张家界天门山震旦纪/寒武纪界面天体撞击事件研究
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张家界天门山震旦纪/寒武纪界面天体撞击事件研究

2021-09-14 16:04:55 投稿作者: 点击:

zoޛ)j馟iipuu͚大学地质研究所许靖华教授和中国科学院地质研究所孙枢研究员,在《地质科学》第1期发表了《寒武纪生物爆发前的死劫难海洋》论文,称1982年美国联邦地质局吴景祯博士在三峡地区标准剖面前寒武纪/寒武纪界面之上的黑色页岩中发现了铱异常;中科院长沙大地构造研究所王道经研究员也著文称,吴景祯博士“披露了湘西石煤层铱异常特别高”。之后许靖华对宜昌以西20公里三峡标准剖面富铱层位12米厚的地层中采集了六块标本,分析证实,在紧挨着前寒武纪/寒武纪之上的黑色粘土中有铱和锇的较高含量正异常,在富铱层位处有碳同素负异常。后来他在云南昆阳磷矿区相同层位采样也有碳同位素负异常。昆阳和三峡地区相距有千余公里,同时在华南许多地方这个层位附近也都发现有铱异常和碳同位素负异常(图2)。

按以上资料,许靖华等认为在“寒武纪生物大爆发之前,在华南有一次巨大天体撞击地球的可能性”;同时将前寒武纪/寒武纪界面处碳同位素负异常解释为“死劫难波动”,即是当时的海洋中几乎没有活的有机体,使前寒武纪晚期的生物遭到灾难性的毁灭,例如距今5.9亿年的“埃迪卡拉”软体动物群的绝灭就是一例。

2 张家界天门山震旦纪/寒武纪界面的天体撞击事件

天门山的天体撞击事件是华南撞击事件中的一个点,1998-2004年中国科学院原长沙大地构造研究所王道经、黄怀勇等研究员,根据许靖华等的前寒武纪/寒武纪界面可能存在的天体撞击事件及湖南张家界市天门山地区的矿产勘查资料,对天门山地区的“天体撞击”进行了研究,其研究成果相继发表了论文:

《建议在湖南寻找与陨击作用有关的金刚石》,《中国地质》1998年6期;

《天门山震旦系/寒武系界线事件沉积序列的初步观察与对比分析》,《大地构造成矿学》23卷1期,1999年;

《天门山震旦/寒武系界线上可能撞击事件目标地层展布与分析》,《大地构造与成矿学》26卷3期,2002年;

《天门山震旦/寒武系界线上地外撞击事件痕迹》,《大地构造与成矿学》28卷1期,2004年。

归纳以上论文,对天门山地区得出三点认识:

第一点,震旦系/寒武系界线上的寒武系底部镍钼矿层有碳同位素负异常,铱(Ir)、铂族元素锇(Os)正异常(表1,图3)。

第二点,湖南省地矿局405地质队1975年提交的《湖南省大庸县天门山矿区大坪—晓坪矿段镍钼矿地质详查报告》,对震旦系/寒武系界面之下的震旦系灯影组描述为:“底部和下部为破碎泥质白云岩,中部为砾状白云岩,上部为厚层状白云岩,顶部有燧石层,与寒武系接触面不平整,有侵蚀洼坑”。1998年5月王道经研究员等到天门山先后观察了后坪、岩板溪自生桥、晓坪、大坪、田坪、毛家山和永顺县青坪等处的震旦系/寒武系界线剖面,所见与405队的描述基本相符。即“围绕天门山向斜分布的灯影组顶部,即震旦系/寒武系界线下伏岩层中的角砾状白云岩普遍存在。在岩板溪自生桥、汪家寨、大坪等处,角砾状白云岩中还夹杂有大量黑色燧石角砾,有时还见到类似黑色页岩的物质沿白云岩角砾之间的缝隙灌入的沉积岩脉,黑白分明,十分醒目”。

第三点,王道经研究员等在环绕天门山向斜震旦系/寒武系界面的观察中,重点研究了赵家剖面天体撞击标志,主要有两种:

①宏观外力撞击作用地质痕迹,有巨大砾裂、原地角砾、沉积岩脉。

巨大砾裂(图4a),砾石长轴长约25cm,位于震旦系白云岩顶面,大都为白云岩,隙裂宽约5cm,其中充填寒武系底部含磷质黑色粘土岩。

沉积岩脉(图4b),岩脉直接灌入界面之震旦系白云岩顶面,岩脉宽约6cm,岩性是界面之上的寒武系底部之岩泥物质。

原地角砾(图4c)存在于界面之震旦系白云岩中,最近笔者等前往考察,所见界面很清楚(图5),界面之下震旦系白云岩为角砾状(图6)。

②微观天体撞击留下的陨石物质,有微球粒玻璃陨石、微球粒撞击玻粒和陨石碎屑残迹。微球粒直径0.05-1毫米,边界清晰且与周围的围岩物质完全不一样,经鉴定主要是蚀变辉石和蚀变橄榄石类,还有冲击玻璃成份,按此分为微球粒玻璃陨石(图7)和微球粒撞击玻粒(图8);同时在界面处的震旦系白云岩中有陨石碎屑残迹(图9 ),其主要成份也是橄榄石和辉石,这些碎屑完全与沉积围岩性质不同,并且存在陨石特征的球粒结构。

根据天门山地区震旦系/寒武系界面处的铱、锇、碳同位异常及其能与华南广大区域内的界面特征进行对比,特别是研究得比较详细的冲击砾裂、冲击角砾、冲击岩脉,微球粒撞击玻粒、微球粒玻璃陨石,以及陨石碎屑残迹现象这些直接证据,表明在震旦系/寒武系界面上曾经发生过地外撞击事件。

3 天体撞击事件对生物演化的意义

1859年达尔文以其多年研究成果《物种起源》的出版为标志创立了地球生物化论,其基本点是“进化是一个稳定、渐变和连续的过程”、“一切动物和植物都是从某一种原始类型传下来的”。可是就已经被当时的科学界所认知寒武纪生物骤增,不仅是生物由上帝所创造的“神创论”要扼杀“进化论”的有力依据,也使一些非神创造论的学者提出怀疑,就是达尔文本人也感到困惑。他在《物种起源》最后一版中写道:“为什么整群的近似物种好像是突然出现于寒武纪?虽然寒武纪之前生物就出现在这个地球上,但为什么寒武纪之前的巨大地层系统中没有寒武纪生物祖先的遗骸呢”?为此达尔文预言“今后如果有人对我的理论提出挑战,这种可能首先来自对寒武纪动物突然大量出现的理论解释”。

达尔文以后的100多年里,被恩格斯称为六大基础科学的地质科学得到了迅速的发展。特别是20世纪以来,古生物化石有许多重大发现:1909年在加拿大发现距今5.15亿年的布尔吉布斯动物群,1947年在澳大利亚发现了距今5.9亿年的埃迪卡拉动物群,1973年在我国云南晋宁发现距今5.4亿年的梅树村小壳动物群,1983年在我国云南发现距今5.3亿年的澄江动物群,1995年在非洲纳米比亚沙漠发现了距今5.5亿年的纳米比亚动物群。其中除埃迪卡拉动物群是前寒武纪末外,其余都是寒武纪早期。以这些动物群的出现为标志被称之为“寒武纪生物大爆发”。其中我国古生物学者发现和研究的 “澄江动物群” 被全世界古生物工作者所认同和充分肯定,最终定音“寒武纪生物大爆炸”。果不其然如达尔文所预料,时至今日,“寒武纪生物大爆炸”仍是神创论者反对进化论的理由。还有不少的非神创论的学者也对进化论提出了怀疑,但更多的学者在研究通过什么途径解释“寒武纪生物大爆发”以完善进化论。

试图解释“寒武纪生物大爆发”的原因,以完善生物进化理论的论述层出不穷。如达尔文寄希望在未知的前寒武纪地层中发现其祖先遗骸、“大不整合面”、软体动物难成化石、“间断平衡”、现代分子生物学的初步解释、生物收割假说、生物进化的两种程式、“雪球”地球冰期后的升温,等等。这些论述以“现代分子生物学的初步解释”的基因突变理论符合现代科学理念,认为生物体内有一种热休克蛋白90(HSP90),它具有累积很多核糖核酸(DNA)突变的功能。DNA是染色体的主要化学成份,也是组成基因的材料,故又称为“遗传微粒”。它能在繁殖过程中,父代把它们自己的DNA部分复制传递到子代中,从而完成性状的传播。热休克蛋白90使一个生物种群能积累很多DNA突变,在一般情况下不会使生物的外观改变,但在环境条件发生重大改变,即受极端的环境条件下的诱发,一下子释放所累积的DNA突变,就使各种不同形态的生物体几乎同时形成。“寒武纪生物大爆炸”就是在极端环境条件下,诱使热休克蛋白90一下子释放DNA突变的结果。现有的科学研究认为震旦纪与寒武纪之间的天体撞击造成了寒武纪的极端环境条件,是释放DNA突变的诱因,是它造成了“寒武纪生物大爆炸”,从此开始地球生物才能进化到人类。

参考文献:

[1] 黄怀勇,王道经等. 天门山震旦/寒武系界线上可能撞击事件目标地层展布与分析[J]. 大地构造与成矿学, 2002 (3)

[2] 梁有彬,朱文凤.湘西北天门山地区镍钼矿床铂族元素富集特征及成因探讨[J].地质找矿论丛,1995(01)

[3] 游先军,戴塔根等. 湘西北下寒武统黑色岩系地球化学特征[J]. 大地构造与成矿学, 2009 (2)

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