我們的地球——奧陶紀

“奧陶”(Ordovices)一詞由英國地質學家拉普沃思(C.Lapworth)於1879年提出,代表露出於英國阿雷尼格(Arenig)山脈向東穿過北威爾士的岩層,位於寒武系與志留系岩層之間。因該地區是古奧陶部族的居住地,故得名。奧陶紀的命名於1960年在哥本哈根召開的第21屆國際地質大會上正式通過。其中文名稱源自舊時日本使用日語漢字音讀的音譯名“奧陶紀”(音讀:オードーキ,羅馬字:oo doo ki)。

奧陶紀(Ordovician Period,Ordovician,符號O),地質年代名稱,是古生代的第二個紀(原始的脊椎動物出現),開始於距今488個地質單位之前(4.8億年前)~444個地質單位之前(4.4億年前),延續了4200萬年。

奧陶紀每日的時間為21小時,而非24小時。

陶紀 4.6億年前奧陶紀將結束之時,古洋伊阿珀託斯洋麵積開始變小,而另一片海洋瑞亞克洋開始擴張。這兩片海洋位於臨近南極的窄條狀陸地的兩邊。岡瓦納大陸的部分地區開始與其他的地方分離,餘下的部分移向南部,使得如今的北非處於南極之上。許多大洲的大陸地區不斷髮生週期性巨大的火山活動,使得澳大利亞東部海岸,南極洲部分地區和南美洲的陸地面積變大。

我們的地球——奧陶紀

奧陶紀地圖

我們的地球——奧陶紀

奧陶紀地圖

1.英格蘭北部

英國湖區的山峰和丘陵由形成於4.5億年前的岩石構成。這些山脈不易受腐蝕,是由類似板岩的泥岩,堅硬的砂岩和還有熔岩,火山灰以及玄武岩的火山岩混合而成。火山噴發產生的火山灰被衝入淺海和湖泊中,隨著時間的推移而形成岩石。在最近的一個冰期,冰川將這些岩床切割成了獨特的山脈和寬闊的山谷。

2.中國

在奧陶紀之初曾經被海水覆蓋的屬於岡瓦納大陸西部的若干地殼板塊,如今則構成了中國主體。沉積物堆積而形成灰巖,某些地方的厚度甚至達到了800米。這些地層中含有這個時期,世界上最為完整的海洋化石,其中包括珊瑚、三葉蟲和鸚鵡螺等。隨著時間的推移,這片區域的淺瀉湖乾枯留下諸如食鹽和石膏之類的礦物質。

3.被遺忘的區域

約4.6億年前,澳大利亞臨近赤道地區,在如今澳大利亞中部地區艾麗斯斯普林斯附近發現的奧陶紀砂岩,表明澳大利亞在奧陶紀時期曾被淺海淹沒。砂岩中的沉積物,還有已知最古老的魚類遺體。

4.南非

約4.4億年前奧陶紀晚期地層發現於南非開普省的克林威廉,有著兩方面的意義:為奧陶紀晚期的冰期作用提供了證據;為已滅絕的牙形刺(長有微型牙齒的似盲鰻生物)提供了軀體證據。這一地層中的岩石留有冰川作用的痕跡。岩石中偶爾出現的墜石(從海冰上掉落或穿過海冰的卵石)表明這些水體曾有段時間被海冰或冰川覆蓋。岩石中的化石動物群有三葉蟲和其他節肢動物構成,另外還有頭足類動物(烏賊的早期祖先)腕足動物(原始帶殼動物)和牙形刺。最近的發現表明牙形刺長有眼睛和脊索。

5.冰川的作用痕跡

從巴西的亞馬孫河流域橫穿北非,直到沙特阿拉伯,分佈在這些區域的地點中發現了冰磧岩由奧陶紀晚期的冰川形成的礫岩。這些冰磧岩表明,靠近南極的岡瓦納大陸部分地區在奧陶紀曾經遭遇嚴重的冰川作用。其他能夠證明冰川作用痕跡的,如墜石,則在許多地區都有發現,例如,法國和西班牙這些地區在奧陶紀時期都位於岡瓦納大陸近岸。

6.大災難的證據

據美國弗吉尼亞州哈根市不遠處,可以看見來自奧陶紀的一層火山灰。這種火山灰是從明尼蘇達州一直延伸過來的,比1980年聖海倫斯山火山爆發所產生的火山灰多500倍。產生火山灰的巨大噴發導致諸多物種滅絕,當地所有棘皮動物(現代海星的祖先)和頭足類動物全部消失。

7.新的海洋誕生

在奧陶紀時期,如今構成部分北美洲和歐洲地區的阿瓦隆尼亞大陸和阿莫里凱大陸從岡瓦納超大陸(非洲,南美洲,南極洲,澳大利亞和印度組成)分離。隨著這些地塊兒向南移動,一片新的海洋瑞亞克洋隨後出現。

中國

中國的海侵是在海域延續下來的。揚子地臺和中朝地臺西部邊緣地帶,在中、晚寒武世或早奧陶世略有上升,奧陶紀早期地層缺失,較新的奧陶紀地層與寒武系呈假整合接觸。在中朝地臺的中部、東部和揚子地臺,奧陶紀地層與寒武紀地層皆呈整合接觸。中奧陶世之後中朝地臺上升為陸地,除西部邊緣地區外,晚奧陶世沒有沉積。奧陶紀加里東運動在地臺區表現為頻繁的震盪運動,地槽區有較多的火山噴發巖、中基性和中酸性火山岩,如北方地槽區。祁連山地槽區火山活動有兩個時期,一是早奧陶世中期,另一是晚奧陶世。

奧陶紀氣候溫和,淺海廣佈,世界許多地區(包括我國大部分地區)都被淺海海水掩蓋,海生生物空前發展,較寒武紀更為繁盛。化石以三葉蟲、筆石(Graptolites)、腕足類、棘皮動物中的海林檎類(Cystoides)、軟體動物中的鸚鵡螺類(Nautilites)最常見,苔蘚蟲、牙形石、腔腸動物中的珊瑚、棘皮動物中的海百合、節肢動物中的介形蟲和苔蘚動物等也很多。節肢動物中的板足鱟類(Eutypterids)和脊椎動物中的無頜類[如甲冑魚(Ostracoderms)]等均已出現。低等海生植物繼續發展,淡水植物據推測可能在奧陶紀也已經出現。

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奧陶紀海洋

典型生物

奧陶紀時期的海洋生物是現代動物的最早祖先。珊瑚和叫做星狀動物的古老海星生長在洋底。海底的帶殼動物包括與現代牡蠣有關的軟體動物、看起來與軟體動物相似的腕足動物和外殼捲曲的腹足動物。頭足類——現生魷魚的堂兄弟——快速遊過海底搜尋獵物。但最大的新出現的動物是像薩卡班巴魚這樣的無頜類。無頜類,例如發觀於南美的薩卡班巴魚,是地球上最早的脊椎動物之一。這一時期仍然沒有任何動物種類生活在陸地上。

奧陶紀時期,海生動物空前發展,直到氣候劇變毀掉了許多動物賴以生存的環境。在奧陶紀時期,地球變化的步伐加快了。在奧陶紀存在約5000萬年的時間裡,(從4.88億年前到4.44億年前)。西伯利亞大陸和波羅地大路北移,伊阿珀託斯洋開始閉合,瑞亞克洋逐漸在南方形成。岡瓦納超級大陸仍然主宰著南半球,南極點則為北非所佔據。

向陸地進發

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節肢動物痕跡化石

動物在這一時期開始涉足陸地,但並不是直接從海洋出來,而是先轉移到淡水區域。人們在英格蘭北部奧陶紀晚期大約4.5億年前的淡水沉積物中發現了一列寬度為一釐米的平衡印記。這些痕跡可能是類似馬陸的節肢動物留下的,他們可能身體分段,腿部分節,還具有外骨骼,但目前並未發現這種生物的軀幹化石。節肢動物最適合從有力的水環境轉移到空氣乾燥,生長著原始植被的乾旱陸地上 我們關於奧陶紀氣候變化和大陸位置的知識,都是從棲息在海洋中的小動物化石推斷出來的,儘管原始植物和一些小型節肢動物在奧陶紀開始侵佔陸地,但此時的大部分生命仍然集中在海洋中。

三葉蟲

奧陶紀海洋裡生活著500多種三葉蟲。這雖然沒有寒武紀時期的種類多,但其數量仍是巨大的。這是今天三葉蟲化石如此普遍的原因之一。

三葉蟲化石很容易找到,這不僅因為它們數量大,而且因為它們定期脫去外殼。隨著動物的生長,外殼落入古海底,常常被掩埋,變成化石。從俄羅斯到摩洛哥到美國,在世界各地的海相岩石中已發現了幾千種不同的三葉蟲。有的長著長刺來抵禦捕食動物,有的將眼睛長在長柄上,這樣當它們埋在泥沙裡的時候仍能看見外面。 三葉蟲能夠在海底游泳或爬行。但它們防禦捕食動物的方法可能像今天的犰狳一樣,將帶殼的身體蜷縮成球狀。我們知道三葉蟲被其他海洋生物捕食,因為我們經常發現三葉蟲化石上有被咬的痕跡。有頜魚類的興起可能促使許多三葉蟲滅絕。但有些三葉蟲一直生存到2.51億年前的最大滅絕性災難發生的時候。

微型牙齒

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牙形刺化石

這些像梳子一樣的條帶化石是牙形刺的進食器官,而牙形刺曾是奧陶紀海洋中較大的生物之一。人們認為牙形刺是脊索動物包括真正的脊椎動物的近親 微觀世界魚類開始演化,但大多數海生動物體型仍然相當微小,只有少數動物體型超過了,2~5釐米。最為普遍的是類似雙殼動物的腕足類,多數長度在2~3釐米。已知有超過12000個腕足動物物種,它們棲息在海底或者附著於如海百合的其他生物上。由於它的殼隨著當地條件而各有不同,這些化石能夠幫助人們重構當時的環境。

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牙形刺動物復原圖

魚類

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莎卡班壩魚

最早的魚類是無頜類。它們沒有上下頜,嘴很寬,頭的邊緣長著奇怪的骨板。也許這些骨板是發電器官,用來感覺距離或電擊捕食動物。無頜類的攝食方法是將含有微小動物和沉積物的水吸入口中。它們可能是尾巴向上在海底游泳。

筆石

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筆石是奧陶紀最奇特的海洋動物類群,它們自早奧陶世開始即已興盛繁育,分佈廣泛。筆石是一類微小的蠕蟲狀生物,它們像今天的珊瑚蟲一樣群體生活。整個筆石群體僅有5釐米長,它們漂流在海面上,吃浮游生物,和今天鯨類所吃的大量微小海洋生物是一樣的。筆石對於科學家來說是特別重要的,因為它們在一個較長的時期裡是逐漸變化的。科學家能夠根據共同發現的筆石的種類判定其他海洋生物化石的年齡。

直殼鸚鵡螺

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海中的頂級捕食者要屬直殼鸚鵡螺。它身長6米,重150千克,是鸚鵡螺、章魚等頭足類軟體動物的祖先。它幾乎什麼都吃,包括三葉蟲、星甲魚、板足鱟等動物。直殼鸚鵡螺也有競爭對手:有史以來最大的節肢動物:3.6米長的板足鱟。板足鱟看上去像是一隻巨大的,沒有尾鉤的蠍子,是最古老的節肢動物之一。板足鱟經常與直殼鸚鵡螺爭奪食物,但總是敵不過它們。

珊瑚

珊瑚自中奧陶世開始大量出現,復體的珊瑚雖說還較原始,但已能夠形成小型的礁體。

4.49億年前,地球進入了奧陶紀晚期。此時的地球與現在的有很大不同:泛大陸尚未形成,今天的南美洲、澳洲、南歐、非洲、印度以及南極洲形成岡瓦納大陸,其它陸地則分裂成一系列島嶼,分佈在世界各地。奧陶紀是地球史上海侵最嚴重的時代,海平面比現在高出400米,現今1/3的陸地都被淺海覆蓋。

伽馬射線暴擊中地球事件

我們的地球——奧陶紀

在奧陶紀與志留紀之間隔著一起大規模物種大滅絕——伽馬射線暴。在此次物種大滅絕中,60%的物種滅絕,主要滅絕動物有:圓月形鐮蟲、彗星蟲、原始生物。這次災難的罪魁禍首是伽馬射線暴。距離地球6000光年以外的地方,一顆中子星與黑洞由於不明原因相撞,產生數束伽馬射線暴,其中一束不偏不倚擊中了地球。其實伽馬射線擊中地球的概率極小,小於1/100,000,000,這次地球真是很倒黴。

射線擊毀了3/1的臭氧層,陽光中的紫外線直接穿透大氣層,殺死了大量浮游生物,破壞了海洋食物鏈的基礎,饑荒開始四處蔓延。射線帶來的輻射還殺死了大量珊瑚,破壞了海洋生物的棲息地。

災難過後數十年,被擊碎的氣體分子重新組合,形成一種叫做二氧化氮的有毒氣體。二氧化氮遮天蔽日,遮住了50%的陽光。地球失去了陽光的照射,氣溫開始迅速下降。動物的卵無法在低溫中正常發育,導致種群數量大幅下降。

由於陽光照射忽然下降,氣候變得很不穩定。海水產生巨大波浪,攪得動物不得安寧。直殼鸚鵡螺想去深海避難,但深海的水壓很大,高水壓將直殼鸚鵡螺不堅固的外殼壓碎,這樣它們只有死路一條。而它們的近親鸚鵡螺有著堅固的外殼,使它們能夠倖免於難。

災難發生十年後,水溫由原先的25攝氏度下降到10度,殺死了更多浮游生物,這加速了食物鏈的崩潰,但食物需求量較少的小型動物卻不覺得飢餓,所以在饑荒中小型動物更容易生存。

災難發生500年後,地球上1/3的生物都消失了,剩下的生物還在飢餓中掙扎。由於缺少陽光照射,全球平均氣溫由22攝氏度下降至10度,導致大量海水結冰,海洋動物再次失去了大量棲息地。冰川的蔓延速度快得難以想象,數年後,超過10%的海水都凍結了。冰川消耗了大量海水,導致海平面下降了約100米,原先的海洋有不少變為陸地。

災難發生15萬年後,全球平均氣溫已經下降至5攝氏度,超過一半的生物都在嚴寒中滅絕了,剩下的生物能夠倖存嗎?

災難發生20萬年後,冰川時代終於過去。但地球的生命跡象幾乎全部消失,地球需數十萬年才能恢復以往的生機。原先生機勃勃的海洋變得死氣沉沉,但剩下的浮游生物不斷繁衍,修復了食物鏈。

距伽馬射線暴擊中地球已經過去了40萬年,災難已經基本結束。這場席捲全球的浩劫是地球史上第一次物種大滅絕,造成56%物種滅絕。直殼鸚鵡螺奇蹟般地活了下來,但發生了不良基因突變,體型縮小至2米。板足鱟在災難之後迅速取代直殼鸚鵡螺,成為頂級掠食者。在這場災難中還有一個獲益者——最早的脊椎動物之一:星甲魚。星甲魚屬於頭甲魚類,沒有頜部,它們的一支在災難之後進化成最早長有頜部的脊椎動物:棘魚。

致命的射線,嚴重的饑荒、遮天蔽日的有毒氣體以及嚴重的冰期構成了第一次物種大滅絕——伽馬射線暴擊中地球事件。


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