新闻论评：震旦纪-寒武纪到底发生了什么？

地学演绎 莫如波 2004.10.28

新闻转载1：破解人类身世之谜:生命起源3次地球浩劫（2004年09月27日 来源: 中新网）

    人类和其他动物到底是从何而来？这是自然科学十大谜题之一。现代快报报道，昨天，中德早期生命课题组的专家公布了一项最新重大研究，大约在5-6亿年前，地球上发生了3次史上最大规模的异常事件。这可能导致了原始低级生命基因的突变、重组，继而大规模的动物及人类的“祖先”才迅速繁殖起来。

    生命大爆发留下大堆问号

    大约7.5-6.5亿年前，地球上白雪皑皑，平均温度在零下30摄氏度以下。这就是地球史上著名的“大冰期”。大量如微生物之类的原始生命，被冰封在地下，无法实现生命的进一步突破。奇怪的是，到了5.8亿年前的“寒武纪”，动物生命毫无征兆的繁荣起来，一派生机勃勃的情景，三叶虫、小春虫等等动物都大量出现了。动物品种的丰富让专家咋舌，于是科学家把这个时代定为“寒武纪大爆发”。但是，冰川是如何过度到生命突然繁荣的时代呢？历史留下了一大堆的问号。

    三次“浩劫”空前绝后

    中国科学院南京古生物研究所的朱茂炎研究员介绍，经过研究确认，在6.3亿年前、5.5亿年前、5.4亿年前地球上肯定发生了3次明显的异常事件，其规模、强度是空前绝后的。朱茂炎描述，变化过程极其惊心动魄，南极北极磁极倒转、地球大陆板块裂解、火山呼啸喷发，冰川开始溶解，滚烫的熔浆与冰碰撞后发生巨大的声音，地球气温开始急速升高，全球海平面下降。类似磁极倒转这样的事件如果发生在现在，可以说是人类灭顶之灾。但在那时，确使冰封许久的原始生命一下爆发，冰火的激情碰撞容易激发新的生命基因。虽然上面的这幅场景还有待进一步研究确认，但是在华南地区，已经有研究表明那个时期火山和热水活动非常频繁。动物生命很可能起源于火山和热水附近。

    人类身世之谜有望解开

    朱茂炎坦承，现在动物生命起源之谜还只是个初步发现，除三次异常事件能肯定外，很多事情还有没有完全研究透彻，比如动物的共同祖先到底是谁？可能是“小家伙”，结构比较简单，但究竟是个什么东西还得研究。目前，整个课题组已经吸纳了德国、法国等40多位中外科学家，他们将分别从古生物、地球化学、地球构造不同角度入手，相信不久可以逐步解开生命起源之谜。

(刘峻)（编辑： aigua ）

新闻转载2：南京古生物专家挑战达尔文:物种进化是爆发非渐变（2004年10月22日）

     中新网10月22日电 我们来自何处？为什么我们在这里？这成为千百年来争论无解的一个焦点。

    突变才是动物起源的主导

    陈均远认为，化石研究表明，在动物起源黎明阶段这5000万年的历史中，突变是动物演化的主导因素，而渐变占据次要地位。（王君）【编辑:赵莉】

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    关于寒武纪：

    约6亿年以来被划分为显生宙，显生宙再分为古生代、中生代与新生代，古生代再分为早古生代与晚古生代，早古生代分为寒武纪、奥陶纪与志留纪。这样，寒武纪既为早古生代的第一个纪，也为古生代及整个显生宙的第一个纪。20世纪70年代的划分，寒武纪的年代包括在6.0～5.0亿年前之间，80年代划分在5.7～5.0亿年前之间。

    "寒武纪"的命名应起源于国外，起源于对某地某相对地层层位的划分，最初应该是以古生物划分为依据的，最主要的特征是地层出现（或含有）三叶虫，在寒武纪期间形成的地层叫"寒武系"。

    寒武纪期间形成的地层-寒武系，在广东地区被称为八村群，为一套浅海相沉积，分布广泛，厚度巨大，根本揭露或找不到底界；在北京地区寒武系分为上统、中统与下统，上统地层包括凤山组、长山组、崮山组，中统地层包括张夏组、徐庄组、毛庄组，下统地层包括昌平组。寒武系的对比划分在全国地质领域应是比较一致的（全国的地质报告都这么分）。这么广泛与大厚度的寒武系的形成年代大概被确定在6～5亿年前期间，其形成时间长度约为1亿年。

    如果把寒武纪起始时间定在5.3亿年前，那么寒武纪与奥陶纪的年界又该划分到哪里去呢？奥陶纪与志留纪的年代划分也是以特定的古生物或地质事件为依据的（奥陶纪5.0～4.4亿年前，志留纪4.4～4.0亿年前）。目前奥陶纪起始时间约定在5.0亿年前，这样寒武纪的时间长度不是仅有3千万年了吗？现在反问，3千万年的时间能形成上面所说规模的地层吗？（本人不相信3千万年能形成这等规模的地层），如果不能，上面所说的部分地层岩组又该放到哪里去呢？放到震旦纪？放到奥陶纪？

    后生无脊椎动物最早的适应辐射发生在前寒武纪之末，大约6.5～7亿年前；多种多样的无骨骼的软躯体动物印痕化石在世界各大陆的若干地方差不多同一时期的地层中都有发现，其中以澳大利亚的伊迪卡拉动物群为最典型(见陈世骧,方宗熙,张昀《拉马克学说》)。伊迪卡拉动物群发现位于澳大利亚南部的伊迪卡拉山区，层位位于元古界顶部上冰碛层之上的维尔佩纳群邦特石英岩上半部的下部，含有后生动物软躯体化石和遗迹化石，地层最厚可达112m，其年龄约在6～7亿年前（见《地质辞典》之三-古生物 地史分册.1979）。上面所说的伊迪卡拉动物群形成于5.42亿年前，不知是否与澳大利亚的同属一个动物群？测年数据是否精确？（有个例子，雷琼地区以陆相沉积为主的涠洲组，原按古生物划分，定于老第三纪（6500～2500万年前）,后来取得几个测年数据，就把它们划到了中新世（2500～900万年前）,现在成了争论不休的问题。本人也认为，采用钾-氩法与热释光法测定这类不算新也不算老的地层，其可靠性极值怀疑，钾-氩法适宜于测定上亿年的地层样品，拿去测定年轻的地层，尤如用百斤大杆称去称几斤的猪肉，其结果是可想而知的，热释光法适宜于测定十几万年左右的样品，拿去测定几百万年甚至更老的地层样品，又尤如…。结果是造成各家划分的混乱）

    可以看出，如果用5.3亿年前作为寒武纪的开始是正确的，首先遭挑战的是地质资料库里的几千份地质调查报告及数不清的相关地质文献，而不是什么达尔文进化论。

    建议：1、鉴于寒武纪作为显生宙的开始纪，建议采用瓮安大辐射前作为寒武纪的起始，理由是三叶虫是虫子,“贵州小春虫”也是虫子，均属“显生”。2、采取更加先进的方法，对诸多寒武系准剖面进行测年，验证其上下年限。

    新元古代-寒武纪地球环境及生物演化进程（再版）第一版见>>>

    ㈠、7.5亿年前，太阳系在远银心点运行，地球自转速度达到最快，由于地幔对流的加剧，超级大陆开始裂解，海陆的重新分布使得海洋的水蒸汽能够深入到大陆的内部，降雨对岩石的溶滤作用消耗了更多的CO2，导致大气CO2含量迅速降低，全球形成了大冰期；同时，水对大陆岩石的溶滤作用，带进海洋，使海水中钙、镁等离子含量增高，重碳酸根离子的富集过程还使海水的PH值也有所升高。海水中钙离子浓度的升高及碱性的增强为硬体生命的出现创造了条件。

    ㈡、7.0～6.5亿年前，冰川、冰盖融化（局部消融？大冰盖可能未完全消失)，震旦纪大冰期中的间冰期。

    ㈢、6.5～5.8亿年前，太阳系向近银心点运行，地球自转迅速减慢，地幔对流减弱，幔气释放减弱，温室气体含量大为降低，全球形成了一次规模更大的大冰期，甚至是冰封全球。(2005.4.8 美国《科学》杂志:结束于6.35亿年前的一次大冰期,冰封全球持续了1200万年,前后误差约300万年,见>>>)

    ㈣、5.8亿年前，第一大冰期结束，气候转暖，大气中CO2含量急剧上升，降雨增加，对大陆岩石的溶滤作用使得海水钙离子的含量不断升高。寒武纪生命大爆发拉开序幕。5.8亿年前，发生瓮安生物大辐射，生产了“贵州小春虫”,接着，在5.4亿年前，发生了伊迪卡拉生物大辐射与梅树村生物大辐射。

    ㈤、大约在5.4～5.3亿年前的中寒武世，可能发生了显生宙规模最大的陨星撞击事件。在云南昆阳梅树村，上寒武统最底部的八道湾段黑色粉砂质泥岩底部粘土层中部，铱含量达3.97ppb，向下速降至0.5ppb，铱含量高的，其他稀有元素如Ta、Th、Rb、Hf等含量也高，靠近粘土层的上盘开始出现三叶虫化石(见《古海洋学概论》)。巨型陨星撞击可能导致了地球的磁极和旋转极分离，在距今约5.3亿年前的早寒武世到中寒武世，地球上的主要大陆旋转了大约90度，快速的旋转和纬度的偏移发生在3千万年的时期内，地球的磁极和旋转极分离，把陆块推向赤道(见于《科学报》)。巨型陨击事件可能导致了寒武纪大爆发早期生物群的绝灭。

    ㈥、5.3亿年前，陨击事件过后，澄江动物群大爆发，生命演化史拉开了新的序幕。所产生生物群与陨星撞击前的生物群何不相干。

论文摘要1：美国《科学》杂志的网络版“科学快讯”于2005年2月24日发表了由一个中美联合研究小组根据宜昌三峡地区的岩石样品测得的一组同位素年龄和系统的碳同位素数据。覆盖在南沱冰碛杂砾岩之上的碳酸盐岩石中部的火山灰年龄值为6.352亿年。这一年龄与发现于南非纳米比亚北部同期冰碛杂砾岩顶部的年龄非常接近(6.355亿年)。由于当时华南地区处于低纬度，与纳米比亚分别处于南北半球，两者相隔甚远，但是两个年龄的比较表明：华南地区的南沱冰期在全球各大陆上是同时的，证明了南沱冰期是地球历史上最大的一次冰期；这一规模巨大的冰期是在6.35亿年前在全球各地同时快速结束的；覆盖在世界各地南沱冰期杂砾岩之上的碳酸盐岩(常称之为“帽碳酸岩”)是由大气中CO2浓度急剧增加而引起温室效应的环境下海洋中快速的碳酸盐岩沉积物，这种温室效应正是快速结束冰期的直接原因。(经对比，下图中650Ma.BP的纳米比亚约位于南纬30～35度)

    地球上动物最早出现的时间不早于5.8亿年。因为发现含有动物最早化石的“瓮安生物群”介于6.35亿年到5.51亿年之间的岩石地层中，“瓮安生物群”之下的地层具有一个明显的“岩溶喀斯特”面，它代表了一次大的海平面下降事件，推测是由南沱冰期之后又一次冰期所引起的。这个冰期就是5.8亿年前在加拿大纽芬兰和欧洲等地区的有典型地质记录的一次冰期。这一结论不仅得到了用其它方法做出的综合地层时代对比结果想吻合。如果这一结论可靠，那么地球上动物最早出现于南沱大冰期之后的一次冰期结束之后，表明华南代表最早动物化石记录的“瓮安生物群”与当时地球其它地区大量繁盛的“埃迪卡拉生物群”差不多是同时的，改变了“瓮安生物群”早于“埃迪卡拉生物群”认识。

-摘自：寒武纪大爆发之前生命和地球环境演变过程的新解

论文摘要2：650MaB.P 前寒武纪晚期的超大陆与「冰室」的世界

    形成于11亿年前的超大陆"罗迪尼亚（Rodinia）"在前寒武纪晚期开始分裂，此时的气候与今天非常类似，是一个"冰室"的世界。

    由于缺少具有硬壳的化石以及可信的古地磁数据，使得我们要重建前寒武纪时期的古地理图非常地困难，依据我们所能获得的资料，这张六亿五千万年前的古地理图是我们所能描绘出最古老的时期了。

    然而在前寒武纪晚期是一个特别有趣的年代，因为所有的大陆互相碰撞，形成了超大陆"罗迪尼亚"，同时地球的气候是属于一个大冰期的年代。

    大约在11亿年前，超大陆"罗迪尼亚"聚合而成，虽然它的正确大小与组成我们并不清楚，但它显示北美洲当时位于罗迪尼亚的中心，北美东岸紧连着南美的西岸，而北美西岸则是连接着澳洲大陆与南极洲。

    罗迪尼亚大约在七亿五千万年前分裂成两半，打开了古大洋（Panthalassic Ocean）。北美洲往南向着冰雪覆盖的南极旋转。罗迪尼亚大陆的北半部基本上包括了：南极大陆(Antarctica)、澳洲(Australia)、印度(India)、阿拉伯(Arabia)，以及成为今天中国的一部份大陆碎块(North China, South China)，以逆时针的方向旋转，向北穿越严寒的北极。

    介于分成两半的罗迪尼亚大陆之间，是第三大陆 - 刚果地盾(Congo)，它组成了中、北非洲的大部分。当罗迪尼亚大陆的两半互相碰撞在一起的时候，刚果地盾就正好被挤在中间，因此在前寒武纪即将结束之际，大约距今五亿五千万年前，这三个大陆再次因为碰撞而形成了一个新的超大陆潘诺西亚（Pannotia），与这次碰撞相关的造山运动事件则被称为泛非（Pan-African）褶皱造山活动。

    如同我们先前所提到，在前寒武纪晚期的地球气候是非常寒冷的。我们可以在所有邻近大陆上找到冰河的证据，但是为什么严寒的气候如此广泛地分布各地，至今仍困惑着地质学家们，曾经有很多假设被提出来，却一一都被否定。其中一个假设认为：地球曾经倾斜到北极一侧向着太阳，而南极一侧则背对着太阳，这样的情形导致地球有一半会受到太阳持续烧烤6个月，而另一半的地球则有6个月冷到结冰。虽然可能，但是并没有任何一种机制可以说明地球的自转轴可以倾斜到如此极端的状况。

    另一个不尽相同的假设认为地球曾经被由岩石或冰所组成的"环"所围绕，就像今天的土星和海王星一样，这个"环"造成了地球上的阴影，冷却了地球上的气候。然而并没有任何有关这个环的遗迹曾经被发现过。

    而目前最受认同的假设则是认为，当时整个地球的海洋都被冰冻，成为一个巨大的雪球，这个大雪球假说（Snowball Earth）同时可以解释表层岩石中，同位素异常的特征。

    现在我们知道在前寒武纪的晚期其实并没有不寻常的现象进行，这三个假说由于没有把当时古地理图分析仔细，而显得有些解释得太过头，对于前寒武纪"冰室世界"的神秘，我们今天已经能够加以解释，那是因为当时大陆的碰撞与超大陆的形成，许多大陆不是紧邻北极就是南极，导致全世界进入一个全球的"冰室"（就像今天的世界），不过当时位于赤道附近的澳洲却出现冰的遗迹，则是个很有趣的例外。

-源自:http://www.scotese.com/

论文摘要3："冰雪地球"假说认为，地球在距今约7.5亿到5.8亿年前曾经历了一次极其严重而漫长的冰河时代—瓦兰吉尔冰期。当时不仅陆地全部被冰川覆盖，海洋表面也被完全冻结，液态水靠来自地球核心的热量支持，存在于1公里厚的冰层下。如果从太空看，地球完全是一个巨大的"雪球"。虽然一直有科学家对"冰雪地球"假说提出质疑，但近年来发现的一些事实却支持了地球曾完全冰冻的观点。

    铱是宇宙尘埃中的化学元素，随陨星物质不断撒落在地球上。奥地利维也纳大学一个地球化学研究小组研究认为，在一个"冰雪地球"上，富含铱元素的宇宙尘埃会不断堆积。直至这个"雪球"突然融化，冰雪中积累的全部铱元素会积聚到很薄的单层海底沉积物中。显而易见的是，沉积物中铱元素的含量越高，说明在沉积前地球处于冰封期的时间越长。只有地球曾完全冰封，才可能出现这种沉积；如果仍有部分海洋未冻结，铱元素就不会积聚。

    研究人员对取自赞比亚和刚果民主共和国铜矿中的三份岩芯样本进行了分析。在取自冰川沉积物顶层的数厘米沉积物中，研究人员发现了铱元素在某些时期特别丰富的现象。三份样本中都发现了6.35亿年前瓦兰吉尔冰期后一阶段沉积的铱元素。两份样本中发现了7.1亿年前瓦兰吉尔冰期前一阶段结束时沉积的铱元素。研究人员计算得出，如果6.35亿年前陨星物质降落到地球的速度与过去8000万年间相当，那么"冰雪地球"时代应当持续1200万年，前后误差约300万年。这一结果发表在2005年4月8日出版的新一期美国《科学》杂志上。(摘自搜狐网)

    尝试重新划分新元古界:(个人观点)