5前寒武1总述.ppt

第二编第二编 地球早期史及前寒武纪地史地球早期史及前寒武纪地史一、地球早期历史简介一、地球早期历史简介 1．月球早期演化历史的启示．月球早期演化历史的启示 2．地球的早期演化历史．地球的早期演化历史 3．地球气圈和水圈的形成．地球气圈和水圈的形成二、前寒武纪的划分二、前寒武纪的划分 三、地球上生命起源及前寒武生物演化三、地球上生命起源及前寒武生物演化 1．生命起源问题．生命起源问题 2．最早的化石记录．最早的化石记录 3．前寒武纪植物界的演化．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．前寒武纪末期裸露动物群的出现 12Precambrian4640255.42.50.65HadeanArPtPzMz34前寒武纪主要特点前寒武纪主要特点1.时限长时限长( (Long duration) )—— 46~5.42亿年2.地层普遍变质，岩浆活动发育地层普遍变质，岩浆活动发育( (Wide metamorphism & magmatism) )——麻粒岩相、角闪岩相、绿片岩相，一般越老变麻粒岩相、角闪岩相、绿片岩相，一般越老变质程度越深。

质程度越深3.构造变形复杂构造变形复杂( (Complicated deformation) )——原始地壳原始地壳薄、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4.化石稀少化石稀少( (Molecular & soft- -body fossils) )5.酸性和还原大气圈和水圈酸性和还原大气圈和水圈( (Acid & anoxic atmostphere and hydrosphere) )6.矿产丰富矿产丰富( (Abundant mineral resources) )—Fe、、Au、、U5地球的起源地球的起源 宇宙诞生宇宙诞生10- -44秒之后便急速展开秒之后便急速展开,10- -34厘米的超微宇厘米的超微宇宙在仅仅宙在仅仅10- -34秒之内迅速膨胀了秒之内迅速膨胀了10100倍倍,称为暴胀称为暴胀(inflation）实际上提出了一个）实际上提出了一个“从无到有从无到有”的宇宙的宇宙起源模式，对于传统的起源模式，对于传统的“无始无终无始无终”宇宙观是一个冲击！宇宙观是一个冲击！ Big Bang & Earth formation6 据天体化学和同位素的据天体化学和同位素的宇宙宇宙和和太阳系太阳系年龄年龄数据：数据： ①①宇宙和银河系年龄宇宙和银河系年龄( (宇宙年龄是指大爆炸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时间中的一个相对有限的时间概念) )。

通过天文通过天文学实际观察、数学计算和现代宇宙学模型的探学实际观察、数学计算和现代宇宙学模型的探索，一般认为索，一般认为空间空间和和时间时间是无限的，是无限的，银河系银河系年年龄为龄为110- -180亿年亿年地球的起源地球的起源7 ②②太阳系的年龄太阳系的年龄: 太阳系内的陨石是从太阳太阳系内的陨石是从太阳星云中凝聚而成的，年龄为星云中凝聚而成的，年龄为45- -46亿年月球上亿年月球上最古老月岩的年龄也是最古老月岩的年龄也是44- -46亿年，地球上最古亿年，地球上最古老的老的矿物矿物年龄为年龄为40- -43亿年亿年(最肯定的变质岩为最肯定的变质岩为38亿年亿年,)，通过地壳中铅比率的计算推论地球年，通过地壳中铅比率的计算推论地球年龄是龄是46亿年 进一步推测，太阳系各类天体在进一步推测，太阳系各类天体在45-46亿年亿年前已经形成前已经形成地球的起源地球的起源8地球的起源地球的起源地球地质阶段：地球地质阶段： 38亿年亿年~Now地球天文阶段：地球天文阶段： 46- -38亿年亿年地球和月球：地球和月球： 46亿年亿年太阳系元素年龄太阳系元素年龄: 62- -77亿年亿年银河系：银河系： 110- -180亿年亿年宇宙大爆炸宇宙大爆炸：： 时间和空间的开始时间和空间的开始地球形成9地球早期史地球早期史 天文阶段天文阶段8亿年亿年( (46~38亿年亿年) ) 是地球早是地球早期历史，其地质记录是期历史，其地质记录是空白历史，只能空白历史，只能借鉴借鉴太太阳系内其它星球的宇宙阳系内其它星球的宇宙地质学地质学( (天文物理学天文物理学) )研研究成果进行类比和推论。

究成果进行类比和推论 月球与地球关系最月球与地球关系最近，并且一般认为月球近，并且一般认为月球是从地球甩出去的（是从地球甩出去的（地地月体系月体系） 对地球早期史很难对地球早期史很难认识，对其他星球的认认识，对其他星球的认识更难The natural satellite of Earth- -The moon10地球早期史地球早期史11 月球缺失气体和水，不存月球缺失气体和水，不存在侵蚀作用，月壤很薄月壳在侵蚀作用，月壤很薄月壳保留了保留了40亿年的地质记录，大亿年的地质记录，大体相当于地球的冥古宙和太古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宙，该记录恰为地球所不易保存的部分因此，存的部分因此，月球为原始月球为原始地球圈层的演化提供了一个重地球圈层的演化提供了一个重要的参考要的参考 地球上最古老的变质岩地球上最古老的变质岩 （格陵兰、南极、南非等地）（格陵兰、南极、南非等地）形成于形成于38亿年，为地质历史的亿年，为地质历史的开始（此前为天文阶段，开始（此前为天文阶段，46- -38亿年）1213第一阶段第一阶段( (三大圈层形成三大圈层形成) )：： 46亿年前、后已成为固态，在结构上可能亿年前、后已成为固态，在结构上可能处于近均质状态。

处于近均质状态 46—38亿年（亿年（8亿年）：地质纪录知之甚少亿年）：地质纪录知之甚少主要是圈层分化作用主要是圈层分化作用（分化为地核、地幔及地（分化为地核、地幔及地壳），壳），这是地球早期演化的这是地球早期演化的第一阶段第一阶段（（38- -46亿亿年）称为年）称为天文阶段天文阶段 地球圈层的分化地球圈层的分化14地球圈层的分化地球圈层的分化 原始地球内部达原始地球内部达到熔融状态时，到熔融状态时，亲铁亲铁元素元素比重大而下沉形比重大而下沉形成铁镍地核，成铁镍地核，亲石元亲石元素素上浮组成地幔和原上浮组成地幔和原始地壳 更轻的更轻的液态和气液态和气态成份态成份，通过火山喷，通过火山喷发溢出地表而形成原发溢出地表而形成原始的水圈和大气圈始的水圈和大气圈15 第二阶段第二阶段( (地壳圈层进地壳圈层进一步演化一步演化) )：： 38- -40亿年，正变质岩亿年，正变质岩的年龄数值很多，推测当的年龄数值很多，推测当时存在大规模的地表熔岩时存在大规模的地表熔岩喷溢及深部岩浆侵位，它喷溢及深部岩浆侵位，它们不断固结而导致地壳们不断固结而导致地壳（硅镁质的洋壳；硅铝质（硅镁质的洋壳；硅铝质陆壳）陆壳）逐步增厚，并形成逐步增厚，并形成以硅镁层为主的早期地壳以硅镁层为主的早期地壳圈层圈层( (洋壳洋壳) )。

地球圈层的分化地球圈层的分化16第三阶段第三阶段( (气圈和水圈的气圈和水圈的形成形成) ): : 随着固体层圈的分化，随着固体层圈的分化，一部分气体由火山带到地一部分气体由火山带到地表，表，原始大气原始大气的成分为一的成分为一氧化碳、甲烷、氨和惰性氧化碳、甲烷、氨和惰性气体 水圈水圈的水都是来自地的水都是来自地球内部，是通过火山活动球内部，是通过火山活动而形成的，水气先逸散在而形成的，水气先逸散在大气圈中，然后经冷却至大气圈中，然后经冷却至地表汇成水体地表汇成水体地球圈层的分化地球圈层的分化17大气圈和水圈的形成大气圈和水圈的形成地球早期的排气作用地球早期的排气作用18前寒武纪大气圈和水圈前寒武纪大气圈和水圈¹Pt2：含氧大气圈形成：含氧大气圈形成( (出现含铁红色砂岩，高价铁沉积出现含铁红色砂岩，高价铁沉积层、膏岩沉积和可燃有机岩，但层、膏岩沉积和可燃有机岩，但Pt2- -3的海相沉积中原生白的海相沉积中原生白云岩大量发育，反映当时大气云岩大量发育，反映当时大气CO2比比Ar低，但仍比现在高低，但仍比现在高) )¹Pt1晚期：逐渐含氧晚期：逐渐含氧( (叠层石大量发育叠层石大量发育) )¹Pt1早期：缺氧到含氧过渡早期：缺氧到含氧过渡( (纹带状硅铁组合纹带状硅铁组合- -早期藻类早期藻类释放出的释放出的O2被被Fe2+吸收而沉淀吸收而沉淀) )¹Ar：缺氧还原性大气：缺氧还原性大气( (广泛出现含金广泛出现含金- -铀砾岩铀砾岩) )大气圈：大气圈：水圈：水圈：Ar早期已经形成，因为在早期已经形成，因为在Ar1中出现玄武岩中出现玄武岩 和砾岩和砾岩19③③ 5.4亿年亿年~ 显生宙显生宙Phanerozoic, ,研究最为详细，包括古生代研究最为详细，包括古生代( (早古生代、晚古生代早古生代、晚古生代) )、中、中生代和新生代生代和新生代 ②② 38- -5.4亿年亿年( (32.6亿年亿年):):前寒前寒武纪武纪Precambrian，，( (太古宙太古宙38- -25、元古宙、元古宙25- -5.4 ) )①① 46- -38亿年亿年( (8亿年亿年):):冥古宙冥古宙Prearchean，天文阶段，研，天文阶段，研究程度差究程度差4600Ma、、3800Ma、、5420Ma将将地球演化划分为三个阶段：地球演化划分为三个阶段：地球演化宏观阶段地球演化宏观阶段20第二编第二编 地球早期史及前寒武纪地史地球早期史及前寒武纪地史一、地球早期历史简介一、地球早期历史简介 1．月球早期演化历史的启示．月球早期演化历史的启示 2．地球的早期演化历史．地球的早期演化历史 3．地球气圈和水圈的形成．地球气圈和水圈的形成二、前寒武纪的划分二、前寒武纪的划分 三、地球上生命起源及前寒武生物演化三、地球上生命起源及前寒武生物演化 1．生命起源问题．生命起源问题 2．最早的化石记录．最早的化石记录 3．前寒武纪植物界的演化．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．前寒武纪末期裸露动物群的出现 21 “ “太古代太古代”由丹纳（由丹纳（1872）命名，）命名， “元古代元古代”由埃蒙斯（由埃蒙斯（1887））提出。

查德威克（提出查德威克（1930）提出隐生宙和显生宙提出隐生宙和显生宙20世纪世纪70-80年代，国年代，国际地层委员会（际地层委员会（1989）提出了目前习用的划分方案提出了目前习用的划分方案 22震震旦旦系系南南华华系系DomesticInternational23第二编第二编 地球早期史及前寒武纪地史地球早期史及前寒武纪地史一、地球早期历史简介一、地球早期历史简介 1．月球早期演化历史的启示．月球早期演化历史的启示 2．地球的早期演化历史．地球的早期演化历史 3．地球气圈和水圈的形成．地球气圈和水圈的形成二、前寒武纪的划分二、前寒武纪的划分 三、地球上生命起源及前寒武生物演化三、地球上生命起源及前寒武生物演化 1．生命起源问题．生命起源问题 2．最早的化石记录．最早的化石记录 3．前寒武纪植物界的演化．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．前寒武纪末期裸露动物群的出现 241. 生命的起源生命的起源25生命生命的起源的起源 - - 两种倾向：两种倾向：1. 生命的起源生命的起源地内起源地内起源terrestrial ( (地球自身的演化地球自身的演化) )地外起源地外起源extraterrestrial( (来自其他星体来自其他星体) )元素元素→氨基酸氨基酸→蛋白质蛋白质→细胞结构细胞结构Miller,1953261. 生命的起源生命的起源- -地内起源地内起源Miller,1953271. 生命的起源生命的起源Deep biosphere28黑烟筒起源说： 由无机元素由无机元素和化合物在高温和化合物在高温作用下形成有机作用下形成有机氨基酸，继而形氨基酸，继而形成硫和其他复杂成硫和其他复杂化合物化合物- -形成多肽、形成多肽、核苷酸链核苷酸链- -形成似形成似细胞体的化学合细胞体的化学合成物。

有趣的是成物有趣的是这些成分在高热这些成分在高热作用下化学合成作用下化学合成了硫细菌了硫细菌1. 生命的起源生命的起源291. 生命的起源生命的起源301. 生命的起源生命的起源Evidence of water on Mars?312. 生命何时起源？生命何时起源？ 格陵兰格陵兰 38亿年亿年的碳氢化合物被认的碳氢化合物被认为是地球最早的生为是地球最早的生命命( (化学化石化学化石) ) 在澳大利亚无在澳大利亚无 花果树群花果树群34—35亿亿 年前的丝状至链状年前的丝状至链状细胞可能代表最早的菌、细胞可能代表最早的菌、藻类生物体藻类生物体( (原核细胞原核细胞生物的开始生物的开始) )Ar为菌、藻类时代为菌、藻类时代322. 生命何时起源？生命何时起源？Apex Chert (3.5Ga old!), W. Australia, oldest prokaryote fossils (Schopf, 02, Nature)33 属原核生物的丝属原核生物的丝状细菌，发现于南非状细菌，发现于南非特兰斯瓦超群（特兰斯瓦超群（23亿亿年）黑色页岩中。

年）黑色页岩中3. 前寒武纪植物界的演化前寒武纪植物界的演化34原核生物和真核生物过渡阶段原核生物和真核生物过渡阶段 加拿大甘弗林组加拿大甘弗林组(Gunflint Fm.) (19.5—20亿年亿年)的微古植物的微古植物(疑疑源类源类)和叠层石，包括和叠层石，包括蓝绿藻蓝绿藻16属属(均属原核均属原核生物生物) (后来艾德杭认为后来艾德杭认为其中有其中有5个属应为真核个属应为真核生物生物？？)3. 前寒武纪植物界的演化前寒武纪植物界的演化Schopf JW, 2000, PNAS, 2.1Ga, Gunflint Chert, CanadaEukaryotes ? + Cyanobacteria35 肯定的真核肯定的真核生物发现于美生物发现于美国的贝克泉组国的贝克泉组(Back Springs Fm.)白云岩中白云岩中(13－－14亿年亿年) 3. 前寒武纪植物界的演化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 3738伦吉虫伦吉虫狄氏虫狄氏虫环轮水母环轮水母节肢动物节肢动物节肢动物节肢动物棘皮动物棘皮动物埃迪卡拉动物群埃迪卡拉动物群(Ediacaran Fauna)：震旦纪晚期出现的，：震旦纪晚期出现的，多门类，低等，无骨骼的印多门类，低等，无骨骼的印痕化石群称之为裸露动物群痕化石群称之为裸露动物群（埃迪卡拉动物群）。

包括：（埃迪卡拉动物群）包括：海绵类（毛森海绵）、海腮海绵类（毛森海绵）、海腮纲（伦吉虫）、环节动物纲（伦吉虫）、环节动物（狄氏虫）、蠕虫类（皱节（狄氏虫）、蠕虫类（皱节虫）、水母类（环轮水母）虫）、水母类（环轮水母）等 腔肠腔肠+环节环节+分类位置不明分类位置不明4. 前寒武纪末裸露前寒武纪末裸露动物群动物群39Ediacaranfauna40Ediacaran fauna41Ediacaran fauna42Ediacaran faunaScene from the very end of the Precambrian showing ediacaran organisms43Ediacaran fauna已经发现的已经发现的Ediacara动物群化石点；表明具有球性分布特征动物群化石点；表明具有球性分布特征Narbonne, 1998, GSA Today, 8(2):1-844Australia Douglas Mauson Geologist & The section yields Ediacarian faunaChina Chairman Mao45 晚前寒纪，陡山沱组晚前寒纪，陡山沱组磷块岩。

后生动物卵分裂磷块岩后生动物卵分裂的不同阶段的不同阶段翁安动物群（贵州，翁安动物群（贵州，5.8亿年）亿年）46翁安动物群（贵州，翁安动物群（贵州，5.8亿年）亿年）陡山陡山沱组沱组中发中发现的现的最早最早的两的两侧对侧对称动称动物物Science评论：使我们第一次目睹了寒武纪大爆发之前评论：使我们第一次目睹了寒武纪大爆发之前 我们所熟悉的动物我们所熟悉的动物Vernanimalcula47Lu-Hf: 584±± 26MaPb-Pb: 599.3±± 4.2Ma(Barfod, et al. 2002)HaikouichtysMyllokunmingiaWeng’an biota580MaLife after snowball Earth episodes Soft-bodied Ediacaran macrofossil (Dickinsonia) from South Australia560Ma484. Trace fossils: Planolites-like, Gordia, Palaeophycus-like3. Ediacaran Fauna:指埃迪卡拉纪后期出现的，主要由腔肠动物指埃迪卡拉纪后期出现的，主要由腔肠动物(67%水母、海鳃水母、海鳃 纲纲)、环节动物、环节动物(25%)、节股动物、节股动物(似三叶虫似三叶虫)(50%)组成的不具组成的不具 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、辽南和黑龙江南、辽南和黑龙江2. Pt:Bacteria & alga:Stromatolites繁盛，特别是繁盛，特别是Pt3 Microalga(微古植物微古植物)指单细胞或多细胞藻类有机体，我国主要发育于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，主要见于可见的藻类，主要见于Pt2-31. Ar:Molecular fossils(氨基酸、脂肪酸、芳香族碳氨基酸、脂肪酸、芳香族碳 氢化合物氢化合物)前寒武纪生物界面貌前寒武纪生物界面貌Features of the Precambrian organisms49澄江动物群：澄江动物群：Cam1，，生物大爆发。

生物大爆发小壳化石：小壳化石：Cam1早期早期 （（540Ma前不久前不久））裸露动物群：裸露动物群：Z（（560Ma））瓮安动物群：瓮安动物群：Z（（580Ma））真核生物：真核生物：美国贝克泉组美国贝克泉组，，13－－14亿年亿年真核生物？：真核生物？：加拿大甘弗林组加拿大甘弗林组，， 19.5－－20亿年亿年南非特兰斯瓦群：南非特兰斯瓦群：23亿年亿年原核生物：原核生物：澳大利亚无花果树群澳大利亚无花果树群，，34—35亿化学化石：化学化石：格陵兰格陵兰，，38亿年亿年 生物演化史上的重大事件生物演化史上的重大事件50早寒武世生命演化早寒武世生命演化51寒武纪生命大爆发寒武纪生命大爆发寒武纪生命大爆发寒武纪生命大爆发52???今天今天5.3亿年亿年53？？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地球生命演化时钟地球生命演化时钟54。