第三章--地球演化历史

第三章地球演化历史Chapter3EvolvinghistoryoftheEarth地球是从哪儿来的？它一开始就是现在这个模样吗？?人们常常思考的一个问题第一节地球形成假说比较公认的假设为：约66亿年前，银河系里发生过一次大爆炸约50亿年前开始，尘埃星云收缩。重的物质向内部集中，轻的物质向外逸散，后来重的物质形成行星地球约46亿年形成如何知道地球的年龄？人类在地球上存在只有200-300万年，如何知道地球的年龄？同位素：1克235U每年有1/7400微克衰变为207Pb，即半衰期为7.1亿年。分析地质绝对年龄的同位素有：87Rb（铷）--87Sr（锶）；235U（铀）--207Pb（铅）；40K（钾）--40Ar（氩）法（半衰期近十亿年）同位素测定法－地球的绝对年龄地球上保存最早的岩石保存最早的是41-42.7个年前位于澳大利亚沙石中的冥古宙的风信子玉矿石片。阿波罗17号登月宇航员1972年12月采集的月岩样品，其年代近似46亿年。地球上的水是如何来的？科学界一直存在着不同的看法第一种看法：原始的地球形成后，小天体不断轰击地球表面，地幔里的熔融岩浆易于上涌喷出，大量的水蒸气、二氧化碳等气体上升到空中并将地球笼罩起来，水蒸气形成云层，产生降雨，并地壳低洼处不断积水，形成了最原始的海洋。第二种看法：海水来自冰慧星雨。这是美国科学家提出的一种新的假说。1987年，科学家从卫星获得高清晰度的照片，发现一些过去从未见到过的黑斑，或“洞穴”。科学家认为，它们是冰慧星造成的。而且初步判断，冰慧星的直径多在20千米。大量的冰慧星进入地球大气层，经过数亿年的时间，地球表面将得到非常多的水，于是就形成今天的海洋。这种理论也有它不足是缺乏海洋在地球形成发育的机理过程，而且这方面的证据也很不充分。火星上陨石坑地球和海洋是如何形成的？只有当太阳系起源问题得到解决了，地球起源问题、地球上的海洋起源问题才能得到真正解决。第二节、地球年代的划分地球的绝对年龄：用同位素测定。地球相对年龄：主要依据于化石。“化石层序律”：生物的进化由低级到高级，在不同时代的地层中含有不同的化石，根据这些化石后也可以推断产出这些化石的地层年代。乳孔藻，志留纪深厚藻，志留纪星叶，石炭纪座延羊齿–石炭纪晚期植物化石巨杉，渐新世菊石，侏罗纪早期叶菊石，侏罗纪早期三叶虫，寒武纪动物化石恐龙蛋，白垩纪始祖鸟，白垩纪标准化石在众多的古生物门类中，有些门类特征显著，演化迅速，在反映地质年代上非常“灵敏”，这种化石被科学家们称作“标准化石”，它们被用作划分时间地层单位时往往起主导作用。如三叶虫只生存在古生代，而且演化明显，在古生代不同时代中都有各具特色的属种代表，是著名的标准化石；非标准化石有些门类则演化非常缓慢，或空间分布的局限性很大，因此在划分和确定地质年代时只能起辅助作用。舌形贝是一种腕足动物，从寒武纪就已出现，在现代海洋中仍十分常见，在几亿年的时间内，这种化石从形态、大小到内部结构，几乎没有显著变化，为非标准化石。地质年代人们以生物演化为依据，建立了能反映地球相对年龄的地质年代表。在这个表上，时间概念依次是宙、代、纪、世、期。地层单位是宇、界、系、统、阶。如寒武纪时形成的地层就被称为寒武系。第三节、不同地质时期生物的组成一、生命的起源与进化海洋起源陨石从宇宙中带来无论如何，生命是从海洋中进化的两种观点?多数人的观点：海水中的含碳物质偶然间发生了一系列的化学反应形成外表由油状膜包住的小的泡状物能够吸收周围的化学物质而复制自身细胞单细胞细菌多细胞生物动物植物微生物1、生命来自于海洋－证据I1970年末以来，潜水器考察了大洋中脊和裂谷，洋底水温高达380℃。热海水与玄武岩发生强烈的化学反应，将岩中的锰、锌、铜和铁淋滤出来，并散逸出大量的气体，其中包括甲烷、硫化氢、氢气。温泉口周围细菌大量繁殖，它们使硫化氢氧化来获取能量。细菌与“管状蠕虫”、贝壳、螃蟹和虾在此共生着。阿尔文号深潜器拍摄的海底世界实验证实，海底到处一片漆黑。因此有人假设，正是由于这些深海环境导致了地球上生命的诞生。阿尔文号神秘的海底世界证据II米勒实验1953美国芝加哥大学研究生米勒，导师Urey原始地球还原性大气中通过闪电能产生有机物CH4NH3H2混合气体1周，共生成20种有机物，其中11种氨基酸中有4种（即甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸）是生物的蛋白质所含有的以后米勒认为，设想原始大气的成分是CH4、N2、微量的NH3和H2O的混合气体更为合理，因为NH3它会溶于海水中。1972年米勒等在上述混合气体中进行火花放电，结果得到35种有机物，其中有10种组成蛋白质的氨基酸，即甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸和苏氨酸。若进行水解，还可生成天冬酰胺和谷氨酰胺。若增加H2S，则可生成甲硫氨酸。在CH4、NH3、H2O和H2S混合气体中进行光解作用，可以找到半胱氨酸。对CH4及其它碳氢化合物在高温下进行热解，可以得到苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。到目前为止，用米勒模拟实验和其它类似实验，已能合成出20种天然氨基酸中的17种；其余三种（赖氨酸、精氨酸和组氨酸）相信在改进技术之后，不久亦能合成。米勒其人斯坦利·米勒(StanleyMiller)1952年秋，已经是芝加哥大学化学系研究生的米勒(23岁)找到尤里，说他想过程此的实验。他只花了两个星期，就得到了令他终身享有盛名的实验结果。1951诺贝尔化学奖得主尤里(HaroldUrey)在一次讲座中提到还原性的地球大气中出现生命的可能性。俄罗斯科学家奥巴林等人早在1920年代就提出了此想法，并且提出生命最早产生于地球上的“原始汤”尤里和米勒1953年2月初向美国《科学》杂志投稿。1953年3月8日《纽约时报》报道说，俄亥俄州立大学科学家进行模拟原始地球大气的放电实验，得到了“十分复杂、难以分析的树脂状物质”。尤里和米勒决定从《科学》撤回论文，改投《美国化学会志》。1953年5月15日，米勒那篇论文终于出现在《科学》2、光合生物的产生及作用大约26亿年前，一些藻类借助一个原始的光合作用系统开始制造氧气。16亿年前，地球上终于产生了具备真正核膜的细胞生物，然后，多细胞生物接踵而至。酵母放线菌在7亿年前，生命形态长到足以用肉眼可以观察到的大小。由于氧气的作用，许多生物有了过剩的能力来产生其它的结构。－带硬壳的生物及脊椎动物出现。寒武纪大暴炸二、化石的形成1、什么是化石？化石：就是指埋藏在地壳中的生物的遗体、遗物或遗迹变成跟石头一样的东西。大多数化石至少有一万年的历史。2、化石的形成过程1）死去与掩埋：死亡后被沉积物或泥沙所掩埋(树脂、冰雪、沥青等)2）变为石头：身体坚硬部分分解或重结晶，新的矿物沉积下来，此过程称之为石化。周围的沉积物也变为坚硬的岩石。常见的交替物质：二氧化硅、方解石、白云石、黄铁矿等。相应的过程就可以叫做：硅化、方解石化、白云石化和黄铁矿化3）回归地表：化石回归地表才能为人们发现3、化石的分类实体化石模铸化石遗迹化石化学化石1）实体化石：是由古生物遗体本身的全部或部分（特别是硬体部分）保存下来而形成的化石。西伯利亚发现的一些保存在冻土里的曾经生存在2万5千年前的第四纪的猛犸象抚顺琥珀里的蚊子5600万年－2300万年前俄罗斯4000万年前的一只蚱猛琥珀里的蜘蛛树叶化石硅化木2）模铸化石：古生物学家把古生物遗体留在岩层或围岩中的印痕和复铸物称为模铸化石。叶子的印痕化石埃迪卡拉玛奥索尼水母一种双壳类石燕—一种腕足动物3）遗迹化石：保留在岩层中的古生物生活时的活动痕迹及其遗物叫做遗迹化石。其中，古生物的遗物又可以成为遗物化石。恐龙脚印古人留下的岩石壁画粪便化石恐龙蛋化石1万年以前古人类遗留下来的器具也称为化石骨器4）化学化石：在某种特定的条件下，组成生物的有机成分分解后形成的氨基酸、脂肪酸等有机物却可以仍然保留在岩层里。这些物质看不见、摸不着，但是却具有一定的有机化学分子结构，足以证明过去生物的存在。因此，科学家就把这类有机物称为化学化石。4、化石存在何处？火成岩：是由熔岩或岩浆形成的，它为结晶岩石，非常坚硬。如花岗岩和玄武岩。变质岩：岩石受压和受热而发生变化，所形成岩石。如大理石的板岩。沉积岩：是一层一层堆积而成的岩石。如石灰岩、沙岩和白垩。化石存在此岩中页岩三、不同地质时期生物的组成1、寒武纪Cambrian：5.7－5.1亿年环境条件：寒武纪时十分温暖，适合各种生物的生长发育。寒武纪时主要是水的世界，已经形成的古陆上全部是秃山和荒漠，而且彼此孤立、分隔，不具备生物繁衍的条件；但海洋中则是生物形成的主要场所。植物：藻类植物繁盛。动物：具有硬壳的不同门类的无脊椎动物如雨后春笋般的出现，这些动物，包括节肢动物、软体动物、腕足动物、古杯动物以及笔石、牙形刺等。寒武纪时海水温暖，含有正常盐分和大量溶解了的碳酸钙，满足了无脊椎动物分泌硬体骨骼的需要，增强了自我保护功能。寒武纪海洋动物水母、三叶虫、古杯动物等水母状生物生态景观昆虫远祖的远祖----抚仙湖虫生态景观澄江动物群浮游双瓣壳节肢动物埃迪卡拉动物群（发现于南澳大利亚的埃迪卡拉山）2、奥陶纪Ordovican：5.1-4.39亿年环境条件：奥陶纪是早古生代海浸最广泛的时期，这为无脊椎动物的进一步发展创造了有利的条件。动物：海生无脊椎动物门类大量出现，在生态习性上也有重要的分异。主要生物种类除三叶虫外，还有笔石、鹦鹉螺、牙形刺动物、腕足类、腹足类等，奥陶纪还出现了原始的鱼类－无颌鱼类。奥陶纪时，无脊椎动物非常繁盛3、志留纪Silurian：4.39－4.01亿年环境条件：志留纪末期的褶皱运动、造山运动－－“加里东运动”(苏格兰)，陆地面积不断扩大。古大西洋关闭，北美板块与俄罗斯板块碰撞对接，形成“劳亚大陆”。中国西部柴达木板块与中朝板块拼合，古祁连海褶皱关闭。其他许多古海洋（如古鸟拉尔海洋、古北亚海洋、古太平洋、原特提斯洋等）都遭到加里东运动不同程度的影响。植物：植物开始由水生向陆生过渡。（裸蕨类和石松类）动物：有颌鱼类的出现是志留纪的重要特征。此时，海洋无脊椎动物发生了重要的更新，繁盛一时的三叶虫逐渐衰退，板足鲎类开始兴起，是当时海洋节肢动物中个体最大的种类。伴随着陆生植物的发展，志留纪晚期还出现了最早的昆虫和蛛形类节肢动物。鲎志留纪景象（珊瑚、海百合、腕足类）4、泥盆纪Devonian：4.09-3.62亿年泥盆纪是地球生物界发生巨大变革的时期，由海洋向陆地大规模进军是这一时期最突出、最重要的生物演化事件。动物：脊椎动物进入飞跃发展时期，各种鱼类空前繁盛，有颌类、甲胄鱼数量和种类增多，因此，泥盆纪常被称为“鱼类时代”。到在泥盆纪晚期，由鱼类进化而来的两栖类登上陆地，标志着脊椎动物开始了脱离水体并最终征服陆地的演化历程。植物：陆生植物裸蕨在陆地上完全站稳了脚根，并且，它们的三支后代石松类、楔叶类和真蕨类开始大发展，到泥盆晚期，出现了许多这类植物构成的成片森林。植物的成功登陆，使荒漠的大陆变成绿洲，标志着植物的发展在泥盆纪进入了新的阶段。另外，泥盆纪中晚期的陆地上还出现了最早的裸子植物，但直到二叠纪晚期它们才成为陆地植物的主角。海生动物：海生无脊椎动物的组成发生了重大变化。古生代早期极为繁盛的三叶虫只剩下少数代表；奥陶纪和志留纪非常繁荣的笔石仅剩下少量的单笔石和树笔石类；菊石正逐渐取代鹦鹉螺类成为软体动物中的主要类群。腕足动物和珊瑚动物有进一步发展。珊瑚则以床板珊瑚和四射珊瑚为主。陆生蕨类植物海洋生物－鱼类、珊瑚5、石炭纪Carboniferous：3.62-2.9亿年石炭纪陆生生物飞跃发展，海生无脊椎动物也有所更新。海生动物：蜓类是石炭纪海生无脊椎动物中最重要的类群，而腕足动物尽管在类群上减少，但数量多，依旧占相当重要地位，头足类则以菊石迅速发展为主。陆生动物：在石炭纪晚期，脊椎动物演化史出现一次飞跃，从此摆脱了对水的依赖，如蜥类。生活在陆上的昆虫，如蟑螂类和蜻蜓类，是石炭纪突然崛起的一类陆生动物。陆生植物：石炭纪的植物以石松类，有节类、真蕨类等为主。晚石炭世早期，植物开始空前繁荣，