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地球科学原理之38 新元古宙、奥陶纪冰期的形成: rock6783 2009-5-21 09:14; 广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ） 1 、新元古冰期的形成因为 O 2 达到现代大气浓度的 1/10 时，所产生的 O 3 浓度就几乎完全屏蔽了有害的紫外辐射（ Wayne , 2000 ）。到新元古宙（ 9-8.5 亿年前至寒武纪开始的 5.7 亿年前）， O 2 含量达现在大气含氧量的 6%~10% ，所以能允许真核单细胞藻类在海洋表面（水深 4.2 m 至空气）进行强烈光合作用，旺盛地生长繁殖，引起真核藻类的繁盛。新元古宙，大约有 2-3 个冰川期，这和新元古宙以前不一样，冰川期与冰川期之间的间隔缩小。这主要是由于大量的真核细胞进行强烈的光合作用，能在不太长的时间里，使火山喷发和地震产生的 CO 2 在较短的时间内又得以降低而造成的。由于 O 2 浓度的升高，这种反复形成的冰川，引起的生存空间变化，使多细胞生物得以演化产生。可能冰川形成和消融时形成的去气作用，先弱后强，具有一定的阶段性。至新元古宙最大一次冰川期时，由于绿色植物的生物量已足够大，光合作用已足够强，小规模冰川形成的火山喷发和地震等去气作用，仍然没有光合作用消耗 CO 2 的能力强，所以，温度继续降低，冰川继续增大，从而造成地球历史上最大的一次冰川期。如果光合作用太强，矿物有机碳沉积作用也太强，冰川作用造成的 CO 2 的增加，永远赶不上光合作用消耗 CO 2 的作用，这将导致一个真正雪球的出现。但是， 7-6 亿年前多细胞生物的出现，导致 6-5.6 亿年前多细胞动物的出现，也就是藻类的天敌植食动物出现（郝守刚， 2000 ）。由于这时尚没有肉食动物的出现，植食动物没有自已的天敌，植食动物得以大发展。大量的植食动物的繁盛，导致单细胞藻类的急剧下降。由于单细胞藻类的急剧下降，无法维持 CO 2 的平衡，造成 CO 2 的剧增，从而导致这次大冰川的结束。 2 、奥陶纪冰期的形成奥陶纪以前冰川作用引起的造山运动，使地球上的陆地得以增加。由于有了大块的（或较多的）陆地，也就有了浅海区域（大陆架）。这就为底栖多细胞藻类的生存准备了条件。同时，单细胞藻类的减少，也为多细胞藻类的生存提供了生态空间。所以，新元古宙之后，红藻等多细胞藻类出现，并引起适应辐射（ Taylor, 1992 ）。摄食单细胞藻类的动物受藻类大量减少的影响，动物的生存竞争不断加剧。为了释放生存竞争的压力，寻找生存空间，动物就向各个所能找到的生态位扩散。经过不断的变异和演化，就演化出了很多适合不同生态环境的、形态和功能各异的生物。除了有植物食性的动物，也演化出了肉食性的动物。就出现了深海底、浅海底，浅海中，海表（因 O 2 足够多，臭氧遮挡绝大部分紫外线）等不同生态位的五花八门的生物。这也就是所谓的寒武纪生物大爆发。由于出现了比较完善的生态系统，单细胞藻类的数量得到一定的恢复。红藻等多细胞藻类能生存在较深的海域，躲避紫外线的伤害，继续进行光合作用。经过 2 亿多年的积累，大气中的 O 2 不断升高，达现代大气的 10% 以上， CO 2 逐渐减少。这时，各种大型底栖藻类，尤其是巨藻等大型褐藻得以在浅海区大量繁盛起来，更加剧了 CO 2 的减少（ Taylor, 1992 ）。当 CO 2 减少至不足以提供足够的温室效应时，表示又一次冰川的形成，也表示又一个冰期的到来。因为这时的海洋生态系统已相当复杂和完善，奥陶纪冰期不可能有新元古宙时长，规模也不会有新元古宙时大。当然，奥陶纪冰期虽然较短和规模较小，但除由巨藻引发而形成外，它也可能由其它的底栖藻类引发而形成，所以，奥陶纪冰期（在其前后不远的时间段内），也有可能由几个小冰期共同组成。随着采食大型底栖藻类的动物腹足类和海胆类等动物的出现（何心一和徐桂荣， 1993 ），这些动物和大型底栖藻类之间，建立了一种生态平衡，也就标志着这一次的冰期的结束。自从奥陶纪冰期以后，海洋里已没有更高等的能引起冰川形成的植物出现，所以，海洋植物引起的冰川形成，造成冰期的时代，也就宣告结束了。那么，石炭、二叠纪冰期的又是怎么形成的呢？且听下回分解。未完，待续。下回预告：地球科学原理之 39 石炭、二叠纪冰期的形成参考文献：郝守刚，马学平，董熙平，齐文同，张昀 . 生命的起源与演化地球历史中的生命 . 北京：高等教育出版社 , 2000, 1-242 何心一，徐桂荣 . 古生物学教程 . 北京：地质出版社 ,1993 （第二版） , 89-174 Taylor T. N. 著，梅美棠，杜贤铭，李中明译 . 化石植物生物学导论 . 北京：科学出版社 , 1992, 20-418 Wayne R P. Chemistry of Atmospheres(third edition). Oxford University Press. 2000. （注：本地球科学原理系列，是根据廖永岩著，海洋出版社（ 2007 年 5 月）出版的《地球科学原理》一书改编而来，转载者请署明出处，请不要用于商业用途）; 个人分类: 地球科学|10152 次阅读|1 个评论

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