湖南地下100米是什麼地質時代
1. 地質歷史時期的地殼運動與構造-熱事件
燕山地區在早前寒武紀結晶基底形成時期、中新元古代—古生代克拉通蓋層形成時期及中新生代陸內造山時期,發育強度不同、特點不同的地殼運動,伴有多期區域性構造-熱事件。通過對不同時期的古構造-建造鑒別與篩分及同位素年齡的統計分析,能夠良好地揭示出漫長地質歷史時期與區域成礦作用密切相關的主要地殼運動與重要構造-熱事件(孫殿卿、崔盛芹,1980;崔盛芹、吳珍漢,1997)。
一、太古宙—古元古代克拉通基底形成時期的主要地殼運動與構造-熱事件
太古宙—古元古代,是包括燕山及鄰區在內的中朝地台的結晶基底形成時期,發生了多期強烈的區域性地殼運動,如遷西運動、阜平運動、五台運動、呂梁運動等,伴有多期、不同方向的構造變形與區域中、深變質作用及火山噴發、岩漿侵入等熱事件。
1.遷西運動
遷西期地殼運動由於受到後期多次地殼運動的改造與晚期構造-熱事件的疊加,因此,野外難以准確地鑒別出其對應的角度不整合,但在相關構造-熱事件年齡的統計分布圖上,仍有明顯顯示(圖1-8)。
遷西運動發生於3000~2900Ma,對華北地塊范圍內的冀東、遼西、遼東、吉林、五台、集寧、膠東等很多地區均有不同程度的影響。遷西運動使遷西群、密雲群、集寧群、桑乾群、下鞍山群、龍崗群、泰山群與建平群下部、膠東群下部等雜岩系發生了麻粒岩相—高角閃岩相區域變質作用和復雜的塑性流變,伴有紫蘇花崗岩、花崗岩與基性—超基性岩漿侵入作用,形成冀東遷西漁戶寨、太平寨、上營等地的紫蘇花崗岩、遷安的軍屯山片麻狀花崗岩(2960Ma)(劉敦一,1991)與遼東的弓長嶺花崗岩(3000~2900Ma)(劉敦一,1991)等岩體。
圖1-8燕山(a)與華山地塊北緣(b)克拉通基底形成時期構造-熱事件年齡統計分布圖
Fig.1-8Statistical diagrams of isotopic ages of Yanshan and north marginal area of NorthChina Craton ring the formation of cratonic basement
統計資料包括變質岩與侵入岩的Rb-Sr等時線年齡、Sm-Nd等時線年齡、鋯石U-Pb法年齡與39Ar-40Ar法年齡
2.阜平運動
阜平運動發生於2600~2400Ma(圖1-8),是中朝地台早前寒武紀最強烈的地殼運動之一,導致山西五台山地區阜平群、龍泉關群與上覆五台群之間的角度不整合接觸關系,使單塔子群、烏拉山群、阜平群、上鞍山群、中上建平群、中上膠東群及夾皮溝群發生角閃岩相為主的區域變質作用,伴有強烈的片麻岩穹狀隆起、固態塑性流變、韌性剪切變形與廣泛的片麻理、片理化等構造變形及強烈的混合岩化與岩漿侵入作用,形成遷安、遷西、鞍山、清源、海城等地區的卵形構造(穹隆構造)與山海關—綏中混合花崗岩帶(2403~2475Ma)、遼東齊大山花崗岩(2400Ma)(曹熹,1992)、烏拉山花崗岩(2370~2470Ma)(馬杏垣等,1990)等岩體及冀東、冀北、遼北、膠東、五台、吉南、夾皮溝、烏拉山等地區的花崗岩-綠岩帶(沈保豐等,1994)。
3.五台運動
五台運動近似對應於冀東地區的雙山子運動,發生於2200~2000Ma,導致五台山群與上覆滹沱群之間的角度不整合接觸關系,使五台群、雙山子群、紅旗營子群、色爾騰山群、下遼河群與集安群等發生廣泛的高綠片岩相-角閃岩相區域變質作用,伴有韌性剪切、緊閉褶曲與片理化等構造變形及強烈的岩漿侵入作用,形成大量韌性剪切帶與多種類型的褶皺構造及都山花崗岩(2000Ma)(趙敦敏,1990)、張家溝輝綠玢岩(2265Ma)(孫家樹,1994)等岩漿侵入體。在內蒙古西部與五台山等地區,形成一些花崗岩-綠岩帶。
4.呂梁運動
呂梁運動發生於1900~1800Ma,是中朝地台早前寒武紀的另一次最重要的地殼運動(J.S.Lee,1939;任紀舜等,1980;孫殿卿、崔盛芹,1980),在冀東朱杖子—雙山子、五台山、太行山、吉南、膠東等地區形成區域性褶皺幕,使朱杖子群、滹沱群、粉子山群、上遼河群、甘陶河群、二道窪群、老嶺群發生強烈的構造變形與綠片岩相—低角閃岩相區域變質作用,形成了緊閉同斜褶皺、倒轉褶皺、韌性剪切帶與廣泛分布的片理-劈理化帶,伴有四子王旗花崗岩、蘭營花崗岩(1790Ma)、半壁山花崗斑岩(1757Ma)等花崗質岩漿侵入作用,形成朱杖子花崗岩-綠岩帶(李錦蓉,1997)。中朝地台統一的結晶基底也最終形成於呂梁期。
以上四期地殼運動與構造-熱事件相互疊加、改造,形成頗為復雜的區域構造格局(圖1-9)。
二、中新元古代—古生代克拉通蓋層形成時期的地殼運動及相關的構造-熱事件
呂梁運動之後,包括燕山地區在內的中朝地台進入了相對穩定的克拉通沉積蓋層發育時期,直到古生代末。其間,地殼運動以地塊升降運動(造陸運動)為主,形成多期沉積間斷與區域性平行不整合接觸關系;中新元古代尚伴有較強烈的裂谷作用、海底火山噴發與同沉積斷裂活動,部分地區發育區域性淺變質作用。
中元古代—新元古代早期(1800~1000Ma),華北地塊地殼差異運動仍比較強烈,總體處於坳拉槽(坳拉谷、古裂谷)演化階段,形成若乾裂陷中心(圖1-10)。陰山與燕山坳拉槽呈近東西向,以近萬米巨厚濱淺海相碎屑岩-碳酸鹽岩-泥質岩建造為主,夾有多層海底中基性火山岩,在遼東北鐵嶺地區尚發育中元古代典型的枕狀熔岩。以大同—沽源斷裂與郯廬斷裂為界,坳拉槽系自西向東分為三段,即西段的狼山-白雲鄂博坳拉槽、中段燕山-遼西坳拉槽及東段的泛河坳拉槽。這些坳拉槽均發育於古克拉通基礎之上,地層與沉積作用有一定的可對比性,但各自發育時期、空間上坳拉槽展布特點與建造類型都存在一定的差異性。
西段陰山坳拉槽系包括狼山-白雲鄂博與渣爾泰坳拉槽,呈東西向線性展布,東西長超過500km,南北寬約100km,兩側均受近東西向同沉積斷裂所控制。該坳拉槽形成時代可能較燕遼坳拉槽早。北部的白雲鄂博坳拉槽沉積厚達9000m的白雲鄂博群含鐵-稀土元素沉積建造,夾有尖山組碳酸岩-中基性火岩系;而南部的渣爾泰坳拉槽沉積了厚達3200m的渣爾泰群含鐵碳酸鹽岩-碎屑岩建造,書記溝組夾有偏鹼性中基性火山岩(王楫等,1989)。二者的沉積環境以濱淺海相為主,一些地段具半深海古環境,形成多個碎屑岩-碳酸鹽岩-泥質岩沉積旋迴。渣爾泰群與白雲鄂博群形成之後,經歷了一次較強烈的地殼運動(渣爾泰運動),使白雲鄂博群與渣爾泰群發生綠片岩相淺變質作用和褶皺變形、韌性剪切變形;這次地殼運動時代約為1400Ma。1400Ma後,形成什那干群濱淺海相碎屑岩-碳酸鹽岩-泥質岩系,其厚度較小,未變質,呈角度不整合覆於坳拉槽階段地層之上,屬典型的穩定蓋層沉積。
圖1-9華北地塊北緣及鄰區太古宙—古元古代古構造圖(據崔盛芹等(1980),稍作補充、修改)
Fig.1-9Palaeotectonic map of the Archean-Paleoproterozoic of north marginal North China Craton
1~2—古元古代:背斜及倒轉背斜、向斜及倒轉向斜;3~4—太古宙:背斜及倒轉背斜、向斜及倒轉向斜;5—古元古代:片理、片麻理;6—太古宙:片理、片麻理;7—後期斷裂、隱伏斷裂;8—古元古代:中酸性侵入岩;9—太古宙:中酸性侵入岩;10—綠岩帶;11—古元古代:碳酸鹽岩層;12—後燕遼運動(1000Ma)磨拉石建造;13—太古宙與古元古代岩系分界線;14—正磁異常;15—負磁異常;16—卵形構造;17—韌性剪切帶;18—郯廬斷裂帶磁異常線
圖1-10華北地塊北緣中新元古代古構造圖(據崔盛芹等(1976),稍作補充、修改)
Fig.1-10Palaeotectonic map of the Meso-Neo-Proterozoic of north marginal North China Craton
1—隆起帶;2—同沉積斷裂帶;3—中新元古界地層等厚線;陰山地區:白雲鄂博群、渣爾泰山群,燕山、泛河地區:長城群、薊縣群、青白口群,遼東吉南地區:青白口群、震旦系;4—海底中、基性火山岩;5—中酸性侵入岩;6—基性侵入岩;7—顯生宙斷裂;8—後燕遼運動(1000Ma)磨拉石建造;9—地層厚度測點
中段燕遼坳拉槽總體上呈北東東向展布,明顯受張家口—承德—北票同沉積斷裂所控制。其中新元古代沉積地層厚達萬米,其裂陷中心在薊縣—朝陽一帶,北部沉積厚,向南向西沉積厚度具有逐步變薄的趨勢。沉積地層自下而上依次為長城群、薊縣群,屬一套濱淺海相沉積建造,在中元古代早期形成大紅峪組偏鹼質中基性海底火山岩系。該裂陷中心四周被隆起帶所包圍,它們大部分為水下隆起。裂陷作用始於1800Ma,其間發育多次上升運動;如1400Ma發生的灤縣運動,造成薊縣群與長城群之間的沉積間斷與平行不整合;1000Ma發生的芹峪運動,造成青白口群與薊縣群之間的沉積間斷與平行不整合。新元古代下馬嶺組沉積之後,景兒峪組海綠石石英砂岩建造的廣泛超覆,標志著本區開始轉入穩定的克拉通蓋層發育階段。
東部泛河坳拉槽分布於郯廬斷裂以東地區,其裂陷作用的開始時代較燕遼坳拉槽晚,缺失長城紀常州溝期、串嶺溝期與團山子期沉積,裂陷沉積作用自長城紀大紅峪期開始。裂谷期形成的長城群大紅峪組、高於庄組、薊縣群為一套碎屑岩-碳酸鹽岩系,其沉積特徵、地層時代與燕山坳拉槽有很大的一致性,也存在一定差異性,如泛河坳拉槽霧迷山期發育枕狀中基性熔岩,反映這一時期的活動性較大。泛河坳拉槽結束時代為中元古代末,燕遼運動(1000Ma)之後形成殷屯組粗碎屑岩,其岩性特點類似於後造山期磨拉石建造。
東段膠東地區、遼東南部與吉南地區,在中元古代(1800~1000Ma)長達800Ma的時期內,一直處於隆起剝蝕狀態。經過新元古代初期燕遼運動之後,大連—復縣地區形成了永寧群的磨拉石建造及細河群、五行山群與金縣群的克拉通蓋層;吉南渾江地區形成了白房子組磨拉石建造及細河群與渾江群的蓋層沉積物。上述各期沉積建造具有良好相似性,均以較穩定的濱淺海相沉積建造為主,發育碎屑岩-碳酸鹽-泥質岩沉積旋迴。這套地層受中生代早期地殼運動的影響,局部發生了區域性淺變質作用,如旅大地區的細河群、膠東蓬萊群。
比較東、中、西三段中元古代坳拉槽,可看出它們在多方面都具有一定的可對比性,但也存在較大的差異性。
新元古代晚期—古生代,中朝地台構造活動性進一步減小,地殼構造運動微弱,大部分時間(寒武紀—中奧陶世與中石炭世—二疊紀)全區處於穩定的濱、淺海相與海陸交互相沉積環境,其間發生了多次海平面升降事件;晚奧陶世—早石炭世發生以總體隆升為主要特點的造陸運動,形成較長時期的沉積間斷與區域性平行不整合。這一時期沒有發生激烈的構造-熱事件。
三、中新生代陸內造山時期地殼運動及其相關的構造-熱事件
在經歷中新元古代—古生代漫長的沉積蓋層發育時期之後,燕山及鄰區中新生代進入了一個新的構造活動時期,即陸內造山時期;其間的印支運動、燕山運動不僅對燕山地區,而且對東亞廣大地區,均產生了強烈的影響,是地質歷史時期中最重要的地殼運動之一。燕山及鄰區中新生代構造運動及與其相關的形變作用、反轉構造及岩漿活動等,常以幕式事件(episodic events)形式反映出來。
通過長期的地質調查與研究工作,在燕山及鄰區鑒別出5~6期中生代的區域性角度不整合,每期區域性角度不整合代表一期褶皺幕或造山幕(Cui Shengqin and Li Jinrong,1983;Cui Shengqin et al.,1985;Cui Shengqin et al.,1990;Cui Shengqin and Wu Zhen-han,1997;崔盛芹等,1998)(表1-2、1—4)。燕山造山帶印支期發育1~2個構造幕,包括發生於中三疊世末期的「前杏石口組構造幕」與發生於晚三疊世末期的「前南大嶺組構造幕」,標志著本區中生代陸內造山作用的開始。燕山期(侏羅—白堊紀)產生四個區域性構造幕,包括早燕山期的「前髫髻山組構造幕」與「前東嶺台組(前義縣組)構造幕」及晚燕山期的「前孫家灣組構造幕」與上白堊統、下第三系之間的構造幕。與前述5~6期構造幕或造山幕相關的主要地質事件包括同造山幕時期的類磨拉石建造的形成與不同性質的岩漿侵入事件、與較強的擠壓作用相關的褶皺變動和逆沖斷裂活動、後造山幕時期的岩漿噴發事件、與較緩的伸展作用有關的一批新沉積盆地或火山-沉積盆地的產生、同沉積褶皺與同沉積斷裂活動等。
表1-4燕山造山帶中生代火山沉積建造與區域性角度不整合發育時期簡表
圖1-11燕山陸內造山帶中生代構造-建造分布略圖
Fig.1-11Tectonic map of the Mesozoic of the Yanshan intracontinental orogenic belt
1—太古宙—古元古代構造層;2—中新元古代—古生代構造層;3~6—中生代火山-沉積建造:3—砂礫岩系,4—含煤岩系、含油頁岩建造,5—酸性—中酸性火山-沉積岩系,6—基性—中性火山-沉積岩系;7—中生代區域性逆沖-推覆斷裂構造帶;8—花崗岩;9—鹼性花崗岩;10—中性侵入岩;11—鹼性岩;12—基性侵入岩;13—角度不整合;14—隱伏、推斷地質界線
中生代多期、多幕地殼運動與構造-熱事件的疊加,造成燕山陸內造山帶頗為復雜的區域構造格局(圖1-11)。
燕山造山帶由於新生界發育不全,而且分布有限,難於直接觀察到其內部明顯的角度不整合界面。燕山造山帶東南緣的下遼河及華北裂谷盆地內,在早第三紀斷陷與晚第三紀—第四紀坳陷沉積物之間,廣泛存在角度不整合關系(李國玉等,1988)。估計這次發生在早、晚喜馬拉雅期之間的構造幕事件,也應對燕山造山帶產生一定的影響。此外,伴隨著喜馬拉雅期燕山山脈的不協調隆升作用,其內部在不同的海拔高度,保存有北台期(早第三紀早期)、唐縣期(中新世晚期)兩級夷平面(易明初等,1991)。
2. 現在是什麼地質年代(宙、代、紀、世、期)
一、根據地質年代劃分,現在是顯生宙新生代第四紀全新世。
二、地質年代
地殼上不同時期的岩石和地層即為地質年代,在形成過程中的時間(年齡)和順序稱為地質年代。
地殼上不同時期的岩石和地層,時間表述單位分別為宙、代、紀、世、期、時;地層表述單位為宇、界、系、統、階、帶。
三、第四紀
1、介紹
第四紀是新生代最新的一個紀,包括更新世和全新世。下限年代多採用距今258萬年 。第四紀期間生物界已進化到現代面貌。靈長目中完成了從猿到人的進化。第四紀前是新近紀。它從約260萬年前開始,一直延續至今。
2、氣候狀況
第四紀時,地球氣候出現過多次冷暖變化,240萬年以來至少經歷了24個氣候旋迴。晚新生代冰期開始於距今1400~1100 萬年前,但在第四紀才出現冰期和間冰期的明顯交替。
冰期極盛時,北半球高緯地區形成大陸冰蓋,格陵蘭冰蓋覆蓋了格陵蘭和冰島,勞倫大冰蓋掩埋了整個加拿大,並向南延伸至紐約、辛辛那提一帶。歐洲將近一半被斯堪的納維亞冰蓋覆蓋。西伯利亞冰蓋則占據了西伯利亞北部地區。
第四紀的260萬年中人類已經存在。在這段時間里板塊運動小於100千米,因此可以被忽略。在這段時間里氣候不斷變化,冰河期與間冰期交換。在冰川期中冰川可以一直延伸到緯度40度的地方。
在這段時間里只有很少新的動物種類產生(可能因為這段時間還比較短),在更新世末期,在北半球有不少哺乳動物(劍齒虎、猛獁、乳齒象、雕齒獸)滅絕。馬科、駱駝科在北美洲滅絕。
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地質年代的劃分
地質學家和古生物學家根據地層自然形成的先後順序,將地層分為5代12紀。即早期的太古代和元古代(元古代在中國含有1個震旦紀),以後的古生代、中生代和新生代。古生代分為寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀和二疊紀,共6個紀;中生代分為三疊紀、侏羅紀和白堊紀,共3個紀;新生代只有第三紀、第四紀兩個紀。
在各個不同時期的地層里,大都保存有古代動、植物的標准化石。各類動、植物化石出現的早晚是有一定順序的,越是低等的,出現得越早,越是高等的,出現得越晚。
絕對年齡是根據測出岩石中某種放射性元素及其蛻變產物的含量而計算出岩石生成後距今的實際年數。越是老的岩石,地層距今的年數越長。
每個地質年代單位應為開始於距今多少年前,結束於距今多少年前,這樣便可計算出共延續多少年。例如,中生代始於距今2.3億年前,止於6700萬年前,延續1.2億年。
3. 各地的煤田形成的地質年代並不相同。
侏羅紀
參見
1984年10月14日,新華社發表一則《陝北有煤海 優質易開采》消息,報道了榆林地區境內蘊藏著千億噸以上的黑色寶藏。消息披露後,猶如石破大驚,震動了世界。從此,榆林這塊古老而蒼涼的大地沸騰起來了。
在漫長的地殼發展過程中,榆林經歷了三次聚煤作用,形成了三個不同地質時代的煤田、即陝北石炭二疊紀煤田,陝北三疊紀煤田,陝北侏羅紀煤田。三大煤田自下而上處於1500米以淺的不同地層,含煤面積與全區土地面積相當,且有部分相互重疊。
石炭二疊紀煤田面積 4萬多平方公里,可採煤層11層,單層最大厚度15.47米,探明儲量 56.7億噸。煤種主要為長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤。
三疊紀煤田面積3678平方公里,主要可採煤層 6層,探明儲量O.33億噸。煤類主要為氣煤、肥煤。
侏羅紀煤田面積 24561平方公里,可採煤層14層,主採煤層 5層、煤層單層最大厚度12.5米,每平方公里地下儲煤1000萬噸。探明儲量l349.4億噸,煤類主要為長焰煤、不粘煤和弱粘煤。【【【通常講的神府煤田,就是指侏羅紀煤田。 】】】
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神府煤田是我國已探明的最大煤田,佔全國探明儲量的15%相當於50個大同礦區、 100個撫順礦區,與俄羅斯的頓巴斯煤田和庫茲巴斯煤田,德國的魯爾煤田,美國的波德河煤田和阿巴拉契亞煤田,波蘭的西里西亞煤田並稱世界八大煤田。
神府煤田的探明是我國二十世紀八十年代的重大發現。專家預言,中國的希望在西部!神府煤田在西部大開發中,必將成為一顆璀璨的明珠!
4. 雪球事件是在哪個地質歷史時期
雪球地球是地質史上的一個名詞。指的是地球表面從兩極到赤道全部被結成冰,地球被冰雪覆蓋,變成一個大雪球。
地球歷史上曾出現過兩次雪球地球事件,一次是在大約距今約8億到5.5億年之間,地球表面從兩極到赤道全部結成冰,只有海底殘留了少量液態水。還有一次則出現在地球剛剛出現生物的時候。
通過對於地質沉積物以及其他地質證據的研究,多年以來科學家一直認為8億到5.5億年之間地球一直處於完全冰凍狀態。
地球上曾經出現了兩次最著名的冰期。一次是發生在大約100萬年前的更新世,當時人類剛剛開始進化,因為地球圍繞太陽的公轉軌道出現變化,整個北大西洋沿岸的大陸邊緣都鋪上了厚厚的冰層。另一次則是大概21000年前,北美和歐洲的大部分地區被厚達2公里的冰層覆蓋,並且導致海平面下降了120米之多,這次5億年以來最殘酷的冰期至少影響了地球表面30%的地區。
但是這兩次冰期,都沒有發生在8億—5.5億年之間的全球性冰期事件來的更戲劇和更殘酷。在很久之前發生的雪球地球事件使得整個地球被凍成一個大雪球,導致無數物種滅絕。
研究歷史
1964年,劍橋大學的B.W. Harland最早對全球范圍內新元古代(大概8億—5.5億年前)的冰期沉積物做了研究,他提出在全世界各個大洲都有8億—5.5億年前的冰期沉積物。
同時,他通過簡單的地磁學分析指出,當時這些大洲其實並沒有像現在那樣被海洋分開,而是在赤道附近匯聚成一整塊巨大的大陸。
而在當時,板塊漂移學說也才慢慢被接受。而且由於分析手段缺乏,加上數據有限,所以B.W. Harland的說法並沒有明確的得到廣泛地證實,更沒有人能解釋,冰期沉積怎麼到了赤道附近。
地質研究
在隨後的二三十年裡面,通過科學家在海洋生物學、地球化學等領域的進一步努力,獲得了不少新的進展。
1987年,加州理工學院的J.L. Kirschvink等研究了澳大利亞的一塊新元古代的粉砂岩之後,證實了它是屬於當時沉積在赤道附近的淺海環境,確鑿地說明了冰川曾經到達了赤道附近,而且這個研究成果也被後來的研究反復檢測所證實,其中就包括隨著古地磁學的發展。
D.A.D. Evans等人在2000年研究了這個時期(8億—5.5億年前)各個大陸的冰川沉積地層學、地質年代學、古地磁學後指出,許多冰期沉積的雜礫岩出現在南北緯10°以內,甚至沒有超過60°的。
1992年,J.L. Kirschvink首先提出在新元古代(8億—5.5億年前)曾經出現過幾次「雪球地球」事件。可以想像,赤道附近都結冰了,那麼整個地球還不凍的嚴嚴實實,成為一個「雪球」?
假說研究
概述:從1960年代以來,人們就假想地球諸大陸曾經遭受過一次嚴重的冰凍,時間是迄今約7.5億到5.8億年前。這個時期地史上稱為冰凍期。後來古生物學家W. Brian Harland指出該時期的冰漬沉積物遍布全球,並提出那個時候全球冰封的觀點。
該假說的麻煩在於,盡管全球遍布冰川痕跡,但是在赤道地區除了高山地區外找不到冰川痕跡。板塊構造學說使得這種冰川分布的不連續性顯得更加撲朔迷離:板塊構造理論認為各大陸在那個時候曾經是一個整體,聚集在赤道附近,叫做超大陸。
總而言之,雪球地球理論就是綜合了7億到6億多年前留下的諸多地熱證據而得出的一個理論。
由冰漬殘留地點的廣布,該理論認為地球曾經一度被全部冰凍起來。然而這個過程的機理卻不明。有一種理論認為當時由於冰川的延伸,導致部分陸地被冰面覆蓋,從而延緩了岩石的風化過程(岩石風化是會吸收二氧化碳的),導致溫室效應增強。火山活動不斷地產生二氧化碳,於是冰川到一定時候會停止蔓延。由於當時超大陸集中在赤道附近,陸地表面冰川很難被全部覆蓋。日積月累,當風化過程慢慢消耗完溫室氣體後,冰川開始肆無忌憚地蔓延開來,直到全球凍結。彼時,整個地球表面全部被冰川覆蓋。日照輻射被白雪皚皚的地球反射回太空,地球一片冰冷。由於水汽蒸騰作用被大幅減少,大氣變得無比乾燥。當時大氣中唯一的溫室氣體就是水汽本身,高高在上的則是令人炫目的陽光。
雪球地球終究還是融化了,而融化的原因則成了現在的一個研究課題。
通過計算機模擬人們也得到了一個完全冰封的地球,這個模擬得到的狀態稱為「白地球」。
8億年前地球上的大陸並不是分離的,而是在赤道附近連在一起,我們稱為羅迪尼亞超大陸。
羅迪尼亞超大陸因為一次著名的」超級地幔柱「的火山活動分裂了,形成幾個小的陸地,這個就使得陸地的海岸線增加了很多;海岸線的增加帶來兩個後果:一個是生物在岸邊的活動增加,光合作用的加強導致大量CO2被吸收,二個是同樣增加了大陸的硅酸岩風化,而吸收了不少CO2,這兩個結果導致大氣的CO2迅速減少,「溫室」變「冰室」,產生巨大的冰雪覆蓋,進而產生了失控的反照率事件,而最終形成了「雪球」。
經過計算,當時冰蓋有1公里厚,推進到赤道附近,地球溫度下降到零下50°C左右。因為被冰雪埋藏,光合作用和大陸的硅酸岩風化作用都被終止,但是地球的火山活動還在繼續,向外釋放了大量的CO2。經過長達1000萬年的積累,這些CO2終於足夠強大,形成「溫室效應」,從而迅速融化了「雪球地球」,在融化的時候整個海洋溫度能夠達到50°C以上。
解凍研究
美國加州理工學院研究小組還證明了一個機制,藉助這一機制,地球才能擺脫「雪球地球」。在變成「雪球地球」後大約幾千萬年裡,地球的二氧化碳積聚到一定程度,閃耀的亮白色冰層能反映太陽光線和熱量,因此雪球在2億年間一直處於像冰凍的雪球。
最終,由火山噴發出的二氧化碳溫室氣體進入空氣中,由此地球氣候逐漸轉暖,厚厚的冰層也慢慢融化。溫室效應再一次發生了,地球溫度又逐漸升高,冰層融化,生命重返地球。研究小組的科學家認為,如果地球環境繼續惡化,地球有可能再次成為「雪球」,地球上的生物將面臨被再次毀滅的危險。
提出假說
⑴冰室效應說
最早提出「雪球地球」理論的美國加州理工學院研究小組發現,使早期地球變成雪球的罪魁禍首很可能只是一種細菌,它釋放出的氧氣破壞了可使地球保持溫暖的關鍵氣體——甲烷。
科學家推測,在23億年前,一種叫藍菌或藍綠藻的細菌突然發育出分解水及釋放氧氣的能力,大量的氧氣使當時大氣中豐富的溫室氣體甲烷很不穩定。在至少10萬年的時間內,溫室效應被破壞,地球沒有了甲烷,全球溫度下降到零下50攝氏度。地球進入冰河期後變得十分寒冷,赤道海洋被大約1.6千米厚的冰層覆蓋,大量生物死亡,只有轉入地下或在熱溫泉中的生物才能得以生存下來。
⑵泥濘地球說
對於雪球地球觀點的最早爭辯始於1989年,之後持反對觀點的科學家對此進行了更加猛烈的攻擊,其中最具代表性的就是加拿大多倫多大學的三位物理學家。2008年4月,他們設計了一種新原生代末期二氧化碳計算機模擬,新原生代末期是海洋氧氣生成的重要時期。
這三位物理學家指出,計算機模擬顯示,持續的寒冷氣溫將使大氣中的氧氣散布到海洋底部,通過光合作用進而轉化成為富含溶解有機碳的地質層,最終形成二氧化碳氣體。這些二氧化碳氣體將從海洋中釋放回到大氣層中,通過溫室氣體效應加熱大氣層空氣,在地球冰凍冷卻循環周期之前,誘導海洋冰層逐漸融化、冰河逐漸縮小。
換句話講,地球在8.5億—5.5億年前的成冰紀並不是一個冰凍的雪球,當時的地球很可能是氣候溫和、土壤泥濘,熱帶地區的海水處於非冰凍狀態,海水可以與陽光進行充足的光合作用。這個時期並沒有大量火山噴發的二氧化碳氣體,也沒有持續冰凍上億年。
⑶陽光阻隔說
科學家認為「雪球地球」時期的火山噴發向大氣層釋放了大量硫顆粒,阻滯陽光照射大地,從而使地球溫度下降。地質科學家麥克唐納指出,這意味著調查這種地球歷史的「自然實驗」十分重要:「這會告訴我們遠比電腦模型更多的東西。」
⑷反射學說
J.L. Kirschvink認為,當時在中高緯度的反照率是很高的,形成大量冰川,然後海平面下降,導致了陸地面積增加,陸地增加進一步增加了地球的反照率;同時,熱帶地區大陸增加有利於硅酸岩風化,有利於大氣中的CO2埋藏,加強了「冰室效應」。這兩個因素的不斷影響,導致了地球不斷變冷,從而形成一個「雪球」。在形成「雪球」之後,因為地球的火山作用,不斷釋放出CO2等溫室氣體,經過長期積累,這些氣體終於足夠強大,產生了巨大的「溫室效應」,地球溫度升高,所以又融化了。
研究證據
美國哈佛大學地球學家弗朗西斯·麥克唐納和同事對夾在冰川沉積物之間的加拿大火山岩進行了研究。科學家可以通過冰川融化留下的殘骸以及因冰川活動而變形的沉澱物,確定這種冰川沉積物,褐紅色的冰河時代沉積物證明這塊加拿大火山岩曾在「雪球地球」時代被冰雪覆蓋。
麥克唐納的研究小組利用極為精確的鈾-鉛放射性年代測定法認定火山岩和冰川沉積物是在大約7.16億年前沉澱的。接下來,研究人員將自己的發現與以前一系列研究結果進行了對比,那些研究發現火山岩是在加拿大處於赤道附近時形成的。隨著時間的推移,地球構造板塊的活動驅使火山岩向北移動,到了加拿大育空地區和西北地區。
通過對前寒武紀全球冰川沉積物的磁性礦物的測量,指出8-5.5億年之間,有一次大規模的「雪球地球」事件,以及在』雪地球『事件之間的暖期。在此之前的一次,發生在24.5-22.2億年前。
之前科學家所認為的雪球地球時期是地球形成期中冷凍最長、最深的時期,其證據來源於海洋深層沉澱物。科學家曾對地質層進行了碳13(C13)同位素的測定,碳13同位素是植物通過光合作用的沉積物質,可有力地說明當時地球的氣候狀況。他們發現在成冰紀的上層和下層富含大量的碳13同位素,也就是說在成冰紀時期處於地球生物低潮期。聯系其他強烈的冰凍作用,科學家認為成冰紀時期地球完全處於冰凍狀態,厚厚冰層覆蓋著海洋並蔓延至熱帶地區,甚至還到達了赤道。
這個學說的主要證據,是發現碳酸鹽沉積物,這種典型的低緯度沉積物堆積在冰川沉積物之上;況且海洋中出現沉積鐵礦層,表明缺氧的環境也與冰川事件相吻合。』雪地球『事件的成因還很不清楚,但認為與當時大陸聚集在熱帶地區有關,因此增加地球反射的陽光,使全球變冷。
麥克唐納稱,圍繞「雪球地球」還有許多謎團尚未解開,例如,僅憑借一個冰封的赤道,科學家無法確定當時地球上冰雪覆蓋的程度。地球可能一直處於完全的「深度冰凍」狀態,或者可能只是受制於不斷活動的冰川和冰山,或是介於兩者之間的冰體。
事實上,連「雪球地球」這一名稱可能同樣需要重新考慮。麥克唐納說,地球可能不是「一個白球,而更有可能是一個泥球」。由於向外噴射灰燼的火山經常爆發,可能使得地球表面「布滿灰塵」。
5. 我國大陸輪廓基本形成的地質時代是
我國現代構造和地貌,晚古生代海西運動後已初步形成輪廓,中生代燕山運動以後基本奠定基礎,喜山運動則完成了現時構造和地貌輪廓。
(1)第三紀喜山運動以前,我國大陸輪廓就已基本形成,山川交錯、盆地相間的地理景觀。西北地區形成大型盆地,如塔里木、准噶爾、柴達木等盆地。東部地區由於大陸與洋殼的擠壓,產生北東——南西;北北東——南南西的山系。隆起區仍繼續上升,下陷盆地仍在下降,第三紀沉積物,厚度可達5000米以上,例如洞庭盆地。
(2)第三紀末的喜山運動,喜馬拉雅海槽上升為5000米以上的山地,台灣也脫水而出。至此,基本造就了我國現時地貌輪廓。同時喜山運動,伴隨大量的火山噴發。
(3)喜山運動後,地殼發展進入第四紀時,新構造運動表現仍十分強烈。
①在地貌上,山脈隆起、盆地下沉的地貌景觀得到加強。青藏高原躍居為世界屋脊,珠峰成為世界第一高峰。根據有些資料,西藏高原、雲貴高原,第四紀以來上升了1~2千米以上,喜山上升了3000米以上。
盆地下降,如華北平原第四紀下降達1000米以上,沿海地區最多的曾發生七次海侵。我國洞庭凹陷下降也在100米以上。太平洋西部南海珊瑚島礁厚度也達200米以上。
②由於升降運動伴隨的斷裂運動。西藏高原周圍斷裂分割,使高原抬升。天山、祁連山、秦嶺等地,因升降成為高山,山嶺之間相對下降形成河谷或湖泊。
6. 人類進入空間地質學時代了嗎
自動衛星、載人飛船和空間空間站已經使大地測量和制圖學產生了革命性的變化,也為空間地質學揭開了新的一頁。地質結構資料,對發展國民經濟是極其重要的。修建遠距離鐵路、開鑿運河、建設高壓輸電線和敷設各種管道,都需要有精密的地圖和陸標位置圖。從空間軌道上勘測地面可為之提供詳細的地質結構資料。
一張從空間拍攝的照片,可以代替幾百張航空測量照片。例如從「和平」號空間站只需5分鍾就可能對地球表面大約100萬平方千米的面積攝影,在飛機上做同樣的工作需要2年時間。在前蘇聯,每年國民經濟需要1000多張專用地圖和成百張精密的地圖冊。現今已有能力每5年把它們更新一次,而過去要10~15年或更長時間更新一次。
越來越多的經濟組織和部門利用從航天器獲得的信息。空間大地測量是空間技術服務於國民經濟和科學的一個主要領域,其主要任務是繪制全球和區域性高精度地形圖,研究外重力場,確定地球重力參數。
隨著深空行星探測技術的發展,空間大地測量也擴大到太陽系的其他行星,繪制行星地圖已成為深空行星探測的主要內容之一,這在過去是完全不可能的。例如,美國和前蘇聯都對地球的近鄰金星進行了測量,繪制了詳細的金星地圖。為了進一步研究金星的地質構造,近年又發射「麥哲倫」號金星探測器,在更近的距離上對金星表面攝影,至今已完成了金星表面測量任務,測量解析度已達到可區分一個足球場大小的物體。美國還對火星進行了表面地形測量和繪制地形圖。可以說,由於航天空間技術的發展與應用,開始了空間地質學和行星際地質學的時代。