第一章 地质时代

第一节 引言

历史的视野始于地球起源，经过整个地质时代，最终进入人类进化阶段。关于地球的年龄，一直是个备受争议的问题。如今随着精密测量手段的日益发展，利用某些天然元素的放射性特征进行测量，已经得出相当可靠的结论，即45亿年左右。在这段历史的大部分时间内，地球上显然是没有生命的，至少迄今尚未发现任何生命痕迹。尽管年年都有人宣称又发现了更古老的记录原始生命的岩石，迄今生命迹象已追溯到20多亿年前，然而以化石形式留下丰富痕迹的复杂生命体，并没有在比寒武系更古老的岩石中发现，而这一时期的岩石，可能是在6亿年前形成的。寒武系▲1岩石与前寒武系岩石之间的分界线，即那些蕴含丰富化石遗存的岩石与没有任何化石遗迹的岩石之间的分界线，对于研究生命进化形式的古生物学家和十分倚重其研究成果的地层地质学家来说，显然非常重要。虽然大部分地质论著与寒武纪▲1和后寒武纪有关，但是，不从事地质学研究的人，应尽量避免得出这样的推论，即寒武纪以前所发生的一切都无足轻重。我们地球五分之四以上的历史，都发生在出现化石记录之前。

从寒武纪开始，生命的进化明显呈现出多样性和快速发展的趋势。保存在下古生代的遗迹（寒武纪、奥陶纪和志留纪）[1]都是海洋生物；陆地植物和陆地动物直到上古生代才出现，分别出现在泥盆纪和石炭纪。庞大的爬行动物繁荣的时期，主要是在中生代（三叠纪、侏罗纪和白垩纪）。哺乳动物从三叠纪或早至二叠纪才开始缓慢发展，直到第三纪▲2（即新生代）才上升到主导地位。哺乳类动物的最新分支——人类，出现时间不到200万年，而我们自己所属的智人种，是最后4万年才出现在地球上的。

表1 地质年代与事件

续表

上述发展都是在“变动不居”的地球上进行的。“变动不居”的地球，是指在整个地质时期没有什么在其地理位置上是一成不变的，陆地和海洋，山川和平原，热带和寒带，旱带和雨带，都在不停地变换。当然，并不是说曾经有一个时期我们今天熟悉的这些地球特征没有出现过，至少寒武纪以来是这样。也没有岩石记录表明，曾经出现过比我们今天在地球上某个地方发现的更热或更冷、更潮湿或更干旱的气候。但是，所有这些特征在发展方式和程度上都经历了巨大变化。确实，任何人只要仔细观察地层学家重建的不同地质时期的世界地理特征图（古地理重构），都会得到这样的印象：几乎所有可能想象到的变化，都实实在在地发生了。其实并非如此。某些因素在古地理重建中并不是必要的，只是反映了地球物理学家所提出的地壳特征概念上的变化。但是，其他要素对所有各类重构都是共同的，而且已被广泛接受为地球古地理学的基本事实。同样，这些要素为构建我们关于地壳特点和进化的观念也作出了贡献。

这里我们必须提一下关于地壳的两个基本原理。第一是大陆和海洋在物理上有区别，是不可相互替代的地壳要素。第二是有关“大陆沉没”的旧观念，如流行的关于亚特兰蒂斯岛（Atlantis）沉没的说法以及很多貌似很有学问的古地理概念，都必须摒弃。现代地球物理学研究表明，与海洋相比，大陆地壳较厚，可达30—60千米，而在海洋下面的洋底厚度，只有6、10或15千米。这两种环境下的地壳基底，都是根据地震波传播速度的突然增加，即所谓莫霍洛维奇不连续面（Mohorovičić discontinuity）（又称莫霍面）来揭示的。从大陆到洋底的地形变迁，就这样表现为地形的急剧下降（平均延伸3—5千米）和莫霍面的突然上升，两者间的间隔距离通常都很大。随着地壳厚度的变化，其成分也在变化。洋底覆盖着相对较薄的沉积层，主要是松散不胶结的沉积物。其下是一层密度近似玄武岩且成分可能是玄武岩的地层，一直向下延伸到莫霍面。大陆地壳的结构比较复杂，由明显不同的三层而不是两层组成。最上面的一层与海洋地壳一样，是沉积层。正如我们通常所见到的，这一层很厚；有的地方这一层可能缺失。通常这些沉积物已经胶结、抬升，并且常常形成了褶皱状。沉积层下方是10—15千米厚的地层，其大部分物理属性类似花岗岩，在沉积层缺失的地方，大多是由这种岩石构成。再下面是第三层，其可测属性类似洋底的玄武岩，但比洋底玄武岩厚多了，并且一直向下延伸到莫霍面。大陆与海洋之间的区别是下文许多论述的基础，但在此之前，我们必须概括介绍有关大陆构造方面的重要知识。

各类大陆架均由两种截然不同的区域组成。一种是相对稳定的，被称为“台地”的广阔区域；另一种是近期遭受过大规模地质干扰的地区，我们称为“褶皱带”或“造山带”。调查结果表明，褶皱带是从持续很久的厚沉积区（被称为地槽）抬升起来的。沉积区经过上亿年或更长时间后，可能被挤压在一起，形成山脉地貌，其内部结构非常复杂。台地上面常薄薄地覆盖着一层广袤而平伏的沉积物。很明显，这些沉积物受到的少许干扰来自其他沉积，而不是因为大面积的抬升。大面积抬升把海洋沉积变成了干燥的土地，其厚度可能在海平面以上几百英尺。土层下面是坚硬的基岩。凡是能调查的地方都表明，基岩的性质非常复杂，包含有变形和变质的沉积岩，其中又广泛而大量地侵入不规则的花岗岩浆。实际上，这就是形成陆壳的部分花岗岩层。很多构造特征是在埋藏更深的被侵蚀过的造山带发现的，因此，有一种观点已经流传了一代甚至更长时间，即在坚硬台地的基底杂岩中，发现了前寒武纪造山带的痕迹。另外，施蒂勒（H.Stille）提出的观点也被广为接受。[2]他认为，我们今天看到的那部分比较古老 但又是在寒武纪之后形成的造山带，从其表现来看，好像已经成了坚硬台地的一部分。对于这种融合了过去造山带残留的台地，施蒂勒发明了一个专用术语“克拉通”（kraton，稳定地块），这个术语听起来晦涩难懂，但是用起来相当方便，谈到台地扩张时，我们就称为“克拉通化”。

当我们对本卷考察的这个区域的地质构造作最宽泛的概括时，上述观点对于研究古代世界的意义立即显现。这个区域拥有最基本的陆壳特征，它由三种明显不同的地壳单元构成。最北部是世界上最大的坚硬台地——欧亚克拉通（Eurasian kraton）的一部分；最南部包括非洲、阿拉伯半岛（Arabia）以及德干高原（Deccan），是断裂的亚非克拉通（Afrasian kraton）的三个部分；中间是地球中部造山带（orogenic belt），从直布罗陀（Gibraltar）一直延伸到新加坡（Singapore）。这一切都发生在第三纪（主要是在晚渐新世和早中新世，即3500万—2500万年前的强大造山带痉挛运动），是由中生代积聚的沉积物形成的。当时，在欧亚和亚非大陆板块之间存在着一个巨大的地球中部海洋（mid-world sea），聚斯▲3（E.Suess）称为“特提斯海”（Tethys），中生代的沉积物就积聚在这个古地中海里。[3]阐明古地中海的发展历史，它是如何转化成地球中部褶皱带的，以及两者与毗邻台地的关系，是整个地质学中最具挑战性的问题，也引起了一些科学界人士几乎一个世纪的关注。上述问题至今还没有定论，但是打开了巨大的想象空间，其中一些想法似乎是接下来以人类活动为中心的故事的真正序曲。因此，我们将回顾两大坚硬板块和介于其中的特提斯海形成历史中发生的那些引人注目的篇章，并且论述造成今天地貌框架的第三纪巨变的某些观点。