二叠纪简史!!!

百科   其他   2024-11-16 08:01   北京  


二叠纪作为古生代的最后一个纪,
起始于约2.99亿年前
结束于约2.52亿年前,
是一个充满变化与挑战的地质时代,
是地球地质演化史
最为重要的关键时段之一

二叠纪砂岩地层(图源@James St. John/flickr.com)


这个时期发生了一系列
全球性重大地质和生物事件,
地壳运动活跃,
古板块间的相对运动加剧,
气候、环境以及物种
都发生了新的演变

(图源@Dmitry Bogdanov - dmitrchel@mail.ru/en.wikipedia.org)
二叠纪动物化石(图源@James St. John/flickr.com)

漂移与拼合,
繁荣与没落,
二叠纪究竟发生了什么?
让我们一起揭开真相!

(图源@BBC/youtube.com)




01



有关二叠系最早的国际研究
由德国地层学家于18世
在欧洲由于开采铜矿的需要而开始,
但“Permian”一词却是由
英国地质学家莫企逊
(Roderick Impey Murchison)
根据俄罗斯南乌拉尔山区
Perm小镇附近的地层,
于1841年提出。

(图源@wikipedia.org)


莫企逊描述的乌拉尔地区
二叠系方案与目前国际通用的
二叠系有很大不同,
最初包含了空谷阶(Kungurian)、
乌菲阶(Ufimian)、卡赞阶(Kazanian)
和鞑靼阶(Tatarian)。

俄罗斯乌拉尔山区(图源@Irina Kazanskaya/flickr.com)

后续又增加融合欧洲的赤底统、
英国新红砂岩下部以及
本来划分至石炭系的亚丁斯克阶,
最终形成了一个包含2统7阶,
上、下二叠统的界线位于
卡赞阶底部二叠系划分方案,
并被沿用了100多年

美国瓜德鲁普统地层(图源@James St. John/flickr.com)

上世纪90年代初,
中、美、俄三方共同推进了
二叠系的国际官方划分方案——3统9阶,
其中乌拉尔统(Cisuralian)
以乌拉尔南部地层为标准, 
自下而上分为阿瑟尔阶、萨克马尔阶、
亚丁斯克阶和空谷阶四个阶;

(图源@国际年代地层表202309)

瓜德鲁普统(Guadalupian)
以美国德克萨斯Guadalupe山地层为标准,
进一步分为罗德阶(Roadian)、
沃德阶(Wordian)和
卡匹敦阶(Capitanian)三个阶; 
乐平统(Lopingian)
以中国华南地层为标准,
分为吴家坪阶和长兴阶。

二叠系吴家坪阶-长兴阶界线金钉子剖面(图源@文献[3])

由于中国二叠各地层区
大地构造背景各有不同, 各地二叠系
发育程度和特征也存在差异。
如北部边缘地层区二叠系发育不完整,
层序和时代均存在较多问题;

中国个主要地块二叠系划分与对比(图源@文献[1])

而华南地层区的二叠系较为完整, 
整体为海相碳酸盐岩沉积,  
层序清晰, 所含各门类化石
丰富且研究程度高,  
尤其是牙形类和
䗴类的研究最为精细, 
建立了高精度的生物地层对比框架。

二叠纪主要地质和生物事件时间表(图源@文献[1])

近几十年来,我国二叠系的
划分与对比精确度快速提高,
中国的二叠系被划分为3统8阶,
其中乐平统成为国际标准,
下部的阳新统和船山统大阶段上
与国标中的瓜德鲁普统和
乌拉尔统整体对应。

中国二叠系划分历史沿革及其与国际二叠系方案的对比(图源@文献[1]

牙形刺化石为
二叠纪生物地层
高分辨率划分基础,
国际二叠纪地层分会
已确立及待建的GSSP定义
均采用牙形类化石为标志。

二叠纪高精度综合地层和时间框架(图源@文献[1])


䗴类,俗称纺锤虫,

是二叠纪关键的化石门类,

其演化迅速且性状易于识别,

生物地层序列清晰,

广泛用于特提斯大区对比。

华南地区二叠纪䗴类化石发育完善,

保存各时期记录,

且多剖面共存牙形类与䗴类,

有助于两套生物地层系统对比。


二叠纪䗴类化石(图源@James St. John/flickr.com)

晚古生代放射虫在恢复古水深、
确定地层地质时代和
重建造山带演化中发挥了重要作用,
主要分布于远洋至深水陆架。
中国二叠纪放射虫多见于
华南西南部和北缘盆地相沉积处,
此外,钦防、云南、
西藏造山带也有发现。

二叠纪海螺化石礁(图源@Chris Baird/flickr.com)




02

二叠纪时期,地球上所有的
主要陆块聚集成一个被称为
“Pangaea”(泛大陆/盘古大陆)
的超级大陆,
盘古大陆横跨赤道并向两极延伸,
对古特提斯洋
产生了巨大的影响。

二叠纪早期地球(图源@Jo Weber/en.wikipedia.org/''Tethyan Plate Tectonic'' working group of the Institut de Mineralogie et Petrographie, Université de Lausanne)


在超级大陆上延伸的中央盘古山脉
是在石炭纪劳亚古陆和
冈瓦纳古陆碰撞后形成的,
在大约 2.95 亿年前的
二叠纪早期达到最大高度,
与现在的喜马拉雅山相当,
但随着二叠纪时间进展受到严重侵蚀。

二叠纪木化石(图源@Dietmar Down Under/flickr.com)

与大多数其他地质时期相比,
二叠纪气候较为凉爽,
从极地到赤道的温度梯度适中,
这促使丰富的生物物种在
广阔的大陆和周围海洋中繁盛起来。

二叠纪砂岩层剖面(图源@James St. John/flickr.com)

昆虫在石炭纪大量繁衍,
在二叠纪早期又经历了快速多样化。
二叠纪时期占主导地位的昆虫是
Paleoptera(古翅下纲)、
Polyneoptera(复新翅类)
和 Paraneoptera(准新翅类)
的早期代表

Paleoptera(古翅下纲)生物(图源@Nordelch/en.wikipedia.org)
Polyneoptera(复新翅类)生物(图源@Hirvenkürpa/en.wikipedia.org)
Paraneoptera(准新翅类)生物(图源@ARS Information Staff/en.wikipedia.org)

在二叠纪乌拉尔世时期,
合弓纲动物(羊膜动物的
两个主要演化支之一)
繁衍生息,种类繁多
包括一些大型成员,如异齿龙。
其特殊适应能力使
它们能够在二叠纪
干燥的气候中繁衍生息,
并逐渐成为脊椎动物中的统治者。

合弓纲异齿龙(上图源@H. Zell/en.wikipedia.org;下图源Nobu Tamura/en.wikipedia.org)

乌拉尔世
瓜德鲁普世之间的过渡期,
动物群发生了一些更替,
两栖动物逐渐减少,
盘龙目(合弓纲)被更先进的
兽孔目(合弓纲)动物取代,
陆地合弓纲动物之间的
捕食者与猎物相互作用变得更加活跃。

丽齿兽(上图源@H. Zell/en.wikipedia.org;下图源@ДиБгд/en.wikipedia.org)

晚二叠世动物群
以高级兽孔目动物为主,
例如掠食性的丽齿兽
食草有喙的二齿兽,
以及大型食草的
锯齿龙类副爬行动物。

锯齿龙类(上图源@p_a_h from United Kingdom/en.wikipedia.org;下图源@Nobu Tamura/en.wikipedia.org)

二叠纪有四个植物区系已被认可:
安格拉区(Angaran)、
欧美区、冈瓦纳区和华夏区。
石炭纪雨林崩塌导致欧美区
晚石炭纪以石松类为主的森林
被以树蕨为主的森林所取代,
并导致华夏植物区系与
欧美植物区系的分化。
冈瓦纳植物区系
在二叠纪的大部分时间里,
以舌羊齿目植物(木本裸子植物)为主,
一直延伸到高纬度的南部地区。

四个植物区(图源@RoRo/en.wikipedia.org/CC0


苏铁类和银杏类的
早期种类在二叠纪时期出现;
二叠纪针叶树的形态与
现代针叶树非常相似,
并且适应干旱或
季节性干燥的气候条件。

二叠纪蕨类化石(图源@Anne Burgess/en.wikipedia.org)

在二叠纪海洋中
软骨鱼类继续繁盛,
出现了许多新类型;

二叠纪软骨鱼类(图源@Dmitry Bogdanov/zh.wikipedia.org)

软骨鱼类全头类演化支
(包括现存的银鲛
的成员石炭纪-二叠纪期间
达到了多样性的顶峰,
其中最著名的二叠纪代表
是旋齿鲨,以其下颌
不寻常的螺旋形齿圈而闻名。

旋齿鲨(图源@Idaho State University/youtube.com)
旋齿鲨化石(图源@James St. John/flickr.com)
大白鲨、旋齿鲨和邓氏鱼对比(图源@RobinGoodfellow_(m)/flickr.com)

腕足类中长身贝类占优势;
䗴类、海百合和
软体动物依旧是重要部分,
菊石类有明显分异;
四射珊瑚和横板珊瑚繁盛;

苔藓虫逐渐衰退;三叶虫趋于灭绝。


二叠纪珊瑚化石(图源@James St. John/flickr.com)






03



约 2.52 亿年前,
二叠纪以古生物学有记录以来
最大规模的灭绝事件而告终:
二叠纪-三叠纪灭绝事件(P-T)。

二叠系-三叠系交界剖面(图源@Dippiljemmy/en.wikipedia.org)


以消失的物种来计算,
当时地球上70%的陆生脊椎动物,
以及高达96%的海中生物消失;
这次灭绝事件也造成
昆虫的唯一一次大量灭绝,
约有57%的科与83%的属消失。

二叠纪两栖动物化石(图源@James St. John/flickr.com)


有充足证据显示,
超过三分之二的陆生两栖动物、
蜥形纲、兽孔目的科
在这个灭绝事件中消失。
大型的草食性动物遭受严重的打击。
除了前棱蜥科,
几乎所有的副爬行动物灭亡;

(图源DiBgd/en.wikipedia.org)


存活比例最高的海洋生物,
通常具有良好的循环系统、
复杂的气体交换机制、
以及较少的钙化组织。
而钙化组织最多的物种,
则是灭亡比例最高的生物,

二叠纪鱼类化石(图源@James St. John/flickr.com)


在20世纪之前,二叠纪与三叠纪
交界的地层很少被发现,
因此很难准确地估算灭绝事件的
时间、影响范围,以及发生原因。
而随着浙江长兴二叠系-三叠系
界线层型剖面和点位(GSSP)
以及其他相关地层剖面的发现,
大灭绝事件的研究有了新的进展。

浙江长兴二叠系-三叠系 界线层型剖面和点位(图源@文献[3])

估计二叠纪—三叠纪灭绝事件的
发生年代为2亿5140万年前
(误差值为30万年),
但过程与成因仍在争议中。
根据不同的研究,
这次灭绝事件可分为1~3个阶段。

二叠系富磷沉积岩(图源@James St. John/flickr.com)

第一个小型高峰可能因为环境的逐渐改变,
原因可能是海平面改变、
海洋缺氧、盘古大陆形成引起的干旱气候;
而后来的高峰则是迅速、剧烈的,
原因可能是撞击事件、超级火山爆发、
或是海平面骤变,
引起甲烷水合物的大量释放。

二叠系石灰岩(图源@James St. John/flickr.com)

动荡的世界,
多变的气候,
发生在二叠纪时期的故事
奇特又引人注意
值得我们进行深入的了解!

还想了解更多地质年代知识吗?

「地球印迹周历2025」

正在热销!




精美化石套盒

等你来拿!


▲点击图片购买▲

每次的翻页,

都是对地球沧桑巨变的一次深刻致敬。



探索地球沧桑巨变,

见证时间亿年流转!


一起开启地质时光之旅吧!



参考资料:

[1] 沈树忠,张华,张以春,等.中国二叠纪综合地层和时间框架[J].中国科学:地球科学, 2019(001):000.DOI:10.1360/N072017-00265.


[2] 申博恒,沈树忠,侯章帅,等.中国二叠纪岩石地层划分和对比[J].地层学杂志, 2021, 45(3):21.


[3]余琪祥.11枚金钉子[J].石油知识, 2020(2):2.DOI:CNKI:SUN:SYZS.0.2020-02-004.


[4] 陈波.牙形刺氧同位素重建二叠纪冰期和古气候历史[D].中国科学院研究生院[2024-11-15].


[5] 崔亚圣,吴奎,王伟,等.二叠纪-三叠纪之交牙形石氧同位素研究进展[J].资源环境与工程, 2022, 36(6):7.DOI:10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2022.06.001.


[6]丁奕,张立军.古海洋氧化还原条件的遗迹化石定量表征特征:以华南二叠纪末生物大灭绝事件为例[J].古地理学报, 2023, 25(2):405-418.DOI:10.7605/gdlxb.2023.02.025.


[7]张华,蔡垚峰,角升林,等.二叠纪-三叠纪转折期升温事件与陆地生态系统[J].第四纪研究[2024-11-15].


[8]  Barnaby R J , Ward W B .Outcrop Analog for Mixed Siliciclastic–Carbonate Ramp Reservoirs—Stratigraphic Hierarchy, Facies Architecture, and Geologic Heterogeneity: Grayburg Formation, Permian Basin, U.S.A.[J].Journal of Sedimentary Research, 2007, 77(1):34-58.DOI:10.2110/jsr.2007.007.


YouTube、维基百科、搜狐、百度百科等


- End -

欢迎添加小桔

微信号:xiaoju750
< 请注明:姓名+单位+职务 >

< 长按二维码识别 >

桔灯勘探
50万+地学人的圈子!
 最新文章