活动地槽区,为较深水环境,形成厚度很大的浅海、深海碎屑沉积和火山喷发沉积。奥陶纪末期曾发生过一次规模较大的冰期,其分布范围包括非洲,特别是北非、南美的阿根廷、玻利维亚以及欧洲的西班牙和法国南部等地。
4.志留纪(4.38亿年前到4.1亿年前) 笔石的时代,陆生植物和有颌类出现 志留纪(Silurian period)是早古生代的最后一个纪。本纪始于距今4.35亿年,延续了2500万年。由于志留系在波罗的海哥德兰岛上发育较好,因此曾一度被称为哥德兰系。
5.泥盆纪(Devonian period)是晚古生代的第一个纪,开始于距今4.1亿年,延续了约5500万年。泥盆纪古地理面貌较早古生代有了巨大的改变。表现为陆地面积的扩大,陆相地层的发育,生物界的面貌也发生了巨大的变革。陆生植物、鱼形动物空前发展,两栖动物开始出现,无脊椎动物的成分也显著改变。
6.石炭纪(Carboniferous period)开始于距今约3.55亿年至2.95亿年,延续了6000万年。石炭纪时陆地面积不断增加,陆生生物空前发展。当时气候温暖、湿润、沼泽遍布,大陆上出现了大规模的森林,给煤的形成创造了有利条件。 石炭纪又是地壳运动非常活跃的时期,因而古地理的面貌有着极大的变化。这个时期气候分异现象又十分明显,北方古大陆为温暖潮湿的聚煤区,冈瓦纳大陆却为寒冷的大陆冰川沉积环境。气候分带导致了动、植物地理分区的形成。
7.二叠纪(Permian period)是古生代的最后一个纪,也是重要的成煤期。二叠纪开始于距今约2.95亿年,延至2.5亿年,共经历了4500万年。二叠纪的地壳运动比较活跃,古板块间的相对运动加剧,世界范围内的许多地槽封闭并陆续地形成褶皱山系,古板块间逐渐拚接形成联合古大陆(泛大陆)。陆地面积的进一步扩大,海洋范围的缩小,自然地理环境的变化,促进了生物界的重要演化,预示着生物发展史上一个新时期的到来。 二叠纪是生物界的重要演化时期。海生无脊椎动物中主要门类仍是筳类、珊瑚、腕足类和菊石,但组成成分发生了重要变化。节肢动物的三叶虫只剩下少数代表,腹足类和双壳类有了新的发展。二叠纪末,四射珊瑚、横板珊瑚、筳类、三叶虫全都绝灭;腕足类大大减少,仅存少数类别。
8.三叠纪(Triassic period)是中生代的第一个纪,始于距今2.5亿年至2.03亿年,延续了约5000万年。海西运动以后,许多地槽转化为山系,陆地面积扩大,地台区产生了一些内陆盆地。这种新的古地理条件导致沉积相及生物界的变化。从三叠纪起,陆相沉积在世界各地,尤其在中国及亚洲其它地区都有大量分布。古气候方面,三叠纪初期继承了二叠纪末期干旱的特点;到中、晚期之后,气候向湿热过渡,由此出现了红色岩层含煤沉积、旱生性植物向湿热性植物发展的现象。植物地理区也同时发生了分异。
9.侏罗纪(Jurassic period)是中生代的第二个纪,始于距今2.03亿年,结束于1.35亿年,共经历了6800万年。 生物发展史上出现了一些重要事件,引人注意。如恐龙成为陆地的统治者,翼龙类和鸟类出现,哺乳动物开始发展等等。陆生的裸子植物发展到极盛期。淡水无 脊椎动物的双壳类、腹足类、叶肢介、介形虫及昆虫迅速发展。海生的菊石、双壳类、箭石仍为重要成员,六射珊瑚从三叠纪到侏罗纪的变化很小。棘皮动物的海胆自侏罗纪开始占领了重要地位。
10.白垩纪(Cretaceus period)是中生代的最后一个纪,始于距今1.35亿年,结束于距今6500万年,其间经历了7000万年。无论是无机界还是有机界在白垩纪都经历了重要变革。 剧烈的地壳运动和海陆变迁,导致了白垩纪生物界的巨大变化,中生代许多盛行和占优势的门类(如裸子植物、爬行动物、菊石和箭石等)后期相继衰落和绝灭,新兴的被子植物、鸟类、哺乳动物及腹足类、双壳类等都有所发展,预示着新的生物演化阶段——新生代的来临。
11.第四纪(Quaternary period)是地球历史的最新阶段,始于距今175万年。第四纪包括更新世和全新世两个阶段,二者的分界以地球上最近一次冰期结束、气候转暖为标志,大约在距今1万年前后。 第四纪生物界的面貌已很接近于现代。哺乳动物的进化在此阶段最为明显,而人类的出现与进化则更是第四纪最重要的事件之一。
参考资料-地质年代表
前寒武纪:黎明前的漫漫长夜
黎 明 前 的 漫 漫 长 夜
对于过去
人类总有一种天生的好奇和敬畏
对于生命
人类尚且还有很多未知等待 探索
地球是人类唯一的家园,人们始终没有停止对地球奥秘的 探索 。
从古代天圆地方的发问,到《山海经》中的奇闻怪谈,再到《水经注》中对自然环境的描写,无不展现出古代人对自然、对地球的好奇和不懈的 探索 。18世纪开始,对地球的 探索 步入科学研究的角度,人们开始争论地球的成因和沧海桑田变化的原理,地球科学的发展进入高速阶段,在短短一百多年的发展过程,人类的地球科学领域就发现并初步解决了众多科学问题。
例如,我们知道了地球已经形成了46亿年,我们知道了大陆是如何形成和演化的,发现了寒武纪生命大爆发,发现了五次生物大灭绝事件,发现了人类的演化史等等重要的科学问题,让人们对地球乃至各种天体都有了整体的认知。
或许将地球46亿年的过程一股脑地讲出来是不可能的,也无法全面地讲到地球的每一个细节,但与我们人类息息相关的生物界,或者说是生物的进化史是大众所喜闻乐见的,地球从诞生到如今,不同时代的古生物面貌都是地球这一阶段的缩影。接下来,文章将通过对地球不同时期的古环境面貌复原图展现地球演化的独特魅力。
首先是地球最早的纪元——前寒武纪。
地球漫长的演化过程并不是单调的,从最初形成的大火球,到如今海陆稳定的蔚蓝星球,这一过程经历了数个别具特色的时代。我们将这些时代用地质年代单位划分,既“ 宙、代、纪、世、期 ”,其中“纪”是最常用的年代单位,简单理解为地球的不同纪元。
就如同被大众所熟知的,侏罗纪是恐龙的时代、寒武纪是三叶虫的天下等等,不同的纪元有自己独特的特色,较为特殊的是地球的第一个纪元—— “前寒武纪” 。其实这一命名是一个很不负责任的叫法,因为在地球46亿年的 历史 中,寒武纪前的长达40亿年的时间都被统称为 “前寒武纪” ,即 “隐生宙” ,其中有包含了冥古宙、太古宙、元古宙,涵盖时间跨度长,且包含多个纪,所以将其统称为一个纪确实不太合适。虽然早在30多亿年前地球就已经出现了生物,但是由于在前寒武纪这段时间里生物长期处于很低级的阶段,主要是由低等的藻类生物组成,且这段时间经历了复杂的变质作用且研究难度大,所以人们把缺少生命大规模活动的阶段统称为 “前寒武纪” 。
这漫长的40亿年地球经过了多次翻天覆地的变化,从动荡到平静的这段时间里生命也悄然出现了。有人把寒武纪的生命大爆发称为动物界的黎明,前寒武纪这段漫长的岁月我们就称之为 “黎明前的漫漫长夜” 吧。
最初的6亿年被称为 冥古宙(Hadean, 距今~46-40亿年) ,多数以月球的东海撞击事件为结束时间(~38.4亿年)。地球从最初炽热的岩浆海冷却固化成球就用了约1亿年的时间,分异出了地核,后来又随着原始地幔的熔融分离,分异出了大量的地壳,历经4~5亿年,尽管一切趋于平静,并且开始出现了早期的海洋、大气,但在41亿年前后,地球仍持续受到大量小行星、彗星的击打,月球也是在一次猛烈的撞击下从地球上分离出去。经过数亿年的打击,在恶劣环境中地球平静了下来,形成了稳定的地月系统。
但是由于强烈的改造作用,40亿年前的物质并没有保存下来,淹没在了地球深部,只有天上的月亮还记录了40亿年之前的事情,地球最古老的岩石样品也仅仅只有40亿年加拿大西北部Acasta片麻岩,最古老的年龄记录仅出现在澳大利亚Jack Hill的44亿年锆石中。
冥古宙是没有生命的,或者说是没有记录,但毋庸置疑的是冥古宙的生存环境是有史以来最恶劣的。有趣的是,1953年美国化学家生物学家斯坦利·劳埃德·米勒(Stanley Lloyd Miller)通过一个模拟早期地球火山爆发和雷电交加的化学实验,奇迹般地用甲烷、氨气等早期气体合成出了组成生命最必要的物质——氨基酸。经过后面的 探索 ,在地球早期的天然条件下,可以合成出22种氨基酸、5种胺,这就是著名的 米勒-尤里实验 ,这为早期地球能演化出生命提供了重要依据。
米勒和米勒实验模型
太古宙(Archean, 距今40-25亿年) 的地球活动相对而言就清楚了很多,太古宙是40~25亿年前的很长一段时期,又分为始太古代、古太古代、中太古代以及新太古代。地球虽然已经平静下来,但地球的热流值仍是现在的3倍以上,这些热量来自于行星吸积形成地核释放出的引力势能与当时丰度更高的放射性元素衰变热,所以太古宙出现了很多超高温地质作用,像超高温变质岩、科马提岩等,这些在显生宙之后就没再出现。太古宙早期大陆地壳开始逐渐组建起来,形成了稳定的克拉通(指大陆地壳上的古老而稳定的部分),为生命的出现提前备好了温室,直到现在我们仍在稳定克拉通上生活着。
最早的生命早在38亿年前始太古代,就已出现,最早的地球生命出现在海底热液喷出口附近,为早期无细胞核的原核生物。依据生物化学证据,38亿年前格陵兰的条带状磁铁矿说明,那时生命就已经开始改造环境了,另外,37亿年格陵兰发现的锥形结构的白云岩,可能也是原核生物的杰作。确切的最老生物化石依据发现在澳大利亚西部的硅质叠层石中,经过测年这里地层的年龄约有35亿年,化石类似于一些菌类丝状体残片化石。这些古原核生物都是单细胞生物,没有细胞核,结构极其简单,但到现在依旧存在。
缓慢的生命进程无聊到让人乏味,经过十几亿年的发展原核生物始终是原核生物,一直到太古宙末期,这些原核生物也只能在地表的沉积岩中掀起一小点儿“波澜”。但是到了元古宙这些原核生物却起到了至关重要的作用。
元古宙(Proterozoic, 距今25-5.41亿年) 是前寒武纪最后一个宙,也是开创性的时代,地球所有克拉通的稳定沉积盖层都是在这个期间形成,我们脚下的土地就是在这段时间稳固下来,大部分的金属矿产资源也在这段期间产生,并且最后的埃迪卡拉纪也为生物界产生了翻天覆地的变化。元古宙相对而言研究更加深入,元古宙有细分为古元古代、中元古代、新元古代,其下又按照不同时代的独特地质作用分为十个纪,成铁纪、层侵纪、造山纪、固结纪、盖层纪、延展纪、狭带纪、拉伸纪、成冰纪、埃迪卡拉纪。
早在太古宙时期空气中弥漫的都是二氧化碳和甲烷一类的气体,这些温室气体对地球起到了极大地保温作用,比现在地球高出了几十摄氏度。而最早的原核生物蓝细菌,即蓝藻,虽然进化过程缓慢,但是它们却又一个重要的作用,那就是光合作用,能够把空气中的二氧化碳转变为氧气(后来人们认为植物细胞中的叶绿体就是吞噬蓝藻形成的)。大批量的蓝藻夜以继日地辛苦劳作,经过漫长的十亿年竟然把地球改造成了蓝色的甚至有臭氧层保护的星球,这一作用被称为 “大氧化事件”(Great Oxidation Event, GOE) 。由于氧气的大量增加,使很多原本游离在海洋中的铁离子发生了氧化并沉淀到海底,形成了丰富的铁矿石沉积,形成了被称为 条带状铁建造(BIF) 的全球性沉积铁矿,这一时期对应于元古宙第一个纪元—— 成铁纪 。
生命的再一次革命是真核生物的产生。经过大氧化事件的环境改造,23亿年前大气层的氧气含量稳定下来,充足的氧气为生命活动带来了新的机会。在一次机缘巧合下,一只贪吃的原核细胞吞入了另一只原核细胞,这只体内的原核细胞竟可以相对独立的分裂、遗传,逐渐演变成我们熟知的细胞核,细胞于此开始学会了有丝分裂。细胞不再是单打独斗,而是可以形成许许多多同根同源的细胞,组成多细胞生物。另外,在这种吞噬作用下,细胞产生了其他的细胞器,如线粒体、叶绿体等,这些零件为生命的演化解锁了更多功能。只不过原核生物是何时出现的,一直是科学界争论的话题。最早的真核生物出现的标志,是一块15.6亿年前的多细胞藻类宏观化石。最新研究发现,MIT的研究人员通过 “分子时钟分析”法 ,发现有一类只有真核生物才能合成的固醇,其主要的酶早在23亿年就已经出现,所以最早的原核生物可能出现在23亿年的某一天。在一些BIF铁矿中,也曾发现有微生物多细胞藻类的痕迹。
生命的演化依旧很缓慢,从20亿年到7亿年前都没有什么起色,但却在一次大灾难中获得了新生。7亿年,地球发生了巨变,整个地球像着了凉一样,气温骤降,整个地球从两极到赤道结上了厚达几百米的冰盖,这就是著名的 雪球地球事件(Snowball Earth) ,迄今为止最大的冰期。这一个硕大的冰球持续了1亿年之久,被称为成冰纪。雪球地球的形与当时 Rodinia超大陆 裂解有密切联系(超大陆是地球上周期性出现的所有大陆汇聚在一起形成的联合超级大陆)。有学者认为超大陆的裂解使得海岸线增大,岩石风化速率加快,风化消耗温室气体,且降雨量加大使得温室效应减弱,气温的快速减低使得地球进入了成冰纪元。
被冰层围困了1亿年的地球终于在大量火山活动下重获生机。而这次雪球地球事件的结束却带来了意想不到的变化——埃迪卡拉生物群的诞生。
前寒武纪的漫漫长夜在熔岩和雷电中开启,终于在熬过40亿年之后迎来了第一缕曙光。或许是雪球地球长达1亿年的压迫使得生命迫切地寻找出路,又或是雪球地球给了生命冷静思考的时间选对了进化的路。在雪球地球之后,地球环境变得空前的好,氧气含量充足,真核生物开启了第一轮大幅度进化,生命演化的 历史 翻开了全新的篇章。6.3-5.4亿年被称为埃迪卡拉纪,在中国称为震旦纪。在这段时间,地球多处出现了众多埃迪卡拉生物群。
埃迪卡拉生物群 是最早被发现的前寒武生物群,发现于澳大利亚砂岩中,距今5.65亿年前。主要组成生物有海绵、水母、盾形动物、三叶动物等等, 狄更斯水母 是典型代表。由于大量为软体动物,只能以印痕的形式保留在砂岩的地层中。这些生物都可以被论证为现在某些生物的祖先,使得大家的寻祖计划总算能找到一个合适的尽头,这无疑是让古生物学家欣喜若狂的事。
瓮安生物群 是中国代表的前寒武纪生物群,也是目前最老的埃迪卡拉纪生物群,距今6.1-5.6亿年,并发现了早期生物胚胎化石,记录早期细胞分裂的过程。这一切却距离冰期结束才一千万年,生命就跨过了单细胞到多细胞、原生动物到后生动物、辐射对称到两侧对称的鸿沟,多细胞动物的 历史 从这个点开始展开。
湖北三峡地区及世界其他地区也陆续发现了多个埃迪卡拉纪生物群,这些早期前寒武生物长相独特,形态各异,有些甚至想不通它们是如何运动、如何进食的,这或许也是生命在不断地尝试,纵使失败也是在进化的道路上。
很遗憾的是,这些大部分埃迪卡拉生物没有幸存下来,永远地留在了前寒武纪。由于晚期大量小壳动物的出现,埃迪卡拉的软体动物毫无还手之力地成为了盘中餐,并且迅速没落消失。
漫漫长夜之后的第一道曙光是短暂的,转瞬间这束光便消失了,但随后迎来的是显生宙永恒的白昼。埃迪卡拉纪为地球带来了生命演化的种子,旧的时代过去了,但文明将会继续,新一代的生命为整个地球开启了另一道新的篇章——寒武纪生命大爆发。
图 新的篇章——寒武纪生命大爆发
美编:卢阳阳
校对:陶 琴
前寒武纪时期是什么样子?
前寒武时期(地球诞生~寒武纪前)这一阶段分为太古代和元古代。地表已出现了大陆板块,大气圈中也已含有自由氧,中晚期藻类植物十分繁盛。震旦纪是元古代最后一个阶级,它是元古代与古生代之间的一个过渡阶段。
远古的生命
约四十六亿年前,地球平均温度和太阳表面一样炽热。刚刚过了7亿年,生命的形成过程便已经开始。但迄今为止,地球是唯一可以确定有生命存在的一个星球。
生命的进化的加速
光合作用开始时,地球大气层的成为分氮和二氧化碳,几乎不含氧气。
氧气对原始细菌来说极为有害。
最早的需氧有机体是单细胞水生微生物,在仍广泛地分布在淡水及海水中。
单细胞生物
原核生物的结构是非常简单。作为一些单一的细胞存在于大量的核糖体中,在这里进行蛋白质的合成。
动物的细胞
所有动物的细胞均有一个细胞核。脱氧核糖酸分子就位于这个细胞核之中。除了细胞膜之外,在细胞里还有微管和微丝,这些微管构成细胞骨架和基质,而基质对细胞起主导作用。
原始动物
生命演化中的重要一步便是生物的演化。这些生物具有多细胞,它们起支配特化作用。前寒武纪的这些海洋生物化石,在澳大利亚的埃迪阿卡拉海边被发现。
地球上最早的动物
最古老的动物生命痕迹距今10亿年前,而最早的动物化石出现是震旦纪(6亿年前)。
最原始的低等动物,只有在显微镜下才能看见。他们未形成化石,只留下了一些痕迹,(如洞穴、踪迹等。)有了这些遗迹,才有了地球上第一种肉眼看得到的动物——埃迪卡拉动物群。
化石的形成
“化石”指埋藏在地壳中的古生物的遗体、遗物或遗迹变成的跟石头一样的东西。化石很坚硬,化学性能稳定,保存的时间长,至少有1万年历史。