摘要:地史学是研究地球演化的科学。要弄清地球演化的历史,就必须弄清地球历史中形成的一层层的岩层,而岩层中有大量的古生物化石,这些化石是地球演化的直接证据。所以,古生物学是研究地史学的基础。
关键词:古生物学;地史学;岩层;演化;地层层序律;生物层序律
一、古生物学和地史学研究的对象及内容
古生物学是研究地质历史时期的生物及其演化的科学,它以保存在岩层中的化石为研究对象,对古生物的形态、构造、分类、生态、地史分布和演化规律进行研究。古生物学对了解生命的起源、生物的进化,充实和提高生物进化理论;对确定地层的形成时代,恢复古地理、古气候,寻找沉积矿产和解决生产实践中的地质问题,都起着十分重要的作用。
地史学是研究地壳发展历史的科学,它以地层为研究对象,其研究内容主要有下面三大方面:
(一)沉积发育史
地史学要研究地层沉积的过程和顺序,也就是要弄清楚地壳中的岩石,哪些是先形成的,哪些是后形成的,哪些是同时形成的,恢复岩石形成的历史。根据长期研究,人们发现沉积物按沉积的先后,上下有序:先形成的埋藏在下面,后形成的覆盖在上面,一层接着一层。据此,地质学家总结出:岩层在未发生倒转之前,先沉积的在下,后沉积的在上,即下伏岩层较上覆岩层老。这一简单实用的规律称为地层层序律。但是,地层层序律只能确定岩层的相对新老关系,而不能确定岩层形成的具体时代,也不能解决不同地区地层的对比问题。古生物化石对解决这些问题起着十分重要的作用。根据进化原理,生物是由简单到复杂,由低级向高级不断进化的。因而,不同时代就生活着不同的生物,不同时代的地层中就含有不同的化石。年代越老的地层,所含化石的构造越简单,越低级,和现代生物差别越大;年代越新的地层,所含化石构造越复杂,越高级,和现代生物越相似。因此,同一地区不同层位所含化石各不相同,不同地区含有相同化石的地层则属于同一时代,这就是生物层序律。生物层序律和地层层序律是确定地层形成时代,研究地层形成过程的重要理论依据。
地史学也要研究地层沉积的环境,也就是要弄清楚地壳中的岩石,哪些是在大陆中沉积的,哪些是在海洋中沉积的,沉积时受到哪些地形、气候的影响。根据长期研究,人们发现化石和岩性能确定岩石的沉积环境。例如:某地层为深灰色石灰岩,含大量海生底栖动物化石,这套地层应是在浅海中沉积的;另一套地层为紫红色砂泥岩,含淡水双壳类化石和少量植物化石,这套地层则是在较干旱炎热的强氧化条件下的大陆环境中形成的。应用这种分析方法,可弄清地层的形成环境,确定各地史时期的海陆分布范围和古气候状况,重建当时的自然地理面貌。
(二)生物演化史
地史学要研究生物在不同地质历史时期,不同自然地理环境中发生、演化、迁移、绝灭等现象及其原因。即从地壳发展历史的角度,来研究生物的演化史。在研究这些问题时,地史学与古生物学的侧重点不同,地史学强调生物出现、绝灭与自然地理环境变化的关系。故地史学在研究生物演化史时,具有严格的时间、空间概念。
(三)构造运动史
研究岩浆活动,变质作用的性质和特征,分析岩浆活动,变质作用的时空分布规律,推断其形成时的构造条件,划分出不同的构造单元和构造阶段,恢复地壳的构造发展史。
通过生物演化史、沉积发育史和构造运动史的研究,最终弄清地壳的演化史。这就是地史学研究的内容。
二、古生物学与地史学的关系及其分科
(一)古生物学与地史学的关系
地质工作中,要确定岩层的形成时代和沉积环境,就必须用到古生物化石;要分析地层剖面的沉积发育史,也必须用到古生物化石;要弄清地史中生物的出现、绝灭和演化规律,就必须充分了解古生物各门类的分类、构造、生态等。可见,古生物学与地史学是地质学中两个有着密切联系的分支学科,古生物学是为地史学服务的。
(二)古生物学与地史学的分科
古生物学分为古动物学和古植物学,古动物学又分为无脊椎古动物学和脊椎古动物学。近几十年来,为了获得更多的矿产资源,特别是寻找石油和煤炭,必须进行地质钻探,在有限的岩心标本中,要得知地层的地质年代和沉积环境,就需对形体微小的古生物门类或古生物体某些微小部分进行研究。因而,形成了古生物学的另一分科——微体古生物学。它包括微古动物学如有孔虫、介形虫、牙形刺等;微古植物学,如孢子、花粉,微藻等。此外,还有研究古生物与古环境关系的古生态学,研究古生物活动时留下痕迹的古遗迹学。现代海洋地质工作的深入开展,为古生物学的研究开辟了新的领域。
十九世纪上半期,美国人史密斯(W.Smith)及法国的居维叶(G.Cuvier)建立了生物地层学,使地史学从一般地质学中独立出来,形成一个分支学科。但在十九世纪绝大多数时间里,地史学的研究内容偏重于地层的划分与对比,地史学的研究范围几乎没有离开地层学的范畴。十九世纪末至二十世纪初,地史学的研究得到了迅速的发展,形成了下列一些分科。
地层学:主要研究地层的形成过程及沉积顺序,根据化石确定岩层的相对年龄,对地层进行划分和对比。这是早期地史学研究的主要内容。
沉积岩相学:根据化石类型,埋藏情况,古生态和沉积物的特征,来重建当时的自然地理环境和沉积环境。
古地理学:根据各个地区古生物的生活环境,沉积物的性质及分布范围,分析各时代自然地理面貌和气候变化,确定出海陆分界线并绘出古地理图。
大地构造学:根据地层的接触关系,地壳运动的性质和规模,岩浆活动的特点,来划分地壳各个部分的演化类型及演化范围,以确定其构造性质及大地构造分区。
第四纪地质学:研究地壳历史中最新阶段演变规律的一门分支学科,对从事工程地质勘察和研究农业地质较重要。
岩浆活动史:研究地史中各种岩浆活动的先后顺序,岩浆岩的产状及形成时代。
从上述各分支学科可以看出,地史学是一门综合性、理论性和实践性均很强的学科。
三、研究古生物学和地史学的目的
根据斯密特的计算,地球自太阳系中分出成为行星,到现在已有七十多亿年。组成地壳最古老的岩石,根据放射性同位素测定,也有35～37.5亿年。可见,地球的形成和发展,已经过了一段漫长的历史。在这漫长历史中形成的各种物质,就留在了地壳的岩层中。
把整个地壳比作一本书,组成地壳的一层层的岩石就好象一片片的书页,保存在岩石中的古生物化石和各种地质现象,就犹如书页中的文字。地史学的任务,就是要读懂这本特殊的书。在这本书中,地壳写下了自己发展的全部历史,但由于经过了很长时间,组成地壳的岩层有的受到了构造运动和剥蚀作用,有的发生了沉积间断,因而地质记录残缺不全。地史学的任务就是通过古生物化石,把这些残缺不全的记录重新编汇起来,重现地壳发展史,并揭示地壳发展的规律。在此基础上,分析在什么时候,什么地方形成了什么岩石和矿产,以此来指导找矿和解决各种工程地质、水文地质、旅游地质和灾害地质问题,这就是人类研究古生物学和地史学的主要目的。
参考文献:
[1]王祥珍,张世家编.古生物地层学[M].北京:煤炭工业出版社,1993.
[2]张世家.腕足动物漫谈[J].化石.1990年第三期.北京:科学出版社.
[3]张世家.重庆中梁山长兴组的腕足动物群[J].四川地质学报1992年第二期107-111.
[4]张世家主编.古生物地史学[M].北京:煤炭工业出版社,2008.