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原核生物所建造的有机沉积结构)

发布时间:2019-07-09 15:31 来源:未知 编辑:admin

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  叠层石是是由藻类在生命活动过程中,将海水中的钙、镁碳酸盐及其碎屑颗粒粘结、沉淀而形成的一种化石。随着季节的变化、生长沉淀的快慢,形成深浅相间的复杂色层构造,叠层石的色层构造,有纹层状、球状、半球状、柱状、锥状及枝状等。中国叠层石十分丰富,北方中元古界白云岩、白云质灰岩及灰岩中普遍产出;在南方新元古界震且系上部白云质灰岩及桂质内云岩中亦有出产。

  基本层又叫生长层,是构成叠层石体的基本单元。它通常由暗层及亮层两部分组成,藻类生活状况及自然条件的周期变化形成叠层石的原生亮暗层理。

  柱体形态主要受基本层形态的控制,同时受环境影响。根据柱体自上而下直径的变化,柱体形态可以分为两种基本类型。一是圆柱状或次圆柱状柱体,柱体直径自下而上无显著变化。

  研究叠层石的成因必须从研究现代叠层石入手。它们主要是层纹状叠层石,头状的柱叠层石,球状叠层石等。在温泉中还可发现蓝藻所形成的近乎锥状叠层石的构造。

  现代叠层石主要生长于潮间带。生活于水下,但可露出水面。水体可以是正常海水、亦可以是咸化或淡化泻湖。

  ⑤叠层石在生长过程中应迅速得到固结,否则就会垮塌,不能具备形态学特征。

  古代叠层石主要保存于石灰岩、白云岩中。在燧石层、磷块岩、铁矿中,甚至砂岩中也可发现叠层石。

  叠层石命名采用双名法。在分类级别上可使用独特的类(type)、亚类(subtype)、超群(supergroup)、群(group)、型(form)五级分类系统。

  Tungussia Semikhatov(通古斯叠层石) 柱体呈块茎状或不规则假圆柱状,母柱体粗大,从母柱体上长出众多的子柱体(可以是5-10个子柱体)。子柱体可以是斜向生长,也可以横向生长。有时在横向或斜向生长的子柱体又长出向上生长的次一级子柱体、形成屈膝状。基本层为不规则拱形,可具环檐,局部具体壁。主要产出时代为13.5亿年前至5.7亿年前。

  世界上最古老的叠层石发现于非洲南部的(Bulawayo Dolomite)中。同位素年龄为28亿年左右,是层状—层柱状的叠层石。不分叉柱状叠层石开始出现于25-27亿年的地层中,以Conophyton类型为主。分叉的柱状叠层石繁盛于20亿年前到6.8亿年前,以后随着后生动物的繁荣而急剧衰落。中奥陶世以后,多为小型分叉叠层石,一般不形成大块礁体。

  根据Walter(1983)的统计,已知在澳大利亚、北美和南非三个不同大陆的11个地点发现了太古宙的叠层石,其年龄都在25亿年以上。

  最古老的叠层石发现于踞今约28亿年前的南非中。不分叉的叠层石出现在距今25—27亿年前,分叉的柱状叠层石主要繁盛于20亿年前到6亿年前,随后逐渐衰落。现代的叠层石主要分布在北美巴哈马群岛和西澳大利亚沙克湾。我国最著名的叠层石产地是天津蓟县国家地质公园,那里叠层石非常壮观,甚至整座山都是叠层石。我国北方很多地方都分布有中新元古代沉积岩,那里都有可能找到叠层石,如北京的房山区的西部,昌平南口。

  2017年2月 26日,重庆酉阳古生物调查组在酉阳板溪镇附近,发现了面积约1.8平方千米的寒武纪叠层石。据悉,去年10月酉阳后坪乡也曾发现叠层石,而此次发现是重庆境内的第二次发现。

  为解读叠层石中丰富的古环境信息,屈原皋等在北京周口店西南的拴马庄剖面上,选取高程135米,地质

  年代约10亿年前,包含水平状、波状、穹隆状、包菜状、分枝状、柱状、S型等各种形态的叠层石构造,通过实地剖面观测、样品显微镜观测等手段,对其岩性、纹层、形态等进行了详尽的分析。发现叠层石主体岩性为白云岩,所含矿物95%以上是白云石,有少量长石碎屑和石英,在显微镜下可以看到明显的亮暗分层。 研究者通过对S型叠层石样品的综合观察,统计其中300多个纹层的厚度值发现,一个完整的S型叠层石包含纹层至少为470,由此推断该岩石沉积时,一年至少有470天。同时,根据这些纹层周期性的厚度变化,发现相邻两个厚度峰值间隔36到40个纹层,显示当时一个月至少有40天。进行必要的数理统计分析,考虑可能引起误差的相关因素后确定,当时一年的天数至少为516±20,包括12.9±0.5个月,进而在不考虑地球公转周期变化的前提下,算出一天的长度为16.99±0.66小时。最后根据S型叠层石的形态,算出当时的黄赤交角大于现在的23°27’,应为29.2°~30.6°。

  现在科学界普遍认为,由于月球逐渐远离地球和潮汐作用对能量的消耗,地球自转和月球绕地公转的速度,都在不断减慢,地球的黄赤交角也在不断减小,此次的研究结果支持这一总体演变趋势。虽然这一研究已取得初步结论,但叠层石纹层的厚度周期变化具体的形成机制,还有待进一步的深入研究。

  叠层石是藻类繁衍生息形成的生物遗迹岩石。元古代叠层石生长于潮上带潮间带潮下带的滨海地区。元古代藻类——丝体藻主要生活在平坦的沉积碳酸盐岩表面之上10mm的范围内。从元古代的含藻类的燧石切片看,丝体藻像水蛇章鱼一样完全自由、舒展地漂浮在海水溶液中,而不是生活在洞穴中。假如当时叠层石所生活的海洋中有海浪或海流的话,藻类又没有什么可抓扶的地方,必然会被海水冲走。然而叠层石是藻类世世代代在一个固定地方生息形成的,藻类没有被海水冲走,说明藻类生存在静水环境之中。因此说叠层石所生活的海水和海岸是没有海浪和海流的,即使有也非常微弱,且海浪高度应该不超过10cm。海浪微弱说明当地的风力也很微弱,不超过1级。如果海流存在的话,海流会使海水里钙镁离子的浓度达到均一,饱和程度和沉积厚度一致,而元古代地层里碳酸盐岩的厚薄相差极大,因此说海流不存在。

  从世界各地叠层石统计资料来看,叠层石只生成于较纯净的碳酸盐岩中或燧石中,而不会生成于黏土岩碎屑岩中,甚至含泥较多的碳酸盐岩中也没有叠层石。也就是说,叠层石只生存于清洁的海水中,因为有黏土沉积的话,藻类群就会被掩埋掉,这说明黏土没进入海洋中。而黏土没有进入海洋中,需要具备两个条件:一、不能有河流入海(有河流的话,黏土会被带入海洋);二、不能有稍大的风。因此说叠层石存在的地方,必然具备下述4种地理环境特征:1、无风(微风);2、没有海浪或者是微浪;3、没有海流;4、没有河流。也说是说,叠层石能指示上述4种地理环境特征。

  在中上元古代时段,全球七大洲都分布有大量的叠层石,如北非毛里塔尼亚南非、印度、阿富汗;中国的蓟县神农架,都存在大量的叠层石,叠层石几乎无处不在。因此上述4种地理环境特征,在当时是全球普遍存在的。

  根据叠层石的生存环境特征可知,叠层石是生长于静水之中的产物,因此不少学者认为,叠层石生长在泻湖之中。持泻湖观点的认为,在湖的外围有条坝,将泻湖和大洋隔开;坝上只有一个窄小的通道,使潮汐通过,却能将海流和海浪挡在坝外。但是,假设叠层石生长于泻湖中,由于叠层石生长于潮坪地带,也就是泻湖里的海水同大洋一样潮起潮落。泻湖里的潮差应为1m,那么泻湖每天要更换1m深的新鲜水。元古代的叠层石都生长在较浅的地表海里,水深在20m以内,那么泻湖里的水20天就要被更换一遍。

  由于元古代深海里没有燧石沉积和碳酸盐岩沉积,因此大洋里的硅酸和碳酸盐是不饱和的。如果泻湖的水被大洋水快速地更换,泻湖里的硅酸和碳酸盐就不能饱和,因此燧石和碳酸盐在泻湖里就不能沉积下来。这和实际情况是不符的,因此说,认为生长于潮坪地带的叠层石是生长在泻湖里的观点是错误的。由于元古代,全球各地的叠层石基本上都生长于潮坪地带(有潮水的地方),因此,元古代的叠层石都不生长于泻湖内,是生长于大洋的正常的海滨地带,是开放的海,而不是封闭的。

  根据叠层石的指示特性,已知叠层石所处海域没有海浪和海流,元古代的叠层石又都生成于开放海,说明没有海浪从大洋传播过来,也没有海流从大洋流过来。这种现象的解释是:整个大洋是滞流的,大洋的水体近乎于静止,没有像太平洋赤道海流、黑潮、墨西哥湾流这样的海流。由于这些海流是靠赤道信风来推动的,因此推断赤道信风也没有。整个大洋里没有海浪,说明大洋里没有赤道信风、西风带这样的大型风场,也没有高强度的台风。因为这3种风,任何一个存在,都会在大洋里掀起大浪,并传播到大洋的各个角落。

  低纬度地区也是赤道幅合带覆盖的地区,是全球降雨量最多的地区,根据叠层石的指示,在元古代,低纬度地区没有河流。降雨量多的地区尚且如此干旱,其他地区年降雨量就更少了。因此降雨量少是全球普遍存在的,同时证明,赤道幅合带也不存在。

  在海洋里,洋流和渔场是一对密不可分的孪生兄弟,洋流沉降的地方必然是渔场所在地,而且渔场里的海洋生物量同洋流沉降的流量成正比关系。本来海流是在风力的作用下形成的,但在暖流、黑潮或湾流与寒流汇合的地方,由于黑潮像树枝一样分出很多支流,流向四面八方,并有寒流迎面“驶”来,此时海流的

  流向,同风的流向完全不一致,甚至相反,因此说明此时海流的流向,已不受风的控制。这些都证明海流是在元古代之后形成的。

  黑潮和来自北极的寒流在日本的东北部汇合,形成黑潮水域和寒流水域,中间夹着漩涡状的混合水域,黑潮弯曲着向东流去。寒流先潜入混合水域下,然后进入暖流的下层,并同暖流一起向下游流去。由于寒流在暖流的下层,形成极大的温差。巨大温差使寒流温度很快升高,由于寒流的含盐量低,寒流的密度相对于周围水体很快变小、变轻,于是上升到海水表面。寒流水在上升过程中,经过暖流,使暖流温度降低。由于暖流海水含盐量高,于是暖流水密度变大、变重,沉入海底。由于这里海洋生物和鱼特别多,生物的扰动又加速了海水的混合。混合水域中,生物量巨大,包括大量的藻类,藻类释放出大量的氧气,因此,混合水域里300m深处以上的水层里的含氧量极高,平均达到5L氧气/1t海水,这些氧气使海水的密度降低了0.5%,正因如此,寒流才潜入混合水域300m深处的位置,位于含氧量高的水层的底部。

  只有寒流下潜,才能使暖流和寒流在上下层之间进行迅速的垂直混合,使暖流垂直下沉。如果寒流不下潜,和暖流在海洋表面平行并流,要想在水平方向进行混合是不可能的,海流也就无法下沉。而寒流下潜是在海洋藻类释放的氧气的帮助下,使混合水体变轻后才完成的,因此说,海洋生物在海流沉降过程中起着不可缺少的决定性作用。而海流沉降是大洋环流的一个必要环节,因此,没有海洋生物,就没有大洋环流。

  厄尔尼诺现象证明海流和大气环流之间有密不可分的关系,由此可见,生物圈、河流、海流和大气环流相互有机融为一体,构成一个完整的、有机的系统。

  到了7亿年前的震旦纪,出现地史上第一次大范围冰川,说明地表的降雨量增大,地层里的黏土岩和砂岩比例开始增多,并逐渐占据主要比例。因此说明,这时地表的风化能力和搬运能力增加了,即风力增大,河流和海流出现,同时海浪增大。这样的气候和地理环境已不适合叠层石生存,因此说叠层石在7亿年前迅速衰落是由于气候和地理环境变化造成的。

  最近,中科院南京地质古生物研究所、国际志留委员会副主席、中科院院士,博士生导师戎嘉余等专家一行9人,在黔北地区桐梓县进行地质工作考察时,在该县代家沟茅石乡两地发现了4亿多年前由菌藻类形成的水平状叠层石。据称,该“叠层石”系华南地区首次被发现,这也是世界上第五次被发现,在地质史上极具重大意义。

  叠层石”它的主要价值在于:用它来划分、对比某一地区的地层、地理、生物,环境的演变及灭绝规律。它曾被海内外地质学家推崇为世界同一地质时期的“标准层型剖面”、世界罕见的“地质瑰宝”、“大地的史书”。用它雕刻出来的作品具有很高的艺术价值,党和国家领导人曾以叠层石作为馈赠国际友人的高级礼品。

  据介绍,专家组在对桐梓县红花园“全球型”的辅助点——代家沟进行为期一周的野外标本采集后,竟在该县石牛栏组发现了在4亿多年前由菌藻类形成的水平状叠层石。同时,专家组在该县茅石乡也发现了一处。据戎嘉余专家介绍,这是秦岭以南、淮河以西地质的华南地区首次被发现,也是世界上第五处被发现,在地质史上有极其重大的意义。

  叠层石,即蓝藻,是靠光合作用自养的。由于光合作用,这种一度统治了地球的生物产生了大量的氧气。

  而当时地球的海洋里有大量的铁元素。铁被氧化后便从水中分离出来,沉积在海底,经过数百万年形成了如今的各大铁矿 。

  在这些晦暗的石头上,充满了生命,每平方米的岩石上生活着36亿个微生物,它们在释放氧气。花了20亿年的时间,大约40%的地球历史,大气中的氧含量才接近20%。

  海洋中所含的铁并不能阻止氧气浮出海面。在这些铁元素被氧化殆尽后,几乎覆盖了所有海洋浅滩的叠层石一如既往的产生着大量的氧气。当这些氧气破水而出时,地球不再是一颗被火山气体覆盖的星球,而是一支焕然一新的宜居的生命的摇篮。

  可以说是叠层石产生的氧使地球适宜孕育更多的高等生命,它为此后的生物进化扫清了大气无氧的障碍,为生命史的下一章也是更复杂的一章铺平了道路。

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