学习任务中国晚古生代划分及生物界

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【任务描述】 ①了解晚古生代地质特征;②掌握晚古生代的地质时代划分;③了解晚古生代生物界面貌,鉴定代表性化石。

一、晚古生代地质特征

晚古生代为加里东运动之后地史发展的一个新阶段,有机界和无机界较早古生代均有很大发展。在有机界,海生无脊椎动物发生了重要变革,陆生植物也开始大量繁盛,脊椎动物如鱼类、两栖类及原始爬行类逐渐征服大陆,呈现出一派生机盎然的局面。在无机界,早古生代后期北美和俄罗斯板块的碰撞导致劳俄大陆的形成。在中国,华夏板块与扬子板块的碰撞形成了基本统一的华南板块。柴达木、秦岭微板块与华北板块的碰撞使华北板块扩大了规模,由此造成了全球构造古地理面貌的重大改观。晚古生代,更大规模的板块运动导致劳俄板块与西伯利亚板块、华北板块和西伯利亚板块与哈萨克斯坦板块、非洲板块与劳俄板块等的缝合,诸多古大洋消失。到晚古生代末期,全球范围的联合古大陆(Pangea)基本形成。晚古生代的沉积类型更加丰富多彩,沉积矿产类型繁多。海生无脊椎动物的繁盛及高等植物的出现导致森林的形成,为油气和煤等能源矿产的形成创造了条件。

二、晚古生代时代划分

晚古生代的时限为距今410 ~250Ma,延续时间160Ma。包括泥盆纪(距今410 ~354Ma)、石炭纪(距今354~295Ma)、二叠纪(距今295~250Ma)(表8-2)。

三、晚古生代生物界面貌特征

晚古生代生物界发生了重大变化,其主要表现在:①脊椎动物相继发生重要进化并逐渐征服大陆;②陆生植物逐渐繁盛,改变了陆地的古地理景观;③海生无脊椎动物丰富多彩,生物类别发生了重大改观(图8-2)。

(一)海生无脊椎动物的演化

海生无脊椎动物和早古生代比较有显然不同,笔石类几乎完全绝灭,三叶虫和鹦鹉螺类大大地减少;珊瑚、腕足类的组成成分和数量都有了巨大的变化。头足类中无棱菊石类、腹足类等也较常见,牙形石在晚古生代也十分重要。作为晚古生代地层划分、对比依据的主要生物门类有:腕足类、珊瑚、 、无棱菊石和棱菊石类。

表8-2 晚古生代与地层划分

(据《中国地层指南》,2001)

腕足类在泥盆纪以石燕贝类特别发育,除石燕类外,中泥盆世后期的穿孔贝类,晚泥盆世的小嘴贝类都很重要。扭月贝类及无洞贝类在泥盆纪仍相当繁盛。石炭纪,长身贝类兴起,在浅海壳相地层中极为丰富,成为重要的标准化石。腕足动物在二叠纪时,仍占重要位置,与石炭纪相似,以长身贝类、石燕贝类及扭月贝类为主。其中尤以长身贝类最为繁盛,属种最多,此时扭月贝类出现了一些特化类型。

珊瑚在晚古生代期间极度繁盛,尤其是四射珊瑚出现了3期发展高峰。泥盆纪是四射珊瑚发展的第一高潮期,表现在属种繁多,构造多样,以泡沫型和双带型四射珊瑚为主,特别是中泥盆世晚期和晚泥盆世早期更为繁盛,常形成珊瑚礁。四射珊瑚一进入石炭纪,即大量分化为各种繁杂的类型,特别是在早石炭世四射珊瑚的繁盛达到顶点,可称为三带型阶段。珊瑚在早二叠世再度繁盛,形成古生代最后一次造礁期,构成礁体的主要为复体三带型四射珊瑚;至晚二叠世,四射珊瑚和横板珊瑚大量减少。

图8-2 晚古生代化石

1.Euryspirifer (阔石燕,D1);2.Calceola sandalina (草履拖鞋珊瑚,D1-2);3.Bothrolepis (沟鳞鱼,D2-3);4.Disphyllum (分珊瑚,D);5.Stringocephalus (鸮头贝,D2);6.Manticoceras (尖棱菊石,D3);7.Cyrtospirifer (弓石燕,D3);8.Glossopteris (舌羊齿,C3-T1);9.Cystophrentis (泡沫内沟珊瑚,C2);10.Neuropteris giganua (大脉羊齿,C2);11.Fusulinella(小纺锤

,C2);12.Pseudoschwagerina(假希瓦格

,C2);13.Gigantoproductus(大长身贝,C1);14.Gigantopteris (大羽羊齿,P2);15.Hayasakaia (早板珊瑚,P1);16.Wentzellophyllum (似文采尔珊瑚,P1);17.Neoschwagerina(新希瓦格

,P1);18.Leptodus(蕉叶贝,P2);19.Pseudotirolites(假提罗菊石,P2

类在早石炭世晚期已开始出现,而获得很大发展是始于早石炭世末期。从此到二叠纪,经历了明显而迅速的演化,且遍布于世界各地,因而

类化石是海相石炭系和二叠系很好的分带化石和对比的主要依据。早石炭世后期出现的原始

类一般都是比较小。旋壁三层式(内、外疏松层+致密层)或四层式(内、外疏松层+致密层+透明层)、旋脊发育,隔壁平直或轻微褶皱。晚石炭世则出现形体较大的

,旋壁开始出现蜂巢层,隔壁褶皱趋于强烈、旋脊渐形退缩。早二叠世

类演化迅速、种属也多,一般为蜂巢层式旋壁,且个体较大,并出现具副隔壁、拟旋脊的类型。至晚二叠世

类减少,面临绝灭。]]

(二)陆生植物的繁盛及地理分异

晚古生代是孢子植物发展的时代。

(1)晚志留世已繁盛的裸蕨类,在早、中泥盆世进一步得到发展,是当时最占优势的陆生植物,但还没有真正的根和叶,仅生长于滨海沼泽等近水地区,主要代表为Zoster⁃ophyllum (工蕨,D1)。早泥盆世晚期至中泥盆世,开始逐渐出现根、茎、叶分化明显的原始石松类及有节类,如Protolepidodendiron (原始鳞木,D2)。晚泥盆世裸蕨类灭绝,除原始石松类仍繁盛外,还有真蕨类,如Archaepoteris (古蕨,D3-C1)和原始裸子植物,乔木植物占据优势,已形成小规模森林。说明植物界适应陆地环境的能力增强。

(2)石炭纪的植物界主要以节蕨类、石松类、真蕨和种子蕨类为主。此外还出现大量的种子蕨。裸子植物中的Cordaites (科达树,C-P)极为常见,是一种极为重要的造煤植物。从植物群演化上看,早石炭世的植物群面貌与晚泥盆世相近,分化现象不明显,是古蕨类植物群的延续,当时的植物只能适应于海滨低地的环境;但到晚石炭世,植物界开始空前繁盛。除节蕨类和石松类以外,真蕨类以及种子蕨类植物迅速发展。此时植物不仅限于海滨,且广布于大陆内部,由于大陆地区对气候的反映更为敏锐,因而晚石炭世以现明显的植物气候分带现象。

(3)早二叠世植物界总貌与晚石炭世相似,仍以节蕨、石松、真蕨、种子蕨等占优势,是晚石炭世植物群的连续。但晚二叠世植物界面貌就极为不同,出现了能适应较干燥寒冷气候的银杏、苏铁、本内苏铁、松柏等。事实上,晚二叠世的植物面貌、在很大程度上已和中生代植物相似。

(4)石炭纪晚期至二叠纪出现了明显地植物地理分区。中亚北部、西伯利亚以及我国新疆、东北北部等地属安加拉植物区,以草本的较小的蕨类和种子蕨为主,木本植物有显著的年轮、代表北部温带植物区。南方包括南非、南美、印度、澳大利亚及南极洲等的冈瓦纳植物区,以含Glossopteris (舌羊齿)为特征,又称舌羊齿植物区,可能代表温、凉气候下的植物组合。介于安加拉植物区和冈瓦纳植物区之间的欧美、亚洲东南部为热带植物区,以树高叶大,木本多于草本为特征。由于东南亚大羽羊齿植物群的独特性质,故热带植物区中划分出一个华夏植物区,以别于欧美植物亚区。

(三)脊椎动物的发展与演化

(1)泥盆纪鱼类特别繁盛,可称为鱼类的时代。它们主要生活在河流、湖泊或河口地区,鱼类的繁盛是动物征服大陆的起始标志。鱼类化石的大量出现是从早泥盆世开始的,早泥盆世多无颚类(甲胄鱼类)和原始的有颚类(盾皮鱼类)。中晚泥盆世除甲胄鱼类和盾皮类外,出现了软骨鱼类(鲨类)和高等的硬骨鱼类(硬鳞鱼类、肺鱼类和总鳍鱼类)。如Bothriolepis (沟鳞鱼)等。总鳍鱼类具坚固的肉鳍,能用肉鳍在泥滩上爬行,并能用鳃和肺进行呼吸,因而它的发展有可能适应两栖生活,为后来两栖类的祖先。到晚泥盆世末,甲胄鱼类绝灭,大部分盾皮鱼类也绝灭,便开始出现原始的两栖类。

(2)石炭纪晚期,原始爬行类的出现是脊椎动物演化史上的又一次重大事件。原始爬行类以产于北美的林蜥为代表,至二叠纪,爬行类的种类更加多样,重要的代表有发现于北美的异龙类和遍布世界各大洲的二齿兽类。这些生物因演化迅速、分布广泛,成为陆相地层中的重要化石和大陆漂移的重要证据。

四、技能训练——晚古生代典型化石识别

训练目的:观察晚古生代代表性化石标本,掌握晚古生代生物群面貌及重要标准化石。

(一)泥盆纪

划分和对比泥盆系的重要生物类别有陆生植物、鱼类、腕足类、珊瑚和棱角石类。

腕足动物中的石燕类在泥盆纪时有很大发展,早、中泥盆世的石燕类,一般外形呈展翼状,放射褶粗,中隆、中槽光滑。到中泥盆世,则体形渐高,或中槽内具简单放射褶。晚泥盆世时,体形更高呈横方形,侧区及中槽、中隆内具分叉的放射线。此外,扭月贝类、无洞贝类和穿孔贝类在早、中泥盆世时也为重要类别。小嘴贝类在晚泥盆世也相当发育,新兴的长身贝类则从早泥盆世晚期开始出现。

【任务】 观察并描述下列代表性的化石:Dicoelostrophia (双腹扭形贝),Euryspirifer (阔石燕),Stringocephalus (鸮头贝),Cyrtospirifer (弓石燕),Yunnanellina (准云南贝)。

早泥盆世的四射珊瑚以单体型单带为主。泡沫型在中泥盆世早期较繁盛,且延伸到中泥盆世后期。而中、晚泥盆世主要为双带型的单体或复体珊瑚。横板珊瑚面貌与志留纪时相似。

【任务】 观察并描述下列代表性化石:Calcsola (拖鞋珊瑚),Hexagonaria (六方珊瑚)。

棱角石类在泥盆纪初期已有代表,大量出现于中、晚泥盆世。一般营游泳生活,故遗体可保存在浅海相或深水相沉积物中。

【任务】 观察并描述化石:Manticoceras (尖棱角石)。

正笔石类在泥盆纪时只剩下少数代表。

【任务】 观察并描述化石:Neomonograptus (新单笔石)。

陆生植物到泥盆纪时才首次大量出现。早、中泥盆世以形态简单、植物体很小的裸蕨和原始石松类为主。晚泥盆世时,石松植物发展成乔木,节蕨类、楔叶类及真蕨类也都有代表,裸蕨类则衰落了。

【任务】 观察并描述化石:Leptophloeum Dawson (薄皮木)。

淡水鱼类在泥盆纪时特别繁盛,在我国南方化石代表甚多。

【任务】 观察并描述化石:Bothriolepis (沟鳞鱼)。

(二)石炭纪

划分和对比石炭系的主要化石类别是腕足类、珊瑚、

类以及陆相植物。

腕足动物中的长身贝类大量繁殖,石燕类继泥盆纪后在石炭纪时仍为兴盛的一类。此外,尚有小嘴贝类也为常见的类别。

【任务】 观察并描述下列代表性化石:Gigantoproductus (大长身贝),Dictyoclostus (网格长身贝),Choristites (唱贝)。

石炭纪时,四射珊瑚分化出各种类型,早石炭世可称为三带型阶段。

【任务】 观察并描述下列代表性化石:Cystophrentis (泡沫内沟珊瑚),Pseudouralinia (假乌拉珊瑚),Kueichouphyllum (贵州珊瑚),Yuanophyllum (袁氏珊瑚),Thysanophyl⁃lum (泡沫柱珊瑚)。

类在早石炭世晚期开始出现。晚石炭世早期时发展迅速,但此时

的个体小,旋壁三层式或四层式,旋脊发育,隔壁平直或轻微褶皱。晚石炭世晚期则出现形体较大的

,旋壁开始出现蜂巢层构造,隔壁褶皱趋于强烈,旋脊逐渐退缩。]]

),Fusulinella(小纺锤

),Triticites(麦粒

),Pseudoschwagerina(假希瓦格

)。

在石炭纪时,棱角石类仍很繁盛。

【任务】 观察并描述化石:Gastrioceras (腹菊石)。

早石炭世的植物界面貌与晚泥盆世相近似。到晚石炭世早期,植物界开始空前繁盛,除节蕨和石松类外,真蕨及种子蕨也都迅速发展。到晚石炭世晚期时,出现明显的植物分带现象。

【任务】 观察并描述下列代表性的化石:Calamites (芦木)、Neuropteris (脉羊齿)。

(三)二叠纪

二叠纪是生物演化剧烈的时期。划分和对比二叠系的主要化石类别是陆相植物及海相的

类、腕足类、珊瑚及菊石等。早二叠世的演化迅速,种类也多,一般为具蜂巢层式旋壁,且个体较大。到晚二叠世

类减少,濒于绝灭。

【任务】观察并描述下列代表性化石:Parafusulina(拟纺锤

),Verbeekina(费伯克

),Neoschwagerina(新希瓦格

),Palaeofusulina(古纺锤

)。

二叠纪时,珊瑚是以复体三带型四射珊瑚为主,此外还有单体的四射珊瑚以及床板珊瑚。

【任务】 观察并描述下列代表性化石:Wentzellophyllum (似文采尔珊瑚),Polythecalis (多壁珊瑚),Hayasakaia elegantula (雅致早板珊瑚)。

二叠纪时,腕足类仍以长身贝类、石燕类及扭月贝类为主。其中长身贝类最为繁荣,属种最多。扭月贝类则出现一些特化类型。

【任务】 观察并描述下列代表性化石:Cryptospirifer (隐石燕),Oldhamina (欧姆贝)。

菊石在二叠纪时,以棱角石类和菊面石类共生为特征,常保存于特殊岩相(深水相)地层中,分布不广泛。

【任务】 观察并描述下列代表性的化石:Pseudohalorites (假海乐菊石),Pseudotirolites (假提罗菊石)。

陆生植物在早二叠世时,其总貌与晚石炭世时相似。晚二叠世,则有极大的变化,出现了适应干寒气候的银杏、苏铁、本内苏铁和松柏等。二叠纪时的植物分区基本是晚石炭世的继续。

【任务】 观察并描述下列代表性化石:Emplectopteris triangularis (三角织羊齿),Gigantopieris (大羽羊齿),Lobatannularia (瓣轮叶)。

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