前寒武纪

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  前寒武纪汉语拼音:Qianhanwuji;英语:Precambrian),地球形成之后,寒武纪之前的全部地质时期。又称先寒武纪。这一时期形成的地层称前寒武系先寒武系。始于地球形成约45亿年前,终于寒武纪的起点时间约5.43亿年前。时距长达近40亿年。

  前寒武纪是地质年代中,对于显生宙之前数个宙(eon)的非正式名称,原本正式的名称是隐生宙(Cryptozoic eon),但后来拆分成冥古宙太古宙元古宙三个时代。开始于大约45亿年前的地球形成时期,结束于约5亿4200万年前,大量的肉眼可见的硬壳动物诞生之时。

  尽管前寒武纪占了地球历史中大约八分之七的时间,但人们对这段时期的了解相当少。这是因为前寒武纪少有化石纪录,且其中多数的化石,如叠层石,只适合用来作生物地层学研究。此外,许多前寒武纪时期的岩石已经严重变质,使其起源变得晦涩不明。而其他的要不是已经腐蚀毁坏,就是还埋藏在显生宙地层底下。

  目前并未明了生物究竟起源于何时。在格陵兰西岸海外群岛曾发现一些古老石头,内含38亿年前的碳,可能是早期的有机物。此外在澳洲西部有一些保存良好的细菌,年代已超过34亿6000万年。目前已知最早的复杂多细胞生命型态,可能出现于大约6亿年前;而世界各地有许多5亿4200万年前到6亿年前之间的软件无壳动物化石,称为埃迪卡拉生物群(Ediacaran biota)。至于硬壳动物则出现于前寒武纪结束之后。

  大约在5亿4400万年前,也就是前寒武纪的结尾,出现了许多不同型态的动物。这些动物群统称为小壳动物群(small shelly fauna),目前所知有限。寒武纪的极早期发生了寒武纪大爆发(生命型态的快速分化与数量增加),导致伯吉斯动物群(Burgess fauna)的出现。

名称沿革

  1838年,A.塞奇威克将英国威尔士凯纳翁歇尔地方的变质岩和伴生的火山岩置于寒武纪沉积层之下,并建议所有比寒武纪更老的地层称为原生界(Protozoic)。1854年,英国W.E.洛根将加拿大产化石的沉积层之下的变质岩称为劳伦系。1855年,他和T.S.亨特又将不整合在含化石层之下新于劳伦系的地层称为休伦系。1860年,J.W.道森以始生界(Eozoic)称呼所有老于寒武纪的地层。1872年,J.D.丹纳又用太古界一名于全部前寒武纪岩石。其后,美国地质调查所采用C.D.沃尔科特1889年创名的阿尔冈界(Algonkian)代表变质较轻的前寒武系碎屑岩和火山岩,而用太古界代表高度变质的结晶岩系。1900年,W.C.布勒格用始寒武(意指寒武纪的最初期) 代表斯堪的纳维亚产早寒武三叶虫化石(Holmia)页岩之下的一段沉积层。1922年,A.W.葛利普根据中国地质学者的资料和要求提出震旦系,作为紧接寒武系之下、深变质岩系之上的一个系级年代地层单位。1945年,N.S.沙茨基根据苏联晚前寒武纪地层提出里菲界术语。1964年,W.B.哈兰根据挪威地层,提出用底寒武或瓦兰格 (Varangian)作为前寒武最上部的一个系名。

  前寒武纪年代名称创始于19世纪末叶。1872年,丹纳用太古代作为太古界的年代名称。1887年,S.F.埃蒙斯命名元古代,作为阿尔冈界的年代名称。20世纪初,C.R.范海斯将北美的太古界和太古代、阿尔冈界和元古代应用到世界范围。1930年,G.H.查德威克将全部地质时代分为两部分,寒武纪以前称为隐生宙,寒武纪到第四纪称为显生宙。隐生宙和显生宙曾被广泛应用。

  地质年表中在代(界)和纪(系)两级里,前寒武纪曾使用的许多名称的含义是含糊的,所以劳伦系、休伦系、阿尔冈界、里菲界等一般只限用于命名地区的局部岩群,使用较广的太古代(界)、元古代(界)长期未能统一,而笼统的术语则是前寒武纪和前寒武系。曾被广泛使用的隐生宙一词,近20多年来,由于软躯体动物化石在上部前寒武地层中的发现,以及太古宙和元古宙的命名,其使用已经大大减少趋于不用。

年代划分

  1977年,国际地层委员会前寒武纪地层分会在开普敦第四次会议将前寒武纪分为太古和元古,级别为宙,界线放在25亿年。1979年在明尼苏达州的德卢斯第五次会议对元古宙提出了三分,其起始年龄分别为25亿年,16亿年和9亿年;太古宙三分的年龄界线分别为35亿年和29亿年。这种划分是在地层、地质和年龄测定资料的基础上进行的。中国前寒武纪有4个重要变形期的年龄集中于大约27亿~25亿年、20亿~18亿年、17亿~16亿年和11亿~8亿年,分别代表4个巨大构造运动——铁堡运动(或称阜平运动)、五台运动、中岳运动(或称中条运动)和晋宁运动的时间。中岳运动为继五台运动之后叠加的运动,有些地区还表现为造山运动,更大范围是一次热事件。这些构造运动可作为前寒武纪年代和年代地层单位划定的一个基础。

  建立前寒武纪国际通用的时间划分是国际前寒武地层分会的主要任务。对太古宙和元古宙的划分,以25亿年为界,没有异议。而对元古宙的划分,经过反复研讨,提出了古元古、中元古和新元古3个新的代名,并将界线定为16亿年和10亿年。同时对代以下的纪级单位的划分,提出了以阶段地质特征为依据的划分初步命名方案。元古宙分为3个代的方案,现已于全球地层表中采用。中国全国地层委员会于1989年底也采用元古宙分为3个代的方案,但界线置于18亿年和10亿年。至于太古宙,1991年国际地层委员会前寒武纪地层分会第九次会议上决议,把太古宙分为4个代,从下而上为始太古代、古太古代、中太古代和新太古代。

前寒武纪各时期

  前寒武纪中包含有成铁纪、层侵纪、造山纪、固结纪、盖层纪、延展纪、狭带纪、拉伸纪、成冰纪与埃迪卡拉纪。之后的下一个时期寒武纪,则是显生宙里的第一代(era)第一纪(period)。

  • 元古宙(Proterozoic):从寒武纪下缘的5亿4200万年前开始,一直延续到25亿年前。过去曾有许多不同的界定范围,不过目前已固定从5亿4200万年前开始计算。“元古宙”一词早期是“前寒武纪”的同义词,包括了所有寒武纪以前的时代。
    • 新元古代(Neoproterozoic):元古宙晚期,大约从寒武纪底层下缘开始,直到9亿年前为止。不过目前倾向指5亿4200万年前到6亿年前。
      • 埃迪卡拉纪(Ediacaran):国际地质科学联盟(IUGS)在2004年宣布了埃迪卡拉纪的官方定义。此纪开始于6亿2000万年前,结束于5亿4200万年前,也就是寒武纪开端。这段期间曾存在埃迪卡拉动物群(埃迪卡拉生物群)。
      • 成冰纪(Cryogenian):提议中的新元古宙分期。
      • 拉伸纪(Tonian):提议中的新元古宙分期。
    • 中元古代(Mesoproterozoic):元古宙中期,大约为9亿年前到16亿年前。
    • 古元古代(Paleoproterozoic):元古宙早期,大约为16亿年前到25亿年前。
  • 太古宙(Archaean):约25亿年前到38亿年前。: Roughly from 2500-3800 Ma.
  • 冥古宙(Hadean):早于38亿年前。地球上已知最早的锆石结晶经测试已有44亿年历史。其他隐生宙岩石纪录有些来自月球或陨石。

地质特征

  前寒武纪地层在全球有广泛的出露。一般岩石以麻粒岩、片麻岩、绿岩、沉积变质岩、花岗岩、基性火山岩等为主。层状超镁铁岩石和斜长岩只在早前寒武有大量产出。中前寒武岩石既来源于大洋,也来源于浅海。晚前寒武除有海洋沉积外,还有陆地沉积。带状含铁建造在20亿年以前的前寒武系中广泛产出(约38亿年的最古老的岩石中含有条带状铁矿石),其后则出现陆成红层。这种变化可能反映早期生物造氧作用的发展。冰碛岩是前寒武的另一特殊岩石类型。下元古界上部,在加拿大地盾和南部非洲有明显的冰碛岩分布。上元古界上部,亚、欧、美、澳各大陆都有冰碛岩分布。在早前寒武地层中,碳酸盐岩类含量逐渐增多,而硫酸盐岩则到晚元古才出现。

  前寒武纪的化石稀少,但在31亿年前的古老地层中已发现有原始菌、藻类的遗迹或遗体。前寒武纪以具有浮游的微生物,从无核的到有核及单细胞的原生生物微化石为特征。约20亿年前,大气圈才开始有氧的积累,在大气圈有相当的氧的含量后,生物才得到了发展。由蓝-绿藻类衍生的底着叠层石广布于晚前寒武纪,而在约6亿年前出现有软躯体的多细胞的后生动物,称伊迪卡拉动物群。

  在地球早期的太古宙,没有成熟的岩石圈,不存在大陆块,可能也不存在典型的板块构造运动。活动区是广布的玄武岩流和大洋沉积,岩石多为绿岩和从地幔分异而来的花岗岩物质,沉积岩相对不多并在薄岩石圈和高热流之下不断受到改造。元古宙早期阶段是地球从早期的普通活动期到其后板块构造状态的过渡。从中元古代起发育了稳定的克拉通,普遍产生较厚的沉积岩,而活动带则限于局部。中元古虽然有了板块构造,但缺乏明显的边界,而岩石圈较现在为薄。晚前寒武纪的板块构造及其活动的痕迹,虽然被后来的造山作用所改造,而大陆间相互碰撞的证据在一些地盾或克拉通区仍可辨认。地质学者对前寒武纪古地磁、造山带地质和古气候等的进一步研究,元古宙的板块构造将更加清楚,也使人们对当时的古地理更为了解。