[科普中国]-奥陶纪

名称来源

“奥陶”（Ordovices）一词由英国地质学家拉普沃思（C.Lapworth）于1879年提出，代表露出于英国阿雷尼格（Arenig）山脉向东穿过北威尔士的岩层，位于寒武系与志留系岩层之间。因该地区是古奥陶部族的居住地，故得名。奥陶纪的命名于1960年在哥本哈根召开的第21届国际地质大会上正式通过。其中文名称源自旧时日本使用日语汉字音读的音译名“奥陶纪”（音读：オードーキ，罗马字：oo doo ki）。

时间特征

奥陶纪每日的时间为21小时，而非24小时。

地质特征地质活动奥陶纪是地史上大陆地区遭受广泛海侵的时代，是火山活动和地壳运动比较剧烈的时代，也是气候分异、冰川发育的时代。奥陶纪是海生无脊椎动物真正达到繁盛的时期，也是这些生物发生明显的生态分异的时期。在奥陶纪后期，各大陆上不少地区发生重要的构造变动、岩浆活动和热变质作用，使得这些活动区的部分地区褶皱成为山系，从而在一定程度上改变了地壳构造和古地理轮廓。

科学家认为，奥陶纪时期，各大陆相对于两极的位置和大陆之间的相对位置都曾发生过重要的改变。当时，西伯利亚中北部、加拿大北部的部分地区、中国北部和澳大利中西部都属于干热气候的地区；相反，北非的撒哈拉沙漠、南非开普地区曾经覆盖着厚厚的冰层，属于寒冷气候地区。这说明，奥陶纪时，古南极在而今的撒哈拉沙漠以南，古北极位于南太平洋，古赤道恰好穿过西伯利亚中西部和中亚一带，经加拿大西部向南太平洋岸南下。

中国的海侵是在海域延续下来的。扬子地台和中朝地台西部边缘地带，在中、晚寒武世或早奥陶世略有上升，奥陶纪早期地层缺失，较新的奥陶纪地层与寒武系呈假整合接触。在中朝地台的中部、东部和扬子地台，奥陶纪地层与寒武纪地层皆呈整合接触。中奥陶世之后中朝地台上升为陆地，除西部边缘地区外，晚奥陶世没有沉积。奥陶纪加里东运动在地台区表现为频繁的震荡运动，地槽区有较多的火山喷发岩、中基性和中酸性火山岩，如北方地槽区。祁连山地槽区火山活动有两个时期，一是早奥陶世中期，另一是晚奥陶世。

欧亚大陆上有4个稳定的地台区，即俄罗斯地台（东欧地台）、西伯利亚地台和规模较小的中朝地台、扬子地台。印度半岛和阿拉伯半岛也属稳定区，但其还包括在南大陆的范围。前述4个地台，除少数地区外，基本上被海水侵入，形成浅海水域，地台的周围被地槽区所围绕。俄罗斯地台和扬子地台的南缘，呈东西向条带状的海域即古地中海。古地中海的南缘止于非洲北部、阿拉伯半岛中部、伊朗南部和印度半岛北部，向南经中南半岛与澳大利亚东部及北部奥陶纪的海域相连，更南可能伸延到南极地区。北美大部为地台浅海地区，沉积以石英砂岩、页岩和碳酸盐岩为主，厚度不大。北美大陆的东西两侧为地槽区的海域，西部以碎屑岩和碳酸盐岩为主，东部以硬砂岩、泥岩和火山岩为主。南美的西部太平洋沿岸地带为地槽海域，北部的中部为地台浅海海域。南大陆的周围边缘地带皆被地槽区或地台型海域所围绕，非洲、印度半岛、澳大利亚西南部、南美东部和南极洲的东部皆为陆地。

奥陶纪早、中期继承了寒武纪的气候，气候温暖、海侵广泛；奥陶纪晚期南大陆的西部发生了大规模的大陆冰盖和冰海沉积，代表寒冷的极地气候。按古地磁数据，奥陶纪南极应位于而今北非西北部，这与非洲冰碛层的分布应位于南极圈内的解释是吻合的。南大陆的东部仍处于赤道附近。北美、西伯利亚和中国华北地区有蒸发岩沉积，推测为干热气候环境，属于低纬度地区。奥陶纪北极应位于南太平洋，大陆地区基本上位于南半球，从沉积物来判断，当时南半球的气候分带比较明显。由于晚奥陶世末期大冰期的存在，同时影响全球海平面的下降，并引起广泛的海退。1

矿产遗留中国云南东北部中奥陶世早期或早奥陶世晚期的巧家组产鲕状赤铁矿，华北马家沟组和峰峰组不同层位有磁铁矿和赤铁矿。这种铁矿的成因与中生代侵入岩侵入奥陶纪的富镁围岩有关。华北区峰峰组下段产硬石膏和石膏层。石灰岩和白云岩等作为石灰、水泥、熔剂的材料，在华北区奥陶系层位多，分布较广。以奥陶纪地层作为运移、储存条件的矿产还有石油和丰富的地下水资源。竹

石林，顾名思义就是竹林中有石林、石林中有竹林。长宁的竹石林，是我国喀斯特大家庭中罕见的竹林喀斯特的典范。据地质学家考证，竹石林的碳酸盐属于距今4.53亿年至4.78亿前的奥陶纪中统宝塔组，是世界少有的奥陶纪喀斯特景观，也是世界上最古老的喀斯特景观之一。2

生物特征奥陶纪气候温和，浅海广布，世界许多地区（包括我国大部分地区）都被浅海海水掩盖，海生生物空前发展，较寒武纪更为繁盛。化石以三叶虫、笔石（Graptolites）、腕足类、棘皮动物中的海林檎类（Cystoides）、软体动物中的鹦鹉螺类（Nautilites）最常见，苔藓虫、牙形石、腔肠动物中的珊瑚、棘皮动物中的海百合、节肢动物中的介形虫和苔藓动物等也很多。节肢动物中的板足鲎类（Eutypterids）和脊椎动物中的无颌类[如甲胄鱼类（Os-tracoderms）]等均已出现。低等海生植物继续发展，淡水植物据推测可能在奥陶纪也已经出现。3

在奥陶纪早期，约4.8亿年前，首次出现了可靠的陆生脊椎动物——淡水无颚鱼。

奥陶纪中期，在北美落基山脉地区出现了原始脊椎动物异甲鱼类——星甲鱼和显褶鱼，在南半球的澳大利亚也出现了异甲鱼类。植物仍以海生藻类为主。

腕足动物在这一时期奥演化迅速，大部份的类群均已出现，无铰类、几丁质壳的腕足类逐渐衰退，钙质壳的有铰类则盛极一时；鹦鹉螺进入繁盛时期，它们身体巨大是奥陶纪的海洋中凶猛的肉食性动物；由于大量食肉类鹦鹉螺类的出现，为了防御，三叶虫在胸、尾长出许多针刺，以避免食肉动物的袭击或吞食。珊瑚中奥陶世开始出现，复体的珊瑚虽说还较原始，但已能够形成小型的礁体。由于海洋无脊椎动物的大发展，在前寒武纪时非常繁盛的叠层石在奥陶纪时急剧衰落。

奥陶纪时期的海洋生物是现代动物的最早祖先。珊瑚和叫做星状动物的古老海星生长在洋底。海底的带壳动物包括与现代牡蛎有关的软体动物、看起来与软体动物相似的腕足动物和外壳卷曲的腹足动物。头足类——现生鱿鱼的堂兄弟——快速游过海底搜寻猎物。但最大的新出现的动物是像萨卡班巴鱼这样的无颌类。无颌类，例如发观于南美的萨卡班巴鱼，是地球上最早的脊椎动物之一。这一时期仍然没有任何动物种类生活在陆地上。4

典型生物三叶虫奥陶纪海洋里生活着500多种三叶虫。这虽然没有寒武纪时期的种类多，但其数量仍是巨大的。这是今天三叶虫化石如此普遍的原因之一。

三叶虫化石很容易找到，这不仅因为它们数量大，而且因为它们定期脱去外壳。随着动物的生长，外壳落入古海底，常常被掩埋，变成化石。从俄罗斯到摩洛哥到美国，在世界各地的海相岩石中已发现了几千种不同的三叶虫。有的长着长刺来抵御捕食动物，有的将眼睛长在长柄上，这样当它们埋在泥沙里的时候仍能看见外面。 三叶虫能够在海底游泳或爬行。但它们防御捕食动物的方法可能像今天的犰狳一样，将带壳的身体蜷缩成球状。我们知道三叶虫被其他海洋生物捕食，因为我们经常发现三叶虫化石上有被咬的痕迹。有颌鱼类的兴起可能促使许多三叶虫灭绝。但有些三叶虫一直生存到2.51亿年前的最大灭绝性灾难发生的时候。

鱼类最早的鱼类是无颌类。它们没有上下颌，嘴很宽，头的边缘长着奇怪的骨板。也许这些骨板是发电器官，用来感觉距离或电击捕食动物。无颌类的摄食方法是将含有微小动物和沉积物的水吸入口中。它们可能是尾巴向上在海底游泳。

笔石笔石是奥陶纪最奇特的海洋动物类群，它们自早奥陶世开始即已兴盛繁育，分布广泛。笔石是一类微小的蠕虫状生物，它们像今天的珊瑚虫一样群体生活。整个笔石群体仅有5厘米长，它们漂流在海面上，吃浮游生物，和今天鲸类所吃的大量微小海洋生物是一样的。笔石对于科学家来说是特别重要的，因为它们在一个较长的时期里是逐渐变化的。科学家能够根据共同发现的笔石的种类判定其他海洋生物化石的年龄。5

腕足动物腕足动物在这一时期里演化迅速，大部分的类群均已出现，无铰类、几丁质壳的腕足类逐渐衰退，钙质壳的有铰类则盛极一时。腕足类乍看起来很像双壳类，但和它并没有多大关系，它们壳的大小和曲线都不相同。腕足类的铰合部喙，以肉柄固着。腕足类而今比较稀少，但在5亿年～4.5亿年前，它们远比双壳类常见。

牙形石牙形石是什么?科学家在近140年的时间里一直在问这个问题。牙形石化石很小，只能在显微镜下研究。它们大多数形状像细长的圆锥，一些看起来像带尖的耙子或梳子，另一些像锯齿状的小棒或凹凸不平的刀刃，甚至还有的像树叶。它们是微小动物的壳还是稍大一些动物的牙齿?科学家还提出它们可能是鱼、蠕虫、或长有触手的动物的一部分。1995年，这个谜终于被解开了。产自苏格兰和南非的化石表明牙形石来自没有骨骼和上下颌的鱼形动物。这种动物体长可达5厘米，看起来像长着凸出的大眼睛和一条尾鳍的小鳗鱼。每一个体头的底部都有许多种牙形石，用来挖或咬。

直壳鹦鹉螺鹦鹉螺进入繁盛时期，它们身体巨大，长可达1米以上，是奥陶纪的海洋中凶猛的肉食性动物；由于大量食肉类鹦鹉螺类的出现，为了防御，三叶虫在胸、尾部长出许多针刺，以避免食肉动物的袭击或吞食。3

珊瑚珊瑚自中奥陶世开始大量出现，复体的珊瑚虽说还较原始，但已能够形成小型的礁体。

苔藓虫苔藓虫出现于奥陶纪早期，演化快，属种多。有枝状的尼可逊苔藓虫（Nicholsonella）、攀苔藓虫（Batostoma）、围块状的古神苔藓虫（Dianulites）和薄层状的变隐苔藓虫（Trepocryptopora）。这些具有石灰质或角质外壳的微小动物呈块状或树丛状群落生活在海底岩石或贝壳上。

双壳类像现生蛤蜊一样的带壳动物，身体分成相同的两半。

灭绝事件简介4.49亿年前的奥陶纪晚期发生了地球上的第一次生物大灭绝事件，该事件造成了地球上60%的物种灭绝。

具体过程4.49亿年前，地球进入了奥陶纪晚期。此时的地球与现在的有很大不同：泛大陆尚未形成，今天的南美洲、澳洲、南欧、非洲、印度以及南极洲形成冈瓦纳大陆，其它陆地则分裂成一系列岛屿，分布在世界各地。奥陶纪是地球史上海侵最严重的时代，海平面比现在高出400米，现今1/3的陆地都被浅海覆盖。

奥陶纪的陆地上没有任何动物，植物在那时根本没有出现。所有动物都生活在海洋中。那时的动物与现在的也有很大不同，脊椎动物只有数种，节肢动物的种类也不到现在的1/10，海洋有一些鲜为人知的动物统治着。

海中的顶级捕食者要属直壳鹦鹉螺。它身长6米，重150千克，是鹦鹉螺、章鱼等头足类软体动物的祖先。它几乎什么都吃，包括三叶虫、星甲鱼、板足鲎等动物。直壳鹦鹉螺也有竞争对手：有史以来最大的节肢动物：3.6米长的板足鲎。板足鲎看上去像是一只巨大的，没有尾钩的蝎子，是最古老的节肢动物之一。板足鲎经常与直壳鹦鹉螺争夺食物，但总是敌不过它们。

海洋的动物们悠闲地生活着，谁也没有意识到，灭顶之灾即将来临。

这次灾难的罪魁祸首是伽马射线暴。距离地球6000光年以外的地方，一颗中子星与黑洞由于不明原因相撞，产生数束伽马射线暴，其中一束不偏不倚击中了地球。其实伽马射线击中地球的概率极小，小于1/100,000,000，这次地球真是很倒霉。

4.49亿年前的一天，一束来自6000光年以外的伽马射线穿透大气层，击中了地球。射线击碎了气体分子，地球大气顿时变得四分五裂。

海洋中的动物只感觉到大地剧烈的晃动，并不知道灭顶之灾已经降临。

射线击毁了3/1的臭氧层，阳光中的紫外线直接穿透大气层，杀死了大量浮游生物，破坏了海洋食物链的基础，饥荒开始四处蔓延。射线带来的辐射还杀死了大量珊瑚，破坏了海洋生物的栖息地。

灾难发生一年后，饥荒已经蔓延至全球，无论生物处于食物链顶端还是底端，都在饥饿中苦苦挣扎。掠食者们需要杀死同类才能获得充足的食物。

灾难过后数十年，被击碎的气体分子重新组合，形成一种叫做二氧化氮的有毒气体。二氧化氮遮天蔽日，遮住了50%的阳光。地球失去了阳光的照射，气温开始迅速下降。动物的卵无法在低温中正常发育，导致种群数量大幅下降。

由于阳光照射忽然下降，气候变得很不稳定。海水产生巨大波浪，搅得动物不得安宁。直壳鹦鹉螺想去深海避难，但深海的水压很大，高水压将直壳鹦鹉螺不坚固的外壳压碎，这样它们只有死路一条。而它们的近亲鹦鹉螺有着坚固的外壳，使它们能够幸免于难。

灾难发生十年后，水温由原先的25摄氏度下降到10度，杀死了更多浮游生物，这加速了食物链的崩溃，但食物需求量较少的小型动物却不觉得饥饿，所以在饥荒中小型动物更容易生存。

灾难发生500年后，地球上1/3的生物都消失了，剩下的生物还在饥饿中挣扎。由于缺少阳光照射，全球平均气温由22摄氏度下降至10度，导致大量海水结冰，海洋动物再次失去了大量栖息地。冰川的蔓延速度快得难以想象，数年后，超过10%的海水都冻结了。冰川消耗了大量海水，导致海平面下降了约100米，原先的海洋有不少变为陆地。

冰期事件越来越严重，海洋中出现了大量冰山，冰山就像失控的汽车，横冲直撞，大量生物被它杀死。

灾难发生15万年后，全球平均气温已经下降至5摄氏度，超过一半的生物都在严寒中灭绝了，剩下的生物能够幸存吗？

灾难发生20万年后，冰川时代终于过去。但地球的生命迹象几乎全部消失，地球需数十万年才能恢复以往的生机。原先生机勃勃的海洋变得死气沉沉，但剩下的浮游生物不断繁衍，修复了食物链。

距伽马射线暴击中地球已经过去了40万年，灾难已经基本结束。这场席卷全球的浩劫是地球史上第一次物种大灭绝，造成56%物种灭绝。直壳鹦鹉螺奇迹般地活了下来，但发生了不良基因突变，体型缩小至2米。板足鲎在灾难之后迅速取代直壳鹦鹉螺，成为顶级掠食者。在这场灾难中还有一个获益者——最早的脊椎动物之一：星甲鱼。星甲鱼属于头甲鱼类，没有颌部，它们的一支在灾难之后进化成最早长有颌部的脊椎动物：棘鱼。

致命的射线，严重的饥荒、遮天蔽日的有毒气体以及严重的冰期构成了第一次物种大灭绝——伽马射线暴击中地球事件。