第10章前寒武纪的地史

支持大爆炸学说的证据
1. 观测到河外天体有谱线红移(Einstein shift)现象。 2. 观测到各种天体上氦丰度大（30%），微波 背景辐射的温度仅3K。符合大爆炸学说要 求宇宙曾有从热到冷的演化史：早期>100 亿度（只有基本粒子）---10亿度（开始出 现氢、氦轻元素）---100万度（更多元素合成）---几 千度 （气体凝聚成星云）--绝对温度多少度（现在）。 3.天体年龄测定均<200亿年，符合大爆炸理论要求“所有 恒星都产生于温度下降之后”前提。
deformation fossils
4 生物化石稀少;Molecular & soft-body 5 酸性和还原大气圈和水圈；Acid & anoxic
atmosphere and hydrosphere resources
6 矿产丰富（Fe、Au、U);Abundant mineral
Chapter 10 History geology of Precambrian前寒武纪的地史
大气圈 和水圈 起源于 地球早 期的排 气作用
含氧大气圈的形成
臭氧层 光化学分解
光合作用-3500MB?
现代大气主要成分 氮气:78.083% 氧气:20.947%
氩气:0.934%
二氧化碳:0.035%
Precambrian atmosphere & hydrosphere
Ar: 缺氧还原性大气（广泛出现含金-铀砾岩） Pt1早期:缺氧到含氧过渡（纹带状硅铁组合—早期藻类释放出的
• 生物是如何起源的? How does an organism origin?
UFO, Egypt金字塔（公元前27世纪）， 15种星际有机分子的发现，陨石中分析 出氨基酸、嘧啶、脂肪酸 →生命地外起源extraterrestrial
S. Miller (1953)的氨基酸合成实 验，Fox的生物小分子合成生物大分 子(类蛋白），化石记录表明的生物 进化过程 →生命地内起源 terrestrial
O2被Fe2+吸收而沉淀）
Pt1晚期：逐渐含氧，叠层石大量发育 Pt2：含氧大气圈形成，出现含铁红色砂岩、高价铁沉积层、膏盐沉
积和可燃有机岩，但是Pt2-3:海相沉积中原生白云岩大量发育，反映当时大气中 CO2比Ar低，但仍比现在高
ห้องสมุดไป่ตู้
水圈：在Ar早期已经形成，因为在Ar1中出现玄武岩和砾岩
Pt2由还原——氧化
Chapter 10 History geology of Precambrian前寒武纪的地史
10.1 前寒武纪的划分和特征 10.1 Precam. division and characteristics 10.2 地球圈层的起源和演化 10.2 Origin and evolution of geospheres 10.3 前寒武纪生物界 10.3 Precambrian organic kingdoms 10.4 中国主要古大陆形成史 10.4 Paleocontinental formation of China 10.5 中国震旦纪古地理和古构造 10.5 Sinian paleogeography and tectonopaleogeography
超微宇
宙的瞬间
暴胀
宇宙诞生10-44秒之后便急速展开, 10-34厘米的超微宇宙在仅仅10-34秒之内迅速膨胀 了10100倍,称为暴胀(inflation）。 所谓10-34秒/厘米，就是 “1秒/厘米的一兆 分之一的一兆分之一的一百亿分之一” 极其短暂/微小的时间/空间。 而10100倍，就是1的后面加100个0（厘米）。 实际上提出了一个“从无到有”的宇宙起源 模
现 代 叠 层 石 及 其 藻 细 胞 澳 大 利 亚 ， 沙 克 湾
前 寒 武 纪 叠 层 石 及 其 藻 细 胞
( )
Ediacaran Fauna
Reconstruction of Ediacaran fauna
溶解氧 硫化氢（mM）
0 2.3～3.5
0.076 0
钠（mM）
钾（mM）
537
17.1
464
9.8
钙（nM）
镁（mM） 硅（mM） 氯化物（mM） 硫（mM）
30.8
0 20.75 636 0
10.2
52.7 0.2 541 27.9
锰（µ M）
铁（µ M）
680
5590
0
0.0015
铜（µ M）
10.1 前寒武纪的划分和特征
Precam. division and characteristics
10.1.1 前寒武纪的划分
Precambrian division
10.1.2 前寒武纪的特征 Precambrian characteristics
Sinian, Z, 震旦纪
2004年
10.1.2 Precam. features
3
Microalga(微古植物）指单细胞或多细胞藻类有机体，我国主要发育于Pt
Macroalga指根据目前研究程度尚无法归入现代藻类系统的、
肉眼可见的藻类，主要Pt2-3
2-3
3 Ediacara Fauna指震旦纪后期出现的，主要由腔肠动物（67%水
母、海鳃纲）、环节动物（25%）、节肢动物（似三叶虫）（5%）组成的不具 外壳的多细胞后生动物群。我国发现地点：鄂西、陕南、淮南、辽南和黑龙江。
人们认识到的5界生物 在前寒武纪都已出现
生 物 界 之 间 相 互 关 系
原生生物界
无核微生物界
无核微生物
原核 细胞 与真 核细 胞的 结构
WHO:Atypical Pneumonia(AP) →Severe Acute Respiratory Syndrome →SARS(萨斯)
非 细 胞 生 物
4 Trace fossils: Planolites-like, Gordia, Palaeophycus-like
Ar叠层石内 原核生物 藻丝体 (Australia)
上：2800Ma 下：3300-3500Ma
外貌类似现代铁 锰还原菌
分类位置不明
外貌类似现代藻
Gunflint Chert (1900Ma) 中的线状 细菌和念 珠状蓝菌
锌（µ M）
98～120
47～53
0.007
0.01
Deep biosphere
深海热液体系的物 质-能量循环模式
Aerobic • S2-(HS-,H2S,S0)+CO2+O2+H2O →SO42-+[CH2O] • CH4+O2→[CH2O]+H2O • 4H2+O2+CO2→[CH2O]+3H2O • NH3+O2+CO2 →[CH2O]+HNO3 Anaerobic • Chemolithotrophic SO42- reduction: CO2+ SO42-+H2 →[CH2O]+S2-+5H2O • Heterotrophic SO42- reduction: CH3COOH+ SO42-→CO2 +S2-+2H2O • CO2+6H2 →[CH2O]+CH4+3H2O
10.3 Precambrian kingdoms 前寒武纪生物界
• 生物是如何起源的? 地内与地外, 神创与自然演化,
单源与多源
How does an organism origin?
• 生物是何时起源的? 最早的生物记录
When does an organism origin?
• 前寒武纪生物界的面貌怎样? What is the features of the Precam. life?
Deep biosphere
热液流体
海水
温度（℃）
酸度（25℃时）
360～365
3.35
2
7.8
Deep biosphere
热液喷口是最具化学多样性的微生物生 长地. 地球化学梯度和热梯度提供了多 种微生物（嗜冷、温、热、酸、碱、盐 菌）聚集的小生境
表层生物圈仅 占生物生成空 间的3%，深 部生物圈则占 生物生成空间 的97%，深 海极端条件下 生活的极端生 物，其2/3的 基因与迄今科 学上的已知基 因不同。
从最古老岩石获得关于地幔分异的证据（Earth‘s earliest history）位于西格陵兰Isua的35公里长的突出地面的岩层中 含有地球上最古老的岩石，距今已有38亿年左右。现在，对 这些岩石中一种已经耗尽的同位素（钐-146）的衰变产物（钕 -142）所做的超精确测量，为在地球于大约45.6亿年前形成之 后的最初几亿年间地幔所经历的明显化学分异提供了清楚的证 据。最新型热离子化质谱仪所具有的高精度使得这项工作成为 可能。新的数据与地幔分异的平均时间为44.6亿年的结论是一 致的，可能反映了地幔在陆地的最后阶段的分异。 （Nature,2003,423:367-464;03-05-22,Letters）
高生长速率; 高生产力；高生物多 样性; 历史悠久. （古菌 evolve since 4 billion years ago)
生物是何时起源的?
When does an organism origin?
到目前为止，人们已 知的最早的细胞生命 形态（棒状和球状单 细胞生物）的化石来 自南非东部的 Barberton地区和澳 大利亚西部，年龄 3900-3500Ma.
3价铁的氢氧化物
BIF: Fe3O4
Chapter 10 History geology of Precambrian前寒武纪的地史
10.1 前寒武纪的划分和特征 10.1 Precam. division and characteristics 10.2 地球圈层的起源和演化 10.2 Origin and evolution of geospheres 10.3 前寒武纪生物界 10.3 Precambrian organic kingdoms 10.4 中国主要古大陆形成史 10.4 Paleocontinental formation of China 10.5 中国震旦纪古地理和古构造 10.5 Sinian paleogeography and tectonopaleogeography
前寒武纪生物界面貌 Features of the Precam. organisms
1 Ar:Molecular fossils（如氨基酸、脂肪酸、芳香族碳氢化合
stromatolites 2 Pt:Bacteria & alga:Stromatolites 繁盛，特别是Pt
物、环形化合物等），此外少量
河 外 天 体 谱 线 红 移
(Einstein shift)
Impact craters on the moon
4200MB
发光星体的光谱线红移----多普勒效应 (Christian Doppler, 1803-1853, 奥地 利物理学家
地球起源与圈层分异-42亿年+
• 46亿年前太阳星云中分化形 成原始地球，温度较低，轻 重元素浑然一体，尚无圈层 分异。 • 原始地球一旦形成，有利于 吸集更多星子使体积和重量 迅速增加，同时因重力分异、 放射性元素蜕变和星体撞击 而增温。 • 原始地球内部达到熔融状态 时，亲铁元素比重大而下沉 形成铁镍地核，亲石元素上 浮组成地幔和原始地壳。更 轻的液态和气态成分，通过 火山喷发溢出地表形成原始 大气圈、水圈。 • 地球初始圈层分异的时间约 在42亿年前。
1 时限长(46-5.4亿年)；Long duration 2 地层普遍变质 (麻粒岩相、角闪岩相、绿片岩相，一般越老变质 越深),岩浆活动发育;Wide metamorphism & magmatism 3 构造变形复杂，因为原始地壳薄、刚性差、热流值大，易塑 性变形，而且经历多期构造变动；Complicated
10.1 前寒武纪的划分和特征 10.1 Precam. division and characteristics 10.2 地球圈层的起源和演化 10.2 Origin and evolution of geospheres 10.3 前寒武纪生物界 10.3 Precambrian organic kingdoms 10.4 中国主要古大陆形成史 10.4 Paleocontinental formation of China 10.5 中国震旦纪古地理和古构造 10.5 Sinian paleogeography and tectonopaleogeography