地球科学概论

切割关系原理
例如，岩浆岩侵入围岩中，岩浆岩一定晚于围 岩。一个岩体侵入于另一个岩体，靠同位素年龄可 能难以判断先后，如果找到穿插关系，则可以确定 先后。
再如，在砂砾岩的层面上常常见到冲刷面，因 为冲刷面只可能切割先形成的岩层中的微层理，不 可能切割后形成的岩层中的微层理，所以据此可以 判断地层层序是否正常。
生物死亡后，遗体被沉积物掩埋，在地层中保 存下来，称为化石 。生物活动的痕迹也可以被保存 下来，称为遗迹化石，如足迹。
对化石的研究使我们知道了生物是从低级到高 级、从简单到复杂逐渐演化的。演化是不可逆的， 所以称为进化。虽然达尔文的生物进化论需要发展， 但“生物进化不可逆”是正确的。
2 相对地质年代
地球科学概论
第三章 地质事件、生物进化和 地质年代
1 地质事件 2 相对地质年代 3 同位素年龄 4 地球生物进化的重大事件 5 地质年代表
第三章 地质事件、生物进化和 地质年代
1 地质事件 2 相对地质年代 3 同位素年龄 4 地球生物进化的重大事件 5 地质年代表
1 地质事件
地球形成以来发生了一系列变化，其中一些变化 在地壳中留下了痕迹，这些痕迹是研究地球的线索， 我们把留下痕迹并且有研究意义的变化称为地质事件。
某些生物演化比较快，物种存在时间比较短， 而且它们分布的范围比较广。用它们的化石判断地 层的时代比较准确，而且比较容易在不同地区之间 进行对比。这样的化石称为标准化石。
2 相对地质年代 切割关系原理
如果地质体A被地质体B切割或穿插，那么B一定 晚于A。这一原理称为切割关系原理。
2 相对地质年代
4 地球生物进化的重大事件
生物大绝灭事件： 元古宙末（650Ma)、寒武纪末(495Ma)、奥陶纪末
(435Ma)、晚泥盆世弗拉斯期末(365Ma)、二叠纪末 (251Ma)、三叠纪末(203Ma)、白垩纪末(65Ma)，共发 生7次大规模生物绝灭事件。
二叠纪末的绝灭事件中，科减少了52%，种减少了 90%以上。有人估计今天物种绝灭速度是二叠纪末的 1000倍，确实值得忧虑了。
第三章 地质事件、生物进化和 地质年代
1 地质事件 2 相对地质年代 3 同位素年龄 4 地球生物进化的重大事件 5 地质年代表
5 地质年代表
经过地球科学家200多年的研究，已经识别出了生 物进化的一系列事件及其顺序，据此建立了地质年代 表。
在地质年代表中，将地球历史分为几个大的阶段， 即几个宙，一个宙又分为几个代，显生宙的每个代又 分为几个纪，一个纪又分为几个世。
第三章 地质事件、生物进化和 地质年代
1 地质事件 2 相对地质年代 3 同位素年龄 4 地球生物进化的重大事件 5 地质年代表
4 地球生物进化的重大事件
地球生物进化的过程和特点： 非细胞生物→原核细胞生物→真核细胞生物； 藻类→裸蕨类（孢子植物）→裸子植物→被子植物； 无脊椎动物→脊椎动物； 鱼类→两栖类→爬行类→鸟类、哺乳类； 从海洋到陆地； 逐渐远离水； 先有植物进化后有动物进化； 既有渐变过程也有突变过程； 人类今天的行为极大地影响了生物进化过程。
化石层序原理
生物的出现和绝灭是特殊的事件，根据生物进 化不可逆原理可以判断这些事件的先后顺序；根据 地层层序原理也可以判断化石的新或老。两方面结 合，不断发现，反复对比，就可以建立不同化石出 现的先后顺序和绝灭的先后顺序。
2 相对地质年代
化石层序原理
根据地层中的化石的年代可以判断地层的年代， 进而可以判断地层中记录的地质事件的年代。这一 原理称为化石层序原理。
Ar40 K40
放射性元 素衰变
Ca40
3 同位素年龄
同位素年龄并非绝对年龄，因为它只能给出体 系最近一次被封闭的年龄，而且要求封闭时体系中 没有子体，封闭后也没有子体和母体的渗入渗出。 给出的常常是样品经历的最近一次热事件的年龄， 而不是样品形成的年龄。例如，造山带的岩石的同 位素年龄常常是造山事件的年龄，而岩石的年龄可 能老得多。一般情况下，造山过程中会有多次热事 件，而且不会把岩石全部彻底改造，因此同一造山 带的不同岩石样品的同位素年龄往往不一致。甚至 一粒矿物的核部与边部的同位素年龄也可能不同。
4 地球生物进化的重大事件
生物进化重大事件： 最早的细菌——南非3800Ma，澳大利亚3500Ma 厌氧自养原核生物——蓝细菌，光合作用——2000Ma 真核生物——宏观藻类——1800Ma，繁盛于1000Ma 软躯体动物——伊迪卡拉动物群——氧气——650Ma 有壳动物——澄江动物群——540Ma 鱼类——435Ma 植物登陆——臭氧层——400Ma 两栖类——350Ma 爬行类——250Ma 鸟类——140Ma 哺乳类——65Ma 人类——3Ma
近几十年又给根据化石建立的相对地质年代表加 上了同位素年龄。
地球科学家还在不断地完善地质年代表，使其更 加精细和准确。
寒武纪奥陶纪志留纪
泥盆纪石炭纪二叠纪
三叠纪侏罗纪
白垩纪
古新世始新世渐新世
中新世上新世
更新世
显微镜下的管状细菌化石，地球上最古老的生物之一， 3500Ma，澳大利亚
第三章 地质事件、生物进化和 地质年代
1 地质事件 2 相对地质年代 3 同位素年龄 4 地球生物进化的重大事件 5 地质年代表
2 相对地质年代
相对地质年代是指地质事件发生的先后顺序。 确定地质事件的先后顺序的原理有地层层序原理、 化石层序原理和切割关系原理。
2 相对地质年代
地层层序原理
地层是层状岩石的总称，包括沉积岩、火山岩 和浅变质岩。
又如，被矿脉充填的断裂是成矿前断裂，切割 矿脉的是成矿后断裂。
基性岩墙—— 不整合面
地表
断层
根据地层层序原理和切割关系原理判断地质体形成的先后顺序
第三章 地质事件、生物进化和 地质年代
1 地质事件 2 相对地质年代 3 同位素年龄 4 地球生物进化的重大事件 5 地质年代表
3 同位素年龄
放射性元素的衰变存在如下规律：
2 相对地质年代
在野外， 仔细观察地层 的某些特征， 可以帮助我们 判断地层是正 常还是倒转。 例如，波痕、 交错层理、粒 序层理、包卷 层理等。
波痕
交错层理
粒序层理
利用粒序层理和包卷层理识别倒转地层
2 相对地质年代
某些逆断层可以把老地层推到远处的新地层之 上，这种现象称为推覆构造。推覆构造也会打乱正 常的地层层序。老地层和新地层各自的小的层序可 能都是正常的，但包括老地层和新地层的大的层序 是不正常的。
生命？什么时候出现植物？什么时候出现动物？ 什么时候出现人类？
4 地球生物进化的重大事件
生物大爆发事件： 元古代晚期，植物在海洋中制造了足够多的氧气，
为动物的出现和演化创造了条件。650Ma前首先出现 以伊迪卡拉动物群为代表的生物爆发，但演化失败了， 很快都绝灭了。
540Ma前的寒武纪早期，出现了以云南澄江动物 群为代表的生物大爆发，动物界的各个门几乎同时出 现了，门类之多，形态之丰富，出现之突然，甚至使 人们对从简单到复杂的生物进化理论产生了怀疑。
地层形成的顺序叫做层序。先形成的地层在下 面，后形成的在上面。只要不发生倒转或推覆，我 们看到的地层一定是上新下老。这一原理称为地层 层序原理，也称为地层层序律。
在正常情况下，新地层中不可能出现老的事件。 如果事件A只出现在老地层中，事件B只出现在新地 层中，那么A早于B。
2 相对地质年代
地层形成时， 上新下老，一般是 水平的，称为正常 地层。地层受到构 造作用的影响会发 生褶皱，水平地层 变为倾斜地层，只 要还是上新下老， 就还称为正常地层。 如果变为上老下新， 则称为倒转地层。
不仅要知道发生过什么事件，而且要知道事件发 生的时间。地质事件的时间有两个含义：
事件发生的先后顺序——相对地质年代； 事件距离今天的时间——同位素年龄。
例如，2003年，在新疆罗布泊勘探钾盐的钻井中 普遍发现泥层中夹有一层含石膏的细砂层，经过研究 识别出这是罗布泊历史上的一次变干事件，距离今天 约80万年。它反映青藏高原的一次快速上升。
t = ( 1 / λ ) ln ( 1 + M / Nt )
式中：t 为衰变时间，λ 为半衰期，M 为新生子体， Nt 为现存母体。
只要测出样品中子体和母体的原子个数之比， 就可以计算出时间。这一时间是从样品中的放射性 同位素最近一次被封闭在一个体系（如矿物晶体） 中开始到今天的衰变时间，称为同位素年龄。
地质事件有大有小，例如原始海洋的形成、生物 物种的出现和绝灭、大陆分裂漂移和碰撞、，火山爆发、 河流改道、洋底浊流等是区域性的事件。
地质事件的持续时间有长有短，例如山脉隆起时 间以千万年计，而山体滑坡则只有几分钟。
1 地质事件
地质事件主要记录在地壳岩石中，我们通常根据 岩石中特征的物质和特征的现象来识别地质事件。
显微镜下的硅化木切片，细胞结构清晰可见
珊瑚
螺
扫描电子显微镜下的放射虫化石
菊石
早期的鱼
恐龙
中生代的浅海生物
中生代的陆地生物
恐龙蛋化石
足迹化石
遗迹化石
琥珀中的蜘蛛化石
孔子鸟
猛犸象
第三章
思考题
● 为什么迟至6亿年前才出现动物，而且突然地出 现几乎所有的门类？
● 为什么迟至4亿年前生物才开始登上陆地？ ● 怎样知道地质事件的年代？ ● 如果将地球历史比作一年，那么什么时候出现
叠层石，由古老的蓝绿藻和沉积物所形成，1800Ma
生长在澳大利亚海边的现代叠层石
伊迪卡拉动物群
澄江动物群
澄江动物群 巨虾化石 长2米 540Ma
澄江动物群巨虾的复原图
澄江动物群
澄江动物群
澄江动物群，原始的脊椎动物、脊索动物和半索动物。
三叶虫，寒武纪
鳞木，泥盆纪至石炭纪