二叠纪

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二叠纪植物群示意图

  二叠纪汉语拼音:Erdieji;英语:Permian Period),古生代最后一个纪(第六个纪)。约开始于2.95亿年前,结束于2.5亿年前。在这一期间形成的地层称二叠系(Permian System)。1841年英国地质学家R.I.莫企逊在乌拉尔山脉西坡发现一套发育完整、含有化石较多的地层,可以作为二叠纪标准剖面,并依出露地点卡玛河上游的彼尔姆 (Пермь)地区命名为Permian系。英文名即源于俄文的音译。德国二叠纪地层可明显地分为两部分,下部为红色砂岩,称赤底统(陆相),上部为镁质灰岩,称镁灰岩统(海相)。中译二叠系是根据二分性明显的德国地方性名称Dyas的意译而来。

地层

  传统二叠纪地层为二分,即分为下统和上统。近年来,国际二叠系地层委员会将二叠系划分为三个统,下统以俄罗斯乌拉尔的乌拉尔统、中统以美国西南部的瓜德鲁普统、上统以中国南部的乐平统作为标准。二叠系底界的全球界线层型在哈萨克斯坦北部的阿德尔拉希沟(Aidralash Creek)剖面,以孤立曲颚齿牙形石(Streptognathodus isolatus) 的首现为标志。二叠系顶界的全球界线层型在中国浙江长兴煤山剖面,以小近欣德齿牙形石的首现为标志。此外,同位素年龄、磁性地层资料在二叠系对比中也发挥重要作用。二叠系–三叠系混合极性巨带(PTMM)、石炭系–二叠系反极性巨带(CPRM),以及其间的伊拉瓦拉极性反转(IR)在世界许多地区可以识别。石炭系–二叠系界线的同位素年龄为2.96亿年,二叠系–三叠系界线的同位素年龄值为2.51亿年。

  传统的中国二叠纪地层划分也采用二分,其底界置于相当于栖霞组底部的层位,高于国际流行的划分方案,大致相当于乌拉尔统空谷阶之底。为了逐步与国际标准统一,中国二叠纪地层的底界下降到过去划归石炭纪的船山统之底。

  二叠纪泛大陆的形成及各板块向北漂移形成了该时期比较特殊的海陆分布格局。以碳酸盐岩为主的沉积主要分布于泛大陆边缘的浅水部分和特提斯海离散岛弧的浅水地区,包括西西里、小亚细亚、中东、外高加索、盐岭、中亚、克什米尔、帝汶、日本、新西兰和北美太平洋侧等地以及属于稳定地块的北美、西伯利亚、中国华南和华北等地。

  以大量碎屑岩和广泛的火山岩系为特征的地层主要发育于各板块拼合带。最具代表性的地点为:美国得克萨斯州西部、内华达州、犹他州,亚洲的天山、内蒙古、滇藏、帕米尔,澳大利亚东、西部盆地,西南非,南美阿根廷等地。

  陆相及煤系沉积多见于亚洲、中欧、印度半岛和南半球的多数陆地。冰碛岩类发育于新西兰以外的南半球各大陆和印度半岛以及中国西藏南部的二叠纪早期地层中。这些以陆相地层为主的岩系包括冰碛岩在内,称为冈瓦纳相。

生物界

  二叠纪的生物内容丰富,不论是动物或植物都显示出与石炭纪有一定的演化连续性。早期的植物群与晚石炭世相似,以真蕨和种子蕨为主。晚期植物群有较大变化,鳞木类、芦木类、种子蕨、柯达树等趋于衰微或濒于绝灭,代之以较进化或耐旱的裸子植物,松柏类数目大为增加,苏铁类开始发展(见图)。这一变化在北方大陆反映较明显,一般被认为这里的中植代(用古植物观点对地质年代划分的年代单元)始于二叠纪晚期。

  在地理分异上,欧亚大陆和北美为北方植物群,下分安加拉、欧美和华夏三个植物亚群;而南大陆及印度半岛为舌羊齿植物群。

  无脊椎动物腕足类继续繁盛,其中长身贝类占优势。软体动物亦为重要组成部分,其中菊石类具有明显生态分异,在相对局限的中国华南与外高加索等陆棚地区有大的演化辐射,出现不少地方性类型。?类、四射珊瑚在早期繁盛,至晚期逐渐衰减而至灭绝。牙形石与石炭纪末期相似,是发展缓慢的阶段。苔藓虫类处于衰退期。三叶虫趋于灭绝。昆虫开始迅速发展,种类增多。

  脊椎动物的重要代表为两栖动物的迷齿类和爬行动物。爬行动物虽然发生在石炭纪,但其首次大量繁盛是发生在二叠纪,杯龙目、盘龙目和兽龙目三个主要类别在二叠纪时均有存在。它们作为现代爬行类、鸟类和哺乳动物的先祖(或其近亲),相当活跃地生活于南美和俄罗斯欧洲部分等内陆地区。

  二叠纪地层有效的分层和对比化石过去主要是?和菊石,优点是它们显示有易于辨认的演化趋势和较快的演化速率。不足之处是它们的生存往往受岩相控制,在世界范围内分布还不够广泛。近年来,除传统化石类群外,牙形石、放射虫、孢粉等在不同沉积相地层中发挥了越来越大的作用,尤其是牙形石由于演化快、分布广,已成为全球海相生物地层划分对比的主要标准化石类群。

  二叠纪的生物事件十分明显。南半球冈瓦纳舌羊齿植物群几乎全为三叠纪的二叉羊齿(Dicrodium)植物群取代。许多动物门类整目或整亚目在二叠纪末消亡。?类在晚二叠世尚存40多个属,该世结束时则全部绝灭。菊石在晚二叠世的12个科中,有10个科绝灭于二叠纪末。腕足类在晚二叠世140个左右的属,至二叠纪末所余极少,留下来的,绝大多数也只在早三叠世生活一段很短的时间。生物界的这一绝灭变化事件,迄今尚未完满地解释。可以肯定的是,绝没有一种单独的原因可以引起如此巨大的变化。已经提出的解释可以归纳为海洋盐度的变化、气候变化、地磁极倒转、宇宙射线辐射、超新星爆发、小星体陨击、生物本身的神经内分泌反应等。最可能的解释是影响生物演化进程的各种因素的特定结合,如海水进退、气候变化、造山作用、洋流变化、星体陨击、生态系列营养结构的变化及病毒、寄生虫和瘟疫的出现等。

  在植物界,欧亚古陆北方植物群大区明显地分为安加拉、欧美和华夏三个亚区,南方冈瓦纳大陆的舌羊齿植物群区则和北方大区相对应。欧美区和华夏区植物群为热带–亚热带产物,安加拉和冈瓦纳区植物群属温带和温带偏凉环境。动物界的腕足类、珊瑚类和?类等也有反映暖水和非暖水的地理分区现象,但其分布的边界和气候条件与植物界并不完全一致。这种气候分带和生物地理分区现象,是影响生物演变和发展的主要因素之一。

古气候、古构造和古地理

  二叠纪时,地球上出现更为明显的气候分带和生物地理分区现象。早期以寒冷、冰川广布为特征;晚期以海退、气候干旱为特征。南美、非洲南部、印度半岛、巴基斯坦盐岭、澳大利亚和南极洲以及中国西藏南部等地均有冰碛岩或冰水沉积。一般认为冰碛岩类主要见于二叠纪沉积系列的下部或底部,但缺乏化石或仅有特化的冷水分子如宽铰蛤(Eurydesma)组成,很难与标准剖面进行对比。因此,上述各处冰碛物沉积很难精确断定是否是同时的。二叠纪气候的梯度变化相当强烈,早二叠世的气温被认为是相当低的,其后逐渐改变,至晚二叠世已变得异常炎热干旱。北半球广泛发育的蒸发岩标示一种温暖、干旱的气候,而南半球广泛的含煤建造则标示一种温湿的气候。

  二叠纪是造山作用和火山活动广泛分布的时期,归属于海西运动晚期。北美阿巴拉契亚运动发生于二叠纪末,是二叠纪最强烈的板块构造活动区。西部的科迪勒拉碰撞带在连续的地壳运动中伴有强烈的火山活动。欧洲的造山作用和火山活动有两期。早期火山活动广泛,晚期趋于沉寂。乌拉尔残余海槽在晚二叠世褶皱隆起。自此欧洲与亚洲陆域融合为一体。中亚及中国北部、西南部板块碰撞带于二叠纪经历了一段复杂的褶皱、变质和广泛而强烈的火山活动,包括花岗岩侵入及中、酸性熔岩与凝灰岩的喷出。中国西南陆棚范围内出现大面积的高原玄武岩流及凝灰质沉积。日本亦大致有早、晚两期造山作用。

  二叠纪古地理一个突出的特点是特提斯海的存在。这一长期存在的海洋地带分布于现北纬30°~40°,西自地中海西部向东达印度尼西亚。南面一支沿澳大利亚西海岸延伸到南纬30°;东北面一支与覆盖中国的陆表海相连,与构造复杂的日本离散小地块相通,向北与乌拉尔残余海相通。特提斯海域环境复杂,包括浅水和深水区,活动区和相对稳定的地区。二叠纪末大面积的海退,使世界上大部分地区早二叠世及晚二叠世早期海域退缩殆尽。但中国南部、巴基斯坦和伊朗一带二叠、三叠纪间始终保持海域环境。

矿产

  二叠纪有丰富的矿产资源,最重要的有岩盐、钾盐、煤、石油和天然气、磷、铜、锰等。蒸发岩类主要见于美国西部得克萨斯州、德国的镁灰岩盆地以及荷兰、英国、丹麦和波兰等地。岩盐多分布于白俄罗斯、俄罗斯。二叠纪的煤,不论质和量均居重要地位,主要产地有西伯利亚中和北部、中国、印度、澳大利亚、南非、津巴布韦和刚果。西半球在此时期无重要煤矿。石油和天然气主要产于美国的俄克拉何马州和得克萨斯州、俄罗斯的欧洲部分、荷兰和德国等地。磷矿见于美国的蒙大拿州、爱达荷州、怀俄明州等地及俄罗斯乌拉尔山西部、中国东南部的江苏、浙江和福建等地。铜矿见于德国的含铜页岩层,中国西南地区亦有与玄武岩关系密切的沉积铜矿。锰矿见于中国南方陆表海的含锰硅质岩层中。