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地球科学原理之38 新元古宙、奥陶纪冰期的形成

已有 6607 次阅读 2009-5-21 09:14 |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,冰川期,新元古宙,奥陶纪,地球演化,巨藻,藻类| 地球科学, 冰川期, 冰川的形成, 新元古宙, 新元古宙, 奥陶纪, 奥陶纪

广东海洋大学

廖永岩

(电子信箱:rock6783@126.com

 

1、新元古冰期的形成

因为O2达到现代大气浓度的1/10时,所产生的O3浓度就几乎完全屏蔽了有害的紫外辐射Wayne, 2000。到新元古宙(9-8.5亿年前至寒武纪开始的5.7亿年前),O2含量达现在大气含氧量的6%~10%,所以能允许真核单细胞藻类在海洋表面(水深4.2 m至空气)进行强烈光合作用,旺盛地生长繁殖,引起真核藻类的繁盛。

新元古宙,大约有2-3个冰川期,这和新元古宙以前不一样,冰川期与冰川期之间的间隔缩小。这主要是由于大量的真核细胞进行强烈的光合作用,能在不太长的时间里,使火山喷发和地震产生的CO2在较短的时间内又得以降低而造成的。由于O2浓度的升高,这种反复形成的冰川,引起的生存空间变化,使多细胞生物得以演化产生。

可能冰川形成和消融时形成的去气作用,先弱后强,具有一定的阶段性。至新元古宙最大一次冰川期时,由于绿色植物的生物量已足够大,光合作用已足够强,小规模冰川形成的火山喷发和地震等去气作用,仍然没有光合作用消耗CO2的能力强,所以,温度继续降低,冰川继续增大,从而造成地球历史上最大的一次冰川期。

如果光合作用太强,矿物有机碳沉积作用也太强,冰川作用造成的CO2的增加,永远赶不上光合作用消耗CO2的作用,这将导致一个真正雪球的出现。但是,7-6亿年前多细胞生物的出现,导致6-5.6亿年前多细胞动物的出现,也就是藻类的天敌——植食动物出现郝守刚,2000。由于这时尚没有肉食动物的出现,植食动物没有自已的天敌,植食动物得以大发展。大量的植食动物的繁盛,导致单细胞藻类的急剧下降。由于单细胞藻类的急剧下降,无法维持CO2的平衡,造成CO2的剧增,从而导致这次大冰川的结束。

2奥陶纪冰期的形成

奥陶纪以前冰川作用引起的造山运动,使地球上的陆地得以增加。由于有了大块的(或较多的)陆地,也就有了浅海区域(大陆架)。这就为底栖多细胞藻类的生存准备了条件。同时,单细胞藻类的减少,也为多细胞藻类的生存提供了生态空间。所以,新元古宙之后,红藻等多细胞藻类出现,并引起适应辐射Taylor, 1992

摄食单细胞藻类的动物受藻类大量减少的影响,动物的生存竞争不断加剧。为了释放生存竞争的压力,寻找生存空间,动物就向各个所能找到的生态位扩散。经过不断的变异和演化,就演化出了很多适合不同生态环境的、形态和功能各异的生物。除了有植物食性的动物,也演化出了肉食性的动物。就出现了深海底、浅海底,浅海中,海表(因O2足够多,臭氧遮挡绝大部分紫外线)等不同生态位的五花八门的生物。这也就是所谓的寒武纪生物大爆发。

由于出现了比较完善的生态系统,单细胞藻类的数量得到一定的恢复。红藻等多细胞藻类能生存在较深的海域,躲避紫外线的伤害,继续进行光合作用。经过2亿多年的积累,大气中的O2不断升高,达现代大气的10%以上,CO2逐渐减少。这时,各种大型底栖藻类,尤其是巨藻等大型褐藻得以在浅海区大量繁盛起来,更加剧了CO2的减少Taylor, 1992。当CO2减少至不足以提供足够的温室效应时,表示又一次冰川的形成,也表示又一个冰期的到来。

因为这时的海洋生态系统已相当复杂和完善,奥陶纪冰期不可能有新元古宙时长,规模也不会有新元古宙时大。

当然,奥陶纪冰期虽然较短和规模较小,但除由巨藻引发而形成外,它也可能由其它的底栖藻类引发而形成,所以,奥陶纪冰期(在其前后不远的时间段内),也有可能由几个小冰期共同组成。

随着采食大型底栖藻类的动物——腹足类和海胆类等动物的出现何心一和徐桂荣,1993,这些动物和大型底栖藻类之间,建立了一种生态平衡,也就标志着这一次的冰期的结束。

自从奥陶纪冰期以后,海洋里已没有更高等的能引起冰川形成的植物出现,所以,海洋植物引起的冰川形成,造成冰期的时代,也就宣告结束了。

那么,石炭、二叠纪冰期的又是怎么形成的呢?且听下回分解。

未完,待续。

下回预告地球科学原理之39  石炭、二叠纪冰期的形成

参考文献:

郝守刚,马学平,董熙平,齐文同,张昀. 生命的起源与演化——地球历史中的生命. 北京:高等教育出版社, 2000, 1-242

何心一,徐桂荣. 古生物学教程.  北京:地质出版社,1993(第二版), 89-174

Taylor T. N.著,梅美棠,杜贤铭,李中明译. 化石植物生物学导论. 北京:科学出版社, 1992, 20-418

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

 

(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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