志留纪

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志留纪时期地球

志留纪(Silurianperiod)(笔石的时代,陆生植物和有颌类出现)是早古生代的最后一个纪,也是古生代第三个纪。本纪始于距今4.38亿年,延续了2500万年。由于志留系在波罗的海 哥德兰岛上发育较好,因此曾一度被称为哥德兰系。志留纪可分早、中、晚三个世。  

目录

名词概述

志留系三分性质比较显著。一般说来,早志留世到处形成海侵,中志留世海侵达到顶峰,晚志留世各地有不同程度的海退和陆地上升,表现了一个巨大的海侵旋回。志留纪晚期,地壳运动强烈,古大西洋闭合,一些板块间发生碰撞,导致一些地槽褶皱升起,古地理面貌巨变,大陆面积显著扩大,生物界也发生了巨大的演变,这一切都标志着地壳历史发展到了转折时期。

志留纪生物

志留纪的生物面貌与奥陶纪相比,有了进一步的发展和变化。海生无脊椎动物在志留纪时仍占重要地位,但各门类的种属更替和内部组分都有所变化。如笔石动物保留了双笔石类,新兴的单笔石类也很繁盛;腕足动物内部的构造变得比较复杂,如五房贝目、石燕贝目、小嘴贝目得到了发展;软体动物中头足纲、鹦鹉螺类显著减少,而双壳纲、腹足纲则逐步发展;三叶虫开始衰退,但蛛形目和介形目大量发展;节肢动物中的板足鲎,也称“海蝎”在晚志留世海洋中广泛分布;珊瑚纲进一步繁盛;棘皮动物中海林檎类大减,海百合类在志留纪大量出现。

脊椎动物中,无颌类进一步发展,有颌的盾皮鱼类和棘鱼类出现,这在脊椎动物的演化上是一重大事件,鱼类开始征服水域,为泥盆纪鱼类大发展创造了条件。

植物方面除了海生藻类仍然繁盛以外,晚志留世末期,陆生植物中的裸蕨植物首次出现,植物终于从水中开始向陆地发展,这是生物演化的又一重大事件。

植物登陆成功和有颌类的出现是发生在志留纪的最重要的生物演化事件。由于剧烈的造山运动,地球表面出现了较大的变化,海洋面积减小,大陆面积扩大。作为陆生高等植物的先驱,低等维管束植物开始出现并逐渐占领陆地,其中,裸蕨类和

志留纪生物化石

石松类是目前已知最早的陆生植物。在奥陶纪出现的脊椎动物无颌鱼类进一步发展,得到大量繁荣;在志留纪中期,更先进的有颌鱼类开始出现,为随后鱼类等高等脊椎动物的大发展奠定了基础。

志留纪时,海洋无脊椎动物发生了重要的更新,繁盛一时的三叶虫逐渐衰退,板足鲎类开始兴起,是当时海洋节肢动物中个体最大的种类。伴随着陆生植物的发展,志留纪晚期还出现了最早的昆虫和蛛形类节肢动物。

这个时期最大的特点是植物开始登上陆地,在海中也出现了有颌骨的鱼类--棘鱼类,棘鱼类并演化出了鳃盖骨,海中有成群的珊瑚聚集生活,最后形成珊瑚礁。  

地层介绍

志留纪地层在世界范围内分布很广,当时的浅海海域广泛分布于亚洲、欧洲和北美洲的大部分地区,以及澳大利亚、南美洲的一部分地区。非洲和南极洲除个别小区外,当时均为陆地。中国的志留系分布不如奥陶系广,整个华北地区一般缺失志留纪地层,大部分华南地区的志留纪地层限于兰多维利世或可能的文洛克世最初期。华南是中国志留系研究的标准地区,研究基础最好。过去划分的龙马溪组、罗惹坪组和纱帽组分别被归入下、中、上志留统,经近年研究,宜全部归入早志留世兰多维利统。

志留纪的分层系统及标准化石分带是采用各地的资料综合确立。英国则被视作国际志留系研究的标准地区。兰多维利、文洛克和罗德洛3个统均在英国确立。此外,在挪威南部、加拿大东部的安蒂科斯蒂岛、瑞典的哥德兰岛、乌克兰的波多利亚地区、捷克和斯洛伐克的布拉格附近地区,都有发育良好的志留纪不同时期的地层和生物群。

克伦克志留系与泥盆系地层剖面

在全部地层系统中,志留系是第一个基本健全年代地层系统的系。这个系的顶、底界线、统的划分和阶的建立,均由国际志留纪地层分会提出方案,被国际地层委员会在1981~1985年先后批准。建立全球的标准方案,对于获得国际地质共同语言,便于统一使用和广泛对比,是十分需要的。

志留系的顶界,已选定均一单笔石(Monoraptusuniformis)生物带的底为界,并选择捷克和斯洛伐克的巴兰德地区克伦克剖面作为其界线层型剖面这个提案被国际志留-泥盆纪界线工作组几乎一致通过(1977)。志留系的底界的选定,放弃了传统的观点,即将雕刻雕笔石(Glyptoraptuspersculptus)带之底作为志留系的底界,改用笔石Par-akidoraptusacuminatus带的底界为界,其界线层型选在苏格兰莫弗特地区的多斯林恩(DobsLinn)剖面。由于该剖面系单相型的,沉积环境不适宜于底栖生物,所处位置地质构造复杂,所以这个方案在国际奥陶纪-志留纪界线工作组只以微弱的多数获得通过,尚待继续检验。

志留系的再分,包括4个统及其各自的分阶。

①兰多维利统。标准地区在英国威尔士南部达费德的兰多维利镇周围。兰多维利统分成3个阶,最底部的阶称为鲁丹阶,其底界与国际上已通过的志留系底界一致;第2个阶称为阿埃罗尼安阶(Aeronian),以笔石Demirastritestrianulatus生物带之底为底界;最上部称特利奇阶,以笔石Spiroraptusturriculatus带之底为底界。

②文洛克统。标准地区在英格兰什罗普郡的文洛克地区。分成两个阶,下部谢因伍德阶和上部霍麦尔阶。谢因伍德阶的开始,也是文洛克统的开始,以Cyrtor-aptuscentrifuus带的出现为标志;霍麦尔阶则以Cy-rtoraptuslundreni带为最底部一个笔石带。

③罗德洛统。标准地区在英格兰什罗普郡的罗德洛地区

志留纪

。共分成两个阶,格斯特阶和路德福德阶。格斯特阶的底界亦即文洛克与罗德洛两个统之间的分界,与笔石Neodiversoraptusnilssoni带的底界相吻合,路德福特阶的底界相当于笔石Saetoraptusleintward-inensis带之底。

④普里道利统。标准地区在捷克和斯洛伐克的巴兰德地区。其底界为Monoraptusparultimus带的底,顶界即志留系顶界。到目前为止,这个统尚未能再分成若干阶。有人对这个统的级别还在怀疑,甚至认为只是一个阶而不是一个统。

中国的志留系除中期地块外,分布较广。兰多维利统在扬子地区发育最好,是研究兰多维利统必不可少的关键地区。在扬子地区的兰多维利世,初期为含笔石的黑色页岩和页岩,以龙马溪为代表;中、晚期普遍出现壳相层和碳酸盐地层;晚期在扬子地区的北缘出现生物岩礁和海相红层。兰多维利世之后,扬子地区普遍上升成陆。地层区划是由不同古板块控制的。不同古板块上发育的志留系可以作为不同的大区。同一古板块中的稳定地区和活动地区可以作为地层区,地层分区主要根据岩相和生物相带的不同。  

地史特征

志留纪时期全球主要的地块有冈瓦纳、劳伦、欧洲(波罗的海)、西伯利亚、科累马、哈萨克斯坦、中朝、塔里木、华南等9个。其中最大的是冈瓦纳地块,集中在南半球的高纬度区。其他地块则分布在当时的中、低纬度区,特别是低纬度区。介于劳伦和欧洲两大板块之间的海洋为古大西洋。这一古洋在加里东末期一度闭合,形成加里东褶皱带。劳伦板块与之间的前阿巴拉契亚洋闭合后形成阿巴拉契亚褶皱带。劳伦板块与欧洲板块在志留纪末期相遇碰撞,形成广泛沉积老红砂岩的欧美大陆。当时的西伯利亚板块与现今的地理方位几乎转了180°哈萨克斯坦板块是由数个中间地块联合而成,介于西伯利亚与塔里木两个板块之间。无论从动物群特征或海相红层等沉积特征来看,都表明塔里木介于中朝与华南二板块之间。中朝与华南两个板块之间为秦岭洋。

志留纪

志留纪时期的深水洋盆的沉积物很少保存。这是因为地质历史中的多次板块之间的碰撞和俯冲使之几乎丧失殆尽,目前保存下来的都是当时大陆架至陆坡的沉积物。志留纪各大板块是陆表海和陆棚浅海广布的时期,台地碳酸盐发育最为广泛,其中以北美洲最为典型。它的中部广泛分布台地型的浅水碳酸盐相,包括美国中部、西部和加拿大西部的白云岩套,以及加拿大东部及白云岩套周缘的石灰岩套,在北美洲的西缘出现明显的岩相分异,即由白云岩套向西变成灰岩、泥岩过渡相带,再向西变成碎屑岩相带。北美洲的东缘也有类似的岩相分异,即向东由台地碳酸盐岩变为碎屑岩相带。欧洲大陆特别是波罗的海沿岸、中欧、东欧主要是台地型的间夹盆地的笔石页岩沉积,至西欧出现台地碳酸盐岩至台缘斜坡笔石页岩的明显岩相、生物相分带。西伯利亚地台上沉积碳酸盐岩和笔石泥岩的志留纪地层,厚度甚小,而其周缘的活动带则转为巨厚的碳酸盐岩及火山复理石建造。华南板块乃至西藏中间地块及它们的周缘活动带,都是以为主间夹碳酸盐岩的沉积。华南板块志留纪岩相、生物相的分异也十分典型,即西部碳酸盐岩和碎屑岩的台地型沉积,含壳相及笔石动物群;东部为碎屑岩及复理石的盆地沉积,含笔石动物群。志留纪的冈瓦纳大陆,包括了非洲、大洋洲和南美洲的广大地域。非洲北部至南美洲的东、北部沉积了类似的

五房贝

台地型泥岩和细碎屑岩,含有相同的Malvinokaffric动物群。澳大利亚东部及塔斯马尼亚、新西兰则为大套的复理石建造,为大陆斜坡的深水沉积。

志留纪初期,南极冰盖迅速消融,导致志留纪海洋和大气环流减弱,纬向气候分带不明显,深海部分相对较暖,含氧量较低,易成滞流。因此,除高纬度的冈瓦纳大陆外,其他各板块大都处于干热或温暖的气候条件下,这种全球性的温暖气候主要反映在:

志留纪特别在兰多维利世初期全球广布的黑色笔石页岩,表明滞流环境的普遍性;

碳酸盐岩和生物礁的广泛分布,在北美和北欧尤为明显;

志留纪的海相红层普遍发育,在欧洲、华南、西伯利亚、哈萨克斯坦各板块中均有发现;志留纪的蒸发岩发育在西伯利亚、科累马和澳大利亚。  

生物介绍

志留纪的生物群特别是无脊椎动物,与奥陶纪生物的谱系关系密切,唯类别更加繁多。脊椎动物只有原始的无颌类。陆生植物的出现则是志留纪生物革新的一个重要标志。

就无脊椎动物而言,志留纪有许多独特之处。最常见的化石包括笔石、腕足类、珊瑚等。笔石以单笔石类为主,如单笔石(Monoraptus)、弓笔石(Cyrtoraptus)、锯笔石(Pristioraptus)和耙笔石(Rastrites)等,它们是志留纪海洋漂浮生态域中最引人注目的一类生物。早期并有自奥陶纪上延的双笔石类的代表,如双笔石(Di-ploraptus)和栅笔石(Climacoraptus)等。笔石分布广,演化快,同一物种可以在世界上许多洲发现。根据笔石演化的阶段

志留纪棘皮动物

特征及特殊类型的地质历程,在地层对比中有独特的价值。志留纪分统分阶的界线确定主要依赖于笔石带。

腕足动物的数量相当多,在浅海平底底栖生物中常占有绝对优势。所以,志留纪时代被誉为腕足类的壮年期。通常个体较大、铰合线短、发育匙形台和腕器官的五房贝族是最具特征的一类代表,它们始见于晚奥陶世,到志留纪达于鼎盛。具腕螺、铰合线较长的石燕族,始见于志留纪最早期,它的起源至今还是个谜。具腕螺、铰合线短的无洞贝族和无窗贝族自奥陶纪延续上来之后,一直稳定发展。在奥陶纪达于极盛的正形贝和扭月贝两大族,到志留纪明显衰落。

珊瑚和层孔虫也是志留纪较繁盛的两个门类,常见于生物礁、生物丘和生物层中。志留纪的珊瑚包括四射珊瑚、床板珊瑚和日射珊瑚,数量和属种类型繁多,至泥盆纪达于鼎盛。层孔虫的最盛期也在泥盆纪,所以志留纪是它们的准备期。这些生物都是今日海洋中早已灭绝了的,它们营固着底栖的生活方式,所以在地理分布上有明显的区域性,但其幼虫阶段可以浮游,又使其有可能广泛分布在合适的环境中。

腹足类和双壳类到志留纪仍继续缓缓地发展。它们在整个古生代,无论在丰度还是分异度上,都不如腕足类。腹足类和双壳类在今日海洋中占着优势,所以研究它们的生态及其生活环境,对于认识远古时期的这两个门类有重要的意义。

与奥陶纪相比,志留纪头足类中的鹦鹉螺明显减少,如奥陶纪常见的内角石类至志留纪时绝灭了,没有新的大类在志留纪中出现。中国南方下志留统顶部的秀山组盛产以四川角石(Sichunocers)为代表的鹦鹉螺化石,但无论在数量上还是分异度上,都不及奥陶纪。

海百合类是志留纪发育最成功的一种棘皮动物,在中国兰多维利世地层中常见的花瓣海百合(Petlocrin-us)和螺旋海百合(Spirocrinus)都是常见代表。它们的个体形状,与现代海洋中的相比,差别很大。志留纪海林檎的生活方式与现代的比

志留纪生物群示意图

较相似。

在节肢动物中,曾称霸于寒武纪的三叶虫,经过奥陶纪一度繁盛之后,到志留纪明显衰落。在局部地区和层段,地方性分子仍常见,并具有重要的地层对比意义。中国华南常见的王冠虫(Coronocephlus)、霸王虫(Se-nticucullus)等就是例证。介形虫与三叶虫相比,远处于劣势,但局部可以相当丰富。在兰多维利世晚期到普里道利世,介形虫还是有用的标准化石。板足鲎类(Eu-rypterids)是志留纪无脊椎动物中最重要的食肉类代表。它们能游泳。初现 于奥陶纪,它们最强烈的生态冲击是在志留纪和泥盆纪。与头足类中的菊石族不同,板足鲎类不仅见于海洋中,也到半咸水甚至淡水中生活。

牙形石在志留纪仍稳定发展它演化快、分布广,成为继笔石之后,对比志留纪地层的又一重要的化石。几丁虫(Chitinozo)在某些类型的沉积中也相当丰富,它个体很小,呈黑色,状如瓶颈、棍棒或小球。它的地层意义亦在增长。

志留纪的鱼化石是保存好而可靠的最早鱼类记录,但比较原始,数量不多。中国志留纪的鱼化石相对地较多,最早的代表见于兰多维利世的晚期。

志留纪地层中具有最早的陆生植物化石记录。志留纪后期出现大面积海退,半陆生的裸蕨类植物进一步繁育。  

矿产资源

志留纪是一个沉积矿产贫乏的时期。主要的沉积矿产是北美地台上的克林顿沉积铁矿。美国铁矿的10%、盐矿的20%和少量油气资源均来自志留纪地层。阿尔及利亚、利比亚和撒哈拉中部的,大部分也来自志留纪地层。此外,还有西伯利亚、

金矿

科累马和澳大利亚西部蒸发岩系中的膏盐矿,以及澳大利亚东部的金矿和锡矿在中国志留系中黑色页岩中放射性元素富集,特别是西秦岭地区。在东秦岭的志留系中的小型藻煤已具开采价值,并与铀、钒、、镍、钴等元素相伴。志留系灰岩、白云岩是建筑材料和水泥的重要原料。

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