始新世

始新世

始新世(約距今5300萬年~距今3650萬年)第三紀的第二個世。始新世(Eocene)是地質時代中古近紀(Paleogene)的第二個主要分期,大約開始于5780萬年前,終于3660萬年前,介于古新世(Paleocene)與漸新世(Oligocene)之間。

  • 中文名稱
    始新世
  • 外文名稱
    The Eocene Epoch
  • 開始
    大約始于5780萬年前
  • 結束
    終于3660萬年前

簡介

始新世(Eocene、Epoch)Eocene之名,字源來自希臘文εω(eo,黎明)和καινος(caenos,新),指的是現代哺乳動物群開始出現。始新世常被劃分成早期(距今5,780萬~5,200萬年)、中期(距今5,200萬~4,360萬年)和晚期(距今4,360萬~3,660萬年)。始新世早期最令人受到註意的是,原始的現代哺乳動物開始出現。始新世結束于一個被稱作Grande Coupure(the "Great Break" in continuity)的生物大滅絕事件(extinction event),此一事件可能與一或數顆的大火流星(bolide)撞擊西伯利亞及當今的契沙比克灣(Chesapeake Bay)相關。

氣候

由于地球地質歷史現有記錄中出現的一次最快、強度最大的全球變暖事件,被稱為古新世-始新世極熱事件(PETM或IETM)的發生,地球溫度迅速升高,始新世就此開始。這次迅速而劇烈的升溫(在高緯度地區溫度上升了7°C之多)持續的時間少于10萬年,但是導致了大量物種急劇滅絕,從而形成了古新世始新世生態系統的分野。

始新世的全球氣候可能是新生代中變化幅度最小的;從赤道到極地的氣溫變化幅度隻有今天的一半,而深海洋流則異常溫暖。極地地區比當今溫暖得多,接近于現今西北太平洋的溫度;溫帶森林已經擴展到了極地地區,同時多雨的熱帶氣候區則延伸至北緯45°地區。溫帶地區的氣候與當今相比大有不同,而熱帶地區的氣候則可能接近于當今。不過在哥倫比亞發現的一種可能生活于始新世的巨蛇殘骸(約有校車大小)表明,可能相反的,當時的熱帶比現今溫暖的多,這也與電腦模擬出的始新世氣候相符。

盡管始新世的全球氣候仍然比較溫暖,但也正是在始新世後期,開始了全球變冷的緩慢趨勢,這可能是由發生于北冰洋的綠萍事件以及在岡瓦納古陸最終破碎之後形成的南極洲環流共同造成的。這種變冷趨勢最終導致了更新世冰期的出現。

古地理

在始新世,各大洲繼續飄移向它們當今所在的位置。

始新世初始,澳大利亞和南極洲仍然相連,同時溫暖的赤道洋流匯入寒冷的南極水域,使得熱量在全球範圍內獲積分配,從而保持全球的較高溫度。但是在4500萬年前,當澳大利亞從南方大陸中分裂出來時,溫暖的赤道洋流開始偏離南極地區,在兩塊大陸之間形成了一個孤立的寒冷水道。南極地區持續變冷,南極水域開始結凍,並向北方輸送冷水和海冰,使寒冷局勢進一步加劇。

北方的超大陸--勞亞大陸也開始分裂,歐洲、格陵蘭島和北美洲相繼從中分裂而出。

在北美洲西部,于始新世開始了造山運動,在平原的抬升過程中形成了諸多巨大的湖泊,並進而沉積形成了綠河岩層。

在歐洲,阿爾卑斯山脈的抬升將特提斯洋的最後殘跡--地中海包圍,從而使特提斯洋最終消失,並形成了另外一個淺海,這個淺海的北部區域分布著一系列的群島。雖然北大西洋正在擴張,但是北美洲和歐洲之間可能仍有陸橋相連,因為兩塊大陸上的動物區系十分相似。

印度次大陸繼續漂離非洲大陸,並開始撞擊亞洲大陸,喜馬拉雅山脈開始形成。

假說認為始新世溫暖的全球氣候是由深埋于大洋底部的甲烷氣水包合物被大量釋放引起的失控的溫室效應造成的。該種包合物本埋于泥層之下,但是受到了大洋升溫的擾動。甲烷的全球變暖潛能(即暖化能力)比二氧化碳高22倍。

地質年代

古生物學家把地球的歷史劃分成不同等級的地質年代。最高一級被稱為"",包括顯生宙和隱生宙。宙之下又分代--太古代、元古代、古生代、中生代和新生代,代之下是紀(比如著名的寒武紀和侏羅紀),紀之下是世。始新世在地質年代體系中位于顯生宙新生代第三紀之下,持續時間約為距今5500萬年前到距今3370萬年前。 從詞源學上講,始新世(Eocene)的意思是"近代生命的黎明"。最開始的時候,它被認為是新生代的起始。後來,進一步的考古發現才顯示,古新世是比它更早的一個時期。從古新世到始新世,無脊椎動物和植物的進化已經基本上完成,形態與今天幾乎沒有太大的差別。這個時期,哺乳動物的進化與繁衍是地球進化的主旋律。 在始新世時,北大西洋板塊的裂縫將北美和歐洲分成了兩部分,南美大陸與南極大陸也不再完全相連。印度和蘇格蘭經歷著造山運動,海平面大幅度上升,海水覆蓋了非洲、澳大利亞和西伯利亞的大部分地區。 當時,地球上的氣候溫暖宜人,熱帶棕櫚植物甚至向北擴張到了倫敦盆地。不過,從當時北半球熱帶和亞熱帶地質特征交相出現的情形來看,那時候這些地區的溫度並沒有當今熱帶地區的溫度高,但降水卻極為充沛。溫暖的氣候為哺乳動物的繁衍生息提供了理想的環境。許多現代哺乳動物都能夠在始新世找到自己進化上的祖先。 在始新世,從遠古的蹄獸類進化出了現代的有蹄類動物,如始祖馬、始祖貘、貘犀等,還包括一些有蹄類動物如王雷獸、恐角獸、爪獸等等。最開始的時候,這些有蹄類動物的體形都非常之小,充其量相當于現代的家犬,但進化到後來,它們中的一些卻變成了塊頭比現代的非洲象還要大幾倍的龐然大物。不過,在始新世過渡到漸新世的過程中,這些遠古巨獸幾乎都滅絕了。 始新世的另一個哺乳動物的龐大家族是嚙齒類動物。從遺留下來的動物化石估算,嚙齒類動物與有蹄類動物一道,佔據了當時地球上哺乳動物群的半數以上。原始的食蟲目動物進化出了近代蝙蝠的祖先,作為現代狐猴和眼睛猴祖先的靈長類動物開始在叢林裏棲息繁衍。在海洋中,出現了第一批水生哺乳動物,如鯨和海牛。在空中,飛翔著同現代的鷹、鵜鶘、鵪鶉和禿鷹幾乎沒有差別的各種鳥類。同時,由于當時的肉食哺乳動物還沒有那麽強的掠食能力,地面上還生活著許多不能飛行的巨型鳥類,它們的身高可以達到兩米以上。 在始新世,非洲大陸和南美大陸四周完全被海水所包圍,這使得它們獨立進化出了一個與歐洲、亞洲和北美都有所不同的生物群。

河馬河馬

下層劃分

始新世經常被分為早期和晚期,或經常被分為早期、中期和晚期。其對應的岩層分別為下始新世岩層、中始新世岩層和上始新世岩層。根據不同的動物的活躍,始新世又可以細分為:

普裏阿邦期 (37.2 ± 0.1 – 33.9 ± 0.1 百萬年)

巴爾頓期 (40.4 ± 0.2 – 37.2 ± 0.1 百萬年)

盧台特期 (48.6 ± 0.2 – 40.4 ± 0.2 百萬年)

伊普雷斯期 (55.8 ± 0.2 – 48.6 ± 0.2 百萬年)

下始新世岩層主要由伊普雷斯階構成,有時還包括盧台特階;上始新世岩層主要由普裏阿邦階構成,有時還包括巴爾頓階;盧台特階巴爾頓階則構成中始新世岩層。

始新世形成的地層稱始新統,位于古新統之上、漸新統之下。1833年,英國的C.萊伊爾根據地層中含現代種屬的百分比,將第三紀分為始新世(1%~5%)、中新世(20%~40%)和上新世(50%~90%)。最初的始新世的下部曾經包括後來被W.P.夏姆珀命名的古新世的那部分;上部則包括後來被E.von貝利希命名為漸新世的那一部分。始新世時,現代哺乳動物的所有門類都已出現,其地層在世界上廣泛分布。

板塊運動板塊運動

在西歐將始新世從老到新劃分為斯巴納階居依西階、留切脫階、巴托尼階和留第階。在北美,從老到新包括華沙溪階、勃裏吉階、猶因他階和杜契斯階。早始新世的動物群實際上就是在古新世的基礎上增加了較新的類型,古老的古新世種屬則逐漸絕滅。始新世的開始以奇蹄類和偶蹄類動物的出現為標志。許多現代鳥類也出現于始新世。始新世時氣候溫暖潮濕,溫帶和亞熱帶森林廣泛分布。

植物

在始新世早期,因為高溫的氣候以及溫暖海洋,所以創造了一個潮濕而溫和環境。除了幹旱的沙漠之外,地表完全被森林所覆蓋。

極地地區的森林面積廣大。在北極地區的埃爾斯米爾島上發現了始新世時期的樹木化石以及儲存至今的樹木,如落羽杉水杉。這些儲存至今的樹木不是化石,而是原先存在于沼澤森林缺氧的水中,並在未及腐爛的情況下被掩埋的實物。即使在那時,埃爾斯米爾島也隻比今天所在的位置低了幾個緯度。另外,在格陵蘭島和阿拉斯加都發現了始新世時期的溫帶森林,甚至是熱帶植被的化石。熱帶雨林則擴展至太平洋西北岸和歐洲地區。

在始新世早期,棕櫚樹分布範圍北及阿拉斯加和北歐地區,不過其後氣候變冷,棕櫚樹在這些地區漸趨衰落。水杉在這一時期也分布廣泛。

在始新世中期開始的氣候變冷,致使到了始新世末期時大陸內部開始變得幹燥,在某些地區,森林分布區域萎縮。此時新發展起來的草原也僅限于河岸和湖畔地區,還未擴展至平原地區和現今的熱帶或亞熱帶大草原地區。

氣候變冷亦導致了季節變化的出現。落葉樹種能夠更好的適應劇烈的溫度變化,于是比之常綠樹種,開始佔有優勢。在始新世末期,落葉林覆蓋了北方大陸的大片區域,包括北美洲、歐亞大陸和北極地區;雨林則隻分布在了赤道和近赤道的南美洲、非洲、印度次大陸和澳大利亞。

在始新世開始之時,南極大陸上還覆蓋著大片的溫帶雨林,乃至是亞熱帶雨林,但是隨著時間流逝,氣候變得越來越寒冷;喜熱的熱帶植被消失了,到漸新世開始之時,這塊大陸上的植被變成了落葉林和廣袤的苔原

動物

始新世物種始新世物種

大量的現代哺乳動物化石最早出現于始新世早期。在始新世開始之初,一些新哺乳動物群到達北美。這些原始的哺乳動物,如偶蹄類動物,奇蹄類動物和靈長類動物,特征是細長的四肢,有抓取物體的能力,可以透過鑒別牙齒來區分它們的食性。小型化是主要發展趨勢,始新世所有新產生的哺乳類動物都是小型的,重量輕于10千克;且基于牙齒尺寸的關系,始新世的哺乳動物的體型隻有原始的古新世哺乳動物的百分之六十。它們的體型也比其後的哺乳類動物小。人們認為始新世時期較高的溫度比較適宜小型哺乳類動物的生存,因為較之大型哺乳類動物,小型哺乳類動物更容易解決散熱的問題。

古新世時期的古老靈長類動物于始新世衰落了,而其生態環境中的許多適當的場所都被更有效的嚙齒類動物所佔據。始新世中期的脊椎動物群不像始新世早期的那般分布在世界各地;因此所形成的隔離狀態,使不同的進化趨勢得以出現在北美和歐洲的有蹄類動物群中。許多現代哺乳類動物的始祖都已經出現,包括蝙蝠、長鼻目動物、靈長目動物、嚙齒類動物和有袋類動物。在北美洲西部、歐洲、巴塔哥尼亞、埃及和東南亞都發現了重要的始新世時期的陸生動物化石;海洋動物化石則在南亞和美國東南部有大量發現。爬行動物,如蟒蛇和海龜的化石也十分豐富。在哥倫比亞發現了如校車般大小的巨蛇殘骸,這種巨蛇在如現今這般溫暖的赤道是無法生存下去的,反駁了之前依據其他證據提出的高溫觀點。

在始新世,植物和海洋動物區系都和現今十分接近。許多現代的鳥類在始新世首次出現。一些科學家相信的第一種靈長目動物出現在5,500萬年前伊普雷斯階時期;但是分子鍾和新的古生物學發現都表明第一種靈長目動物可能出現得更早,大約在9,000萬年前的白堊紀

海洋動物

始新世的海洋溫暖而充滿魚群和其他海洋生物。 出現了:

龍王鯨龍王鯨

最早的真鯊目動物。

早期的海生哺乳動物:包括龍王鯨(早期的一種鯨魚,被認為由一種生活于始新世早期的陸生動物進化而來)、最早的海牛目動物。

長頸鹿科

長頸鹿科(Giraffidae)薩摩麟(Samotherium)與山西獸一樣同屬于古長頸鹿薩摩麟在眼的後部有對角,口鼻部很長,嘴呈圓形;臼齒齒冠很高,適合側邊咀嚼,與牛和羊相似,都適合吃草,因此它應該是生活在開闊的草原上。薩摩麟屬于偶蹄類(Artiodaclyla)的反芻亞目(Ruminantia),反芻亞目包括鼷鹿類、鹿類和洞角類。它們從始新世晚期開始出現,到中新世開始繁盛成為分布最廣、種類和數量最多的有蹄動物

電腦合成始新世生物畫像電腦合成始新世生物畫像

犀亞科

犀亞科(Rhinocerotinae)下分為四類,分別為犀族Rhinoceratini、雙角犀族Dicerorhinini、非洲犀族Dicerotini和板齒犀族Elasmotheriini。這四類都是較晚期的犀牛,生存年代基本都在中新世之後。除了板齒犀族,另外三族均有現存代表。披毛犀Coelodonta antiquitatis屬于雙角犀族Dicerorhinini,雙角犀族的現存代表是蘇門答臘犀Dicerorhinus sumatrensis。

原雷獸屬

原雷獸屬(Protitan)雷獸是一類生活在古近紀始新世的奇蹄類哺乳動物。歸于馬型亞目,單置為雷獸超科。化石主要發現在古北區的亞洲和北美。最早的雷獸類動物是北美洲始新世早期的蘭布達獸(Lambdotherium),我國的雷獸類動物則最早出現于始新世中期的阿山頭期。雷獸類演化至漸新世突然全部滅絕,在它們不算長的歷史中,主流方向是個體體型不斷增大,侏儒雷獸和迷你雷獸除外,一般認為,雷獸的角也是不斷增大的。

懸猴類

懸猴類(Anaptomorphimae)是主要的絕滅眼鏡猴類型。生存的時代為早一晚始新世。分布在美洲的西北部和西歐。有不很特化的臼齒,最後上、下臼齒有高和呈球狀的主尖,北美早始新世的Teronius是了解最多的懸猴類,頭骨上顯示出有較大的大腦半球,位置靠近的大眼眶,短的鼻和膨大的聽泡。從耳區鼓室的結構來看,早第三紀眼鏡猴類不僅包括特化的類型和現生眼鏡猴的祖先類型,而且也有發展到高等靈長類的類型。如產自法國始新統的尼古魯猴(Necrolemur),其形態特征遠遠超出了狐猴階段而接近于猿類,但它不是猿猴的直接祖先。中國晚始新統的黃河猴(Hoanghonius)發現于山西的垣曲盆地。1953年又增加了兩個下頜骨。有些學者認為1930年的材料應置于兔猴類

重大災害

古新世-始新世極熱事件(距今大約5500萬年前)突然爆發了一次比較嚴重的全球變暖事件-導致深海溫度增加約5℃,表層海水溫度增加4~8℃,深海氧氣含量嚴重降低的古新世-始新世極熱事件(Paleocene-Eocene Thermal Maximum, PETM) 。這次全球變暖(global warming)事件導致許多物種的消亡,最為突出的是30~40%深海有孔蟲類的滅亡。

有孔蟲門生物化石有孔蟲門生物化石

漸新世過渡(距今大約3350萬年前)是一次重大全球氣候事件。始新世末氣候異常溫暖,南極洲沒有明顯的冰,但到漸新世,南極洲有了永久冰層。Dupont-Nivet等人分析了來自青藏高原的沉積記錄,發現大氣中含水量有所下降,這種下降引起與南極變冷同時發生的變冷和幹旱化。以前的研究工作將這一現象歸于青藏高原的迅速隆起,但這一新的研究工作表明,青藏高原的區域氣候受全球事件的影響。在另一篇關于同一氣候過渡事件的論文(與前一篇論文無關)中,Zanazzi等人對當時北美的氣候變冷情況進行了探究。他們利用來自化石牙齒和骨頭的穩定同位素測定結果來生成一個代理溫度記錄,發現年平均氣溫降低了8.2℃,這個下降幅度大于海洋中的溫度下降幅度。這一大陸氣候過渡事件也許可解釋為什麽很多冷血爬行動物和兩棲動物滅絕了,而哺乳動物由于能夠調節其體溫卻躲過了一劫。

化石化石

大置換,即物種連續性上的"大斷裂" ,是3,350萬年前歐洲範圍內的一次物種大滅絕,標志著始新世的最後一個階段--普裏阿邦階的結束,此後,亞洲的物種大量遷入歐洲。大置換以大範圍的物種滅絕和小規模、孤立孑遺種群的異地物種形成為標志;這個名稱由瑞士古生物學家漢斯·喬治·斯特林(Hans Georg Stehlin)所取,被用以形容始新世和漸新世交迭期間歐洲地區哺乳類動物的大規模滅絕。而在亞洲發生的類似規模的物種滅絕則被稱為"蒙古重建"(Mongolian Remodelling)。

大置換標志著在亞洲物種大規模遷入之前,歐洲區域性動物區系進化鏈的斷裂。J·J·胡克(J.J.Hooker)及其團隊如此概括這次災難:

"大置換前歐洲的動物區系主要由古獸科動物(馬的遠親)、偶蹄類動物的6個科(無防獸科、劍齒獸科、河豬科、長尾豬科、雙錐齒獸科和疑芻駝科)、嚙齒類動物Pseudosciuridae,以及靈長類動物Omomyidae和Adapidae組成。

"大置換後歐洲的動物區系中包括了一種最早的犀牛(屬犀科)、3個偶蹄動物科(巨豬科、炭獸科和吉洛鹿科,分別于現今的豬、河馬和反芻類動物有親緣關系)、多種嚙齒科動物(如Eomyidae、倉鼠科河狸科)以及無盲腸動物中的刺蝟科動物。而原來的古獸馬(Palaeotherium)、無防獸科動物、劍齒獸科動物和疑芻駝科動物則完全消失了。

"隻有有袋類中的皰負鼠科(Herpetotheriidae)動物、偶蹄類中的新獸科動物以及嚙齒類中的Theridomyidae科動物和睡鼠科動物熬過了這次災難,種群並未衰退。

許多科學家認為大置換並非是由單一的原因造成的,不管這個原因是與初期的極地冰蝕和海平面下降相聯系的氣候變化,還是來自亞洲的物種的競爭。另一個假說是一顆或多顆撞擊向西伯利亞和切薩皮克灣的火流星造成了這次物種大滅絕。與這一事件相關的、發生在之前的一系列全球性事件則進一步證實大置換發生于漸新世最早期,大約比亞洲首批遷徙物種進入歐洲早35萬年。

大置換的變化模型中的一個重要支撐要素是--在大置換中,歐洲地區所有的靈長類動物都滅絕了;但是一種生活于漸新世早期的、大小與鼠類相仿的靈長類動物--海岸潟湖靈長類(omomyid)(這一發現表明在那個時期,小型哺乳類動物更易于生存)的發現,則進一步削弱了這一大置換變化模型。

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