1.4 地質(zhì)年代

前面的討論，許多內(nèi)容涉及了時(shí)間，而且是長(zhǎng)周期的時(shí)間。而這樣的討論，我們一般是以地質(zhì)年代來敘述的。地質(zhì)年代，不懂的人會(huì)說那是地質(zhì)學(xué)家的事情。稍許懂一些的人會(huì)說，地質(zhì)年代圖（表）里的什么“宙、代、紀(jì)、世、期、時(shí)；宇、界、系、統(tǒng)、階、帶”很讓人覺得麻煩。但是，為了認(rèn)識(shí)和徹底了解我們地球的演化，地質(zhì)年代是我們必須使用而且也很容易使用的一種得力的“工具”。

1.4.1 似乎難懂，但我們一定要搞懂的地質(zhì)年代

地質(zhì)年代是用來描述地球歷史事件的一種特殊的時(shí)間單位，地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、考古學(xué)、生物學(xué)都經(jīng)常采用，通常被分為相對(duì)地質(zhì)年代和絕對(duì)地質(zhì)年代兩種。研究地殼中巖石的層位疊加和巖石里的古生物化石而指明巖石生成的先后順序的方法（見圖1.18），被稱為相對(duì)地質(zhì)年代；按巖石里放射性同位素蛻變產(chǎn)物含量指明巖石生成年代的方法，被稱為絕對(duì)地質(zhì)年代，也可按其方法特點(diǎn)稱其為同位素年齡（年代）。

最早使用地質(zhì)年代這一概念的應(yīng)該是英國(guó)人W.史密斯，他首先提出了化石順序律。他指出：①地層越老，所含生物越簡(jiǎn)單，反之亦然；②不同時(shí)代的地層有不同的化石組合?；褪锹癫卦诔练e物中的古代生物的遺體和遺跡，例如動(dòng)、植物的骨、牙、根、莖、葉等，動(dòng)物的足跡、糞便、蛋，等等。

在他之前，丹麥的地質(zhì)學(xué)家，被譽(yù)為“地層學(xué)之父”的尼古拉斯·斯坦諾發(fā)現(xiàn)了地層分布的3大規(guī)律。

（1）地層層序律

①疊置原理：下老上新；②原始水平原理：原始的沉積均為水平或近于水平；③原始側(cè)向連續(xù)原理：沿水平方向逐漸消失或過渡到其他成分。

（2）切割律

新的侵入巖切割老的侵入巖。

（3）生物層序律

各分層的動(dòng)植物化石，越靠上層離我們時(shí)間就越近。

這樣的一些原理為地球演化、地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)的研究提供了一個(gè)順序性的分類。但是，它的缺點(diǎn)是只能確定事件發(fā)生的先后順序，不能給出事件距離我們發(fā)生的具體時(shí)間。直到20世紀(jì)40年代，放射性同位素技術(shù)的應(yīng)用才解決了這個(gè)難題。

所以，地質(zhì)年代也被分為“古老”的方法（相對(duì)地質(zhì)年代）——只給出事件發(fā)生的先后順序和“新時(shí)期”的方法——同位素測(cè)定時(shí)間（絕對(duì)地質(zhì)年代）兩種。

1.4.2 相對(duì)地質(zhì)年代和絕對(duì)地質(zhì)年代

1．相對(duì)地質(zhì)年代

確定事件的相對(duì)地質(zhì)年代，需要研究地層、巖石的形成和演變，以及涉及事件的古生物和古地磁的現(xiàn)象等。依據(jù)地層層序律，先形成的巖層位于下面，后形成的巖層位于上面，這可以判定巖層形成的早晚；一些具有特殊性的巖石或礦產(chǎn)的巖層，可作為確定相對(duì)地質(zhì)年代的標(biāo)志，如條帶狀磁鐵石英巖只形成于太古宙至元古宙；生物地層法利用化石來鑒定地層時(shí)代，生物界的演化由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由低級(jí)到高級(jí)，具有不可逆性和階段性，在同一時(shí)期生物界大體具有全球一致性，因此化石是確定相對(duì)地質(zhì)年代的重要手段；古地磁法利用地磁極性正常和倒轉(zhuǎn)的交替編制地磁極性年代表，可確定相對(duì)地質(zhì)年代。

2．絕對(duì)地質(zhì)年代學(xué)

絕對(duì)地質(zhì)年代學(xué)又稱同位素地質(zhì)年代學(xué)。當(dāng)巖漿冷凝，礦物、巖石結(jié)晶或重結(jié)晶時(shí)，放射性元素以某些形式進(jìn)入礦物或巖石并被封閉起來。在封閉體系中，放射性母體或子體同位素持續(xù)衰變和積累。只要準(zhǔn)確地測(cè)定礦物和巖石中放射性母體和子體的含量，即可根據(jù)放射性衰變定律計(jì)算出巖石和礦物的年齡。

運(yùn)用這種方法的前提是：母體元素的衰變常數(shù)已被準(zhǔn)確測(cè)定；衰變最終子體產(chǎn)物是穩(wěn)定的；已知放射性母體和子體元素同位素組成及相對(duì)豐度；有精確測(cè)定母體和子體同位素的分析技術(shù)；巖石、礦物形成后始終保持封閉的系統(tǒng)。

在研究地球演化的過程中，同位素地質(zhì)年代的測(cè)量具有很重要的作用。比如，我們對(duì)地殼中最古老的巖石的年齡進(jìn)行測(cè)量（見圖1.19）。南美洲圭亞那的古老角閃巖的年齡為（41.30±1.7）億年、格陵蘭的古老片麻巖的年齡為36億～40億年、非洲阿扎尼亞的片麻巖的年齡為（38.7±1.1）億年，等等，這些都說明地球的真正年齡應(yīng)在40億年以上。然而，人們通過對(duì)地球上所發(fā)現(xiàn)的各種隕石的年齡測(cè)定驚奇地發(fā)現(xiàn)，各種隕石（無論是石隕石還是鐵隕石，無論它們是何時(shí)落到地球上的）都具有大致相同的年齡，均在46億年左右。從太陽(yáng)系內(nèi)天體形成的統(tǒng)一性考慮，地球的年齡應(yīng)與隕石相同，而且取自月球表面的巖石的年齡測(cè)定結(jié)果顯示其年齡值在31億～46億之間。這就間接地驗(yàn)證了小行星對(duì)類地行星的“大轟炸”應(yīng)該發(fā)生在地球形成球體的初期，也就是距今40億年左右。而當(dāng)時(shí)的地球是一個(gè)溫度很高的、熾熱的熔融體。

1.4.3 地球演變和地質(zhì)年代表（圖）

對(duì)于地殼上不同時(shí)期的巖石和地層，地質(zhì)時(shí)間的表述單位為：宙、代、紀(jì)、世、期、時(shí)；地層時(shí)間的表述單位為：宇、界、系、統(tǒng)、階、帶。地質(zhì)年代表主要應(yīng)用于地質(zhì)學(xué)和考古學(xué)的研究。地球演變的過程如果利用地質(zhì)年代表來表述，那只能是畫上粗粗的幾筆而已。不過，也能夠幫我們粗略地梳理一下地球演變的脈絡(luò)（見表1.1）。

我們也可以把球體地球的成長(zhǎng)簡(jiǎn)述為以下5個(gè)時(shí)期。

1．地球的天文時(shí)期

距今50億～60億年以前，一團(tuán)星云開始集中，在引力收縮的過程中，這團(tuán)星云的大部分物質(zhì)進(jìn)入中心，形成原始太陽(yáng)，開始有了形體，并開始發(fā)光。

距今47億年前開始，大大小小的星子集聚而形成現(xiàn)代地球的球體，叫原地球。原地球在月亮、引力收縮和內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生熱的作用下，不斷受熱，當(dāng)原地球內(nèi)部的溫度達(dá)到足以使鐵、鎳等元素熔融時(shí)，鐵、鎳等元素迅速向地心集中，在46億～40億年前左右形成地核和地幔，地殼初步分層。原始地殼比較薄弱，而地球內(nèi)部溫度又很高，因此火山頻繁活動(dòng)，從火山噴出的許多氣體構(gòu)成了原始大氣，如CH4、NH3、H2、H2O（水蒸氣）、H2S、HCH等，但無游離的氧（現(xiàn)在大氣中的氧是光合生物藍(lán)藻和綠色植物出現(xiàn)后長(zhǎng)期積累起來的）。

這一時(shí)期大約持續(xù)了15億年，也就是到距今30億年時(shí)基本結(jié)束。一般認(rèn)為，大約在35億年前，地球上形成了具有新陳代謝和自我繁殖能力的原始生命體。這是生物界的第一階段，原始階段。

2．地球的球體時(shí)期

從距今30億年左右到距今5.7億年這段時(shí)間，地球進(jìn)入了成型的球體時(shí)期，此時(shí)對(duì)應(yīng)于地質(zhì)年代的前古生代。

地球進(jìn)入球體時(shí)期是以最早出現(xiàn)小塊陸核作為標(biāo)志的，后來的大陸就是由陸核逐漸擴(kuò)大而形成的。地球上發(fā)現(xiàn)的有確鑿證據(jù)的小塊穩(wěn)定陸核形成于距今28億年前，地點(diǎn)在非洲南部。直到距今25億年前，各大陸內(nèi)相繼形成若干個(gè)小塊穩(wěn)定陸地（見圖1.20）。后來在距今17億年左右，地球經(jīng)歷了一次最有意義的穩(wěn)定大陸形成事件，穩(wěn)定大陸的面積在相對(duì)比較短的歷史階段里大大增加，大陸差不多接近了它現(xiàn)在的規(guī)模。但形成的大陸巖石圈（也稱原地臺(tái)）還比較薄弱，保留有相當(dāng)?shù)幕顒?dòng)性，沒有達(dá)到真正的穩(wěn)定。

從原地臺(tái)到地臺(tái)的轉(zhuǎn)變時(shí)期是從距今17億年到距今14億年左右，根據(jù)科學(xué)家對(duì)資料的研究分析來看，原地臺(tái)曾多次被來自地球內(nèi)部的力量所打碎，又不斷被下面涌上來的巖漿物質(zhì)所膠結(jié)，變得越來越厚，越來越穩(wěn)定，因此，距今14億年左右是穩(wěn)定大陸的最終形成時(shí)期，地球巖石圈的演變進(jìn)入了一個(gè)新的階段。在此時(shí)期，生物界的發(fā)展進(jìn)入第二階段，即原核細(xì)胞階段。

3．地球的古陸時(shí)期（古生代時(shí)期）

古陸時(shí)期是從距今大約5.7億年到距今2.3億年間。這3.4億年時(shí)間是最古老生命的時(shí)代，地球到這個(gè)時(shí)期已經(jīng)歷了幾十億年的演變。大氣圈、水圈、巖石圈的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)跟今天地球情況差不多。

從寒武紀(jì)開始（5.4億年前），地臺(tái)經(jīng)過長(zhǎng)期風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)等外力作用，地球表面高低差異減少（由于平夷作用），低洼區(qū)域?qū)以夂Ｋ瑴\海面積不斷擴(kuò)大。此時(shí)期是地球上最早出現(xiàn)可利用的煤的時(shí)期，如我國(guó)南方的一種煤——石煤，就是由生活在濱海、淺海的海生植物遺體大量聚集石化而形成的。到了至今4.4億年前，地臺(tái)周圍和地臺(tái)之間的地槽區(qū)發(fā)生了加里東（英國(guó)的一個(gè)山名）運(yùn)動(dòng)的大變動(dòng)，延續(xù)時(shí)間為幾百萬年。原來低平的地區(qū)重新被抬高，簡(jiǎn)單的地貌復(fù)雜起來。經(jīng)過這場(chǎng)變動(dòng)之后，有的地方發(fā)生了傾斜、褶皺，有的地方發(fā)生了斷裂，大陸總面積擴(kuò)大。隨著平夷作用的又一次進(jìn)行，地球地勢(shì)又逐漸趨向平緩，太平洋若干地區(qū)重新發(fā)生海浸，距今3.5億年前，海浸規(guī)模達(dá)到最大。在此之后，強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使地槽里的沉積巖和火山巖層產(chǎn)生劇烈的褶皺，轉(zhuǎn)化成褶皺山系。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)此起彼伏，一直延續(xù)了近1億年才完成，這個(gè)運(yùn)動(dòng)叫海西（阿爾卑斯山脈中的海西山）運(yùn)動(dòng)。

海西運(yùn)動(dòng)使位于歐洲和非洲之間的地槽，東歐地臺(tái)和西伯利亞地臺(tái)之間的烏拉爾地槽，西伯利亞、中亞、中國(guó)地臺(tái)之間的廣大地槽區(qū)，北美東緣的阿巴拉契亞地槽都轉(zhuǎn)化成褶皺山系，海水退出，使歐亞大陸連成一片。全球大陸塊達(dá)到了最大程度的相互接近，這就形成了全球統(tǒng)一的大陸——泛古大陸，大陸總面積已經(jīng)跟今天地球上的大陸總面積相差無幾了。

在前古生代末期，植物和動(dòng)物已經(jīng)分化。

4．地球的板塊時(shí)期（中生代時(shí)期）

這一時(shí)期從距今2.3億年起到距今6700萬年前，延續(xù)時(shí)間大約1.6億年。

板塊時(shí)期開始以后，泛古大陸逐步解體（見圖1.21），各個(gè)陸塊漸漸趨向于漂移到現(xiàn)代所處的位置，巖石圈又經(jīng)歷了一系列重要的變動(dòng)。在北美、南美之間和歐亞、非洲之間發(fā)生了分裂，在南部的幾個(gè)陸塊之間也發(fā)生了分裂，開始互相移開。到了1.6億年前，各個(gè)陸塊進(jìn)一步分裂，在北美和歐亞大陸之間，南美和非洲之間產(chǎn)生了一條大體上是南北方向的巨大裂隙，陸塊向兩邊移開，海水浸進(jìn)去，這就是大西洋的雛形；又過了7000萬年，到了白堊紀(jì)晚期，情況又進(jìn)一步變化，各大陸繼續(xù)互相移開，最顯著的是南美和非洲之間的距離加大，也就是說南大西洋有了明顯的擴(kuò)張。

5．地球的造山時(shí)期（新生代時(shí)期）

這是地球歷史時(shí)期中最新的一個(gè)時(shí)代，包括現(xiàn)代在內(nèi)整個(gè)新生代大約為6700萬年，由第三紀(jì)和第四紀(jì)組成。

雖然新生代的延續(xù)時(shí)間相對(duì)較短，但就在這個(gè)時(shí)期，地球表面海陸分布、氣候狀況、生物界面貌等逐漸演變到現(xiàn)代的樣子。

新生代時(shí)期最突出的事件是非洲跟歐洲的接近和印巴次大陸跟亞洲的相撞，其結(jié)果使一部分巖石圈上層物質(zhì)互相推擠，形成了橫亙于南北半球之間，綿延幾乎達(dá)到地球半周的最雄偉的山系和高原，它西起非洲北部的阿特拉斯山，經(jīng)南歐的阿爾卑斯山，東延至喀爾巴阡山，接高加索山、土耳其和伊朗的高原和山地、帕米爾高原和山地，向東就是世界屋脊喜馬拉雅山和青藏高原，再向東南延伸，中南半島和印度尼西亞諸島的山脈也都跟它相連。這就是阿爾卑斯山造山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅山造山運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。

太平洋跟周邊大陸的相互擠壓作用也使大陸邊緣的構(gòu)造帶持續(xù)發(fā)生了強(qiáng)烈的變形和巖漿作用，并且伴有強(qiáng)烈的地震活動(dòng)，這些作用一直到現(xiàn)代還在進(jìn)行。連同被各個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期的運(yùn)動(dòng)所形成的斷裂切割而成的大大小小的斷塊，在大陸邊緣各種作用和巖石圈物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的影響之下，持續(xù)發(fā)生著互相推擠、拉開或相對(duì)升降作用，以此形成了山地、高原、盆地和平原。

這一時(shí)期也是動(dòng)物、植物，特別是人類大繁榮的時(shí)期。