能源、经济、环境-第9章

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的化学进化的完成和生物学进化的开始（张响，1998）。一般认为，化学进化可分为4个层次：无机分子的生成（NH3　；H20　。CH4　。CO　。C02、NO）、生物小分子的合成（氨基酸；糖、单核普酸；A　T　P等高能化合物、脂类等）、生物大分子的合成（多肽、多聚核普酸）和原始细胞的出现。近年来按照将RNA作为生命起源主体与中心的观点，将病毒作为化学进化的第4个层次，似乎也又有一定的合理性。类病毒是具有感染性的RNA分子，一般认为是现存生命的最简单形式，与RNA作为生命起源主体的观点明显吻合。

　　由于有机物可以在很长的一段时间内聚集并且维持其稳定性，生命的化学进化很可能与地球上最早的水圈的形成是在同一时期发生的，或许在地球的液态水圈形成之前，在水蒸汽中就已出现了。地球化学证据表明，化学进化大约发生在太古宙早期，距今3　500…　3　900　M　a年前（W　ashington；　2000）：在南非发现的微化石沉积物显示在3　400　M　a年前地球上就已经有生命存在（Knoll　et　al。　；　　1977）　；有细胞结构的生命至少在3　500　Ma年前就已存在（　Schopf；　　1993）；对碳稳定同位素的分析表明在3800　M　a年前生物的有机合成已经出现（M　ojzsis　etal。，1996；　Rosing；　　1999）　；　1996年M　ojzsis等发现，一种由磷灰石颗粒组成的磷酸钙矿物中嵌有石墨的“包体”，更把生命存在的时间推早到3　870　M　a年　。　想看书来

第六节　　地壳、大气、海洋、气候、生命的变迁史综合
第六节　　地壳、大气、海洋、气候、生命的变迁史综合

　　1　、地壳

　　地壳是有岩石组成的固体外壳，地球固体圈层的最外层，岩石圈的重要组成部分。其底界为莫霍洛维奇不连续面（莫霍面）。整个地壳平均厚度约17千米，其中大陆地壳厚度较大，平均为33千米。高山、高原地区地壳更厚，最高可达70千米；平原、盆地地壳相对较薄。大洋地壳则远比大陆地壳薄，厚度只有几千米。青藏高原是地球上地壳最厚的地方，厚达70千米以上；而靠近赤道的大西洋中部海底山谷中地壳只有千米厚；太平洋马里亚纳群岛东部深海沟的地壳更薄，是地球上地壳最薄的地方。　

　　地壳分为上下两层。上层化学成分以氧、硅、铝为主，平均化学组成与花岗岩相似，称为花岗岩层，亦有人称之为“硅铝层”。此层在海洋底部很薄，尤其是在大洋盆底地区，太平洋中部甚至缺失，是不连续圈层。下层富含硅和镁，平均化学组成与玄武岩相似，称为玄武岩层，所以有人称之为“硅镁层”（另一种说法，整个地壳都是硅铝层，因为地壳下层的铝含量仍超过镁；而地幔上部的岩石部分镁含量极高，所以称为硅镁层）；在大陆和海洋均有分布，是连续圈层。两层以康拉德不连续面隔开。　

　　在地壳中最多的化学元素是氧，它占总重量的；其次是硅，占；以下是铝、铁、钙、钠、钾、镁。丰度最低的是砹和钫，约占1023分之一。上述8种元素占地壳总重量的，其余80多种元素共占。　

　　地壳中各种化学元素平均含量的原子百分数称为原子克拉克值，地壳中原子数最多的化学元素仍然是氧，其次是硅，氢是第三位。　

　　大约99％以上的生物体是由10种含量较多的化学元素构成的，即氧、碳、氢、氮、钙、磷、氯、硫、钾、钠；镁、铁、锰、铜、锌、硼、钼的含量较少；而硅、铝、镍、镓、氟、钽、锶、硒的含量非常少，被称为微量元素。表明人与地壳在化学元素组成上的某种相关性。　

　　
　　2、地壳、海洋、大气、生物综合演化简史

　　（一）太古代（距今约25亿年之前）

　　太古代是地质年代中最古老、历时最长的一个代，即原始地壳以及原始大气圈、水圈、沉积圈和生物的发生、发展的初期阶段。

　　地球刚刚开始时是个高温熔融状态的红色球体，后来重的铁、镍逐渐沉到中心而成为高温固体状的地内核，较轻的高温液体状的铁、镍、硫、硅成了地外核；而更轻的氧化铁、氧化镁、一氧化硅、三氧化铝在下，橄榄石、正辉石在中，上为高温熔融粘滞层，这三个圈形成地幔层，其上部冷却形成地壳。地壳在太平洋最深处只有5km，在青藏高原最厚处却达80km，但它们对于地球半径6371km来说，只能算是薄板而已。地壳形成时喷出大量的水和气，从而形成原始的水圈，当时陆地极少，故地球表面成为蓝色的海洋。

　　地壳刚形成时各地厚度差别不大，仅有少数较厚的地而露出水面，称为陆核，如我国华北、加拿大、澳大利亚、南极洲、非洲的部分地区。露出水而的岩石经风化后就由大变小，最后形成岩屑、砂砾、淤泥并进入海洋而沉积下来，从而形成最早的沉积岩。到了距今25亿年时，分散在各地的陆核可能相撞在一起而第一次形成泛大陆。相撞造成了强烈的地壳运动。目前依据是在河北遵化县发现了陆核相撞而形成的缝合线，以及洋底才有的大片蛇绿岩；当时华北在十几亿年中在海底沉积的13000m厚的地层也发生强烈的褶皱，并形成了今人所见的山西五台山等，故此次运动在我国一般称五台山运动。

　　太古代的地壳运动和岩浆活动既广泛又强烈；火山喷发频繁，故使大气圈和水圈才得以形成。原始海洋的面积可能比现在大，但平均水深则浅得多。现在世界各地蕴藏丰富的海相层状沉积的变质铁锰矿床和岩浆活动形成的金矿等就是在这时期形成的。

　　当时大气中80％是水蒸汽，11％是一氧化碳；5％是硫化氢；1％是氮，其余为二氧化碳、甲烷等，没有氧气，但却适合只有细胞壁和原生质的低等生物—细胞和冬藻的生长和繁衍。海水也是酸性矿化水（后来才逐渐被中和），陆地是灼热的，荒芜的。在某些适宜的浅海环境中，有些无机物质经过化学演化跃变为有机物质（蛋白质和核酸），进而发展为有生命的原核细胞，构成一些形态简单的无真正细胞核的细菌和蓝藻。这只是出现于太古代的后期。

　　总的来说，太古代是原始地理圈的形成阶段，陆地是原始荒漠景观，水域是生命孕育和发源之地。当时地壳与宇宙之间以及和地幔之间的物质能量交换比后来任何时候都强烈得多。

　　（二）元古代（距今25亿—6亿年前）

　　在25亿年前形成第一次泛大陆后，各大陆又逐渐分开，并在陆地周围沉积了巨厚的地层，此时，由于蓝藻的不断光合作用，地球的氧气不断增加，一氧化碳、甲烷、硫化氢等有毒气体逐渐减少，终于在我国首先发现了有细胞壁、原生质和细胞核的有核细胞生物—绿藻等化石，使生物从漫长的原核时代进入了有核时代。

　　在距今约19亿年各个陆核又一次相撞在一起，真是有分有合。碰撞又造成了强烈的地壳运动。以华北为例，相撞使早期沉积的5000多米厚的地层又发生了强烈的褶皱，形成了山西吕梁山等，故而称吕梁运动。华北地核从此进入较稳定时期，并与朝鲜半岛相连而形成华北板块，经过这次运动后，又陆续形成了北美板块、南美板块、华南板块等等，而且各板块迅速分开，使地球的陆地沉积进一步扩大。

　　距今9亿年的元古代晚期，它第三次形成了泛大陆。同样受地幔圈上部高温粘滞层的驱动，各分开的板块又一次聚合、相撞而形成泛大陆，并伴随强烈的造山运动，它在我国突出地表现在华南板块，仅在这里沉积了几千米厚的地层发生强烈褶皱，华南和四川、云南的古陆、福建和浙江的华夏古陆等也在这时形成，我国通常称为晋宁运动。约7亿年前，当时地球全被冰雪所覆盖，是地球上七次大冰期最寒冷的一次，整个地球成了一个白色的球，故有人称此次突变为雪球事件。对此，目前学术界尚有争议。

　　在元古代，大陆性地壳逐渐由小变大，从薄增厚，火山活动相对减少，岩性也从偏基性向偏酸性转化。下元古界有巨厚的碎屑堆积，大有利于强烈的花岗岩化活动及导致大型侵入体的形成。由于大气中CO2浓度降低和水中Ca、Mg离子增多，开始出现有化学沉积的碳酸盐岩。它将直接影响到岩浆过程的演化，导致碱性派生岩的出现。随着大气中游离氧的增加，氧化环境也开始出现了。因而后期有了鲕状赤铁矿和硫酸盐等矿物以及第一批红层建造的产生。生物的出现对环境的影响还不大，所以在元古界无大量的生物化学沉积。元古代末还发现有冰碛岩，这是全球性第一次大冰期的产物。

　　这时原核生物已进化为真核生物，嫌气生物转化为喜氧生物（这个转折点称尤里点，发生于大气中氧含量增至当前大气中氧浓度的千分之一的时候），物种数量也从少增多。这时地球上的植物界第一次得到大发展，出现了数量较多的能进行光合作用与呼吸作用的较原始的低等植物，如绿藻、轮藻、褐藻、红藻等。这些微古生物已可用于地层的划分和对比。在元古代晚期，原始动物也出现了。如澳洲的埃迪卡拉动物群，其中有海绵、水母、节虫、扁虫及软体珊瑚等水生无脊索动物化石。在北美还发现有海绵骨针化石。

　　（三）古生代（距今6亿—亿年前）

　　古生代包括寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪。据研究，6亿—7年亿年之前，大陆经历过多次分合，在元古代末期（晚前寒武纪），各分散陆块曾联合组成泛大陆。寒武纪时泛大陆发生分裂，在南部成为冈瓦纳大陆，北部分为北美、欧洲和亚洲三个大陆，彼此间被前海西海、前加里东海、前乌拉尔海和前特提斯海（前古地中海）所分隔。奥陶纪末开始发生加里东造山运动。至泥盆纪时，前加里东地槽已褶皱成山，古欧洲与北美合成一块大陆。晚石炭纪时经海西运动后，前海西地槽消失了，使欧美大陆与冈瓦纳大陆合并。至晚二叠纪，前乌拉尔海也消失了，亚欧大陆形成，全球又成为一个新的泛大陆。

　　据王荃等的研究（1979年），我国北方的中朝古陆与南方的扬子古陆的性质很不相同，后者与南半球冈瓦纳古陆的许多情况极为相似。他们认为，扬子古陆在早古生代曾是冈瓦纳古陆的一部分，后来分裂并向北漂移，至晚古生代才与中朝古陆碰撞合并在一起，两者之间的秦岭…淮阳山地是个地缝合线。近年来在这里也发现了蛇绿岩套岩层（由蛇纹岩、橄榄岩、辉长岩及枕状基性火山岩等组成的、属于洋壳和地幔喷出的岩层，它是代表大陆缝合线的指示岩层）。我国古地磁的研究也认为，元古代后期，扬子古陆大致位于现在印度洋北部，与北方的中朝古陆远隔重洋。

　　各地质时代的地壳运动和海陆分合，对地理环境带来很大的变化：大陆分裂引起海侵，大陆合并引起海退；对生物演化也有重大的影响。

　　在寒武纪，泛大陆发生分裂并引起海侵，大陆架广布，距今亿年的古生代寒武纪出现生物大爆发。这时地球并没有发生地壳运动，但由于此时地球氧的含量已大增，海水中磷的含量迅速提高等因素，促使地球上发生了生物大爆发。在距今10亿年前后地球上虽已出现了无骨骼、无壳等蠕虫类的多细胞动物，但量很少，化石地点也少。大爆发时，世界各地各个门类的带骨骼、带壳的动物突然大量出现，使海底世界呈现一片欣欣向荣、五彩缤纷的动物世界，它改变地球整个生物而貌。海生无脊索动物空前繁盛，其中以节肢动物的三叶虫占化石总数的60％，腕足类约占30％，其他仅占10％。

　　这时海生植物也有向陆生植物过渡的迹象。如我国寒武系地层中发现的藻煤就是一例。奥陶纪海底广泛扩张，腕足类、角石、笔石、鹦鹉螺和珊瑚等成为世界性的种类。原始的鱼类——无颚鱼（甲胄鱼）也出现了。志留纪除海生动物继续大量发展外，后因地壳运动和环境变化剧烈，海生动物进入了大陆淡水区域，真正的鱼类——有颌鱼和适于岸边生长的具有水分输导组织的维管束植物也诞生了。

　　自泥盆纪以后的晚古生代，大陆趋于合并，海退不断发生，许多海生无脊索动物的居留地消失，它们的种类和数量因而大减。相反，鱼类则全盛起来，陆生植物也日趋繁茂。地球表面从此结束了一片荒漠和无臭氧层的时代。至石炭、二叠纪又成为两栖动物的全盛时期，植物界也从孢子植物发展成为裸子植物。在石炭、二叠纪的各大陆都分布以蕨类为主的大森林，成为地质历史上重要的造煤时期。

　　这一时期发生了地球上5次大灭绝中最大的一次生物灭绝，当时海生