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  • 新太古代

    新太古代早期出现了地球形成以来的第一次冰河期,并延续5亿年,也就是28~23亿年之间。塔里木西南缘新太古代变质辉长岩脉的发现,证实塔里木西南缘存在太古宙古陆核,提供了华北克拉通新太古代古陆核裂懈的岩浆活动记录。

    编辑摘要

    目录

    概述/新太古代 编辑

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    新太古代是太古宙的最后一个代,前一个是中太古代,后一个是元古宙的古元古代.新太古宙的年代大约在28~25亿年之间, 新太古代早期出现了地球形成以来的第一次冰河期,并延续5亿年,也就是28~23亿年之间。遵化新太古代蛇绿混杂岩中的地幔岩显微构造以粗粒镶嵌构造为主,矿物颗粒多以弧形边界紧密镶嵌,部分岩石出现粒间熔体。橄榄石出现残斑构造、动态重结晶和拉长变形,铬铁矿出现典型的高温拉分构造,表现出活跃的动态恢复、粒间滑移和扩散蠕变,显示出大洋上地幔高温条件下塑性流变的特征,是大洋板块侧向扩张的深部表现。遵化蛇绿岩的地幔岩除了具有强烈的构造变形之外,部分豆荚状铬铁矿保留有豆状、豆壳状等岩浆结构和构造,并且有未变形的纯橄岩和辉石岩侵入,说明位于一个岩浆较强烈活动的位置。高温塑性侧向剪切变形和强烈的岩浆活动表明遵化蛇绿岩形成于快速扩张的洋脊,类似阿曼蛇绿岩。遵化蛇绿岩的围岩出现石英条带、核幔构造动态重结晶和云母鱼等显微构造变形,对应着蛇绿岩侵位到陆壳之后,从中部地壳向上地壳抬升的构造运动过程。[1]

    考察记录/新太古代 编辑

    新太古代——考察人员新太古代——考察人员

    太古代离我们久远,是地质发展史中最古老的时期,延续时间长达15亿年,是地球演化史中具有明确地质记录的最初阶段。由于年代久远,太古代的保存下来的地质纪录非常破碎、零散。但是,太古代又是地球演化的关键时期,地球的岩石圈、水圈、大气圈和生命的形成都发生在这一重要而又漫长的时期,大约39亿年前,地球形成最初的永久地壳,至35亿年前大气圈、海水开始形成。

    在太古代的最初期,地球上尚无生命出现。生命元素,如C,H,O,N等在强烈的宇宙射线、雷电轰击下首先形成简单有机分子,后发展为复杂有机分子,再形成准生命的凝聚体,进而由凝聚体进化成原始生命。在距今约33亿年前,形成了地球上最古老的沉积岩,大气圈中已含有一定的二氧化碳,并出现了最早的、与生物活动相关的叠层石;到 31亿年前,地球上开始出现比较原始的藻类和细菌。在29亿年前,地球上出现了大量蓝绿藻形成叠层石,这表明这一时期地球上已经出现了游离氧以及行光合作用的原核生物。

    生物进化/新太古代 编辑

    新太古代——相关考察人员新太古代——相关考察人员

    在新太古代时期,占据地球上的全部生态系统的原核生物向着更高级、更适应生存、现代生物等方面发展,在这占据了地球近三亿年时间的,地球上可能经历了最早的对地球生物产生影响的一次大冰期。
      
    大冰期的成因
    大冰期的成因,有各种不同说法,但许多研究者认为可能与太阳系在银河系的运行周期有关。有的认为太阳运行到近银心点区段时的光度最小,使行星变冷而形成地球上的大冰期;有的认为银河系中物质分布不均,太阳通过星际物质密度较大的地段时,降低了太阳的辐射能量而形成地球上的大冰期。

     “冰川是气候的产物”,这是冰川学界的流行说法。那么,气候又是什么的产物呢?笔者的说法是“气候变化是地球系统的变化在大气圈中的反映”。冰冻圈是地球系统的一部分,所以我们可以说“气候的一部分是冰川的产物”。当然,气候的主要部分应该是地圈(包括壳、幔、核)的产物,因为地圈占地球系统总质量的99.9%。冰川与气候的关系紧密,它们同时受地圈变化的制约,我们甚至可以说“冰川和气候同是地圈变化的产物”。地圈的变化又受宇宙因素的制约,笔者经过长期研究,提出如下观点:宇宙磁场与地核磁流体的电磁耦合作用,可能是地球表层各系统变化的根本原因,也是冰川与气候变化的根本原因。

    1、大冰期与银地磁耦合
    在地球的46亿年历史中,一般公认曾出现过7次大冰期,关于其成因很多学者提出多种假说,但均不能令人信服。最近笔者提出:当银河系旋臂磁极与地球磁极同向,且相互作用时间在40Ma以上者,将出现大冰期。

    地磁极性的倒转存在着3亿年的长周期。一个银河年的长度从20亿年前的4亿年逐渐缩短,到最近一个银河年其时间长度仅约2亿年。现在太阳系正经过银河系的一个旋臂,其磁极方向为正(与现代地磁极相同)。将银河系两个旋臂(它们的磁极性刚好相反)经过地球的时间与地磁场倒转的时间标在图1上,可见当银河旋臂与地磁极性方向相同,且同号时间维持在40Ma以上者。近40亿年来共出现过8次(表1)。其中最近7次刚好对应着7次大冰期。
    表1 银地(磁)耦合C型与大冰期出现时间对照(单位:亿年)
    41.2 39.7 38.2 36.7 35.2 33.7 32.2 30.7 29.2 27.7 26.2 24.7 23.2 21.7 20.2 100Ma前
    20.2 18.7 17.2 15.7 14.2 12.7 11.2 9.7 8.2 6.7 5.2 3.7 2.2 0.7 0 100Ma前
    众所周知,大冰期总是与造山运动相伴出现,这有其必然性。因为地势平坦时,大气热机效率很低,使得行星风系很弱,极——赤温差很小,不会形成大冰期;只有当造山运动使地势变得不平坦时,大气热机效率才会大提高,使行星风系大增强,极地大降温,才能形成大冰期。第四纪大冰期是与青藏高原隆升紧密相伴的。造山运动的构造营升力来自于地核环流转变为“强对流型”,而银河旋臂与地磁极同向且相互作用时间在40Ma以上,是使地核环流被激发为“强对流型”的必要条件。

    青藏高原的隆升与第四纪大冰期的形成是说明上述观点的一个典型个例44.57MaBP,地球磁极开始转为正向,它与银河系的正极旋臂即开始相互作用,使地核环流从“准地转型”开始向“强对流型”过渡,青藏高原开始抬升,随着地磁极性倒转为负极,高原抬升运动停止,变为夷平运动。如此在45Ma的时间内经历多次反复2.5MaBP青藏高原被抬升至2000m左右的高度,高原季风大转型,才开始出现第四纪大冰期。

    2、冰期与地磁强度变化
    冰期、间冰期为105a的旋回,比大冰期短3个量级,一般认为它是米氏周期的结果,但有很多问题用米氏理论解释不通,如近73万年来青藏高原被公认为有3次冰期,即末次冰期(1~7万年前)、倒数第二次冰期(13~30万年)和倒数第三次冰期(50~72万年),其时间间隔远超过10万年,用米氏理论不好解释。事实上,地球轨道的三要素的综合可使极地的太阳辐射量变化达20%~30%,但使中纬地区的变化量却小于5%,因此笔者认为关于青藏高原冰期的成因应另寻解释。用地磁场的变化或许是一种更合理的解释。“倒三冰期”是青藏高原隆升的冻结高度时,所必然出现的一次“最大冰期”。从Kukla(1987年)给出的西峰磁化率曲线可知,1~7万年前和22~35万年前为两个磁化率低值时段,它们基本上与末次冰期和倒数第二次冰期相吻合;而8~13万年和48~55万年为磁化率高值时段,它们又与间冰期基本相合。再从王苏民等(1996年)给出的若尔盖剖面的结果可见,2~5万年之间出现过4次磁极性漂移(极漂),16~26万年之间亦出现过5次极漂,而5~16万年之间仅出现过1次极漂,极漂事件频繁的两个时段,恰好对应着两次冰期;极漂事件很少之时,则对应着间冰期。这亦表明:地磁弱时易出现冰期,地磁强时易出现间冰期。这一结论似乎与上一节的结论有矛盾,其实并不矛盾,形成大冰期的直接原因是地形隆起,它要求磁场强,且相互作用时间较长;对冰期,甚至小冰期和冰川波动,因时间尺度较短,地形的升高已不是主要矛盾,它所要求的地地热释放较少,有利于降温,地磁弱时较容易满足这一条件。

    3、小冰期与太阳磁场变化
    15、17、19世纪亚欧大陆发生了三次明显的冰进,冰川学界称之为“小冰期”,它的时间尺度是102a,比冰期又短3个量级。这3次冰进刚好与3次太阳黑子极小期(19世纪极小)基本对应,其中出现在17世纪的Maunder极小期是2000多年来太阳黑子最少的一个时段。黑子少意味着太阳磁场弱,它与地磁场的耦合作用亦将变弱,致使冰期前进。小冰期是地球史上有名的灾害群发期(所谓“明清灾频期”),另一个“两汉灾频期”也是出现在太阳黑子的极小期中。大地震大旱魔在中国大地上接连逞凶。从冰芯记录中可知,在高山冰川区“小冰期”是一个低温、降水略多的时段,这与同期山外平原区是一个低温、干旱时段有所不同。这种差异似乎是大气中地形性热力环流调整的结果。

     4、冰川波动与气候变化
    冰川波动一般包括冰舌进退(其特征时间为101a)和冰川物质平衡零平衡线高度变化(其特征时间为100a)等几项内容,它们均与短气候变化紧密相联。近40多年是各种地学资料最多的年代,可以进行较仔细的讨论。有些气候学家认为,在这段时间里出现过两次气候突变,一次在60年代中,一次在80年代初。或者说,可以将此40多年的气候分为三个时段。以下将60年代中至70年代末这一时段简称为70年代,重点讨论此时段的冰川与气候波动及其可能原因。

    70年代是北半球的低温时段(南半球为高温时段),中国大部份地区是低温少雨时段,青藏高原积雪面积亦变小。可是由于地形性热力环流的调节,使高海拔区在该时段的降水反略有增加,于是前进冰川的比例大为增加。这一点与“小冰期”的情形颇为相似。

    70年代是地球自转的慢段,是太阳黑子的相对低值时段,也是中国大陆地震多发的时段。这些特点均与“小冰期”相似。它们之间是否有什么共同的地球物理过程在其中起作用?这是值得地球科学家着力研究的问题。

     5、冰川与气候变化的一种可能机制
    地球与宇宙之间除了有引力的相互作用外,还有热和磁的相互作用。“热”首先是作用于地球表层,这已为人们所认识。“磁”则首先应作用于地球外核,因外核是磁流体。当太阳系(或银河系)磁场与地球磁场同向时,则若磁场增强将会激发地核流体中的对流活动增强;反之,会使地核中的对流活动减弱。地核环流通过核幔边界影响地幔对流的方式应有多样,其中太平洋之下的地核对流与全地幔对流之间的相互耦合应是其一种,有迹象表明,太平洋的地幔对流可能是全球最强之一。

    太阳系磁场减弱时(如太阳黑子减少),通过电磁相互作用使地核对流减弱,于是从地核向上传的热量减小,这可能是小冰期和本世纪70年代气温降低的基本原因;另一方面因为地核对流减弱,使得太平洋之下地核的“距平”环流变为下沉流,它通过粘性作用带动核幔边界层作“距平”向西运动,这是地球自转减慢,西太平洋和东亚大陆地震活动增强的原因。而东亚大陆地幔此时为“距平”下沉流,它是亚欧地区气温和地温降低、降水减少的基本原因。此时,大陆上空出现大尺度的“距平”下沉气流,使云量减少,这有利于地形性热力环流增强,致使高海拔区的降水不至减少甚至略有增多,造成了冰川活动以前进为主。这是笔者对“小冰期”和70年代冰川相对前进的原因解释。这一设想是否正确,有待实践检验。有一点可以肯定的是,实际情况远比上述设想要复杂,宇宙磁场不仅仅影响到太平洋下的地核流场,它还将影响到地核三圈环流、过赤道环流全球尺度的地核流场,使地球表层呈现出纷繁复杂的变化。

    地质特点/新太古代 编辑

    新太古代——相关地形新太古代——相关地形

    经过了天文期以后,地球便正式成为太阳系的成员。大约又经过22亿年,地球发展便进入到地质时期——太古代。这段从46亿年~38亿年的地质时期有哪些特点?

    (1)薄而活动的原始地壳:根据资料分析,原始地壳的部分可能更接近于上地幔。硅铝质和硅镁质尚未进行较完全的分异,因此太古代时期的地壳是很薄的,也没有现在这样坚固复杂。由于地球内部放射性物质衰变反映较为强烈,地壳深处的融熔岩浆,不时从地壳深处,沿断裂涌出,形成岩浆岩和火山喷发。当时到处可见火山喷发的壮观景象。因此我们现在从太古代地层中,普遍可见火山岩系。

    (2)深浅多变的广阔海洋中散布少数孤岛:当时地球的表面,还是海洋占有绝对优势,陆地面积相对较少,海洋中散布着孤零的海岛,地壳处于十分活跃状态,海洋也因强烈的升降运动,而变得深浅多变。陆地上也有多次岩浆喷发和侵入,使上面局部地区固结硬化,使地壳慢慢向稳定方向发展,因此太古代晚期形成了稳定基底地块——“陆核”。陆核出现,标志地球有了真正的地壳。

    (3)富有CO2,缺少氧气的水体和大气圈:太古代地球表面,虽然已经形成了岩石圈、水圈和大气圈。但那时的地壳表面,大部分被海水覆盖,由于大量火山喷发,放出大量的CO2,同时又没有植物进行光合作用,海水和大气中含有大量的CO2,而缺少氧气。大气中的CO2随着降水,又进入到海洋,因此海洋中HCO3-浓度增大。岩浆活动和火山喷发的同时,带来大量的铁质,有可能被具有较强的溶解能力的降水和地表水溶解后带入海洋。含HCO3-高浓度海水同时具有较大的溶解能力和搬运能力,因此可将低价铁源源不断地搬运至深海区,这就是为什么太古代铁矿石占世界总储量60%,矿石质量好,并且在深海中也能富集成矿的原因。

    (4)太古代的地层:太古代的地层,都是一些经过变质的岩石,例如片麻岩、变粒岩、混合岩等深变质的岩石。我国太古代地层只分布在秦岭、淮河以北地区。出产鞍山式铁矿的鞍山、吕梁山泰山太行山等地均有太古代地层。[2]

    历史记载/新太古代 编辑

    一般指距今46亿年前地球形成到25亿年前原核生物(包括细菌和蓝藻)普遍出现这段地质时期。“太古代”一词1872年由美国地质学家达纳(J.D.Dana)所创用。当时形成的地层叫“太古界”,代表符号为“Ar”。主要由片麻岩、花岗岩等组成,富含金、银、铁等矿产,构成各大陆地壳的核心。主要分布在澳大利亚、非洲、南美的东北部、加拿大、芬兰、斯堪的那维亚等地;中国辽东半岛、山东半岛和山西等地,亦有太古代地层露出。1970~1980年,一批科学家连续报道了在澳大利亚西部诺恩·波尔(NorthPole)地区35亿年前的瓦拉乌纳群(Warrawoonagroup)地层中,发现了一些丝状微化石。这是迄今在太古代地层中发现的、比较可信的最早化石记录。  

    重要证据/新太古代 编辑

    20世纪70年代建立的蛇绿岩(Ophiolite)概念认为出露在缝合带中的一套镁铁-超镁铁岩组合是大洋岩石圈的残留,其岩性单元可以与现代大洋岩石圈各个层圈一一对应,所以蛇绿岩是确定古板块边界的重要证据,该认识促进了板块构造学说的发展。近年来完善的MOR型和SSZ型蛇绿岩理论体系认为MOR型蛇绿岩形成于洋中脊(MOR),SSZ型蛇绿岩形成于俯冲带上(Supra-Subduction Zone),二者的地幔橄榄岩、堆晶岩组合及上部熔岩在岩石学、矿物学和地球化学方面均有不同的特征,洋-陆俯冲和洋内俯冲是形成SSZ型蛇绿岩的两种机制,较为合理地解释了蛇绿岩的多样性及其与大洋岩石圈的差异。由于大洋板块的俯冲作用,在缝合带中MOR型蛇绿岩很少被保存下来,保存较好的大多数为SSZ型蛇绿岩。本文探讨了蛇绿岩研究中经常遇到的问题并提出了解决的思路,同时认为Rodinia超大陆前是否存在蛇绿岩、太古宙绿岩是否为蛇绿岩均为有待深入研究的问题。[3]

    相关文献

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    参考资料
    [1]^引用日期:2010-05-08
    [2]^引用日期:2010-05-08
    [3]^引用日期:2010-05-08

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