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二叠纪以来的古地理变化

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简介

  古生代最后一个纪(第6个纪),约开始于2.9亿年前,结束于2.5亿年前。在这一期间形成的地层称二叠系。1841年英国地质学家在乌拉尔山脉西坡发现一套发育完整,含有化石较多的地层,可以作为二叠纪标准剖面,并依出露地点卡玛河上游的彼尔姆地区命名为Permian系英文Permian即源于俄文的音译中译二叠系是根据二分性明显的德国地方性名称Dyas的意译而来。德国二叠纪地层可明显地分为两部分,下部为红色砂岩,称赤底统(陆相),上部为镁质灰岩,称镁灰岩统(海相)。

  
二叠纪环境复原图
二叠纪是生物界的重要演化时期。海生无脊椎动物中主要门类仍是筳类、珊瑚、腕足类和菊石,但组成成分发生了重要变化。节肢动物的三叶虫只剩下少数代表,腹足类和双壳类有了新的发展。二叠纪末,四射珊瑚、横板珊瑚、筳类、三叶虫全都绝灭;腕足类大大减少,仅存少数类别。

  脊椎动物在二叠纪发展到了一个新阶段。鱼类中的软骨鱼类和硬骨鱼类等有了新发展,软骨鱼类中出现了许多新类型,软骨硬鳞鱼类迅速发展。两栖类进一步繁盛。爬行动物中的杯龙类在二叠纪有了新发展;中龙类游泳于河流或湖泊中,以巴西和南非的中龙为代表;盘龙类见于石炭纪晚期和二叠纪早期;兽孔类则是二叠纪中、晚期和三叠纪的似哺乳爬行动物,世界各地皆有发现。

  早二叠世的植物界面貌与晚二叠世相似,仍以节蕨、石松、真蕨、种子蕨类为主。晚二叠世出现了银杏苏铁本内苏铁松柏类等裸子植物,开始呈现中生带的面貌。

地层特征

  叠纪地层通常采用二分,即分为下统和上统。近年来,有不少学者主张三分,即分为下、中、上三统。

  二叠系海相阶及其标准地点标准地点乌拉尔西坡的二叠系为一套综合有海相、半咸水相和陆相的沉积。下部的阿舍尔阶、萨克马尔阶和亚丁斯克阶的大部为正常海相;其上的空谷阶和卡赞阶为局限的半咸水相,鞑靼阶则全为陆相。为了克服海相层位对比上的困难,有些学者在二叠纪年代地层表的上部层位常采用乌拉尔以外的正常海相阶名,如瓜达卢普阶引自美国 得克萨斯州,卓勒法阶引自亚美尼亚,长兴阶引自中国 浙江。二叠系的海相阶层序大致如表1[二叠系海相阶及其标准地点]。

  
二叠系海相阶及其标准地点
表中二分方案的下、上统界线置于瓜达卢普阶的底部;三分方案的中统通常包括亚丁斯克阶至瓜达卢普阶下部的层位。

  二叠纪的海水大致以欧亚东西向地槽带、环太平洋地槽带以及富兰克林-乌拉尔地槽带为活动中心,向邻近的大陆地区淹覆。以此为基础的沉积作用发生明显分异,存在多种沉积岩类型。这些沉积在时间上明显反映出在背景下的早、晚期分异。早期正常海沉积广泛发育;晚期除多数及其外围部分继续保持海相沉积外,地槽的回反部分及大陆棚区分别转化为局限的咸化、沼泽化或陆相沉积。

  以为主的比较发育的沉积主要分布于冒地槽的浅水部分和北半球的浅水地台,包括西西里、小亚细亚、中东、外高加索、盐岭、中亚、克什米尔东帝汶日本新西兰和北美太平洋侧等地以及属于地台范围的北美、西伯利亚和中国等地。
二叠纪早期生物
以大量和广泛的火山岩系为特征的地层发育于优地槽。最具代表性的地点为:美国得克萨斯州西部、内华达州犹他州;亚洲的天山、内蒙古、滇藏、帕米尔;澳大利亚东、西部盆地,西南非,南美阿根廷等地。

  陆相及煤系沉积多见于东西向地槽系北、南两侧的亚洲、中欧、印度半岛和南半球的多数陆地。

  冰碛岩类发育于新西兰以外的南半球各大陆和印度半岛以及中国西藏南部的二叠纪早期。这些以陆相地层为主的岩系包括冰碛岩在内,称为冈瓦纳相。

演变

  古气候、古构造和古地理 不管南部各大陆及印度半岛在二叠纪时是否联成统一大陆,早二叠世的气温被认为是相当低的,其后才逐渐改变。北半球广泛发育的标示一种温暖、干旱的气候,而南半球广泛的含煤建造则标示一种温湿的气候。二叠纪是造山作用和火山活动广泛分布的时期,归属于海西(华力西)造山运动晚期。北美阿巴拉契亚运动发生于二叠纪末,是二叠纪最强烈的褶皱运动。西部的科迪勒拉优地槽在连续的地壳运动中伴有强烈的火山活动。

  
二叠纪的生物
欧洲的造山作用和火山活动有两期。早期火山活动广泛,晚期趋于沉寂。

  乌拉尔地槽在晚二叠世褶皱隆起,自此欧洲与亚洲陆域融合为一体。中亚及中国北部、西南部地槽带于二叠纪经历了一段复杂的褶皱、变质和广泛而强烈的火山活动,包括花岗岩侵入及中、酸性熔岩与凝灰岩的喷出。

  中国西南陆棚范围内出现大面积的高原玄武岩流及凝灰质沉积。日本亦大致有早、晚两期造山作用。

  二叠纪古地理一个突出的特点是欧亚东西地槽带即特提斯海域的存在。这一长期存在的海洋地带分布于现北纬30°~40°,西自地中海西部向东达印度尼西亚。南面一支沿澳大利亚西海岸延伸到南纬30°;东北面一支与覆盖中国的陆表海相连,与构造复杂的日本地槽相通,向北与乌拉尔地槽相通。特提斯海域环境复杂,包括浅水和深水区,活动区和相对稳定的地区。

  二叠纪末大面积的海退,使世界上大部分地区早二叠世及晚二叠世早期海域退缩殆尽。但中国华南、巴基斯坦和伊朗一带二叠、三叠纪间始终保持海域环境。

生物

  二叠纪的生物,内容丰富,不论是动物或植物都显示出与有一定的演化连续性。

  
二叠纪植物群示意图
二叠纪早期的植物群与晚石炭世相似,以真蕨和种子蕨为主。晚期植物群有较大变化,鳞木类、芦木类、种子蕨、柯达树等趋于衰微或濒于绝灭,代之以较进化或耐旱的裸子植物,松柏类数目大为增加,苏铁类开始发展。这一变化在北方大陆反映较明显,一般被认为这里的中植代始于二叠纪晚期。

  在地理分异上,欧亚大陆和北美为北方植物群,下分安加拉、欧美和华夏3个植物亚群;而南大陆及印度半岛为舌羊齿植物群。无脊椎动物方面

  腕足类继续繁盛,其中长身贝类占优势。软体动物亦为重要组成部分,其中菊石类具有明显生态分异,在相对局限的华南与外高加索等陆棚地区有大的演化辐射,出现不少地方性类型。类、四射珊瑚在早期繁盛,至晚期逐渐衰减而至绝灭。牙形刺与末期相似,是发展缓慢的阶段。苔藓虫类处于衰退期。介形类的速足目渐趋繁盛。三叶虫趋于灭绝。昆虫开始迅速发展,种类增多。

  脊椎动物的重要代表为两栖动物的迷齿类和爬行动物。爬行动物虽然发生在石炭纪,但其首次大量繁盛是发生在二叠纪。爬行动物的杯龙目盘龙目兽孔目3个主要分类在二叠纪时均有存在。它们作为现代爬行类、鸟类和哺乳动物的先祖(或其近亲),相当活跃地生活于南美和前苏联欧洲部分等内陆地区。

  植物界

  欧亚古陆北方植物群大区明显地分为安加拉、欧美和华夏3个亚区,南方冈瓦纳大陆的舌羊齿植物群区则和北方大区相对应。欧美区和华夏区植物群为热带-亚热带产物,安加拉和冈瓦纳区植物群属温带和温带偏凉环境。动物界的腕足类、珊瑚类和类等也有反映暖水和非暖水的地理分区现象,但其分布的边界和气候条件与植物界并不完全一致。这种气候分带和生物地理分区现象,是影响生物演变和发展的主要因素之一。(见彩图[二叠纪植物群示意图])

矿产资源

  二叠纪有丰富的矿产资源,最重要的有岩盐、盐、等。

  
二叠纪灭绝的三叶虫
蒸发岩类主要见于美国西部得克萨斯州、德国的镁灰岩盆地以及荷兰、英国、丹麦波兰等地。岩盐多分布于白俄罗斯、俄罗斯。二叠纪的煤,不论质和量均居重要地位,主要产地有西伯利亚中、北部,中国,印度,澳大利亚,南非,津巴布韦刚果。西半球在此时期无重要煤矿。

  石油天然气主要产于美国的俄克拉何马州和得克萨斯州,俄罗斯的欧洲部分,荷兰和德国等地。

  磷矿见于美国的蒙大拿州爱达荷州怀俄明州等地,俄罗斯乌拉尔山西部,中国东南部的江苏、浙江和福建等地。

  铜矿见于德国的含铜页岩层。中国西南地区亦有与玄武岩关系密切的沉积铜矿。

  锰矿见于中国南方陆表海的浅水含锰硅质岩层中。

大灭绝

  二叠纪末生了有史以来最严重的大灭绝事件,估计地球上有96%的物种灭绝,其中90%的海洋生物和70%的陆地脊椎动物灭绝,。三叶虫、海蝎以及重要珊瑚类群全部消失。陆栖的单弓类群动物和许多爬行类群也灭绝了。这次大灭绝使得占领海洋近3亿年的主要生物从此衰败并消失,让位于新生物种类,生态系统也获得了一次最彻底的更新,为恐龙类等爬行类动物的进化铺平了道路。科学界普遍认为,这一大灭绝是地球历史从古生代向中生代转折的里程碑。其他各次大灭绝所引起的海洋生物种类的下降幅度都不及其1/6,也没有使生物演化进程产生如此重大的转折。

  
后期的环境
科学家认为,在二叠纪曾经发生海平面下降和大陆漂移,这造成了最严重的物种大灭绝。那时,所有的大陆聚集成了一个联合的古陆,富饶的海岸线急剧减少,大陆架也缩小了,生态系统受到了严重的破坏,很多物种的灭绝是因为失去了生存空间。更严重的是,当浅层的大陆架暴露出来后,原先埋藏在海底的有机质被氧化,这个过程消耗了氧气,释放了二氧化碳。大气中氧的含量有可能减少了这对生活在陆地上的动物非常不利。随着气温升高,海平面上升,又使许多陆地生物遭到灭顶之灾,海洋里也成了缺氧地带。地层中大量沉积的富含有机质的页岩是这场灾难的证明。

  这次大灭绝是由气候突变、沙漠范围扩大、火山爆发等一系列原因造成。 陨石撞击游学科学家认为,陨石小行星撞击地球导致了二叠纪末期的生物大灭绝。如果这种撞击达到一定程度,便会在全球产生一股毁灭性的冲击波,引起气候的改变和生物的死亡。最近搜集到的一些证据引起了人们对这种观点的重视。但大多数生物科学家认为这场灭绝是由地球上的自然变化引起的。

  气候的改变

  有些科学家认为,气候的变化是形成这场大灾难的主要原因。因为二叠纪末期形成的岩石显示,当时某些地区气候变冷,在地球两极形成了冰盖。这些巨大的白色冰盖将阳光发射回太空,会进一步降低全球气温,使陆上和海上的生物很难适应。如果再加上海平面下降和火山爆发,这就会成为灭顶之灾。

  大气成分的改变

  有些生物学家认为,生活方式比较活跃积极的动物,如似哺乳类的单弓类动物需要比别的动物更多的氧气,他们可能是因为大气成分的改变而灭绝的。因为二叠纪末期气温的降低会导致海平面的下降。海床的辽阔煤层区就会暴露在外面,释放出大量二氧化碳到大气中,大气中的氧气含量就会相对减少。

  火山活动火山爆发回喷出大量气体和火山尘埃进入大气层。火山灰山团不仅会使动物窒息而死,也有可能遮蔽太阳,使全球气温降低。所以,火山活动也可能是二叠纪末期灭绝事件的原因之一。西伯利亚就曾经发现当时火山猛烈爆发所喷出的物质。

  沙漠的肆虐

  二叠纪的陆块碰撞接壤而形成了庞大的盘古大陆。来自海上的雨水和雾气再也无法探入内陆地区。于是二叠纪的某些区域就越来越干燥火热,致使沙漠范围越来越广,无法适应干旱环境的动物就灭绝了。

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