1.4 地质年代

前面的讨论，许多内容涉及了时间，而且是长周期的时间。而这样的讨论，我们一般是以地质年代来叙述的。地质年代，不懂的人会说那是地质学家的事情。稍许懂一些的人会说，地质年代图（表）里的什么“宙、代、纪、世、期、时；宇、界、系、统、阶、带”很让人觉得麻烦。但是，为了认识和彻底了解我们地球的演化，地质年代是我们必须使用而且也很容易使用的一种得力的“工具”。

1.4.1 似乎难懂，但我们一定要搞懂的地质年代

地质年代是用来描述地球历史事件的一种特殊的时间单位，地球物理学、地质学、考古学、生物学都经常采用，通常被分为相对地质年代和绝对地质年代两种。研究地壳中岩石的层位叠加和岩石里的古生物化石而指明岩石生成的先后顺序的方法（见图1.18），被称为相对地质年代；按岩石里放射性同位素蜕变产物含量指明岩石生成年代的方法，被称为绝对地质年代，也可按其方法特点称其为同位素年龄（年代）。

最早使用地质年代这一概念的应该是英国人W.史密斯，他首先提出了化石顺序律。他指出：①地层越老，所含生物越简单，反之亦然；②不同时代的地层有不同的化石组合。化石就是埋藏在沉积物中的古代生物的遗体和遗迹，例如动、植物的骨、牙、根、茎、叶等，动物的足迹、粪便、蛋，等等。

在他之前，丹麦的地质学家，被誉为“地层学之父”的尼古拉斯·斯坦诺发现了地层分布的3大规律。

（1）地层层序律

①叠置原理：下老上新；②原始水平原理：原始的沉积均为水平或近于水平；③原始侧向连续原理：沿水平方向逐渐消失或过渡到其他成分。

（2）切割律

新的侵入岩切割老的侵入岩。

（3）生物层序律

各分层的动植物化石，越靠上层离我们时间就越近。

这样的一些原理为地球演化、地球物理学、地质学、生物学的研究提供了一个顺序性的分类。但是，它的缺点是只能确定事件发生的先后顺序，不能给出事件距离我们发生的具体时间。直到20世纪40年代，放射性同位素技术的应用才解决了这个难题。

所以，地质年代也被分为“古老”的方法（相对地质年代）——只给出事件发生的先后顺序和“新时期”的方法——同位素测定时间（绝对地质年代）两种。

1.4.2 相对地质年代和绝对地质年代

1．相对地质年代

确定事件的相对地质年代，需要研究地层、岩石的形成和演变，以及涉及事件的古生物和古地磁的现象等。依据地层层序律，先形成的岩层位于下面，后形成的岩层位于上面，这可以判定岩层形成的早晚；一些具有特殊性的岩石或矿产的岩层，可作为确定相对地质年代的标志，如条带状磁铁石英岩只形成于太古宙至元古宙；生物地层法利用化石来鉴定地层时代，生物界的演化由简单到复杂，由低级到高级，具有不可逆性和阶段性，在同一时期生物界大体具有全球一致性，因此化石是确定相对地质年代的重要手段；古地磁法利用地磁极性正常和倒转的交替编制地磁极性年代表，可确定相对地质年代。

2．绝对地质年代学

绝对地质年代学又称同位素地质年代学。当岩浆冷凝，矿物、岩石结晶或重结晶时，放射性元素以某些形式进入矿物或岩石并被封闭起来。在封闭体系中，放射性母体或子体同位素持续衰变和积累。只要准确地测定矿物和岩石中放射性母体和子体的含量，即可根据放射性衰变定律计算出岩石和矿物的年龄。

运用这种方法的前提是：母体元素的衰变常数已被准确测定；衰变最终子体产物是稳定的；已知放射性母体和子体元素同位素组成及相对丰度；有精确测定母体和子体同位素的分析技术；岩石、矿物形成后始终保持封闭的系统。

在研究地球演化的过程中，同位素地质年代的测量具有很重要的作用。比如，我们对地壳中最古老的岩石的年龄进行测量（见图1.19）。南美洲圭亚那的古老角闪岩的年龄为（41.30±1.7）亿年、格陵兰的古老片麻岩的年龄为36亿～40亿年、非洲阿扎尼亚的片麻岩的年龄为（38.7±1.1）亿年，等等，这些都说明地球的真正年龄应在40亿年以上。然而，人们通过对地球上所发现的各种陨石的年龄测定惊奇地发现，各种陨石（无论是石陨石还是铁陨石，无论它们是何时落到地球上的）都具有大致相同的年龄，均在46亿年左右。从太阳系内天体形成的统一性考虑，地球的年龄应与陨石相同，而且取自月球表面的岩石的年龄测定结果显示其年龄值在31亿～46亿之间。这就间接地验证了小行星对类地行星的“大轰炸”应该发生在地球形成球体的初期，也就是距今40亿年左右。而当时的地球是一个温度很高的、炽热的熔融体。

1.4.3 地球演变和地质年代表（图）

对于地壳上不同时期的岩石和地层，地质时间的表述单位为：宙、代、纪、世、期、时；地层时间的表述单位为：宇、界、系、统、阶、带。地质年代表主要应用于地质学和考古学的研究。地球演变的过程如果利用地质年代表来表述，那只能是画上粗粗的几笔而已。不过，也能够帮我们粗略地梳理一下地球演变的脉络（见表1.1）。

我们也可以把球体地球的成长简述为以下5个时期。

1．地球的天文时期

距今50亿～60亿年以前，一团星云开始集中，在引力收缩的过程中，这团星云的大部分物质进入中心，形成原始太阳，开始有了形体，并开始发光。

距今47亿年前开始，大大小小的星子集聚而形成现代地球的球体，叫原地球。原地球在月亮、引力收缩和内部放射性元素衰变产生热的作用下，不断受热，当原地球内部的温度达到足以使铁、镍等元素熔融时，铁、镍等元素迅速向地心集中，在46亿～40亿年前左右形成地核和地幔，地壳初步分层。原始地壳比较薄弱，而地球内部温度又很高，因此火山频繁活动，从火山喷出的许多气体构成了原始大气，如CH4、NH3、H2、H2O（水蒸气）、H2S、HCH等，但无游离的氧（现在大气中的氧是光合生物蓝藻和绿色植物出现后长期积累起来的）。

这一时期大约持续了15亿年，也就是到距今30亿年时基本结束。一般认为，大约在35亿年前，地球上形成了具有新陈代谢和自我繁殖能力的原始生命体。这是生物界的第一阶段，原始阶段。

2．地球的球体时期

从距今30亿年左右到距今5.7亿年这段时间，地球进入了成型的球体时期，此时对应于地质年代的前古生代。

地球进入球体时期是以最早出现小块陆核作为标志的，后来的大陆就是由陆核逐渐扩大而形成的。地球上发现的有确凿证据的小块稳定陆核形成于距今28亿年前，地点在非洲南部。直到距今25亿年前，各大陆内相继形成若干个小块稳定陆地（见图1.20）。后来在距今17亿年左右，地球经历了一次最有意义的稳定大陆形成事件，稳定大陆的面积在相对比较短的历史阶段里大大增加，大陆差不多接近了它现在的规模。但形成的大陆岩石圈（也称原地台）还比较薄弱，保留有相当的活动性，没有达到真正的稳定。

从原地台到地台的转变时期是从距今17亿年到距今14亿年左右，根据科学家对资料的研究分析来看，原地台曾多次被来自地球内部的力量所打碎，又不断被下面涌上来的岩浆物质所胶结，变得越来越厚，越来越稳定，因此，距今14亿年左右是稳定大陆的最终形成时期，地球岩石圈的演变进入了一个新的阶段。在此时期，生物界的发展进入第二阶段，即原核细胞阶段。

3．地球的古陆时期（古生代时期）

古陆时期是从距今大约5.7亿年到距今2.3亿年间。这3.4亿年时间是最古老生命的时代，地球到这个时期已经历了几十亿年的演变。大气圈、水圈、岩石圈的物质组成和结构跟今天地球情况差不多。

从寒武纪开始（5.4亿年前），地台经过长期风化、剥蚀、搬运等外力作用，地球表面高低差异减少（由于平夷作用），低洼区域屡遭海水浸漫，浅海面积不断扩大。此时期是地球上最早出现可利用的煤的时期，如我国南方的一种煤——石煤，就是由生活在滨海、浅海的海生植物遗体大量聚集石化而形成的。到了至今4.4亿年前，地台周围和地台之间的地槽区发生了加里东（英国的一个山名）运动的大变动，延续时间为几百万年。原来低平的地区重新被抬高，简单的地貌复杂起来。经过这场变动之后，有的地方发生了倾斜、褶皱，有的地方发生了断裂，大陆总面积扩大。随着平夷作用的又一次进行，地球地势又逐渐趋向平缓，太平洋若干地区重新发生海浸，距今3.5亿年前，海浸规模达到最大。在此之后，强烈的构造运动使地槽里的沉积岩和火山岩层产生剧烈的褶皱，转化成褶皱山系。构造运动此起彼伏，一直延续了近1亿年才完成，这个运动叫海西（阿尔卑斯山脉中的海西山）运动。

海西运动使位于欧洲和非洲之间的地槽，东欧地台和西伯利亚地台之间的乌拉尔地槽，西伯利亚、中亚、中国地台之间的广大地槽区，北美东缘的阿巴拉契亚地槽都转化成褶皱山系，海水退出，使欧亚大陆连成一片。全球大陆块达到了最大程度的相互接近，这就形成了全球统一的大陆——泛古大陆，大陆总面积已经跟今天地球上的大陆总面积相差无几了。

在前古生代末期，植物和动物已经分化。

4．地球的板块时期（中生代时期）

这一时期从距今2.3亿年起到距今6700万年前，延续时间大约1.6亿年。

板块时期开始以后，泛古大陆逐步解体（见图1.21），各个陆块渐渐趋向于漂移到现代所处的位置，岩石圈又经历了一系列重要的变动。在北美、南美之间和欧亚、非洲之间发生了分裂，在南部的几个陆块之间也发生了分裂，开始互相移开。到了1.6亿年前，各个陆块进一步分裂，在北美和欧亚大陆之间，南美和非洲之间产生了一条大体上是南北方向的巨大裂隙，陆块向两边移开，海水浸进去，这就是大西洋的雏形；又过了7000万年，到了白垩纪晚期，情况又进一步变化，各大陆继续互相移开，最显著的是南美和非洲之间的距离加大，也就是说南大西洋有了明显的扩张。

5．地球的造山时期（新生代时期）

这是地球历史时期中最新的一个时代，包括现代在内整个新生代大约为6700万年，由第三纪和第四纪组成。

虽然新生代的延续时间相对较短，但就在这个时期，地球表面海陆分布、气候状况、生物界面貌等逐渐演变到现代的样子。

新生代时期最突出的事件是非洲跟欧洲的接近和印巴次大陆跟亚洲的相撞，其结果使一部分岩石圈上层物质互相推挤，形成了横亘于南北半球之间，绵延几乎达到地球半周的最雄伟的山系和高原，它西起非洲北部的阿特拉斯山，经南欧的阿尔卑斯山，东延至喀尔巴阡山，接高加索山、土耳其和伊朗的高原和山地、帕米尔高原和山地，向东就是世界屋脊喜马拉雅山和青藏高原，再向东南延伸，中南半岛和印度尼西亚诸岛的山脉也都跟它相连。这就是阿尔卑斯山造山运动和喜马拉雅山造山运动的产物。

太平洋跟周边大陆的相互挤压作用也使大陆边缘的构造带持续发生了强烈的变形和岩浆作用，并且伴有强烈的地震活动，这些作用一直到现代还在进行。连同被各个地质历史时期的运动所形成的断裂切割而成的大大小小的断块，在大陆边缘各种作用和岩石圈物质运动的影响之下，持续发生着互相推挤、拉开或相对升降作用，以此形成了山地、高原、盆地和平原。

这一时期也是动物、植物，特别是人类大繁荣的时期。