第四章：地質年代地層系與生物演化

王乐散 2012-03-18

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第四章：地質年代地層系與生物演化

紀文榮

2003/06/03

一、地質年代

地質年代(Geologic Time)為指地球上各地質中，劇烈的構造運動、大規模的岩漿活動、海陸變遷以及生物的興盛與滅絕等重大地質事件所發生的時代（圖4-1）。它包含兩方面：一為各地質事件發生的先後順序，即相對地質年代；二為各地質事件發生的距今年齡，即絕對年代。

(一)：相對地質年代的確定

岩石相對地質年代的測定，主要依據下列方法：

1、地層層序

地質時代上某一時間所形成的層狀岩層稱為地層(Stratum) （圖4-2）。地層形成時，一般多呈水平或近於水平狀態。先形成的老地層在下面。而後形成的新地層則覆蓋在老地層的上面，這種正常的地層疊置關係稱為地層層序律(圖4-3)。此為確定同一組地層相對地質年代的最基本方法。

2、化石層序

地層層序律只能確定同一地區相互疊置在一起的地層的新老關係。但在不同地區的地層之間，它們的新老關係時，則需利用地層中所含的生物化石來確定。

地質上的生物稱為古生物，而保存在地層中的古代生物遺體和遺跡稱為化石(Fossile)（圖4-4）。一般生物多具有從簡單到複雜，從低級到高級的演化趨勢；而且不同時代的地層中具有不同的化石組合，相同時代的地層，具有相同或相似的化石組合；化石的形態與結構愈簡單的，它所代表的時代愈老，反之則愈新。這些就是化石層序規律或古生物群層序規律（圖4-5）。

(二)：地質岩層間的切割關係

上述兩條準則主要適用於沈積岩或層狀岩石的相對新老關係。但對於不含化石的火成岩或變質岩等的地層，則可利用岩層或岩體與層狀岩層，彼此相互間的穿越及切割關係，來決定其新老關係。一般而言，較新的地質岩體總是切割或穿越較老的地質岩體。換言之，切割者新，被切割者老（圖4-6）。

(三)：地層的對比(Corrlation)關係

以上所述的各種規律都是根據野外實地觀察所得的結論，由這些規律可以指出廣大地區的地層對比原理。所謂地層對比就是決定兩個或兩個以上地區的地層層序，在時代上和地層位置上的彼此先後關係（圖4-7），此也是決定相對時間的最基本方法。對比可以分為化石對比(Paleontological Correlation)和岩性對比(Physical Correlation)兩種（圖4-7、圖4-8）。

二、絶對地質年代的測定(同位素地質年代)

自1896年發現鈾的放射性以後，本世紀早期即開始利用放射性同位素，以其具有固定衰變周期的特點，來測定含放射性同位素礦物或岩石的形成時代，以及它的同位素年齡。一般絶對年齡多以百萬年(Ma)為單位（圖4-9）。1947年英國地質學家荷姆斯(A. Holmes)編成了第一張完整的地質年代表（表4-1）。例如該表中把寒武紀的起始時間定為距今600 ± 20Ma(經Ma,Million years Age,代表百萬年以前)；奧陶紀和志留紀開始時間分別距今500 ± 15Ma及440 ± 10Ma。此年代與目前國際上採用的地年代表方案大致相似（表4-2）。

三、地質時代系統

地質時代單位與時間地層單具有嚴格的對應關係，茲表列如下：

地質年代單位：宙、代、紀、世、期、時

年代地質單位：宇、界、系、統、階、時帶

年代地質單位是指在特定的時間間隔內，所形成的全部地層的年代，它的頂界及底界面都是以等時面為界。從圖4-1可看出，元古宙的所跨越的時間為距今2,500~570Ma，代表在此期間所形成的全部地層（圖4-1）。

地層單位有大小等級的分別，最大的地層單位為「界」，「界」以下分別為「系」，「統」，「階」。而最大的地質時間單位為「代」，以下分別為「紀」，「世」，「期」（表4-3）。

表4-3 地層單位表

時間單位（Time Units）	地層單位（Rock Units）
代Era	界Erathem(新生界)
紀Period(第三紀)	系Systme(第三系)
世Epoch(上新世)	統Series(上新統)
期Age(保德期)	階Stage(保德階)

四、地質年代及古生物特徵

按地質年代由老到新依次簡要介紹如下：

冥古宙(Hadean Eon)：為地球形成的初期階段，此階段為地球的開天劈地的時間。目前在地球表面尚未確認此一時期的岩石。

太古宙(Archaeozoic Eon)：已有可靠記錄的最古老岩石的地質年代，一般以高度變質的變質岩為主。

元古宙(Proterozoic Eon)：，此時代的岩石十分普遍，發育良好。

顯生宙(Phanerozoic Eon)：較高等生物開始大量出現的時代。此時代代表地球最近5~7億年以來的歷史，分為古生代、中生代和新生代（圖4-10及表4-1）。

古生代(Palaeozoic Era)

古生代包括六個紀，由老到新依次為寒武紀(Cambrian Period)、奧陶紀(Ordovicean Period)、志留紀(Silurian Period)、泥盆紀(Devonian Period)、石炭紀(Carboniferous Period)、及二疊紀(Permian Period)。其中寒武紀、奧陶紀和志留紀為早古生代，而泥盆紀、石炭紀和二疊紀為晚古生代。早古生代為海相無脊椎動物最繁盛的時代（圖4-11、圖4-12、圖4-13），主要古生物包括三葉蟲、珊瑚、海綿動物、苔蘇蟲、腕足類、筆石類、水母、海百合等。早古生代後期開始出現魚類（圖4-14）。到了早古生代末期，原始植物例如海邊生存的半陸生低等植物開始登陸（圖4-15）。晚古生代時，海無脊椎動物仍然相當繁盛，但脊椎動物的已始出現。早古生代晚期出現的魚類，在泥盆紀最為發達，並在泥盆紀晚期逐漸演化為原始型兩棲類，開始了動物登陸的歷史。石炭紀為兩棲類最繁盛的時代，石炭紀中、晚期開始出現原始的爬行類。在二疊紀爬行動物更進一步發展。晚古生代時陸生植物群已有蓬勃發展。成為古生物界的另一顯著特徵。此一時期主要為厥類孢子植物，泥盆紀時期開始出現小型森林，到了石炭紀及、二疊紀時，各種高大的木本類植物如蕨類、石松類、種子蕨及真蕨類等開始形成高大森林，成為煤層的主要來源 (圖4-15 )。

中生代(Mesozoic Era)

可分為三個紀，由老到新依次為：三疊紀(Triassic Period)、侏羅紀(Jurassic Period)、白堊紀(Cretaceous Period)。中生代為爬行動物空前繁盛的時代。其中如雷龍、梁龍，以草食為主，身體龐大(可長達30m 、重達60噸)。此時代，也有以肉食為主，身形靈活的霸王龍等（圖4-16）。此時不僅陸地上有恐龍，海洋中有魚龍、蛇頸龍等，天空中也有翼龍類等（圖4-16）。中生代時期，鳥類、哺乳類動物開始逐漸發育。無脊椎動物中，以菊石、箭石類等軟體動物最為顯著（圖4-17及圖4-18）。中生代的植物以裸子植物為主。

新生代(Cenozoic Era)

中生代末期為地球上生物演化的巨大變革時期之一。原來極其繁盛的爬行動物恐龍類在中生代末期突然全部絕滅，海洋中盛極一時的菊石、箭石類(屬軟體動物)也幾乎同時全部絶滅。而中生代晚期逐漸發育的哺乳動物及鳥類，由於適應性較強，己逐取代了恐龍。新生代為哺乳動物最為發達的時代（圖4-19及圖4-20），其中絶大部份生活在陸地，但也有生活於海中(如鯨魚、海豚等)和空中(如翼手類)。新生代晚期開始出現人類，此也是地球上生物演化史的最重大一次變華（圖4-21）。新生代的植物以被子植物為主。