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第四章:地質年代地層系與生物演化

2012-03-18  王乐散

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。

五、活化石

地球上的古生物,許多生物生存了一段時間以後,大多絕滅,或演化成另一類的生物。但有少許生物因為生存在各種特殊環境下,未發生顯著的演化現象,而仍係保存原來的模樣稱為活化石。例如腔棘 及台灣南部海域所見的龍寶貝等,曾宣噪一時(圖4-22圖4-23)。


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