地球科学原理之三十五 冰川的形成原因及植物的演化历程

作者：廖永岩 编辑：探矿者
前面，我们讨论了第三章 地球的去气作用和地球演化过程中的化学平衡，现在，我们继续讨论第四章  生物对冰川的作用及太阳系的生命。我们先来看看第一节 生物演化对冰川的作用。首先我们来分析冰川的形成原因。
1、冰川的形成原因
由于第四纪冰川期尚未完全结束，现在的地球两极及高山上，仍能观察到冰川（秦大河和任贾文，2001）。 地史上冰川期的次数，有不同说法，有学者认为地质史上共发生过5次大冰期[Reading, 1978]；有的认为只有四期（宋春青和张振春，1996）；有学者把元古宙及以前的冰期分为3~5个冰期（Kaufman, et. al., 1997）。
地质史上冰川的形成和消融的原因，曾有很多种理论对其进行说明和解释。其中占主导地位的是天文假说，如有学者认为冰川的形成是由于地球自转轴和黄道面夹角作周期性缓慢变化而形成（Williams, 1975b）；后来，又有“动态倾斜模型”来解释冰川的形成（Williams, 1975a）。其它的还有大气成分说和构造运动说等。直至20世纪90年代，由于大量古地磁学、同位素学、碳酸盐沉积等地球物理学和地球化学及古生物学等方面的资料和证据不断积累，Kirschvink等提出了“雪球假说”（Kirschvink, 1992; Hoffman, 1998）。这个模型提出了新元古宙冰期冰川形成与二氧化碳的温室效应变化有关，并用相关的证据进行了解释和说明。
“雪球假说”没有解释其它冰期冰川的成因。 其它冰川期，是否也像前寒武纪末期的造成“雪球地球”的大冰川一样，是由于二氧化碳浓度的降低，使温室效应下降而造成的？我们前面已分析过，二氧化碳的降低，与生物的光合作用有关。那其它冰川期的形成，是否也有相关的植物资源贮备，有造成二氧化碳降低的可能？所以，我们有必要对地球上生物的演化，尤其是植物的演化进行分析。
2、生物（植物）的演化过程
由于原始地球不断向外辐射能量，地球的温度逐渐降低，40~38亿年前地壳形成（张昀，1998）。当地壳的温度降至常压下的100℃以下时，原始大气中的水蒸气凝结成水（若压力高，则水的凝结点也相应地高），原始海洋形成（张昀，1998）。这为生物的出现提供了基础条件，可能于38亿年前，或更早，出现了原核细胞（为异养性生物，并具有厌氧性）。35亿前或更早，出现进行光合作用的植物（蓝藻）（张昀，1998; 郝守刚等，2000）。含有染色体、细胞核及其它进化的内部结构的细胞构成的真核生物出现于20-19亿年前，9-8.5亿年前至7亿年前，疑原类（acritarchs）单细胞真核生物繁盛，但在6亿年前左右绝灭（张昀，1998; 郝守刚等，2000）
多细胞生物大约在7-6亿年前出现，其间发生了多细胞化、组织分化、性分化和世代交替的生活史出现。后生植物化石（多细胞藻类），略早于埃迪卡拉（Ediacara）后生动物化石（郝守刚等，2000）。各地所发现的埃迪卡拉动物群的层位均介于新元古代末期冰碛层之上，时限为5.8-5.6亿年前（郝守刚等，2000；Conway Morris, 1993）。小壳动物化石出现5.6亿年前[郝守刚等，2000]。5.44亿年前，出现了寒武纪生物大爆发（郝守刚等，2000； Conway Morris, 1993; Bowring, et. al., 1993）。
从新元古宙开始至志留纪，海洋植物主要是多细胞藻类进化并繁盛。
志留纪后，植物开始登陆，石炭纪时，蕨类植物繁盛。
裸子植物，从晚二叠纪（约2.5亿年前）开始至中生代（距今约2.5~0.5亿年），讯速地发展起来（宋春青和张振春，1996）。
早白垩纪晚期，地史上第一次出现了被子植物，发展讯速，到晚白垩纪，终于取代了裸子植物，在大陆上占统治地位（宋春青和张振春，1996）。
通过以上分析，我们知道了地球植物的演化过程，也大概知道了目前人类对冰川形成的认识（虽尚有很多争议）。那么，植物到底与冰川有什么关系？即植物、二氧化碳、温室效应与冰川的形成，到底有着怎么样千丝万缕的联系？且听下回分解。
未完，待续。
下回预告：地球科学原理之36  二氧化碳与温室效应和冰川的形成
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
秦大河，任贾文主编. 南极冰川学. 北京：科学出版社, 2001, 1-220
宋春青，张振春. 地质学基础. 北京：高等教育出版社, 1996, 272-348
张昀. 生物进化. 北京：北京大学出版社, 1998, 41-99
Bowring S, Grotzinger J, Isachsen C, et al. Calibrating rates of Early Cambrian Evolution. Science, 1993, 261: 1293-1298
Conway M. S. The fossil record and the early evolution of the Metazoa. Nature, 1993, 361: 219-225
Hoffman P F. The break-up of Rocinia, birth of Gondwana, true polar wander and the snowball Earth[J]. Journal of African Earth Science, 1998, 28: 17-33
Kaufman A L, Knoll A H, Narbonne G M. Isotopes, ice ages, and terminal Proterrozoic earth history. Proc. Natl. Acad. Sci. , 1997, 95: 6600-6605
Kirschvink J L. Late Proterozoic low-altitude global glaceation: the snowball Earth [A] .Schopf J W, Klein C. The Proterozoic Biosphere[M]. London: Cambridge University Press, 1992, 51-52
Reading H G. Sedimentary Environments and Facies. London: Blackwell Scientific Publications, 1978, 518-544
Williams G E. Late Precambrian glaciation and the earth’s obliquity, Geol. Mag., 1975a, 112: 441-465
Williams G E. Possible relation between periodic glaciation and the flexure of the galaxy, Earth planet, Sci. Lett., 1975b, 26: 361-369
（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）
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