[科普中国]-二叠纪

内容

早期的植物以真蕨、种子蕨为主。晚期有较大变化，鳞木类、芦木类、种子蕨、柯达树等趋于衰微、灭绝，代之以较耐旱的裸子植物，松柏类大为增加，苏铁类开始发展。腕足类继续繁盛，长身贝类占优势；软体动物也是重要部分，菊石类有明显分异；苔藓虫逐渐衰退；三叶虫趋于灭绝；昆虫开始迅速发展。爬行动物首次大量繁盛，杯龙目、盘龙目、兽孔目存在。二叠纪末发生了二叠纪-三叠纪灭绝事件，90%至95%的海洋生物灭绝，其详细原因目前尚不明确。

历史演变古生代最后一个纪（第6个纪），约开始于2.9亿年前,结束于2.5亿年前。在这一期间形成的地层称二叠系。1841年英国地质学家在乌拉尔山脉西坡发现一套发育完整，含有化石较多的地层，可以作为二叠纪标准剖面，并依出露地点卡玛河上游的彼尔姆地区命名为Permian系。英文Permian即源于俄文的音译，中译二叠系是根据二分性明显的德国地方性名称Dyas的意译而来。德国二叠纪地层可明显地分为两部分，下部为红色砂岩，称赤底统（陆相），上部为镁质灰岩，称镁灰岩统（海相）。

二叠纪是生物界的重要演化时期。海生无脊椎动物中主要门类仍是筳类、珊瑚、腕足类和菊石，但组成成分发生了重要变化。节肢动物的三叶虫只剩下少数代表，腹足类和双壳类有了新的发展。二叠纪末，四射珊瑚、横板珊瑚、筳类、三叶虫全都绝灭；腕足类大大减少，仅存少数类别。

脊椎动物在二叠纪发展到了一个新阶段。鱼类中的软骨鱼类和硬骨鱼类等有了新发展，软骨鱼类中出现了许多新类型，软骨硬鳞鱼类迅速发展。两栖类进一步繁盛。爬行动物中的杯龙类在二叠纪有了新发展；中龙类游泳于河流或湖泊中，以巴西和南非的中龙为代表；盘龙类见于石炭纪晚期和二叠纪早期；兽孔类则是二叠纪中、晚期和三叠纪的似哺乳爬行动物，世界各地皆有发现。

早二叠世的植物界面貌与晚二叠世相似，仍以节蕨、石松、真蕨、种子蕨类为主。晚二叠世出现了银杏、苏铁、本内苏铁、松柏类等裸子植物，开始呈现中生带的面貌。

二叠纪是三亿至2.5亿年前古生代的最后一个地质时代，在石炭纪和三叠纪之间。定义二叠纪的岩石层是比较分明的，但它开始和结束的精确年代却有争议。其不精确度可达数百万年。以往，二叠纪分早二叠纪和晚二叠纪两个世。二叠纪普遍使用三分法：Cisuralian,Guadalupian和Lopingian。

二叠纪的英文为Permian，源自俄罗斯的彼尔姆州，其它语言的名称大同小异。中文为何译为二叠纪有一说是在德国的同年代地层上半层是白云质石灰岩，下半层是红色岩石之故。

二叠纪地球上所有的陆地组成一个大陆：盘古大陆。当时海面比较低。

二叠纪时在海洋中造礁生物非常活跃。在陆地上裸蕨植物开始衰退，真蕨和种子蕨非常繁茂。在这个时期第一批裸子植物出现。二叠纪时期陆地上的主要动物是两栖动物，但爬行动物开始发展。昆虫的体型也变大了。

三叶虫绝迹。

二叠纪末发生了二叠纪-三叠纪灭绝事件，90%至95%的海洋生物灭绝，其详细原因尚不明确。

古气候、古构造和古地理 不管南部各大陆及印度半岛在二叠纪时是否联成统一大陆，早二叠世的气温被认为是相当低的，其后才逐渐改变。北半球广泛发育的标示一种温暖、干旱的气候，而南半球广泛的含煤建造则标示一种温湿的气候。二叠纪是造山作用和火山活动广泛分布的时期，归属于海西（华力西）造山运动晚期。北美阿巴拉契亚运动发生于二叠纪末，是二叠纪最强烈的褶皱运动。西部的科迪勒拉优地槽在连续的地壳运动中伴有强烈的火山活动。

欧洲的造山作用和火山活动有两期。早期火山活动广泛，晚期趋于沉寂。

乌拉尔地槽在晚二叠世褶皱隆起，自此欧洲与亚洲陆域融合为一体。中亚及中国北部、西南部地槽带于二叠纪经历了一段复杂的褶皱、变质和广泛而强烈的火山活动，包括花岗岩侵入及中、酸性熔岩与凝灰岩的喷出。

中国西南陆棚范围内出现大面积的高原玄武岩流及凝灰质沉积。日本亦大致有早、晚两期造山作用。

二叠纪古地理一个突出的特点是欧亚东西地槽带即特提斯海域的存在。这一长期存在的海洋地带分布于现北纬30°～40°，西自地中海西部向东达印度尼西亚。南面一支沿澳大利亚西海岸延伸到南纬30°；东北面一支与覆盖中国的陆表海相连，与构造复杂的日本地槽相通，向北与乌拉尔地槽相通。特提斯海域环境复杂，包括浅水和深水区，活动区和相对稳定的地区。

二叠纪末大面积的海退，使世界上大部分地区早二叠世及晚二叠世早期海域退缩殆尽。但中国华南、巴基斯坦和伊朗一带二叠、三叠纪间始终保持海域环境。

地层特征二叠纪地层采用三分，即分为下（乌拉尔统）、中（瓜德鲁普统）、上（乐平统）三统。

二叠系海相阶及其标准地点标准地点乌拉尔西坡的二叠系为一套综合有海相、半咸水相和陆相的沉积。下部的阿舍尔阶、萨克马尔阶和亚丁斯克阶的大部为正常海相；其上的空谷阶和卡赞阶为局限的半咸水相，鞑靼阶则全为陆相。为了克服海相层位对比上的困难，有些学者在二叠纪年代地层表的上部层位常采用乌拉尔以外的正常海相阶名，如瓜达卢普阶引自美国得克萨斯州，卓勒法阶引自亚美尼亚，长兴阶引自中国浙江。二叠系的海相阶层序大致如表1[二叠系海相阶及其标准地点]。

表中二分方案的下、上统界线置于瓜达卢普阶的底部；三分方案的中统通常包括亚丁斯克阶至瓜达卢普阶下部的层位。

二叠纪的海水大致以欧亚东西向地槽带、环太平洋地槽带以及富兰克林-乌拉尔地槽带为活动中心,向邻近的大陆地区淹覆。以此为基础的沉积作用发生明显分异，存在多种沉积岩类型。这些沉积在时间上明显反映出在背景下的早、晚期分异。早期正常海沉积广泛发育；晚期除多数及其外围部分继续保持海相沉积外，地槽的回反部分及大陆棚区分别转化为局限的咸化、沼泽化或陆相沉积。

以为主的比较发育的沉积主要分布于冒地槽的浅水部分和北半球的浅水地台，包括西西里、小亚细亚、中东、外高加索、盐岭、中亚、克什米尔、东帝汶、日本、新西兰和北美太平洋侧等地以及属于地台范围的北美、西伯利亚和中国等地。以大量和广泛的火山岩系为特征的地层发育于优地槽。最具代表性的地点为：美国得克萨斯州西部、内华达州、犹他州；亚洲的天山、内蒙古、滇藏、帕米尔；澳大利亚东、西部盆地，西南非，南美阿根廷等地。

陆相及煤系沉积多见于东西向地槽系北、南两侧的亚洲、中欧、印度半岛和南半球的多数陆地。

冰碛岩类发育于新西兰以外的南半球各大陆和印度半岛以及中国西藏南部的二叠纪早期。这些以陆相地层为主的岩系包括冰碛岩在内，称为冈瓦纳相。

生物二叠纪的生物，内容丰富，不论是动物或植物都显示出与有一定的演化连续性。

二叠纪早期的植物群与晚石炭世相似，以真蕨和种子蕨为主。晚期植物群有较大变化，鳞木类、芦木类、种子蕨、柯达树等趋于衰微或濒于绝灭，代之以较进化或耐旱的裸子植物，松柏类数目大为增加，苏铁类开始发展。这一变化在北方大陆反映较明显，一般被认为这里的中植代始于二叠纪晚期。

在地理分异上，欧亚大陆和北美为北方植物群，下分安加拉、欧美和华夏3个植物亚群;而南大陆及印度半岛为舌羊齿植物群。

无脊椎动物方面腕足类继续繁盛，其中长身贝类占优势。软体动物亦为重要组成部分，其中菊石类具有明显生态分异，在相对局限的华南与外高加索等陆棚地区有大的演化辐射，出现不少地方性类型。类、四射珊瑚在早期繁盛，至晚期逐渐衰减而至绝灭。牙形刺与末期相似，是发展缓慢的阶段。苔藓虫类处于衰退期。介形类的速足目渐趋繁盛。三叶虫趋于灭绝。昆虫开始迅速发展，种类增多, 所以这个时代也被称为昆虫时代。

脊椎动物方面脊椎动物的重要代表为两栖动物的迷齿类和爬行动物。爬行动物虽然发生在石炭纪，但其首次大量繁盛是发生在二叠纪。爬行动物的杯龙目、盘龙目和兽孔目3个主要分类在二叠纪时均有存在。它们作为现代爬行类、鸟类和哺乳动物的先祖（或其近亲），相当活跃地生活于南美和前苏联欧洲部分等内陆地区。

植物界欧亚古陆北方植物群大区明显地分为安加拉、欧美和华夏3个亚区,南方冈瓦纳大陆的舌羊齿植物群区则和北方大区相对应。欧美区和华夏区植物群为热带-亚热带产物,安加拉和冈瓦纳区植物群属温带和温带偏凉环境。动物界的腕足类、珊瑚类和类等也有反映暖水和非暖水的地理分区现象，但其分布的边界和气候条件与植物界并不完全一致。这种气候分带和生物地理分区现象，是影响生物演变和发展的主要因素之一。1

矿产资源二叠纪有丰富的矿产资源，最重要的有岩盐、钾盐、磷、铜、锰等。

蒸发岩类主要见于美国西部得克萨斯州、德国的镁灰岩盆地以及荷兰、英国、丹麦和波兰等地。岩盐多分布于白俄罗斯、俄罗斯。二叠纪的煤，不论质和量均居重要地位，主要产地有西伯利亚中、北部，中国，印度，澳大利亚，南非，津巴布韦和刚果。西半球在此时期无重要煤矿。

石油和天然气主要产于美国的俄克拉何马州和得克萨斯州，俄罗斯的欧洲部分，荷兰和德国等地。

磷矿见于美国的蒙大拿州、爱达荷州、怀俄明州等地，俄罗斯乌拉尔山西部，中国东南部的江苏、浙江和福建等地。

铜矿见于德国的含铜页岩层。中国西南地区亦有与玄武岩关系密切的沉积铜矿。

锰矿见于中国南方陆表海的浅水含锰硅质岩层中。2

大灭绝二叠纪末发生了有史以来最严重的大灭绝事件，估计地球上有96%的物种灭绝，其中95%的海洋生物和75%的陆地脊椎动物灭绝。三叶虫、海蝎以及重要珊瑚类群全部消失。陆栖的单弓类群动物和许多爬行类群也灭绝了。这次大灭绝使得占领海洋近3亿年的主要生物从此衰败并消失，让位于新生物种类，生态系统也获得了一次最彻底的更新，为恐龙类等爬行类动物的进化铺平了道路。科学界普遍认为，这一大灭绝是地球历史从古生代向中生代转折的里程碑。其他各次大灭绝所引起的海洋生物种类的下降幅度都不及其1/6，也没有使生物演化进程产生如此重大的转折。

科学家认为，在二叠纪曾经发生海平面下降和大陆漂移，这造成了最严重的物种大灭绝。那时，所有的大陆聚集成了一个联合的古陆，富饶的海岸线急剧减少，大陆架也缩小了，生态系统受到了严重的破坏,很多物种的灭绝是因为失去了生存空间。更严重的是，当浅层的大陆架暴露出来后，原先埋藏在海底的有机质被氧化，这个过程消耗了氧气，释放了二氧化碳。大气中氧的含量有可能减少了这对生活在陆地上的动物非常不利。随着气温升高，海平面上升，又使许多陆地生物遭到灭顶之灾，海洋里也成了缺氧地带。地层中大量沉积的富含有机质的页岩是这场灾难的证明。

这次大灭绝是由气候突变、沙漠范围扩大、火山爆发等一系列原因造成。 陨石撞击游学科学家认为，陨石或小行星撞击地球导致了二叠纪末期的生物大灭绝。如果这种撞击达到一定程度，便会在全球产生一股毁灭性的冲击波，引起气候的改变和生物的死亡。搜集到的一些证据引起了人们对这种观点的重视。但大多数生物科学家认为这场灭绝是由地球上的自然变化引起的。3

气候的改变有些科学家认为，气候的变化是形成这场大灾难的主要原因。因为二叠纪末期形成的岩石显示，当时某些地区气候变冷，在地球两极形成了冰盖。这些巨大的白色冰盖将阳光发射回太空，会进一步降低全球气温，使陆上和海上的生物很难适应。如果再加上海平面下降和火山爆发，这就会成为灭顶之灾。

大气成分的改变有些生物学家认为，生活方式比较活跃积极的动物，如似哺乳类的单弓类动物需要比别的动物更多的氧气，他们可能是因为大气成分的改变而灭绝的。因为二叠纪末期气温的降低会导致海平面的下降。海床的辽阔煤层区就会暴露在外面，释放出大量二氧化碳到大气中，大气中的氧气含量就会相对减少；同时火山爆发引燃了海底的可燃冰，释放甲烷导致发生温室效应；因氧气减少所以紫细菌活动更加频繁，其释放的毒气杀死了大半的生物。

火山活动火山爆发回喷出大量气体和火山尘埃进入大气层。火山灰山团不仅会使动物窒息而死，也有可能遮蔽太阳，使全球气温降低。所以，火山活动也可能是二叠纪末期灭绝事件的原因之一。西伯利亚就曾经发现当时火山猛烈爆发所喷出的物质。

沙漠的肆虐二叠纪的陆块碰撞接壤而形成了庞大的盘古大陆。来自海上的雨水和雾气再也无法探入内陆地区。于是二叠纪的某些区域就越来越干燥火热，致使沙漠范围越来越广，无法适应干旱环境的动物就灭绝了。

灭绝事件具体过程2.51亿年前，是古生代的最后时期——二叠纪晚期。此时的地球与现在的有很大不同：所有陆地连在一起，形成一块超级大陆：盘古大陆（泛大陆）。盘古大陆的生境比今天要简单得多：60%的土地都由茂密针叶林覆盖，其余的部分由贫瘠的沙漠构成。这些针叶林如同现今的热带雨林一样，物种构成非常丰富。

那时，爬行动物尚未成为地球霸主，恐龙也未出现，真正的霸主是哺乳动物的祖先：似哺乳爬行动物（合弓纲）。与大多数哺乳动物一样，这些动物是胎生的，一些物种长有毛发和胡须。而且它们是首批恒温动物（温血动物），也就是说，它们的体温是恒定的，不会随着周围温度变化。

陆地上的顶级捕食者要属丽齿兽。丽齿兽身长约3.5米，体重约300千克。丽齿兽是目前发现的第一种长出犬齿的动物，它的犬齿长达9厘米，锋利异常，且带有锯齿，奔跑时速达到100千米。而且它们的脑容量很大，成群活动。

陆地上也生活着许多大型植食性动物，如麝足兽、始巨鳄、二齿兽、水龙兽、前缺齿兽，这些动物都属于类哺乳爬行动物。龟类的祖先­——斯龙（西伯利亚杯龙）在当时也很常见。它们体态都很笨重，经常被丽齿兽捕食。

森林中的动物们悠闲自在地生活着，谁都没有意识到，地球有史以来最严重的自然灾难快要发生了。

这次灾难的罪魁祸首是融化的玄武岩：在此之前的数十万年，地幔中的岩浆活动异常剧烈，这导致地幔的剩余空间产生了巨大的压力。地幔就像一个巨大的压力锅，处于爆炸的边缘。

2.511亿年前，现今的西伯利亚，丛林中的二齿兽和水龙兽正在觅食。它们闻到了一股奇怪的气味，这其实是硫磺气体的味道。如果人类在这里，一定知道灾难即将发生。好奇心驱使它们暂停觅食，留在了原地。突然，整座森林剧烈的摇晃起来，紧接着，随一声巨响，地幔中不可计数的硫磺气体在巨大的压力下，将地壳炸开了一个直径达50千米，直通地幔的大口。20000立方千米的碎岩石被爆炸产生的气浪卷到了数万米的高空，随后又散落到方圆数千千米的地区，这如同小行星撞击地球一样，威力极大。可这，仅仅是灾难的开始。在地壳被炸开后约一个时辰，一万亿立方千米的融化玄武岩，从这个大口中喷涌而出。数十条长度超过1000千米，宽数百米的裂缝，出现在了西伯利亚的地面上，也开始喷发岩浆。在这范围内的任何生物，自然任何没有生存的可能。

岩浆持续喷发了数万年，覆盖了相当于欧亚大陆面积的所有地区。岩浆烧毁了大片森林，破坏了食物链的基础。在全球范围内，从植食性动物到顶级掠食者都在饥饿中艰苦地挣扎，大批动物因此灭绝。

火山喷发，同时还喷出了大量的有毒气体。大量的二氧化碳与二氧化硫扩散到了大气中，遮天蔽日。火山喷发出的热气无法扩散，导致全球气温剧烈升高。全球平均温度，从灾难发生前的16摄氏度，在数百年间迅速升高至40摄氏度。这摧毁了剩余的大部分植物，使得饥荒更加严重。由于有毒气体与植物消失等因素，大气中的含氧量也迅速下降，动物们感到呼吸困难，这也摧毁了很多动物。

灾难过后数十年，大气中的含氧量己经下降到10%以下，二氧化硫却上升至6%，二氧化碳高达10%。高温将大片海洋蒸发，因为海水蒸发，全球的湿度都高达80%以上。水蒸气与二氧化硫发生化学反应，形成酸雨。连续数万年的酸雨的泛滥使植物的数量进一步减少，土壤发生酸化。

西伯利亚暗色岩地区储藏着大量的煤炭，这些煤炭在高温下产生了一种有毒气体——甲烷。这加快了全球变暖的速度，使全球平均温度上升至70摄氏度。

灾难来临五万年后，二氧化硫与二氧化碳的浓度日益增高，完全遮住了太阳，地球陷入了长达40万年的漫漫长夜之中。如果从太空中看地球，很可能是褐色的，看起来比火星还要糟糕。正午12点与午夜12点看起来毫无差别，因为一切光源都被遮住。

此时的地球失去了四季变化，因为全球的气温都高达70摄氏度，那么洋流也会随之停止。众所周知，洋流运动会产生氧气，而如今，海洋中的含氧量几乎为零，这毁灭了大多数海洋生物。同时，70摄氏度的高温使得大量海水蒸发，世界平均海水深度可能只有现今的三分之一。

二十万年过去了，岩浆终于停止了喷发。凝固的岩浆（玄武岩）积累在地表，厚达600多米。它们几乎完全覆盖了地表，西伯利亚地区的那个直径50千米的大洞也被凝固的岩浆塞住了。二氧化硫浓度停止了增加，新增的灭绝因素也逐渐减少，但此时，地球上的生命迹象已几乎消失，地球需要漫长的时间才能恢复生机。

灾难发生五十万年后，剩余的植物不断繁衍，它们制造氧气，使得大气含氧量逐渐增加，二氧化硫等有毒气体也逐渐消散。全球气温再次降低，使大气中的水蒸气形成了大规模降雨，消失的海洋也再次出现。灭绝事件终于告一段落。

二叠纪末期的西伯利亚暗色岩大灭绝事件，是地球有史以来最严重的灾难，它灭绝了98%的生物。在这场浩劫中，类哺乳爬行动物（合弓纲）受到重创，顶级捕食者丽齿兽与二齿兽、麝足兽、始巨鳄、前缺齿兽等植食性动物都灭绝了，但是它们的近亲水龙兽却奇迹般的存活了下来。所有哺乳动物的直系祖先，三尖叉齿兽——一种小型食虫性动物也活了下来。这场灾难也灭绝了有3亿年历史的古老节肢动物——大名鼎鼎的三叶虫。

让我们来总结一下这场灭绝事件中的灾难因素：20000立方千米的碎岩、数万亿立方千米，覆盖整个陆地岩浆、二氧化硫、二氧化碳、甲烷等有毒气体、全球气温高达70摄氏度、连下数万年的酸雨，40万年的长夜、极低的含氧量，缺氧的海洋、蒸发的海水……这些因素叠加在一起，构成了地球发生过的最严重灾难——西伯利亚暗色岩****灭绝事件。4