叠层石(stromatolite)是前寒武纪未变质的碳酸盐沉积中最常见的一种“准化石”,是原核生物所建造的有机沉积结构。由于蓝藻等低等微生物的生命活动所引起的周期性矿物沉淀、沉积物的捕获和胶结作用,从而形成了叠层状的生物沉积构造。因纵剖面呈向上凸起的弧形或锥形叠层状,如扣放的一叠碗,故名。
叠层石
简介编辑本段回目录
澳大利亚西部鲨鱼湾的现代叠层石 |
蓝藻等低等微生物的生命活动产生了很多粘性分泌物,引起了围岩基质的沉淀、捕获并胶结了沉积物,因此,形成了叠层状的生物沉积构造。叠层石纵面呈弧形或锥形,叠层状,故名叠层石。
叠层石的基本构造单位叫基本层,一般为弧形或锥形。基本层构成集合体,呈柱状、锥状、棒棰状等形态,有的呈墙状。
形态编辑本段回目录
叠层石是由若干基本层构成的。基本层上下相互叠合或套合形成柱体,主体的不断增长及分叉构成叠层石体(colony)。许多叠层石体聚生在一起构成叠层石礁。
叠层石 |
1.基本层:基本层又叫生长层,是构成叠层石体的基本单元。它通常由暗层及亮层两部分组成,藻类生活状况及自然条件的周期变化形成叠层石的原生亮暗层理。叠层石的基本层形态有两种主要类型:①拱形基本层;②锥形基本层。
2.柱体:柱体形态主要受基本层形态的控制,同时受环境影响。根据柱体自上而下直径的变化,柱体形态可以分为两种基本类型。一是圆柱状或次圆柱状柱体,柱体直径自下而上无显著变化。二是杯状或茎块状柱体,柱体一般较短,基部很窄,向上很快不断地增宽。
形成方式和生态编辑本段回目录
研究叠层石的成因必须从研究现代叠层石入手。它们主要是层纹状叠层石,头状的柱叠层石,球状叠层石等。在
叠层石 |
现代叠层石主要生长于潮间带。生活于水下,但可露出水面。水体可以是正常海水、亦可以是闲化或淡化泻湖。叠层石的生长需要以下条件:
①蓝藻藻丛的生长发育;
②有一定数量的细小沉积颗粒供蓝藻的胶鞘粘附;
③水底的底流不太强烈,水底物质的位置相对稳定;
④叠层石增长速度大于它的剥蚀速度;
⑤叠层石在生长过程中应迅速得到固结,否则就会垮塌,不能具备形态学特征。
分类编辑本段回目录
叠层石命名采用双名法。在分类级别上可使用独特的类(type)、亚类(subtype)、超群(supergroup)、群(group)、型(form)五级分类系统。
叠层石 |
Tungussia Semikhatov(通古斯叠层石) 柱体呈块茎状或不规则假圆柱状,母柱体粗大,从母柱体上长出众多的子柱体(可以是5-10个子柱体)。子柱体可以是斜向生长,也可以横向生长。有时在横向或斜向生长的子柱体又长出向上生长的次一级子柱体、形成屈膝状。基本层为不规则拱形,可具环檐,局部具体壁。主要产出时代为13.5亿年前至5.7亿年前。
地质史编辑本段回目录
前寒武纪的叠层石 |
因为藻类向光性强,白天阳光充足时光合作用强,藻丝体会向上生长;夜晚光线减弱后光合作用相应减弱,藻丝体就变成匍匐生长。正是这种昼夜不同的生长方式,使它分泌粘性物质粘结矿物颗粒形成的叠层石,出现明、暗相间的纹层。
但叠层石蕴含的环境信息远不只是昼夜更替,它因藻类生长的趋光性呈现出更多形态特征。首先,太阳光直射地表的区域,每年在南北回归线之间来回移动,这使某些地区出现S型叠层石,岩石中每个完整的“S”代表一年的生长周期。同时,由于生长环境为滨海地区,叠层石的生长和繁殖还受到地月引力、海水相对泥沙含量、潮汐和月相等因素的影响。例如潮汐引起海水的动力变化,导致水中矿物碎屑量和颗粒大小也相应改变,从而影响到藻类粘性分泌物的粘结量;地月相对位置的变化,也会影响地球上生物的生长和繁殖,导致叠层石纹层厚度的变化。
叠层石刻 |
研究者通过对S型叠层石样品的综合观察,统计其中300多个纹层的厚度值发现,一个完整的S型叠层石包含纹层至少为470,由此推断该岩石沉积时,一年至少有470天。同时,根据这些纹层周期性的厚度变化,发现相邻两个厚度峰值间隔36到40个纹层,显示当时一个月至少有40天。进行必要的数理统计分析,考虑可能引起误差的相关因素后确定,当时一年的天数至少为516±20,包括12.9±0.5个月,进而在不考虑地球公转周期变化的前提下,算出一天的长度为16.99±0.66小时。最后根据S型叠层石的形态,算出当时的黄赤交角大于现在的23°27’,应为29.2°~30.6°。
现在科学界普遍认为,由于月球逐渐远离地球和潮汐作用对能量的消耗,地球自转和月球绕地公转的速度,都在不断减慢,地球的黄赤交角也在不断减小,此次的研究结果支持这一总体演变趋势。虽然这一研究已取得初步结论,但叠层石纹层的厚度周期变化具体的形成机制,还有待进一步的深入研究。
分布编辑本段回目录
根据Walter(1983)的统计,已知在澳大利亚、北美和南非三个不同大陆的11个地点发现了太古宙的叠层石,其年龄都在25亿年以上。
中国叠层石分布图 |
现代叠层石主要分布于北美巴哈马群岛和西澳大利亚沙克湾(Shark Bay)。
最古老的叠层石发现于踞今约28亿年前的南非布拉瓦白云岩中。不分叉的叠层石出现在距今25—27亿年前,分叉的柱状叠层石主要繁盛于20亿年前到6亿年前,随后逐渐衰落。现代的叠层石主要分布在北美巴哈马群岛和西澳大利亚沙克湾。中国最著名的叠层石产地是天津蓟县国家地质公园,那里叠层石非常壮观,甚至整座山都是叠层石。我国北方很多地方都分布有中新元古代的沉积岩,那里都有可能找到叠层石,如北京的房山区的西部,昌平的南口。
衰落之谜编辑本段回目录
叠层石是藻类繁衍生息形成的生物遗迹岩石。元古代叠层石生长于潮上带、潮间带和潮下带的滨海地区。元古代藻类——丝体藻主要生活在平坦的沉积碳酸盐岩表面之上10mm的范围内。从元古代的含藻类的燧石切片看,丝体藻像水蛇或章鱼一样完全自由、舒展地漂浮在海水溶液中,而不是生活在洞穴中。假如当时叠层石所生活的海洋中有海浪或海流的话,藻类又没有什么可抓扶的地方,必然会被海水冲走。然而叠层石是藻类世世代代在一个固定地方生息形成的,藻类没有被海水冲走,说明藻类生存在静水环境之中。因此说叠层石所生活的海水和海岸是没有海浪和海流的,即使有也非常微弱,且海浪高度应该不超过10cm。海浪微弱说明当地的风力也很微弱,不超过1级。如果海流存在的话,海流会使海水里钙镁离子的浓度达到均一,饱和程度和沉积厚度一致,而元古代地层里碳酸盐岩的厚薄相差极大,因此说海流不存在。
古老的叠层石 |
在中上元古代时段,全球七大洲都分布有大量的叠层石,如北非毛里塔尼亚、南非、印度、阿富汗;中国的蓟县、神农架,都存在大量的叠层石,叠层石几乎无处不在。因此上述4种地理环境特征,在当时是全球普遍存在的。
根据叠层石的生存环境特征可知,叠层石是生长于静水之中的产物,因此不少学者认为,叠层石生长在泻湖之中。持泻湖观点的认为,在湖的外围有条坝,将泻湖和大洋隔开;坝上只有一个窄小的通道,使潮汐通过,却能将海流和海浪挡在坝外。但是,假设叠层石生长于泻湖中,由于叠层石生长于潮坪地带,也就是泻湖里的海水同大洋一样潮起潮落。泻湖里的潮差应为1m,那么泻湖每天要更换1m深的新鲜水。元古代的叠层石都生长在较浅的地表海里,水深在20m以内,那么泻湖里的水20天就要被更换一遍。
叠层石群 |
根据叠层石的指示特性,已知叠层石所处海域没有海浪和海流,元古代的叠层石又都生成于开放海,说明没有海浪从大洋传播过来,也没有海流从大洋流过来。这种现象的解释是:整个大洋是滞流的,大洋的水体近乎于静止,没有像太平洋赤道海流、黑潮、墨西哥湾流这样的海流。由于这些海流是靠赤道信风来推动的,因此推断赤道信风也没有。整个大洋里没有海浪,说明大洋里没有赤道信风、西风带这样的大型风场,也没有高强度的台风。因为这3种风,任何一个存在,都会在大洋里掀起大浪,并传播到大洋的各个角落。
低纬度地区也是赤道幅合带覆盖的地区,是全球降雨量最多的地区,根据叠层石的指示,在元古代,低纬度地区没有河流。降雨量多的地区尚且如此干旱,其他地区年降雨量就更少了。因此降雨量少是全球普遍存在的,同时证明,赤道幅合带也不存在。
在海洋里,洋流和渔场是一对密不可分的孪生兄弟,洋流沉降的地方必然是渔场所在地,而且渔场里的海洋生物量同洋流沉降的流量成正比关系。本来海流是在风力的作用下形成的,但在暖流、黑潮或湾流与寒流汇合的地方,由于黑潮像树枝一样分出很多支流,流向四面八方,并有寒流迎面“驶”来,此时海流的流向,同风的流向完全不一致,甚至相反,因此说明此时海流的流向,已不受风的控制。这些都证明海流是在元古代之后形成的。
名称:疑印卓尔叠层石 |
只有寒流下潜,才能使暖流和寒流在上下层之间进行迅速的垂直混合,使暖流垂直下沉。如果寒流不下潜,和暖流在海洋表面平行并流,要想在水平方向进行混合是不可能的,海流也就无法下沉。而寒流下潜是在海洋藻类释放的氧气的帮助下,使混合水体变轻后才完成的,因此说,海洋生物在海流沉降过程中起着不可缺少的决定性作用。而海流沉降是大洋环流的一个必要环节,因此,没有海洋生物,就没有大洋环流。
厄尔尼诺现象证明海流和大气环流之间有密不可分的关系,由此可见,生物圈、河流、海流和大气环流相互有机融为一体,构成一个完整的、有机的系统。
到了7亿年前的震旦纪,出现地史上第一次大范围冰川,说明地表的降雨量增大,地层里的黏土岩和砂岩比例开始增多,并逐渐占据主要比例。因此说明,这时地表的风化能力和搬运能力增加了,即风力增大,河流和海流出现,同时海浪增大。这样的气候和地理环境已不适合叠层石生存,因此说叠层石在7亿年前迅速衰落是由于气候和地理环境变化造成的。
相关条目编辑本段回目录
参考资料 编辑本段回目录
1、植物通:http://www.plant.ac.cn/mingci/07-20/10254.htm
2、中国岩石网:http://www.uua.cn/zine/show-147-1.html
3、科普资源网:http://www.lrn.cn/science/geoknowledge/200808/t20080822_267673.htm
4、长城在线:http://www.hebei.com.cn/node2/node17/node1069/userobject1ai277202.html
5、科技之友:http://www.kxzy.net/kxzy/kjbnews/News_View.asp?NewsID=1279