本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
“因此,如果我的理论是正确的,那么在最低的志留纪地层沉积之前,已经过去了漫长的时期,其时间长度与从志留纪到今天的整个间隔一样长,甚至可能更长;并且在这些漫长而完全未知的时期里,世界充满了生物。”
查尔斯·达尔文 在《物种起源》(1859年)中,达尔文时代的志留纪 -纪元相当于今天的寒武纪。
“巴兰道统”是在布拉格盆地(捷克共和国)发现的地层层序的名称。这里保存的沉积物是在加里东造山运动(距今4.9亿-3.9亿年前)之后沉积的,并在华力西造山运动(约距今3.5亿-3.2亿年前)中幸存下来,没有发生明显的变形或变质作用。巴兰道统以法国工程师和化石收藏家约阿希姆·巴兰德(Joachim Barrande,1799-1883)的名字命名。1833年,在为计划在斯克里耶和蒂罗维采村庄附近修建的马拉铁路进行野外考察时,巴兰德发现了多个富含化石的地点。当时,这些寒武纪化石是已知最古老的大型生物石化遗骸。
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图1. 巴兰德纪念碑,位于斯克里耶学校的花园中,由捷克雕塑家M.V. 多布罗沃尼于1969年制作。
图2. 来自斯克里耶-蒂罗维采地区寒武纪组合的三叶虫碎片,主要是 Paradoxides 和 Hydrocephalus。
巴兰德对三叶虫化石着迷,三叶虫是古生代的特征性已灭绝节肢动物。1846年,他发表了关于三叶虫和在波西米亚(现代捷克共和国西部)发现的沉积物的“初步注释”,随后在1852年出版了他的“波西米亚中心志留纪系统”的第一卷
图3. 《波西米亚中心志留纪系统》包括21卷,共6950页和1148张图表,描述和描绘了巴兰德归类为“原始动物群”的化石,当时人们认为这些动物是最古老的,甚至可能是地球上最早存在的生物。
直到今天,志留纪(距今约4.437亿-4.16亿年前)仍然是地球历史上最神秘的时期之一;以冰川期开始为标志,正是在这个时期的末期,直到那时还是荒芜沙漠的陆地开始被植物和动物殖民。海洋中已经居住着丰富的三叶虫、腕足动物、海百合和其他奇异的无脊椎动物群落。
在志留纪初期,布拉格盆地位于佩里-冈瓦纳大陆的北部海岸。在志留纪期间,佩里-冈瓦纳大陆从南极缓慢移动到赤道。这种位置的变化也体现在沉积沉积物的变化上;从主要由陆地侵蚀形成的碎屑沉积(砂岩、火山沉积物)到缺氧海洋的黑色页岩,再到温暖浅海的石灰岩。地球也从奥陶纪和志留纪期间明显的降温阶段中恢复过来,繁盛的生命形式形成了第一批较大的珊瑚礁构造。
图4. 巴兰道统的简化地质和地层图。
莫托尔组的黑色页岩以美丽的笔石化石的存在为特征。笔石(漂浮在公海中的生物群落)的优势,缺少底栖生物以及岩石的层理表明,这些沉积物沉积在海底,那里的泥浆堆积不受水流或穴居动物的干扰。
图5. 莫托尔组的黑色页岩,含有 Neocullograptus kozlowskii (?)。
可能当时全球低温显着减少了海洋洋流。在莫托尔组的上部,出现了单层石灰岩,直到逐渐过渡到科帕尼纳组的富含化石的石灰岩和页岩层序。石灰岩层和丰富的化石证明了古代海洋的循环和氧合作用的恢复。零星的火山事件(可从火山灰层识别出来)不时杀死生活在这片海洋中的生物,并将它们掩埋和保存至今。
巴兰道统的未变质沉积物、许多独特的火山灰层水平以及丰富的化石动物群使其成为定义古生代各个全球界线层型剖面和点(GSSP)的首选区域。全球界线层型剖面和点(GSSP)是一个露头或地点,用于定义年代地层时期的边界,年代地层时期用于细分地质时间。
普里多利世(4.187亿-4.160亿年前)是志留纪的最后一个世,以普里多利组(或波扎里组)命名。这个世的全球界线层型剖面和点位于布拉格郊外废弃的波扎里采石场。在这里,19世纪的采石活动期间暴露了上志留纪和下泥盆纪的地层层序。该层序包括含凝灰岩层的页岩(科帕尼纳组),随后是富含头足类动物、腕足动物和三叶虫碎片的石灰岩层,最后是薄层泥灰岩和石灰岩层序(普里多利组)。
图6. 穆斯洛夫卡采石场,靠近波扎里采石场,在那里可以清楚地看到从科帕尼纳组(卢德洛世,4.22亿-4.18亿年前)到波扎里组(普里多利世,4.18亿-4.16亿年前)的过渡 - 图例:a) 含有 Encrinuraspis beaumonti 带火山灰层的泥岩和石灰岩,b) Metacalymene baylei 带的石灰岩;c) Ananapsis fecunda 带的石灰岩;d) Prinopeltis archai 带的层状石灰岩。
图7. 科索夫采石场看到的科帕尼纳组,典型的石灰岩层与页岩和火山灰层交替 - 小图也显示了夹在这些层中的石灰岩透镜体。
笔石和三叶虫在古生代占据主导地位,但最终都消失了。笔石消失于石炭纪,三叶虫消失于约2.5亿年前的二叠纪末期大灭绝中 - 只剩下化石讲述它们非凡的故事。
图8. 布拉格市的“三叶虫”餐厅。捷克共和国为其化石和在地质学历史中的作用感到非常自豪,例如斯克里耶市的城市纹章中就有一个三叶虫,其灵感来自 Skreiaspis spinosus 物种(感谢 Astudillo-Pombo 博士提供的信息)。
参考文献
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