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地球科学原理之37 新元古宙以前冰川期的形成

已有 5802 次阅读 2009-5-18 20:33 |个人分类:地球科学|系统分类:科研笔记|关键词:地球科学,冰川的形成,二氧化碳,太古宙,元古宙,单细胞生物,原核生物| 地球科学, 二氧化碳, 冰川的形成, 太古宙, 元古宙

广东海洋大学

廖永岩

(电子信箱:rock6783@126.com

 

新元古宙(9-8亿年前)前有几个冰川期?由于相关地质资料的缺乏,这仍是一个有待进一步研究的问题。目前知道的只有它们大约是29-27亿年前和24-23亿年前的冰川韩吟文和马振东,2003

通过前面的冰川的地质作用分析可知,冰川活动能引起地质构造运动(如造山运动和造海运动),就有火山喷发和地震MeGuire, 1992; Zielinski, et. al., 1996。根据地质史上构造运动、火山喷发和地震资料看,整个太古宙地壳运动、岩浆活动具有明显的阶段性:距今35亿年前西北利亚地盾的萨姆运动(Saamian),30亿年前非洲中南部的达荷美运动(Dahomeyan,中国称为迁西运动)24-26亿年前北美地盾的基诺尔运动(Kenoran,为太古宙最强烈、影响范围最大,中国称为阜平运动)

元古宙的地壳运动有20-19亿年前的哈德逊(Hudsonian)运动(欧洲称卡累利运动,中国称吕梁运动)。中元古宙末的昆阳运动何锡麟,1997

虽然资料还很不完善,但可以初步估计,新元古宙前的太古宙和中、早元古宙,可能有5个冰川期:大约是35亿年前、29-27亿年前、24-23亿年前、19-17亿年前、14-12亿年前的冰川期。

最先出现在地球上的生物可能是异养细菌,这些原核生物主要以分解原始海洋里的有机物而生存。它们将高分子的碳水化合物、脂肪和蛋白质分解为低级脂肪酸等物质陈明耀,1995。然后是光合细菌类生物,它们利用光能,以有机物、硫化氢和硫代硫代酸钠为还原CO2的供氢体,合成有机物陈明耀,1995。自从生物在地球上开始出现,至大约35亿年前,由于以上的生物非放氧光合成作用,使大气中的CO2浓度降低。以上生物的光合成作用,和风化作用一道,引起pH值上升Berner, et. al., 1983; Hoffman, et. al., 1998。当pH>pHCO2 (pHCO2为水体中所有的HCO3-H+中和时的pH),就会造成大量CO2溶于海洋,这将导致大气CO2浓度急剧下降,使温室效应降低,引起冰川的形成。虽然这次形成的冰川规模可能很小,但由于地壳刚形成不久,地球的流体性相当强,较小的冰川形成和消融,也会导致强烈的地质活动,引发火山喷发和地震MeGuire, 1992; Zielinski, et. al., 1996

35亿年前的生物,主要以有机物、硫化氢和硫代硫代酸钠为还原CO2的供氢体,合成有机物而生存。一旦这类供氢体消耗殆尽,这类生物将急剧减少。同时,降温作用,也是造成这类生物减少的一个原因。

所以,当这类生物消耗CO2的能力小于地球的去气作用产生CO2的能力时,降温作用将停止,温度将上升,导致这次冰川期的结束。

由于光合成不放氧生物的死亡,为蓝藻类放氧光合作用生物提供了生态空间,使它们得以出现。

29-27亿年前和24-23亿年前的冰川,主要是由蓝藻类光合放氧生物(绿色植物)繁盛引起的。由于降温和冰川作用,使它们的生存空间减少,它们消耗CO2能力小于火山喷发和地震类地球去气作用而宣告这两次冰川的结束。

因为24-23亿年前的冰川形成时,O2的积累增加,生物生存的空间增大,单位体积水体的生物量增大,光合作用也增强。所以,这次冰川期的温度最低,是太古宙以来最大的一次冰川期。

有氧呼吸代谢的生命体,所需的最低限度的O2浓度大约为现代大气O2浓度的1%20亿年前左右,经过蓝藻十几亿年的努力,将大气氧含量升到现在大气氧含量的1%。这个程度的氧含量,可以形成比较薄的臭氧层,可以屏蔽250nm的全部紫外线,只要水深至4.2 m,还能屏蔽320 nm的全部紫外线。换句话说,生物只要在4.2 m以下的水里,就能免受紫外线的伤害Wayne, 2000 

由于含氧量的增加,真核细胞得以演化出来。同时,由于这次较大冰期的作用,导致原核生物的衰弱,也为真核细胞的出现创造了生存空间。

19-17亿年前和14-12亿年前的冰川期,是由蓝藻和真核细胞共同作用造成的,也是由于冰川期温度下降而缩小它们的生存空间,减弱光合作用,使光合作用消耗CO2能力小于火山喷发和地震等去气作用而结束。

那地球上曾经最大规模的新元古宙及奥陶纪冰期又是怎么形成的?且听下回分解。

未完,待续。

下回预告地球科学原理之38  新元古宙、奥陶纪冰期的形成

参考文献:

陈明耀. 生物饵料培养. 中国学业出版社. 北京:1995, 3-92

韩吟文,马振东. 地球化学.北京:地质出版社, 2003, 303-370

何锡麟. 地史学简明教程. 北京:煤炭工业出版社, 1997, 53-266

Berner R A et al. The carbonate silicate geochemical cycle and its effect on atmospheric CO2 over the past 100 million years. American Jour Science, 1983, 283: 641-683

Hoffman P F. The break-up of Rocinia, birth of Gondwana, true polar wander and the snowball Earth[J]. Journal of African Earth Science, 1998, 28: 17-33

MeGuire W J. Changing sea levels and erupting volcanoes: cause and effectGeology Today, 1992, 7: 141-144

Wayne R P. Chemistry of Atmospheres(third edition). Oxford University Press. 2000.

Zielinski G A, Mayewski P A, Meeker L D, et al. A 110,000 yr record of explosive volcanism from the GISP2(Greenland) ice core. Quaternary Research, 1996, 45: 109-118

 

(注:本“地球科学原理”系列,是根据廖永岩著,海洋出版社(20075月)出版的《地球科学原理》一书改编而来,转载者请署明出处,请不要用于商业用途

 



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