二疊紀

二疊紀

二疊紀(Permian period)是古生代的最後一個紀,也是重要的成煤期。二疊紀開始于距今約2.99億年,延至2.5億年,共經歷了4500萬年。二疊紀的地殼運動比較活躍,古板塊間的相對運動加劇,世界範圍內的許多地槽封閉並陸續地形成褶皺山系,古板塊間逐漸拚接形成聯合古大陸(泛大陸)。陸地面積的進一步擴大,海洋範圍的縮小,自然地理環境的變化,促進了生物界的重要演化,預示著生物發展史上一個新時期的到來。

  • 中文名稱
    二疊紀
  • 外文名稱
    Permian Period
  • 古生代
  • 起始時間
    距今約2.99億年
  • 延續時間
    4500萬年

發展

冥古宙太古宙元古宙顯生宙




















古元古代中元古代新元古代古生代中生代新生代








































古近紀新近紀第四紀















古生代最後一個紀(第6個紀),約開始于2.9億年前,結束于2.5億年前。在這一期間形成的地層稱二疊系。1841年英國地質學家在烏拉爾山脈西坡發現一套發育完整,含有化石較多的地層,可以作為二疊紀標準剖面,並依出露地點卡瑪河上遊的彼爾姆地區命名為Permian系。英文Permian即源于俄文的音譯,中譯二疊系是根據二分性明顯的德國地方性名稱Dyas的意譯而來。德國二疊紀地層可明顯地分為兩部分,下部為紅色砂岩,稱赤底統(陸相),上部為鎂質灰岩,稱鎂灰岩統(海相)。

二疊紀是生物界的重要演化時期。海生無脊椎動物中主要門類仍是筳類、珊瑚、腕足類和菊石,但組成成分發生了重要變化。節肢動物的三葉蟲隻剩下少數代表,腹足類和雙殼類有了新的發展。二疊紀末,四射珊瑚橫板珊瑚、筳類、三葉蟲全都絕滅;腕足類大大減少,僅存少數類別。

脊椎動物在二疊紀發展到了一個新階段。魚類中的軟骨魚類和硬骨魚類等有了新發展,軟骨魚類中出現了許多新類型,軟骨硬鱗魚類迅速發展。兩棲類進一步繁盛。爬行動物中的杯龍類在二疊紀有了新發展;中龍類遊泳于河流或湖泊中,以巴西和南非的中龍為代表;盤龍類見于石炭紀晚期和二疊紀早期;獸孔類則是二疊紀中、晚期和三疊紀的似哺乳爬行動物,世界各地皆有發現。

二疊紀

早二疊世的植物界面貌與晚二疊世相似,仍以節蕨、石松、真蕨、種子蕨類為主。晚二疊世出現了銀杏、蘇鐵、本內蘇鐵、松柏類等裸子植物,開始呈現中生帶的面貌。

二疊紀是三億至2.5億年前古生代的最後一個地質時代,在石炭紀和三疊紀之間。定義二疊紀的岩石層是比較分明的,但它開始和結束的精確年代卻有爭議。其不精確度可達數百萬年。以往,二疊紀分早二疊紀和晚二疊紀兩個世。二疊紀普遍使用三分法:Cisuralian,Guadalupian和Lopingian。

二疊紀的英文為Permian,源自俄羅斯彼爾姆州,其它語言的名稱大同小異。中文為何譯為二疊紀有一說是在德國的同年代地層上半層是白雲質石灰岩,下半層是紅色岩石之故。

二疊紀地球上所有的陸地組成一個大陸:盤古大陸。當時海面比較低。

二疊紀時在海洋中造礁生物非常活躍。在陸地上裸蕨植物開始衰退,真蕨和種子蕨非常繁茂。在這個時期第一批裸子植物出現。二疊紀時期陸地上的主要動物是兩棲動物,但爬行動物開始發展。昆蟲的體型也變大了。

三葉蟲絕跡。

二疊紀末發生了二疊紀-三疊紀滅絕事件,90%至95%的海洋生物滅絕,其詳細原因尚不明確 。

地層特征

二疊紀地層採用三分,即分為下(烏拉爾統)、中(瓜德魯普統)、上(樂平統)三統。

二疊系海相階及其標準地點標準地點烏拉爾西坡的二疊系為一套綜合有海相、半鹹水相和陸相的沉積。下部的阿舍爾階、薩克馬爾階和亞丁斯克階的大部為正常海相;其上的空谷階和卡贊階為局限的半鹹水相,韃靼階則全為陸相。為了克服海相層位對比上的困難,有些學者在二疊紀年代地層表的上部層位常採用烏拉爾以外的正常海相階名,如瓜達盧普階引自美國得克薩斯州,卓勒法階引自亞美尼亞,長興階引自中國浙江。二疊系的海相階層序大致如表1[二疊系海相階及其標準地點]。

表中二分方案的下、上統界線置于瓜達盧普階的底部;三分方案的中統通常包括亞丁斯克階至瓜達盧普階下部的層位。

二疊系海相階及其標準地點二疊系海相階及其標準地點

二疊紀的海水大致以歐亞東西向地槽帶、環太平洋地槽帶以及富蘭克林-烏拉爾地槽帶為活動中心,向鄰近的大陸地區淹覆。以此為基礎的沉積作用發生明顯分異,存在多種沉積岩類型。這些沉積在時間上明顯反映出在背景下的早、晚期分異。早期正常海沉積廣泛發育;晚期除多數及其外圍部分繼續保持海相沉積外,地槽的回反部分及大陸棚區分別轉化為局限的鹹化、沼澤化或陸相沉積

以為主的比較發育的沉積主要分布于冒地槽的淺水部分和北半球的淺水地台,包括西西裏、小亞細亞、中東、外高加索、鹽嶺、中亞、克什米爾、東帝汶、日本、紐西蘭和北美太平洋側等地以及屬于地台範圍的北美、西伯利亞和中國等地。以大量和廣泛的火山岩系為特征的地層發育于優地槽。最具代表性的地點為:美國得克薩斯州西部、內華達州猶他州;亞洲的天山、內蒙古、滇藏、帕米爾;澳大利亞東、西部盆地,西南非,南美阿根廷等地。

二疊紀早期生物二疊紀早期生物

陸相及煤系沉積多見于東西向地槽系北、南兩側的亞洲、中歐、印度半島和南半球的多數陸地。

冰磧岩類發育于紐西蘭以外的南半球各大陸和印度半島以及中國西藏南部的二疊紀早期。這些以陸相地層為主的岩系包括冰磧岩在內,稱為岡瓦納相。

演變

古氣候、古構造和古地理 不管南部各大陸及印度半島在二疊紀時是否聯成統一大陸,早二疊世的氣溫被認為是相當低的,其後才逐漸改變。北半球廣泛發育的標示一種溫暖、幹旱的氣候,而南半球廣泛的含煤建造則標示一種溫濕的氣候。二疊紀是造山作用和火山活動廣泛分布的時期,歸屬于海西(華力西)造山運動晚期。北美阿巴拉契亞運動發生于二疊紀末,是二疊紀最強烈的褶皺運動。西部的科迪勒拉優地槽在連續的地殼運動中伴有強烈的火山活動。

二疊紀

歐洲的造山作用和火山活動有兩期。早期火山活動廣泛,晚期趨于沉寂。

二疊紀的生物二疊紀的生物

烏拉爾地槽在晚二疊世褶皺隆起,自此歐洲與亞洲陸域融合為一體。中亞及中國北部、西南部地槽帶于二疊紀經歷了一段復雜的褶皺、變質和廣泛而強烈的火山活動,包括花崗岩侵入及中、酸性熔岩與凝灰岩的噴出。

中國西南陸棚範圍內出現大面積的高原玄武岩流及凝灰質沉積。日本亦大致有早、晚兩期造山作用。

二疊紀古地理一個突出的特點是歐亞東西地槽帶即特提斯海域的存在。這一長期存在的海洋地帶分布于現北緯30°~40°,西自地中海西部向東達印度尼西亞。南面一支沿澳大利亞西海岸延伸到南緯30°;東北面一支與覆蓋中國的陸表海相連,與構造復雜的日在地槽相通,向北與烏拉爾地槽相通。特提斯海域環境復雜,包括淺水和深水區,活動區和相對穩定的地區。

二疊紀末大面積的海退,使世界上大部分地區早二疊世及晚二疊世早期海域退縮殆盡。但中國華南、巴基斯坦和伊朗一帶二疊、三疊紀間始終保持海域環境。

生物

二疊紀的生物,內容豐富,不論是動物或植物都顯示出與有一定的演化連續性。

二疊紀早期的植物群與晚石炭世相似,以真蕨和種子蕨為主。晚期植物群有較大變化,鱗木類、蘆木類、種子蕨、柯達樹等趨于衰微或瀕于絕滅,代之以較進化或耐旱的裸子植物,松柏類數目大為增加,蘇鐵類開始發展。這一變化在北方大陸反映較明顯,一般被認為這裏的中植代始于二疊紀晚期。

二疊紀植物群示意圖二疊紀植物群示意圖

在地理分異上,歐亞大陸和北美為北方植物群,下分安加拉、歐美和華夏3個植物亞群;而南大陸及印度半島為舌羊齒植物群。

無脊椎動物方面

腕足類繼續繁盛,其中長身貝類佔優勢。軟體動物亦為重要組成部分,其中菊石類具有明顯生態分異,在相對局限的華南與外高加索等陸棚地區有大的演化輻射,出現不少地方性類型。類、四射珊瑚在早期繁盛,至晚期逐漸衰減而至絕滅。牙形刺與末期相似,是發展緩慢的階段。苔蘚蟲類處于衰退期。介形類的速足目漸趨繁盛。三葉蟲趨于滅絕。昆蟲開始迅速發展,種類增多, 所以這個時代也被稱為昆蟲時代。

脊椎動物方面

脊椎動物的重要代表為兩棲動物的迷齒類和爬行動物。爬行動物雖然發生在石炭紀,但其首次大量繁盛是發生在二疊紀。爬行動物的杯龍目、盤龍目和獸孔目3個主要分類在二疊紀時均有存在。它們作為現代爬行類、鳥類和哺乳動物的先祖(或其近親),相當活躍地生活于南美和前蘇聯歐洲部分等內陸地區。

植物界

歐亞古陸北方植物群大區明顯地分為安加拉、歐美和華夏3個亞區,南方岡瓦納大陸的舌羊齒植物群區則和北方大區相對應。歐美區和華夏區植物群為熱帶-亞熱帶產物,安加拉和岡瓦納區植物群屬溫帶和溫帶偏涼環境。動物界的腕足類、珊瑚類和類等也有反映暖水和非暖水的地理分區現象,但其分布的邊界和氣候條件與植物界並不完全一致。這種氣候分帶和生物地理分區現象,是影響生物演變和發展的主要因素之一。(見彩圖[二疊紀植物群示意圖])

礦產資源

二疊紀有豐富的礦產資源,最重要的有岩鹽、鉀鹽、磷、銅、錳等。

蒸發岩類主要見于美國西部得克薩斯州、德國的鎂灰岩盆地以及荷蘭、英國、丹麥和波蘭等地。岩鹽多分布于白俄羅斯、俄羅斯。二疊紀的煤,不論質和量均居重要地位,主要產地有西伯利亞中、北部,中國,印度,澳大利亞,南非,辛巴威和剛果。西半球在此時期無重要煤礦。

二疊紀滅絕的三葉蟲二疊紀滅絕的三葉蟲

石油和天然氣主要產于美國的俄克拉何馬州和得克薩斯州,俄羅斯的歐洲部分,荷蘭和德國等地。

磷礦見于美國的蒙大拿州、愛達荷州、懷俄明州等地,俄羅斯烏拉爾山西部,中國東南部的江蘇、浙江和福建等地。

銅礦見于德國的含銅頁岩層。中國西南地區亦有與玄武岩關系密切的沉積銅礦。

錳礦見于中國南方陸表海的淺水含錳矽質岩層中。

大滅絕

二疊紀末發生了有史以來最嚴重的大滅絕事件,估計地球上有96%的物種滅絕,其中95%的海洋生物和75%的陸地脊椎動物滅絕。三葉蟲、海蠍以及重要珊瑚類群全部消失。陸棲的單弓類群動物和許多爬行類群也滅絕了。這次大滅絕使得佔領海洋近3億年的主要生物從此衰敗並消失,讓位于新生物種類,生態系統也獲得了一次最徹底的更新,為恐龍類等爬行類動物的進化鋪平了道路。科學界普遍認為,這一大滅絕是地球歷史從古生代向中生代轉折的裏程碑。其他各次大滅絕所引起的海洋生物種類的下降幅度都不及其1/6,也沒有使生物演化進程產生如此重大的轉折。

科學家認為,在二疊紀曾經發生海平面下降和大陸漂移,這造成了最嚴重的物種大滅絕。那時,所有的大陸聚集成了一個聯合的古陸,富饒的海岸線急劇減少,大陸架也縮小了,生態系統受到了嚴重的破壞,很多物種的滅絕是因為失去了生存空間。更嚴重的是,當淺層的大陸架暴露出來後,原先埋藏在海底的有機質被氧化,這個過程消耗了氧氣,釋放了二氧化碳。大氣中氧的含量有可能減少了這對生活在陸地上的動物非常不利。隨著氣溫升高,海平面上升,又使許多陸地生物遭到滅頂之災,海洋裏也成了缺氧地帶。地層中大量沉積的富含有機質的頁岩是這場災難的證明。

後期的環境後期的環境

這次大滅絕是由氣候突變、沙漠範圍擴大、火山爆發等一系列原因造成。 隕石撞擊遊學科學家認為,隕石或小行星撞擊地球導致了二疊紀末期的生物大滅絕。如果這種撞擊達到一定程度,便會在全球產生一股毀滅性的沖擊波,引起氣候的改變和生物的死亡。蒐集到的一些證據引起了人們對這種觀點的重視。但大多數生物科學家認為這場滅絕是由地球上的自然變化引起的。

氣候的改變

有些科學家認為,氣候的變化是形成這場大災難的主要原因。因為二疊紀末期形成的岩石顯示,當時某些地區氣候變冷,在地球兩極形成了冰蓋。這些巨大的白色冰蓋將陽光發射回太空,會進一步降低全球氣溫,使陸上和海上的生物很難適應。如果再加上海平面下降和火山爆發,這就會成為滅頂之災。

大氣成分的改變

有些生物學家認為,生活方式比較活躍積極的動物,如似哺乳類的單弓類動物需要比別的動物更多的氧氣,他們可能是因為大氣成分的改變而滅絕的。因為二疊紀末期氣溫的降低會導致海平面的下降。海床的遼闊煤層區就會暴露在外面,釋放出大量二氧化碳到大氣中,大氣中的氧氣含量就會相對減少;同時火山爆發引燃了海底的可燃冰,釋放甲烷導致發生溫室效應;因氧氣減少所以紫細菌活動更加頻繁,其釋放的毒氣殺死了大半的生物。

火山活動火山爆發回噴出大量氣體和火山塵埃進入大氣層。火山灰山團不僅會使動物窒息而死,也有可能遮蔽太陽,使全球氣溫降低。所以,火山活動也可能是二疊紀末期滅絕事件的原因之一。西伯利亞就曾經發現當時火山猛烈爆發所噴出的物質。

沙漠的肆虐

二疊紀的陸塊碰撞接壤而形成了龐大的盤古大陸。來自海上的雨水和霧氣再也無法探入內陸地區。于是二疊紀的某些區域就越來越幹燥火熱,致使沙漠範圍越來越廣,無法適應幹旱環境的動物就滅絕了。

滅絕事件具體過程

2.51億年前,是古生代的最後時期--二疊紀晚期。此時的地球與現在的有很大不同:所有陸地連在一起,形成一塊超級大陸:盤古大陸(泛大陸)。盤古大陸的生境比今天要簡單得多:60%的土地都由茂密針葉林覆蓋,其餘的部分由貧瘠的沙漠構成。這些針葉林如同現今的熱帶雨林一樣,物種構成非常豐富。

那時,爬行動物尚未成為地球霸主,恐龍也未出現,真正的霸主是哺乳動物的祖先:似哺乳爬行動物(合弓綱)。與大多數哺乳動物一樣,這些動物是胎生的,一些物種長有毛發和胡須。而且它們是首批恆溫動物(溫血動物),也就是說,它們的體溫是恆定的,不會隨著周圍溫度變化。

陸地上的頂級捕食者要屬麗齒獸。麗齒獸身長約3.5米,體重約300千克。麗齒獸是目前發現的第一種長出犬齒的動物,它的犬齒長達9釐米,鋒利異常,且帶有鋸齒,奔跑時速達到100千米。而且它們的腦容量很大,成群活動。

陸地上也生活著許多大型植食性動物,如麝足獸始巨鱷二齒獸、水龍獸、前缺齒獸,這些動物都屬于類哺乳爬行動物。龜類的祖先­--斯龍(西伯利亞杯龍)在當時也很常見。它們體態都很笨重,經常被麗齒獸捕食。

森林中的動物們悠閒自在地生活著,誰都沒有意識到,地球有史以來最嚴重的自然災難快要發生了。

這次災難的罪魁禍首是融化的玄武岩:在此之前的數十萬年,地幔中的岩漿活動異常劇烈,這導致地幔的剩餘空間產生了巨大的壓力。地幔就像一個巨大的壓力鍋,處于爆炸的邊緣。

二疊紀

2.511億年前,現今的西伯利亞,叢林中的二齒獸和水龍獸正在覓食。它們聞到了一股奇怪的氣味,這其實是硫磺氣體的味道。如果人類在這裏,一定知道災難即將發生。好奇心驅使它們暫停覓食,留在了原地。突然,整座森林劇烈的搖晃起來,緊接著,隨一聲巨響,地幔中不可計數的硫磺氣體在巨大的壓力下,將地殼炸開了一個直徑達50千米,直通地幔的大口。20000立方千米的碎岩石被爆炸產生的氣浪卷到了數萬米的高空,隨後又散落到方圓數千千米的地區,這如同小行星撞擊地球一樣,威力極大。可這,僅僅是災難的開始。在地殼被炸開後約一個時辰,一萬億立方千米的融化玄武岩,從這個大口中噴涌而出。數十條長度超過1000千米,寬數百米的裂縫,出現在了西伯利亞的地面上,也開始噴發岩漿。在這範圍內的任何生物,自然任何沒有生存的可能。

岩漿持續噴發了數萬年,覆蓋了相當于歐亞大陸面積的所有地區。岩漿燒毀了大片森林,破壞了食物鏈的基礎。在全球範圍內,從植食性動物到頂級掠食者都在飢餓中艱苦地掙扎,大批動物因此滅絕。

火山噴發,同時還噴出了大量的有毒氣體。大量的二氧化碳與二氧化硫擴散到了大氣中,遮天蔽日。火山噴發出的熱氣無法擴散,導致全球氣溫劇烈升高。全球平均溫度,從災難發生前的16攝氏度,在數百年間迅速升高至40攝氏度。這摧毀了剩餘的大部分植物,使得飢荒更加嚴重。由于有毒氣體與植物消失等因素,大氣中的含氧量也迅速下降,動物們感到呼吸困難,這也摧毀了很多動物。

災難過後數十年,大氣中的含氧量己經下降到10%以下,二氧化硫卻上升至6%,二氧化碳高達10%。高溫將大片海洋蒸發,因為海水蒸發,全球的濕度都高達80%以上。水蒸氣與二氧化硫發生化學反應,形成酸雨。連續數萬年的酸雨的泛濫使植物的數量進一步減少,土壤發生酸化。

西伯利亞暗色岩地區儲藏著大量的煤炭,這些煤炭在高溫下產生了一種有毒氣體--甲烷。這加快了全球變暖的速度,使全球平均溫度上升至70攝氏度。

災難來臨五萬年後,二氧化硫與二氧化碳的濃度日益增高,完全遮住了太陽,地球陷入了長達40萬年的漫漫長夜之中。如果從太空中看地球,很可能是褐色的,看起來比火星還要糟糕。正午12點與午夜12點看起來毫無差別,因為一切光源都被遮住。

此時的地球失去了四季變化,因為全球的氣溫都高達70攝氏度,那麽洋流也會隨之停止。眾所周知,洋流運動會產生氧氣,而如今,海洋中的含氧量幾乎為零,這毀滅了大多數海洋生物。同時,70攝氏度的高溫使得大量海水蒸發,世界平均海水深度可能隻有現今的三分之一。

二十萬年過去了,岩漿終于停止了噴發。凝固的岩漿(玄武岩)積累在地表,厚達600多米。它們幾乎完全覆蓋了地表,西伯利亞地區的那個直徑50千米的大洞也被凝固的岩漿塞住了。二氧化硫濃度停止了增加,新增的滅絕因素也逐漸減少,但此時,地球上的生命跡象已幾乎消失,地球需要漫長的時間才能恢復生機。

災難發生五十萬年後,剩餘的植物不斷繁衍,它們製造氧氣,使得大氣含氧量逐漸增加,二氧化硫等有毒氣體也逐漸消散。全球氣溫再次降低,使大氣中的水蒸氣形成了大規模降雨,消失的海洋也再次出現。滅絕事件終于告一段落。

二疊紀末期的西伯利亞暗色岩大滅絕事件,是地球有史以來最嚴重的災難,它滅絕了98%的生物。在這場浩劫中,類哺乳爬行動物(合弓綱)受到重創,二齒獸、麝足獸、始巨鱷、前缺齒獸等植食性動物以及肉食性的蜥代龍、巨蜥龍都永遠的消失了,但是它們的近親水龍獸卻奇跡般的存活了下來。頂級捕食者麗齒獸在災難中演化成體型較小的獸頭獸。所有哺乳動物的直系祖先,三尖叉齒獸--一種小型食蟲性動物也活了下來。這場災難也滅絕了有5億年歷史的古老節肢動物--大名鼎鼎的三葉蟲。

讓我們來總結一下這場滅絕事件中的災難因素:20000立方千米的碎岩、數萬億立方千米,覆蓋整個陸地岩漿、二氧化硫、二氧化碳、甲烷等有毒氣體、全球氣溫高達70攝氏度、連下數萬年的酸雨,40萬年的長夜、極低的含氧量,缺氧的海洋、蒸發的海水……這些因素疊加在一起,構成了地球發生過的最嚴重災難--西伯利亞暗色岩滅絕事件

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