泥盆纪
泥盆纪时期的地球
泥盆纪(距今4-3.6亿年前)是晚古生代的第一个纪,从距今4亿年前开始,延续了4000万年之久。由于早古生代加里东运动影响的结果,同时,从泥盆纪开始,地球又开始发生了海西运动。因此,泥盆纪时许多地区升起,露出海面成为陆地,古地理面貌与早古生代相比有很大的变化。
在泥盆纪里蕨类植物繁盛,昆虫和两栖类兴起。脊椎动物进入飞跃发展时期,鱼形动物数量和种类增多,现代鱼类——硬骨鱼开始发展。泥盆纪常被称为“鱼类时代”。
泥盆纪-梗概
泥盆纪(Devounian,符号D)是地质年代中的一个纪,开始于同位素年龄416±2.8百万年(Ma),结束于359.2±2.5Ma。
泥盆纪生物化石
泥盆纪(Devonian):泥盆纪时期是指三亿六千万年至四亿六百万年前,也就是古生代中叶的这段期间。可另分为三个时期-前泥盆纪时期(四亿零六百万至三亿八千七百万年前)、中泥盆纪时期(三亿八千七百万年至三亿七千四百万年前)、以及后泥盆纪时期(三亿七千四百万至三亿六千万年前)。
地质年代名称,古生代的第四个纪,约开始于4.05亿年前,结束于3.6亿年前,持续约4000万年。“泥盆纪分为早、中、晚3个世,地层相应地分为下、中、上3个统。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。
早期裸蕨繁茂,中期以后,蕨类和原始裸子植物出现。无脊椎动物除珊瑚、腕足类和层孔虫(Stromatoporoidea,腔肠动物门,水螅虫纲的一个目)等继续繁盛外,还出现了原始的菊石(Ammonites,属软体动物门,头足纲的一个亚纲)和昆虫。脊椎动物中鱼类(包括甲胄鱼、盾皮鱼、总鳍鱼等)空前发展,故泥盆纪又有“鱼类时代”之称。晚期甲胄鱼趋于绝灭,原始两栖类(迷齿类(Labyrinthodontia)(亦称坚头类)开始出现。
泥盆纪-沉积地层
泥盆纪的沉积物分布于世界各地,其沉积总量比古生代其他各系都大。沉积地层一般划分为老红砂岩相、莱茵相和海西相,分别代表大陆环境、近岸和远岸的海相环境。不同盆地沉积模式各异。以德国-比利时盆地为代表的岩相,早泥盆世多为近滨、前滨碎屑岩相,中、晚泥盆世发育陆棚碎屑岩相、台地碳酸盐岩相、盆地泥质岩相和水下隆起碳酸盐岩相。华南与西欧类似,差异在于泥盆纪中、晚期台地内部广布以浮游相硅质-泥质、碳酸盐岩沉积,形成台、盆交错的古地理格局。北美东部则相反,早、中泥盆世为较浅水碳酸岩分布,而晚泥盆世全为较深水的黑页岩与三角洲相卡斯基尔穿插沉积。准噶尔-兴安褶皱带和澳大利亚-新西兰地槽区以岛弧型火山碎屑沉积为主。属于泥盆纪的特殊岩石类型有:①沿老红古陆分布的老红砂岩;②发育在加拿大、乌拉尔、比利时和华南的礁灰岩;③广布于北美台地的黑色页岩;④华南地区含锰硅质岩以及早泥盆世初期的笔石页岩等。
捷克布拉格附近克伦克志留系与泥盆系地层剖面
由于命名地区德文郡的地层构造复杂、层序不清、局部变质。故传统上一般以莱茵地区和阿登地区的为国际泥盆系分类标准,划分为3个统7个阶。由于加里东运动的影响,许多地区泥盆系不整合于志留系之上。捷克波希米亚地区具有整合的志留-泥盆系界线剖面,泥盆系底界以等宽单笔石(Monograptusuniformisuniformis)的出现为标志(见彩图[捷克布拉格附近克伦克志留系与泥盆系地层剖面(虚线处为地层界线位置)]).布拉格附近克伦克剖面第20层被确定为志留-泥盆系界线层型剖面和点。泥盆-石炭系界线定义为凹沟管牙形石(Siphonodellasulcata)的首次出现,全球界线层型剖面和点建立在法国南部地区的拉塞雷。世界各主要地区泥盆系划分情况见表[世界主要地区泥盆系划分简表]。
中国的泥盆系在北方主要分布于天山、兴安岭、准噶尔、内蒙古草原等区,以地槽型火山碎屑沉积为主。中朝地块和塔里木地块大部为剥蚀区,仅局部发育陆相红色碎屑沉积,华南泥盆系最为发育,具有多种沉积类型,以地台型浅海和滨海沉积为主。碳酸盐台地占据大部分,其间为纵横交错的海盆切割。沿江南古陆南缘则发育宽广的近岸型碎屑-碳酸盐岩沉积。西南区沉积比较复杂,发育有火山岩且部分变质。秦岭-龙门山区沉积状况近似华南区。泥盆系内部除宁夏运动见于祁连山外,尚未发现造山运动。中泥盆世中期的造陆运动十分显著,席卷整个华南区。
世界主要地区泥盆系划分简表
泥盆纪-古地理
泥盆纪古地理的基本格架主要由冈瓦纳大陆、劳亚大陆及其间的古地中海和古太平洋组成(见图[早泥盆世埃姆斯期古地理图])。冈瓦纳古陆是最完整、最大的古陆,包括已知大陆壳的一半以上,围绕南极地区分布。由现在的非洲、阿拉伯半岛、马达加斯加、南美、印度、澳大利亚、新西兰、南极和可能的南欧、土耳其、阿富汗、伊朗、中国西藏等组成。劳亚大陆的西部,由劳伦古陆和波罗的古陆构成超大陆,亦称欧美联合大陆。劳伦古陆以北美地台为主体,加上苏格兰、部分的爱尔兰。波罗的古陆主要包括乌拉尔以西的俄罗斯地台、芬兰、斯堪的纳维亚半岛。欧美联合大陆的陆相沉积含有近似的非海相和淡水的鱼化石、植物化石。欧美联合大陆以东为一些分散的大型陆块或小型至微型陆地群组成,其中,以西伯利亚、哈萨克斯坦、华北和华南古陆较大。后者的位置接近赤道附近和北半球中纬带。西伯利亚则处于高纬带。泥盆纪时的海水覆盖面积约占地球的85%,其分布特点包括广阔的构成北半球的古太平洋,位于冈瓦纳古陆以北的古地中海和各陆块之间狭窄的陆间海,以及大陆之上的陆表海。P.H.赫克尔和B.J.维茨克(1979)提出的海洋循环模式,认为由于地球自转,陆地阻隔的原因,强海流发育于大洋的西边。北半球中纬度地带海流向东,南半球的洋流在亚热带区存在两组反相旋流,高纬度地区冈瓦纳陆架之上为正向旋流。根据古地磁资料推断,泥盆纪时的极点大约位于现在非洲南部津巴布韦和博茨瓦纳一带。根据沉积物性质推断的古气候,表明北美可能位于亚热带,俄罗斯地台位于干燥气候带,导致剧烈的蒸发。西伯利亚地台存在礁相蒸发岩、碳酸盐岩和红层,哈萨克斯坦具有厚的碎屑岩、红层、煤层、铝土岩,并含蒸发岩,推测它们的气候从温湿到干热。冈瓦纳超级大陆的南部主要发育厚而单一的碎屑岩,仅局部含碳酸盐岩,可能代表寒冷或温湿气候。南美东部主要为碎屑岩,缺失碳酸盐岩和陆相沉积;以双壳类为主,分异度很低,珊瑚、层孔虫、苔藓虫等骨骼化石极少或缺失,均表明属于寒带气候。巴西东北部巴纳伊巴盆地沉积有冰碛岩、冰碛砾岩、季候纹泥,表明有过冰川活动。泥盆纪时年和日的长度与今天不同,据各类化石(珊瑚、层孔虫、双壳类)生长纹数的测定,每年平均400天,每昼夜约为21～22小时。泥盆纪时,月球和地球之间的距离大约是现今的一半,这与地球物理学家和天文学家的推断吻合,归结为地球自转速度的减弱。
早泥盆世埃姆斯期古地理图
造山运动、海进海退和生物事件
阿卡迪运动沿着北美中东部形成高地,影响到从纽芬兰到纽约州的北阿巴拉契亚地区下中泥盆统褶皱南诺维斯科提亚微板块与欧美联合大陆发生碰撞。劳伦古陆的北缘和西缘在福兰克林和科迪勒拉带内发生了埃尔斯米尔和安特勒造山运动,中、晚泥盆世时该运动几乎遍及北极全区、西北非已知的毛里塔尼亚造山带,从锡拉-莱昂(SirraLeone)一直延伸到小阿特拉斯山脉。东澳大利亚遭受强烈台伯拉波造山运动,使得泥盆系内部和其下伏不同时代地层不整合接触,形成尼卡姆巴山系。中朝古陆祁连山区的宁夏运动发生在中、晚泥盆世,表现为两套陆相地层间的不整合接触。某些学者曾推断西伯利亚板块与哈萨克斯坦板块的碰撞发生在晚泥盆世。
泥盆纪沉积具有两个主要的海进-海退旋回,以中泥盆世早期和晚泥盆世晚期的海退分开,几乎见于所有泥盆系发育区。次一级的全球性海平面升降变化亦十分明显。M.豪斯(1983)总结出纽约州泥盆系的18次海平面升降变化曲线,分别与比利时、德国、前苏联欧洲部分的相应层位进行对比,中国华南地区亦有明显反映。J.G.约翰森等(1985)认为至少有14次全球性海平面升降引起的泥盆纪海进-海退旋回(简称T-R旋回),均以加深事件然后伴随着向上变浅的层序为特征。
由海平面变化、缺氧事件以及可能的天体撞击造成的全球性生物事件在泥盆纪内部反复发生。主要表现为生物的突然灭绝和大量辐射。它们多与特殊的黑色岩系出现密切关联。泥盆纪内部至少有8次全球性生物事件被识别。其中特别重要的有3次:①法西塞拉斯(Pharci-ceras)事件或称塔凡尼克事件,发生于中晚泥盆世之交,接近腕足动物头贝的灭亡至弓石燕出现之间的时期。腕足类的6个科,四射珊瑚15个科消失。菊石类中的无棱菊石科(Agoniatitidae)、扁菊石科(Pinacitidae)和似古菊石科(Anarcestidae)的大部分消失,代之出现脐状叶激增的雏菊石科(Pharciceratidae)新演化系列。随着这个事件以后,等环节石类(Homoctenids)发生分异,掌鳞牙形石类(Palmatolepids)辐射,浮游介形类生物量突增。这一事件与海面上升吻合。②凯勒瓦瑟尔(Kellewasser)事件,代表晚泥盆世内部的生物危机,亦称弗拉斯-法门事件,最明显的变化是生物量急剧下降,造礁生物消失,竹节石类腕足动物的3个目四射珊瑚的十多个科灭亡。这一事件之后,世界各地普遍海退,蒸发岩广布,南美出现了冰川沉积。③亨根贝格(Hengenberg)事件,发生在接近泥盆-石炭系界线附近。晚泥盆世盛行的海神石、Pha-copida三叶虫、盾皮鱼类及无颌类全部灭亡。牙形石在掌鳞牙形石类(palmatolepids)和管牙形石类(siphonodellids)演化系列之间出现浅水原颚牙形石(protognathodus)生物相。事件之后,菊石、牙形石、介形石、珊瑚、腕足、脊椎动物等门类均发生新的辐射。与这一事件相联系的黑色页岩广泛分布于西欧、北美和华南。
中国的海洋生物归属世界区系,可进一步划分为准噶尔-兴安区、南天山区、华南区和西藏-滇西区。中国早泥盆世脊椎动物,大部分为地方性类型,属于华南独立生物区。
泥盆纪地貌
泥盆纪-生物界
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。
腕足类在泥盆纪发展迅速,志留纪开始出现的石燕贝目成为泥盆纪的重要化石。此外,穿孔贝目、扭月贝目、无洞贝目和小嘴贝目在划分和对比泥盆纪地层中也极为重要。
泡沫型和双带型四射珊瑚相当繁盛。早泥盆世以泡沫型为主,双带型珊瑚开始兴起;中、晚泥盆世以双带型珊瑚占主要地位。
鹦鹉螺类大大减少,菊石中的棱菊石类和海神石类繁盛起来。
正笔石类大部分绝灭,早泥盆世残存少量单笔石科的代表。
竹节石类始于奥陶纪,泥盆纪一度达到最盛,泥盆纪末期绝灭。其中以薄壳型的塔节石类最繁盛,光壳节石类也十分重要。
牙形石演化到泥盆纪又进入一个发展高峰,这个时期以平台型分子大量出现为特征。
昆虫类化石最早也发现于泥盆纪。
泥盆纪是脊椎动物飞越发展的时期,鱼类相当繁盛,各种类别的鱼都有出现,故泥盆纪被称为“鱼类的时代”。早泥盆世以无颌类为多,中、晚泥盆世盾皮鱼相当繁盛,它们已具有原始的颚,偶鳍发育,成歪形尾。
泥盆纪----鱼类时代
早泥盆世裸蕨植物较为繁盛,有少量的石松类植物,多为形态简单、个体不大的草本类型;中泥盆世裸蕨植物仍占优势,但原始的石松植物更发达,出现了原始的楔叶植物和最原始的真蕨植物;晚泥盆世到来时,裸蕨植物濒于灭亡,石松类继续繁盛,节蕨类、原始楔叶植物获得发展,新的真蕨类和种子蕨类开始出现。
泥盆纪植物种群
泥盆系最初研究于英格兰西南部的德文郡(Devonshire),德文郡的泥盆系由海相沉积岩组成,但在威尔士、苏格兰和英格兰西部,泥盆系却是巨厚的陆相老红砂岩。早泥盆世时,北美是一个低洼的大陆,海水甚少,阿巴拉契亚地槽在泥盆纪的大部分时间内接受了沉积。这时期的岩石见于密西西比河谷、大湖区、加拿大西北部和阿巴拉契亚地区。泥盆纪的地层在纽约州发育的最好,这里层序完整,化石丰富。纽约州西部泥盆系出露于亚利桑那、科罗拉多、犹他、怀俄明、爱达荷、蒙大拿和内华达州。大部分属于中、晚泥盆世。泥盆系也出露于不列颠群岛、德国、法国和苏联;中国和亚洲的其他地点;南非;澳大利亚和新西兰;南美。在北美,泥盆纪末以始于中泥盆的一个造山运动——阿肯特幕的高潮为标记,这次上升,伴有巨大的火山活动,隆起了从阿巴拉契亚地区经新英格兰到加拿大的沿海各省的山脉。
气候显示泥盆纪时是温暖的。化石记录说明远至北极地区当时处于温带气候。
泥盆纪的生物以陆生植物的扩展为特征,植物从株小无叶的种到株高达十二米的树状蕨类均有。
海洋无脊椎动物异常丰富,由造礁珊瑚、海绵、棘皮动物、软体动物和众多的腕足动物组成。
三叶虫在数量上极大地减少,然而个别特大的种却可大到74厘米长。
陆地上出现了最早的昆虫,还有些淡水蛤类和蜗牛。
脊椎动物经历了一次几乎是爆发式的发展,淡水鱼和海生鱼类都相当多,这些鱼类包括原始无颌的甲胄鱼类;有颌具甲的盾皮鱼类;以及真正的鲨鱼类。还有与颌连结起来身长达9米具重甲的鲨鱼状的节颈鱼类。
新的类型有肺鱼类,一种既有鳃,也发育着肺作为辅助呼吸器官的原始类型,这类鱼的某些代表今天仍然活着,形成用鳃呼吸的鱼类和用肺呼吸空气的两栖动物间的一个重要的环节。它不但将漂浮囊改变成原始肺,而且这些鱼的某些进化到成对的阔鳍状的鳍状肢,使其能够在水面上生活一个短时期,同时有能在陆地上的有限的运动能力。
鉴于脊椎动物的空前演化,泥盆纪曾被称为鱼类时代。最重要的是显示出从总鳍类演化而来的原始爬行动物——四足类(四足脊椎动物)的出现。
泥盆纪霸主的恐怖咬力
泥盆系的有些岩石具有重要的经济价值,在阿巴拉契亚地区产玻璃砂,在安大略、纽约、俄亥俄和印第安纳产建筑石料,而北美的许多地方产石油和天然气。
泥盆纪-矿产
泥盆纪具有重要经济价值。世界古生代油气约50%以上赋存于泥盆系。其中,俄罗斯乌拉尔-伏尔加地区和加拿大阿尔伯达地区的储量约占75%,它们一般与礁灰岩和黑色页岩等含油母岩的发育有关。与蒸发岩有关的钾盐矿分布于加拿大萨斯喀契温等地。很多晚泥盆世的黑色页岩与磷矿、铀矿有关。中国南部泥盆系矿产极为丰富:沉积型铁矿沿泥盆纪古海岸线分布,特别是晚泥盆世宁乡式赤铁矿具有经济意义;锰矿和磷矿则多与盆地相硅质沉积密切相关;铅、锌、锡等有色金属与礁相或礁后相石灰岩有关;广布的石英砂岩是常见的建筑和玻璃原料;新疆北部泥盆纪火山岩系是赋存金、铜的层位。由泥盆纪岩石风化和侵蚀形成的地貌构成了世界很多著名的旅游胜地。如华南以及捷克和斯洛伐克摩拉维亚的岩溶、北莱茵景观、英国西南部和苏格兰沿海海蚀地貌、法国布列斯特海港等。
泥盆纪-进化史上的地位
泥盆纪是地球生物界发生巨大变革的时期,由海洋向陆地大规模进军是这一时期最突出、最重要的生物演化事件。
泥盆纪
首先,脊椎动物进入飞跃发展时期,各种鱼类空前繁盛,有颌类、甲胄鱼数量和种类增多,现代鱼类——硬骨鱼开始发展。因此,泥盆纪常被称为“鱼类时代”。在泥盆纪晚期,由鱼类进化而来的两栖类登上陆地,标志着脊椎动物开始了脱离水体并最终征服陆地的演化历程。
其次,陆生植物裸蕨在陆地上完全站稳了脚根,并且,它们的三支后代石松类、楔叶类和真蕨类开始大发展,到泥盆晚期,出现了许多这类植物构成的成片森林,大地真正地披上了绿装。植物的成功登陆,使荒漠的大陆变成绿洲,标志着植物的发展在泥盆纪进入了新的阶段。另外,泥盆纪中晚期的陆地上还出现了最早的裸子植物,但直到二叠纪晚期它们才成为陆地植物的主角。
泥盆纪时,海生无脊椎动物的组成发生了重大变化。古生代早期极为繁盛的三叶虫只剩下少数代表;奥陶纪和志留纪非常繁荣的笔石仅剩下少量的单笔石和树笔石类;菊石正逐渐取代鹦鹉螺类成为软体动物中的主要类群。腕足动物和珊瑚动物有进一步发展,但种类与奥陶纪和志留纪有所不同,这一时期的腕足动物主要以石燕类为主,而珊瑚则以床板珊瑚和四射珊瑚为主。
泥盆纪-大灭绝
泥盆纪是脊椎动物飞越发展的时期,鱼类相当繁盛,各种类别的鱼都有出现,故泥盆纪被称为“鱼类的时代”。最重要的是显示出从总鳍类演化而来的原始爬行动物——四足类(四足脊椎动物)的出现。
气候显示泥盆纪时是温暖的。化石记录说明远至北极地区当时处于温带气候。第二次物种大灭绝发生在泥盆纪晚期,其原因也是地球气候变冷和海洋退却。
在距今约3.65万年前的泥盆纪后期,历经两个高峰,中间间隔100万年,是地球史上第四大的物种灭绝事件,海洋生物遭到重创。
泥盆纪-参考资料
1. http://www.chinavalue.net/wiki/showcontent.aspx?titleid=53472
2. 中国百科网 http://www.chinabaike.com/article/316/327/2007/2007022051384.html
3. 百度百科 http://baike.baidu.com/view/19972.htm
