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地球科学原理之39 石炭、二叠纪冰期的形成

已有 8840 次阅读 2009-5-25 22:20 |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,石炭纪,二叠纪,地球演化,蕨类植物| 地球科学, 地球演化, 冰川的形成, 石炭纪, 石炭纪, 二叠纪, 二叠纪

广东海洋大学

廖永岩

(电子信箱:rock6783@126.com

 

当新元古宙冰期之后,由于冰川的造海和造山运动,地球上出现了较多的陆地;奥陶纪晚期冰期的冰川作用,使陆地面积进一步扩大。由于海洋藻类的不断努力,氧气不断增加,大气中出现了较厚的臭氧层;这些,都为生物成功登陆创造了条件。

生物若要登陆成功,它必须适应陆地环境。首先要解决的就是水分的问题,然后要解决的是支撑的问题(因为失去了水的浮力)。

地衣植物虽然作过登陆的尝试,但因为它只是单细胞的蓝藻和细菌菌丝体组成,只是一种单细胞的组合,不具有吸收水平的能力,也没有保持水分的能力,最终以失败告终。

多细胞藻类出现之后,为植物登陆提供了组织上的保证。因为,多细胞的植物就有了细胞进行分工的可能。当它们在陆地上时,至少保水能力比单细胞强:就算表面的细胞因为干燥而死亡,内部的细胞,也能保证这种生物能继续生存。

最早登陆的多细胞植物是苔藓,它们原可能是生存于淡水沼泽的多细胞藻类(主要是绿藻),后因水退,而在陆地生活,从而成为陆地植物。

苔藓植物,只有假根,没有根的分化。 茎叶也分化不明显,多为叶状体,少为茎叶体。虽然成了陆生植物,但它们还不适应陆地的干旱气候,不可能得到大发展,更不可能形成大的森林以引起第一次陆地植物冰期的形成。

另一支上陆的多细胞植物,逐渐演化出了根、茎、叶,也就是出现了根、茎、叶的分化,并出现了较原始的维管组织。这就是蕨类植物。

蕨类植物,因为有了根,解决了吸收水分的问题。蕨类植物有了维管组织,也解决了运输水分和支撑高大个体的问题(使植物能充分展开在空中,便于更大可能地接受阳光,进行强烈的光合作用)。所以,蕨类植物,才是真正的陆生植物。

由于奥陶纪晚期冰期结束后,二氧化碳逐渐增多,气候变得越来越温暖和和潮湿,陆地上的动物相当少(如果陆地没有植物,没有食物,也就不会有动物)。蕨类植物慢慢在陆地上繁盛起来。在泥盆纪(距今4.09~3.62亿年),就形成了蕨类植物的小森林;在石炭纪(距今3.62~2.90亿年),形成了蕨类植物的大森林(宋春青和张振春,1996

由于经过太古宙、元古宙和奥陶纪多次大冰期的冰川作用,陆地面积已相当大,陆地上大片的蕨类植物森林出现,使二氧化碳的浓度逐渐减少(当然,除蕨类植物外,苔藓植物和海洋藻类也有一定的辅助作用)。当二氧化碳浓度减少至不足以维持正常的温室效应时,就造成了主要由陆地植物引起的第一次冰川的形成。

虽然陆地面积远没有海洋面积大;但由蕨类植物造成的冰川,在形成过程中,引起造海和造陆运动,大规模的蕨类植物被埋入地下,形成煤及其它矿物有机物。由于形成煤及其它矿物有机物的过程在陆地上反复进行,大量的有机碳被埋入地下,形成了大规模的二氧化碳向有机碳的转化。最后,终于形成了大规模的冰川,导致冰川期的到来。

这次冰期的规模仅次于新元古宙的大冰期,远比奥陶纪晚期冰期的规模大。由于生物演化和森林大火的发生诱发二氧化碳浓度波动,冰期形成和消融时,会出现一些次一级的波动。

那么,是什么原因造成这次冰期的结束呢?

由于没有捕食动物能完全控制这次冰期的结束,所以,这次冰期只能是靠环境因素来结束。

蕨类植物虽然具有了根、茎、叶的分化,也有了维管束,和苔藓植物比较,已能较好地适应陆地环境。但它维管束较原始,输水能力还不是太强。

更重要的是,它是孢子生殖,还没有形成种子,它的生殖过程还不能离开水。同时,它的叶子保温防寒作用也比较差。所有这些缺点,说明它只能生存在温暖潮湿的环境里。

随着蕨类植物的不断繁衍,大气中的二氧化碳越来越少,气候越来越寒冷。两极及高山上的冰川越来越大,特别是极地冰盖的形成和加厚,引起了四季的形成,并越来越明显。这样,大陆上的环境变得越来越寒冷和越来越干燥。当干燥和寒冷超过蕨类植物所能耐受的范围时,它慢慢从这个星球上消退。最终,蕨类植物时代终于结束了。

只有少量蕨类植物,由于产生了对干燥寒冷环境的适应,得以保留下来:它们要么形成了地下茎,用以度过严寒的冬天;要么形成了角质层,用以保水和抗寒;个体都远比古蕨类植物矮小得多。

大量蕨类植物死亡,被分解者分解,产生大量的二氧化碳。地球上大量动物的呼吸,也产生大量的二氧化碳。更重要的是,由于蕨类植物造成的大冰川,引起剧烈的造海和造山运动,引发大范围的火山和地震爆发,给地球大气补充了大量的二氧化碳。经过一定时期的二氧化碳积累,二氧化碳的温室效应逐渐增强。冰川熔融,气候又变得温暖和潮湿。

由蕨类植物引起的大冰期,也就此宣告结束。

那么,第四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40  第四纪冰期的形成

参考文献:

宋春青,张振春. 地质学基础. 北京:高等教育出版社, 1996, 272-348

 

(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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