奥陶纪

地质年代名称

奥陶纪(Ordovician Period), 显生宙 古生代 第二个地质时代,其时间划分为485.4±1.9Ma~443.4±1.5Ma ,历时4200万年,设立三统七阶,已建立9枚“ 金钉子 ”。底界划分来自于 同位素 测年为485.4±1.9Ma的奥陶系下奥陶统底界“金钉子”——”特马豆克阶“金钉子”,顶界划分来自于同位素测年为443.8±1.5Ma的 志留纪 兰多维列统底界“金钉子”——鲁丹阶底界“金钉子”。

奥陶纪是历史 上海市 侵最广泛的时期之一,世界许多地区都广泛分布有海相 地层 , 海平面 在奥陶纪晚期达到最高,比 寒武纪 初期海平面高出400多米,海水温度在奥陶纪时期持续下降,奥陶纪晚期形成了赫南特冰期事件,这是一场规模较大的冰期,其分布范围包括非洲(特别是 北非 )、南美的 阿根廷 和 玻利维亚 以及 欧洲 的 西班牙 和法国南部等地。

奥陶纪是一个地质相对活跃的时期,曾发生过多次大区域的构造运动,如库尔加克运动、怀远运动、广西运动、塔康运动等。在奥陶纪中期层发生过密集的陨石雨事件,并因此出发了地震和火山活动。活跃的版块运动最终是劳伦板块与波罗的板块发生位移碰撞,导致 古大西洋 闭合。

奥陶纪是海生无脊椎动物真正达到繁盛的时期,并发生了明显的生态分异,“目”“科”“属”级生物类群爆发,对 寒武纪 部分生物类群进行生命演替,许多寒武纪时期不多见的 笔石 、 牙形石 、 腕足动物门 、 鹦鹉螺科 等大量出现, 生物多样性 大发展,在奥陶纪末期的赫南特冰期事件中,气温骤降,全球 海平面 下降,造成了该海洋生态系统中85%的物种灭绝。

定名

1879年 英国 地质学家查尔斯·拉普沃思(Charles Lapworth)为解决 亚当·塞治威克 (Adam Sedgwick) 与 罗德里克·莫奇逊 (Roderick Murchison) 对于志留系和寒武系重叠部分的争论而创立,“Ordovician”一词源于英国北 威尔士 古民族“Ordovices”,因此处地区奥陶纪 地层 发育较好而得名。1916年10月由 章鸿钊 和 翁文灏 编写的《 地质研究所师弟修业记 》一书中,最早出现“奥陶纪”译名,这也是中国地质学界首个独立翻译并未 日本 学者采用的地质系词汇。1960年,在 哥本哈根 召开的第21届国际地质大会上正式认可并成为国际地层年代表中的官方名称。

时期划分

国际地层年代表

自 奥陶系 命后的100年里, 国际社会 逐渐接受了奥陶纪三统六阶的划分,即下、中、上三个统,每个统进一步划分为两个阶,但上奥陶统的两个阶的划分无法找到合适的界线。2003年,第九届国际奥陶系大会在 阿根廷 圣胡安 市召开,国际奥陶系分会在会议上决定把上奥陶统分成三阶,最终形成了三统七阶的划分方案,并一直沿用至今。奥陶系 地层 自下而上划分下奥陶统(特马豆克阶、弗洛阶)、中奥陶统(大坪阶、 达瑞威尔阶 )、上奥陶统(桑比阶、凯迪阶、赫南特阶)。

中国地层表

中国地质调查局 和全国地层 委员会组织 实施下,经国土资源部批准(国土资[2014]374号)出版发行了《 中国地层表 (2014)》,《中国地层表》《中国地层指南及中国地层指南说明书》是中国地质行业标准规范重要内容之一,在参考国际 地层学 研究的基础上编制了中国地区的地层年代表。

地史特征

全球构造

奥陶纪时期大体延续了 寒武纪 时期的构造特征,大陆板块集中在 南半球 一带,相对活跃的地质事件使得各板块之间的地理位置开始发生变化。

劳伦板块与波罗的板块开始相向运动, 古大西洋 随之开始变窄,直至奥陶纪末期、 志留纪 早期,两个板块发生碰撞,古大西洋闭合,形成了加里东期造山带,最典型的是 斯堪的纳维亚山脉 。

位于劳伦板块和波罗的板块南部的阿瓦隆尼亚 地体 也在奥陶纪时期开始向着劳伦板块与波罗的板块移动,阿瓦隆尼亚板块和波罗的板块之间的通古斯洋开始闭合,并奥陶纪末期、志留纪早期发生碰撞,形成美国东部的绵延山脉,三个板块的聚合形成了新的 劳伦古陆 。

在 西伯利亚地区 板块的东欧北部边缘发生分裂,形成了一条长约3000公里的大陆内部裂谷带,这条裂谷带最终将西伯利亚板块分裂开来,形成了一系列 岛弧 杂岩,名为萨克马尔的 岛弧 ,该岛弧最终与波罗的板块融合,裂谷带则不断分裂成长最终形成了 乌拉尔 古洋,乌拉尔古洋的张开,使得东欧大陆被动陆缘形成。

在 寒武纪 时期的中国形成了3块稳定的 地台 核心,分别是 华北地台 、 扬子地台 、 塔里木地台 ,奥陶纪早期基本承袭了寒武纪的构造特征,温暖湿润的气候造成 海平面 持续上涨,中国的 地壳 板块大部为陆表浅海环境,基底为 变质岩系 ,上层为沉积 盖层 (主要为 海侵 形成的 碳酸盐 相建造)。 至奥陶纪晚期, 华北 地台 主体抬升,出露地表形成古大陆,华南 盆地 收缩加剧,仅在奥陶纪末期部分地表出露海面。

地层及地理特征

奥陶纪时期整体延续了 寒武纪 时期的地层特点,广泛的海侵活动形成了 碳酸盐 沉积,奥陶纪期间海平面达到了 显生宙 的最高海平面,温暖的海洋环境和广泛的海侵运动使得海洋生物群从近海海域扩展到深海及远洋水域,并在全球范围内形成了海洋生物大辐射,至奥陶纪晚期,形成了寒武纪时期生物物种的三倍之多,几乎所有的门类都得到快速发展。

矿产

奥陶纪的矿产以 铁矿 及盐矿为主。

铁矿

奥陶纪是一个多火山活动的时期, 火山喷发 后形成许多大型轻微变质铁矿带,来自陆地的铁质被搬运到富含 二氧化碳 的海水中,在温暖的海洋环境下形成了大量的 状 亚铁离子 ,最终形成了 鲕状赤铁矿 。奥陶纪时期的铁矿以 鲕状 赤铁矿 为主,如中国华北邯邢式铁矿,在铁矿中存在与富镁 岩性 有关的 磁铁矿 和 赤铁矿 。

锰矿

中国的湖北、 川西 、湘中、 龙游县 等地都含有沉积 锰矿 层,一般属浅海 大陆架 相 碳酸盐岩 建造型 锰矿 。

岩盐

奥陶纪时期海水咸化,干燥炎热的气候环境易形成 岩盐 层。

石膏

石膏 易形成于干燥炎热气候环境下的边缘海盆沉积,奥陶世的中期发生过海退事件,容易形成 潟湖 和闭塞 海湾 ,如 西伯利亚地区 南部、中国山西吕梁山东麓、中国山西西部 黄河 附近均产有大量的石膏矿产。

石油与天然气

长期下降的 地台 区 大理石 往往是重要的生油层,如北美地台东部、西伯利亚、 利比亚 等地广布许多 奥陶系 大油田。

石灰岩

中奥陶纪 海侵 活动达到高潮,世界各地普遍沉积了层厚而质纯的 石灰岩 。

其他

石煤 、 铜矿 等。

气候环境

奥陶纪早、中期延续了 寒武纪 的温暖气候特征,在 西伯利亚 地区、中国的 华北地区 、北美地区、 澳大利亚 地区都在下奥陶统、中奥陶统的 地层 中发现了有红层和干裂纹灰岩,这些 蒸发岩 沉积反映了当时的气候处于干燥炎热的气候环境。从古地磁的数据看,奥陶纪的 南极 位于现在的 北非 西北部, 北极 位于南太平洋。在北非撒哈拉沙漠北侧 法国 南部和 西班牙 、南美的 阿根廷 及 玻利维亚 地区均发现大规模的大陆冰盖和冰海沉积,这代表 极地 的寒冷气候。而北美 格陵兰 、中国北方、 泰国 、 马来西亚 等地发现有喜温性 头足类 化石, 东北亚 和 澳大利亚 东南部发现小型生物礁说明,上述地区当时可能位于 古赤道 一带。

奥陶纪晚期,出现 海退 事件,海水温度急剧下降,形成了新一轮的冰期——赫南特期 大冰期 。赫南特期冰期间,全球 海平面 骤降,冈瓦纳大陆 冰盖 扩增 ,整个 非洲 、 南美洲 、 阿拉伯 地体 大部均被冰雪覆盖,在全球范围的多个地区均发现有 冰 岩 ,这一发现表明在奥陶纪晚期出现全球性的 冰川 事件,造成 生物多样性 锐减,生态系统遭受重创。 奥陶纪末期的赫南特冰期持续了约20万年,赫南特冰期中晚期、 志留纪 早期时开始全球转暖,冰川快速消融,海平面在短时间内又形成了 海侵 的状态。

生命发展

生命大辐射

经过“芙蓉世间断 ”事件之后,奥陶纪开启了海洋生物大辐射的历程。所谓奥陶纪生物大辐射是发生在奥陶纪期间海洋生物多样性极速增加事件,该事件构造了 古生代 演化动物群( Paleozoic Evolutionary Fauna )的基本框架,完成了对以节肢动物为主的 寒武纪 演化动物群( Cambrian Evolutionary Fauna )的全面替代。 生命大辐射前后持续了4000多万年,共有3次峰值,形成了一个长期缓慢渐变的演化过程,表现为从分类单元多样性发展至群落生态的多样性再至生物地理的多样性。

奥陶纪是一个海洋占绝对优势的时代,寒武纪末期出现的许多古陆重新被海水浸漫,形成了 显生宙 时代最大的 海侵 规模。广阔而又相对稳定的陆表浅海环境,温暖适宜的温度气候,频繁的火山活动提供了充足的营养等等都成为生命大辐射的前提条件。其具体表现为多科目类别的生物类群集体爆发,对 寒武纪 原有生物类群的交替演化。其生命物种多以无脊椎温居带生物为主,主要标志是以三叶虫和无铰类、 甲壳质 壳 腕足动物门 为主的寒武纪生物衰退和以钙质壳腕足动物、 苔藓虫 、 海百合纲 、 四射珊瑚 等“ 古生代 演化动物群”的崛起和繁盛,许多寒武纪不常见的 笔石 、 牙形石 、腕足动物、 鹦鹉螺科 和棘皮动物得到飞速发展,新出现了珊瑚、层孔虫、 几丁石 、苔藓虫等。 同时出现了盛行于 志留纪 、泥盆纪时期的 板足鲎类 生物,板足鲎类是生活在奥陶纪至 二叠纪 时期典型的 节肢动物门 ,体型较大,可长达2 ~ 3米,栖息于浅海或淡水中。 发现于 寒武纪 的 脊椎动物 中的 无颌总纲 (如 甲胄鱼 )也在奥陶纪时期得到发展,北美西部中奥陶纪发现了该段时期原始脊椎动物的代表—星甲鱼( Astraspis )。

生物大灭绝

奥陶纪晚期发生了大规模的灭绝事件,被称之为奥陶纪生物大灭绝,这是 显生宙 史上第一次大灭绝事件,活跃于 寒武纪 时期和奥陶纪早期的 三叶虫类 、 笔石 、 腕足动物门 、珊瑚类等动物大幅度减少,海洋生态系统中85%的物种灭绝, 生物多样性 锐减,生物群落结构瓦解。

关于奥陶纪生物大灭绝的原因一直是国际地学界研究的热点之一,一部分学者认为是由于 冰川 事件,冰川事件造成气候巨变、温度骤降、 海平面 发生变化变化,从而导致 生物圈 被破坏,导致 生物灭绝 ;一部分学者认为此次 生物大灭绝 与伽马 射线 有关,奥陶纪末期来自距 地球 6000光年以外的 超新星 发生伽马射线爆发,导致地球的 臭氧层 被破坏, 紫外线 破坏了 浮游生物 等 食物链 基础,同时伽马射线使得空气分子组合成 有毒气体 ,加速了生物的灭绝;还有一部分观点认为与该时期频发的火山活动有关, 火山喷发 后大气 中 二氧化硫 大量增加,形成的火山云层会增强 反射率 ,导致气温的下降,加快 冰川 的形成。其具体原因尚待进一步的证明,但气候巨变(海水温度先迅速变凉、后迅速变暖)、 地平线 快速升降、大洋 缺氧事件 及其他相关环境的恶化是 奥陶纪大灭绝 值得考虑的重要因素。

赫南特冰期结束以后,气候快速回暖,幸存的生命得以复苏,形成以底栖固着的腕足、珊瑚、 苔藓虫 、 海百合纲 等继续占领海底的局面, 三叶虫 因浮游分子绝迹,底栖分子在深水域消失而使面貌大为改观。

参考资料

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  2. 国际年代地层表(2022年10月版) 国际地层学委员会 2023-01-11
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