成冰纪
地质学术语
成冰纪(Cryogenian),符号NP2,是元古宙新元古代的一个地质纪,开始于同位素年龄850±0百万年(Ma),结束于630(+5/-30)Ma,上承拉伸纪,下启埃迪卡拉纪。该时期以全球性“雪球地球”事件为特征,发生Sturtian(717-660百万年前)和Marinoan(650-635百万年前)两次冰期,冰川覆盖至赤道区域,海洋冰封持续数千万年;冰期结束依赖大气CO2浓度剧增至10万ppm以上,Marinoan冰期因火山活动排放CO2提前终止,Sturtian冰期则因缺乏火山活动持续更久。
简介
成冰纪期间出现雪球地球事件,为生物低潮。整个成冰纪,地球处于冰河时期,被称为“成冰纪冰河时期”。
成冰纪属于前寒武纪元古宙新元古代;成冰纪的上一纪为拉伸纪,下一纪为埃迪卡拉纪。成冰纪分为Sturtian、Varangian、Smalfjord、Mortesnes。
成冰纪时期(Cryogenian Time),地球曾经发生过几次冷却事件,在当时冰川覆盖了地球表面大部分的面积。有些理论学说提出这些冷却事件应该是当时地球的冰河时期,因为跟地球经历过的冰河时期有点类似(指地质时间),或许当时的气候更加寒冷。
有理论学说认为成冰纪当时整个地球冻成一个类似固体形态的巨型雪球。要得知这些寒冷时期的最佳的证据便是地球曾经有过一段很长的寒冷气候(或许是周期性的冰河时期),出现雪球地球事件,时间大约发生在22亿年前,然后再次发生大约在7亿1000万年前,最后大约在6亿4000万年前。成冰纪时期的法定地质年代开始于8亿5000万-6亿3000万年前。
在扬子大陆北缘的裂谷构造环境,成冰纪岩浆侵位启动周围的地下水热液循环,岩浆岩本身由于高温水-岩反应出现18O亏损;在断裂塌陷之处出现局部地壳物质再循环,热液蚀变岩石发生重熔,从而形成低18O岩浆。显然,成冰纪时期地球上出现过岩浆热能驱动的大规模热液循环,是地质历史上“冰”与“火”之间相互作用的典型范例。
“雪球地球”事件
成冰纪(距今6.35-7.2亿年前)是地质历史中气候变化最极端的时期,发育有两次全球性冰期事件:Sturtian冰期和Marinoan冰期。在冰期过程中,冰川波及到低纬度甚至赤道地区,全球海洋被完全冰封。两次冰期事件持续时间长达数百万年至数千万年之久,被称之为雪球地球。雪球地球的结束需要大气中CO2浓度达到10万ppm以上(现代大气CO2浓度约为400ppm)。高浓度的大气CO2产生强烈的温室效应,导致冰川迅速融化,地球进入极端炎热气候。
新元古代成冰纪地球上发生了两次“雪球地球”事件(Sturtian和Marinoan),当时地球表面从两极到赤道地区全部被冰雪覆盖,变成了一个大雪球。这种极端压抑的气候条件不仅限制了多细胞生命的演化,也扰动了海洋生态系统中的碳循环。冰川消融之后,海洋化学条件得到了改善,生态系统逐渐复杂化,形成了多个营养级别的生物链,在埃迪卡拉纪-寒武纪早期爆发了形态复杂、多个门类的多细胞生物。
无论是长期的Sturtian雪球事件(ca. 717-660 Ma),还是短期的Marinoan雪球事件(ca. 650-635 Ma),要让冰川消融,必须要求当时大气中存在一定浓度的温室气体CO2。成冰纪时地球上生命活动以微生物为主,这些微生物呼吸作用释放的CO2微乎其微。CO2的排放主要源自大陆岩石圈,大陆裂谷岩浆活动是大陆岩石圈释放CO2的重要途径,在地质历史时期曾多次引发大气中CO2浓度的增加。
Marinoan冰期末期经历了大规模火山活动致使Marinoan冰期提前结束,火山作用排放的CO2使Marinoan冰期缩短了2-5 Myr。Sturtian冰期末期没有经历大规模火山活动,所以经历了很长一段时间(57 Myr)才积累了足够多的CO2来融化Sturtian冰盖。也就是说,Sturtian冰期末期缺少大型火山活动是其持续时间长的主要原因。
年代简介
成冰纪分为Sturtian、Varangian、Smalfjord、Mortesnes。
成冰纪时期 (Cryogenian Time),开始於同位素年龄850±0百万年(Ma),结束于630(+5/-30)Ma。地球曾经发生过几次冷却事件,在当时冰川覆盖了地球表面大部分的面积。有些理论学说提出这些冷却事件应该是当时地球的冰河时期,因为跟地球经历过的冰河时期有点类似(指地质时间), 或许当时的气候更加寒冷。
生物介绍
发现成冰纪的最后阶段最古老动物的化石
美国科学家2009年2月在阿曼的一座油田中找到了世界上最古老动物的化石。这种动物的遗迹看起来并不像传统的化石,而更像是化石复制品。这种化石具有化合物的化学痕迹,其中的化合物至少只有在现代用海绵生产出来。而一些科学家则把海绵动物看作是现代所有动物最近的共同祖先。
美国加利福尼亚州立大学地质学家高登-勒弗领导并完成了对这种化石的研究项目。高登认为,“很明显,这是最古老的动物的证据。”高登的研究团队在对由阿曼国家石油公司负责开采的沉积矿床进行分析时发现了这些化石。这种沉积物应该形成于“地球雪球”之后的成冰纪的最后阶段。此前,最古老的动物化石可以追溯到地球的第二个地质时代埃迪卡拉纪。科学家们一直不能确定他们是否已经找到了动物生命的真实起源,还是仅仅发现了化石的最早记录。
新的发现表明,动物事实上在埃迪卡拉纪之前就已经进化形成。这样使得这些简单的海绵体至少有1亿年的进化时间,从而发展出五花八门的物种并在寒武纪早期开始兴旺起来。高登团队发现的化学迹象就是一种被称为24-异丙基胆甾烷的脂肪状化学物质,科学家们只有在海绵中发现这种骨骼结构。海绵一直都被认为是最早动物的现代后裔。还有其他研究认为扁盘动物的祖先是世界上最早的动物。不管这种分类学方面如何存在争议,高登团队发现的化石明显更古老。无论是通过铀进行年代测定还是对化石沉积物的位置分析,都证明它出自成冰纪晚期。这些化石显示,有爪动物在寒武纪大爆发时不但存在,其形态还出乎意料地比现代有爪动物更加丰富多彩。
高登-勒弗的下一步计划就是进一步挖掘成冰纪沉积物,以准确测定他发现的原型海绵具体是在何时何地形成的。高登认为需要澄清的几个问题是,“是不是第一冰期的环境引起了生物的变化?它是不是海洋化学变化产生的后果?我们必须要争取弄清楚动物首次出现的前因后果。”在现代的海洋中,70%以上的动物种和个体实际上都是由软组织构成的,因而极少有形成化石的可能。那么寒武纪生物大爆发时是不是也会产生如此众多的软躯体动物?这块古老化石的发现,使得人们如实地看到了地球海洋中最古老的动物原貌。科学家们认识到,自寒武纪生物大爆发时,地球海洋中就生活着纷繁众多、形态各异的动物;绝大多数地层中保存的硬骨骼化石误导了人类对早期生命的认识。例如叶足动物门的有爪动物,只生活在南半球的少数陆地地区。
地球变化
罗迪尼亚超大陆大约在七亿五千万年前分裂成两半,打开了古大洋;北美洲往南向冰雪覆盖的南极旋转。罗迪尼亚大陆的北半部基本上包括:南极大陆、澳洲、印度、阿拉伯,以及成为中国的一部份大陆碎块(华南、华北),以逆时针的方向旋转,向北穿越严寒的北极。介於分成两半的罗迪尼亚大陆之间,是第三大陆-刚果地盾,它组成了中、北非洲的大部分。
时代结束
而当成冰纪迈向末期时,正处于巴伦泽冰期 (Baranger glaciation) (马林诺冰期 Marinoan glaciation),因积留在岩石里的碳13 同位素产生变化,而结束了成冰纪的年代。成冰纪时期是属于前寒武纪 (Precambrian) 里元古宙晚期的一部份, 其顺序排列在埃迪卡拉纪之前。
参考资料
成冰纪.成冰纪.
兰中伍等.岩石圈演化学科中心.2022-03-28
最新修订时间:2025-09-18 01:18
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概述
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