生命起源、早期演化阶段与海洋环境演变

近年的研究表明,地球生命可能起源于距今39~36亿年之间。除了碳元素以外,水、氮、氢、磷等元素也是生命起源的必备条件,黏土矿物和金属硫化物是有机质合成的重要催化剂,有热液活动的碱性热水环境是最有利生命发生的孵化场。自原核生物在约3.5 Ga出现之后,生命就一直表现为与环境的协同进化关系。大气圈氧化是地球史上最重大的地质事件之一,它不仅改变了地球表层环境条件、加速了表生地质过程和新矿物的产生,而且改变了海洋化学条件和元素循环。大气圈氧化事件的根本在于产氧蓝细菌的出现,元古宙中期海洋化学性质的整体转换也与微生物过程密切相关。新元古代多细胞生物的繁盛和末期后生动物的出现及其在寒武纪初期的快速多样化是生物圈演化的重大飞跃。这个过程也与海洋氧化增强及其导致的海洋化学变化密切相关,其中硫化水域消失和减弱以及海水中微营养元素可得性增加可能是重要因素,这也与微生物过程直接相关。     

新论生命起源

有关生命起源的“化学进化论”,笔者认为,与事实不相符合。作者根据许多事实,认为石里的低分子有机质是形成生命的主要物质来源。     

关于生命起源中地质作用的几点新看法

通过有机分子合成，矿物特性、相关地质作用的研究，可以认为，矿物质在导致生命演化的基本化学反应过程中起着关键性作用，地幔流体与地壳中的对流热液是生命产出过程的重要舞台，整个岩石圈对生命的产出是个必不可少的因素，在远古地球环境中，适当的水，大气、岩矿及物化组合，一定能够引发高分子化合物的产生甚至是生命的诞生，为了揭开生命起源的奥秘，一方面要对远古环境进行充分的研究，正确了解生命产生的初始环境；另一方面，要通过实验模拟，找出恰当的水、气、岩矿及物化条件组合。     

从化石记录看古人类起源和演化

古人类的起源及演化是一个极其复杂而远未解决的问题，目前掌握的重要化石材料包括：距今约5600万年的灵长类，约1700万年的人猿超科代表，620万年(?)-440万年的人科动物，以及约350万年(?)-200万年的古人类和人造石器等。中国是世界上古人类及与之演化相关的化石发现最多的国家之一，先后找到已知最早的高级灵长类——约4500万年前的曙猿化石，人猿超科的早期代表——l400万年和800万年前的古猿化石，240万年-200万年前的人造石器，200万年前的能人(?)化石，170万年前的直立人及28万年-20万年前的智人化石等。拟从迄今的化石记录人手勾勒出古人类起源及演化的大致轮廓。     

矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中的作用

地球早期生命起源的第一步是合成简单的有机化合物,但合成有机物所需能量来源问题长期困扰着学术界。早期地球上丰富的硫化物半导体矿物可将太阳光子转化为光电子,提供持续的能量来源。也正是由于矿物光电子能量较高,在非生物途径合成小分子有机物方面具有优势。其中半导体矿物自然硫转化太阳能产生的光电子能量,是目前所发现的最高的矿物光电子能量,不仅能直接还原CO₂分子为甲酸物质,还可催化其他生命基础物质的合成。在全球陆地系统中暴露在阳光下的岩石/土壤表面普遍被一层铁锰氧化物“矿物膜”所覆盖,光照下含半导体矿物水钠锰矿的“矿物膜”产生原位、灵敏、长效的光电流,显示出优异的光电效应。生物光合作用中心Mn₄CaO₅在裂解水产氧过程中产生成分和结构类似水钠锰矿的结构中间体,地球早期“矿物膜”中水钠锰矿可能促进了锰簇Mn₄CaO₅与生物光合作用的起源与进化。早期地球半导体矿物为生命起源基本物质的合成提供直接能量来源,矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中起到了重要作用。     

矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中的作用

地球早期生命起源的第一步是合成简单的有机化合物，但合成有机物所需能量来源问题长期困扰着学术界。早期地球上丰富的硫化物半导体矿物可将太阳光子转化为光电子，提供持续的能量来源。也正是由于矿物光电子能量较高，在非生物途径合成小分子有机物方面具有优势。其中半导体矿物自然硫转化太阳能产生的光电子能量，是目前所发现的最高的矿物光电子能量，不仅能直接还原CO2分子为甲酸物质，还可催化其他生命基础物质的合成。在全球陆地系统中暴露在阳光下的岩石/土壤表面普遍被一层铁锰氧化物“矿物膜”所覆盖，光照下含半导体矿物水钠锰矿的“矿物膜”产生原位、灵敏、长效的光电流，显示出优异的光电效应。生物光合作用中心Mn4CaO5在裂解水产氧过程中产生成分和结构类似水钠锰矿的结构中间体，地球早期“矿物膜”中水钠锰矿可能促进了锰簇Mn4CaO5与生物光合作用的起源与进化。早期地球半导体矿物为生命起源基本物质的合成提供直接能量来源，矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中起到了重要作用。     

峡东地区震旦纪最早期风暴沉积记录及其地质意义

作为全球地质环境的重要转折期,震旦纪早期发生的全球气候巨变和海平面显著上升等事件在世界范围内留下了大量记录。报道了震旦纪早期气候剧变阶段在我国南方陡山沱组底部形成的风暴沉积。岩芯剖面的精细观察和测量分析表明,峡东地区陡山沱组底部风暴岩沉积主要集中在陡一段白云岩与陡二段底部泥页岩中,发育的沉积构造主要有冲刷侵蚀底面、搅动层、粗粒滞留沉积、粒序层理、洼状交错层理、波状层理、波痕以及水平层理等。根据风暴岩垂向上的组合特征和沉积构造差异,共识别出五种风暴沉积序列,分别指示了不同的沉积背景:潮坪浅水沉积和陆棚深水沉积。其中,陡一段主要发育浅水风暴沉积,陡二段底部主要为深水风暴沉积,随着海平面的上升,自下而上风暴作用呈现加强的趋势。另外,在陡二段还发现了风暴浪基面以下形成的具粒序层理的泥砾岩。峡东地区陡山沱组底部的风暴沉积蕴含了强烈的古地理、古气候、古地貌以及地层信息,对于恢复震旦纪早期华南地质环境及其变化具有重要意义。     

地质记录中的微球粒

地质记录中的微球粒根据成因可以分为宇宙尘、地外物体撞击成因微球粒、火山成因微球粒、生物成因微球粒、沉积作用微球粒和现代微球形飞灰等。宇宙尘含有丰富的宇宙物质,出现Fe、Ni核心和方铁矿等,具有宇宙尖晶石和宇宙不丰富的元素的亏损是判断宇宙尘的关键特征。撞击事件可以产生近源区的撞击熔融玻璃球和远源区的撞击汽云凝结球两类微球粒,常与其他撞击成因矿物伴生。火山微球粒是在低粘稠度的岩浆岩喷发形成的玻璃质火山灰中,有球形、液滴形和哑铃形的微颗粒。这三种成因的微球粒在各种地层中的赋存对于地层对比和地史事件研究中有着非常重要的意义,为判断和研究不同的地质事件提供了一个很好的媒介,因此长期以来一直是微球粒研究的主要对象。另外,在现代工业生产过程中也可以产生大量微球形飞灰,这些飞灰经常包含非常复杂的表面纹饰和独特的化学组成,比如高的ZnO含量等。     

我国早期生命进化研究的进展和展望

概述了中国在晚前寒武纪——寒武纪生物化石群研究多方面(尤其是大化石)的主要成就。其中,近年发现的震旦纪陡山沱期化石生物(包括庙河生物群和蓝田植物群),对植物界的进化说来是个重要阶段;早寒武世澄江生物群(包括软躯体生物和软部保存的带骨骼生物)早于国外著名的布吉斯页岩生物群,逼近了带骨骼动物最初的爆发式辐射期。这些珍稀化石的研究将促进对早期生物进化历程的重新认识。这个研究领域有无可限量的前景。     

江西三清山国家地质公园内的重大地质事件记录

江西三清山于2005年3月批准为国家地质公园,2008年7月入选世界自然遗产名录,以花岗岩地质与花岗岩峰林地貌著称。拥有10亿年演化历史的三清山,不仅是一个地学等多个领域具有全球研究对比意义的地学宝库,而且是拥有重要科学价值及科普意义的地质遗迹。在申报世界地质公园野外考察的基础上,本文综述了三清山地质遗迹代表性的9个重大地质事件,这也是世界自然遗产开发和保护基础工作以及地质公园管理的要求。     

大陆起源及其早期生长速度

现有资料表明,早期大陆形成于上地幔的下陷作用,并在27—30亿年间迅速增长。Nd同位素研究结果证明,代表早期大陆增长的英云闪长岩主要起源于古老亏损地幔。然而微量元素及氧同位素资料却表明这种英云闪长岩应起源于富集型源层。若在地球早期的去气作用期间(≥44亿年)地幔分异成亏损地幔库(DMR)和富集地幔库(EMR),那么上述矛盾便可得到解释。EMR块体可循环进入地幔,EMR—DMR混合物可做为形成太古宙玄武岩的源层,这种玄武岩在沉降过程中由于深海蚀变、交代作用,或通过其它地幔作用过程。使不相容元素富集,然后遭受湿条件下的部分熔融产生英云闪长岩岩浆。在英云闪长岩产生前不到150Ma时间里富集作用便已发生。高原玄武岩堆积在封闭洼地里并随着冷却作用的进行地热进入榴辉岩稳定区玄武岩高原上形成离密度的榴辉岩根,并在27—30亿年前把玄武岩拉回地幔,导致英云长岩快速形成,从而也导致大陆迅速增长。     

红土地质考古带和早期人类进化

分布在旧大陆热带、亚热带的红土是一条巨型纬向地质体、它汇集了迄今已知年代 最古老的人类化石和旧石器遗址,是研究人类起源、人类最初扩散以及同时期全球环境变迁的信息载体。近年亚洲红土地质考古带的重大发现表明,亚洲、非洲最早出现的人类在年代上、体质特征上和文化面貌上都十分接近。这个事实将对人类演化理论产生重大影响。     

云南新生代断陷盆地的环境地质记录

盆地的环境地质记录是从盆地的形成、发展演变、沉积物形成的地球化学与古气候环境、沉积物堆积后所经历的压实、成岩来加以研究的。除无机介质(矿物)外的有机质,在成岩压实受热过程中化学成分与结构的变化,也是盆地环境地质记录的一部分,环境地质研究的归宿是对矿产—化石燃料形成与潜能的估价,完整的研究应该包括化石燃料形成(成烃成煤)环境及成藏(保存)环境等。对云南滇西陇川、瑞丽及保山等三个新生代断陷盆地环境地质记录的研究揭示,在极其相似的盆地形成演变、沉积地球化学与古气候、成岩与成烃背景基础上,化石燃料的形成与潜能在三个盆地具有差异性;指出陇川盆地以找寻煤型气及初熟(低熟)油为主,保山盆地以寻找浅部生物成因气及煤型气为主,瑞丽盆地相对潜能较差,仅有生物气浅部产出的可能。     

云南新生代断陷盆地的环境地质记录

盆地的环境地质记录是从盆地的形成、发展演变、沉积物形成的地球化学与古气候环境、沉积物堆积后所经历的压实、成岩来加以研究的.除无机介质(矿物)外的有机质,在成岩压实受热过程中化学成分与结构的变化,也是盆地环境地质记录的一部分,环境地质研究的归宿是对矿产-化石燃料形成与潜能的估价,完整的研究应该包括化石燃料形成(成烃成煤)环境及成藏(保存)环境等.对云南滇西陇川、瑞丽及保山等三个新生代断陷盆地环境地质记录的研究揭示,在极其相似的盆地形成演变、沉积地球化学与古气候、成岩与成烃背景基础上,化石燃料的形成与潜能在三个盆地具有差异性;指出陇川盆地以找寻煤型气及初熟(低熟)油为主,保山盆地以寻找浅部生物成因气及煤型气为主,瑞丽盆地相对潜能较差,仅有生物气浅部产出的可能.     

地质记录中的海水白云岩化作用

地质记录中的海水白云岩化作用是广泛存在的。它不仅发育于时代较新的始新世地层内(如太平洋中的Enewetak珊瑚岛地区),而且也发育于时代较老的震旦纪灯影期地层内(如云南东北部地区)。在以前的白云岩成因研究过程中,海水白云岩化作用的普遍性和重要性被大大地低估了。自从Saller(1984)首次报道了正常海水白云岩化的实例以来,海水白云岩化作用的研究已取得了长足的进展,如Kasner(1984);Land(1985);Smart(1988);Tucker(1990);朱同兴、罗安屏(1993)等。近年来,作者通过对云南东北部地区震旦系灯影组潮缘沉积物的岩石学、沉积相、古地理格局和沉积地球化学标志等综合研究,认为该套巨厚的白云岩层(400-1000m)的成因不是原生的,而是成岩交代形成的,其主要的形成机制之一就是成岩早期的海水白云岩化作用。海水白云岩化作用的发育主要受海平面变化、沉积作用类型以及古气候等条件的限制。造成滇东北地区灯影期海水白云岩化作用的主要机制可能是位于其西北部的青藏大洋内的冷洋流向东部沉积物内泵吸,和位于其东南缘的扬子边缘海的海水向西部沉积物内循环对流(柯特对流)。上述的泵吸作用与对流作用的相互叠加可使巨大体积的海水通过扬子海域,尤其是扬子台地西南边缘(滇东北地区)沉积物,从而使其发生巨大规模的海水白云岩化作用。由海水白云岩化作用形成的白云岩的结构有序度中等,I=0.68-0.82,其碳、氧同位素组成均显示海水碳酸盐来源,δ13C=+1.8-+2.6‰(PDB),δ18O=+2.1-+2.7‰(PDB)(冷洋流来源,Enewetak Atoll,始新统)或-5.1——6.5‰(受地热和大气淡水双重影响而偏负值,滇东北地区;灯影组)。灯影期海水白云岩化作用模式合理地解释了区域巨厚沉积物的块状白云岩化成因、充足的镁离子来源以及多余的钙离子的搬运等白云岩成因研究过程中的关键性问题。     

生物标志化合物、早期生命和古环境

近年来,早期生命和古环境成为地学研究的热点,生物标志化合物在前寒武纪生命演化和环境研究中发挥着越来越重要的作用。在前寒武系地层中检测到的主要生物标志化合物为：烷烃（包括正构烷烃和异构烷烃、烷基环烷烃）、无环类异戊二烯烃、萜烷（包括三环萜、藿烷、2α-甲基藿烷和3β-甲基藿烷、重排藿烷、新藿烷、降新藿烷）、甾烷（包括C26-C30甾烷、4-甲基甾烷、甲藻甾烷、2-甲基甾烷和3-甲基甾烷、重排甾烷）、类胡萝卜素等。由于不同生物标志化合物的生物前驱物赋存于不同环境之中,并与环境协同演化,分析地层中生物标志化合物组合不仅可得到其前驱物组成信息,还可以获取古环境判断的重要标志。从已知生物标志化合物分析可以发现,在2．7Ga以前就存在生氧光合作用的蓝藻或蓝菌,真核生物可能已经存在,但在古、中元古代,海洋仍以缺氧环境为主,而生物仍以原核生物占优势。新太古代蓝藻或蓝菌的出现虽促进了大气圈的氧化,但海洋氧化的滞后明显制约了真核生物的发展,导致在2．78～0．6Ga长达20多亿年的时间里,生物演化缓慢。     

赣南正长岩-辉长岩的起源及其地质意义

正长岩-辉长岩组合的形成通常与板内伸展构造有关,它们可由同源岩浆演化形成,也可以由两种独立起源的岩浆结晶形成.     

地球早期生命环境的演化

地质记录告诉我们,在地球约46亿年的整个历史中经历了无数次大大小小的劫难,其中在地球生命处于起源和早期演化阶段的前寒武纪,首先是"狂轰滥炸",4.5亿~3.8亿年前由太阳系形成时留下的岩石体--小行星仍不断撞击着地球并烧焦了整个地球;后来的"雪球",2.2亿~1.8亿年及大约6亿年前也许是大气中氧气的增加或/和二氧化碳或/和氨气或/和甲烷等温室气体的缩减,使我们的星球进入冰封期.显然,生命挺过了所有的磨难,并以柔克刚的脱颖而出,甚至与环境相互作用共同向高级阶段演化.在至少38亿年前,随着"狂轰滥炸"的停止,原始的生命也许已出现在地球上;到大约5.8亿年前,"雪球"刚结束,新元古代末期的埃迪卡拉大辐射和早寒武纪生命大爆发就接接踵而来,似乎早期地球生命大的进步性演化都是由大的劫难诱发的.     

微生物的污染物、微体假化石和最老的生命记录

微生物的污染物在露头上和实验室内均可混入。微体化石既有天然的亦有人造的。这种令人迷惑的物体是可以辨认的,更重要的是不能允许它们削弱日益增多的前显生宙可信的有生命存在的记录。巴西的(约10亿年)和南非的(约23亿年)古老的碳酸盐岩石标本微小裂隙内所发现的丝状微生物污染物,与以前描述为化石的产状相类似。已发表的有可能属太古代的微生物同样包括了微体污染物和实验室里人工制品。虽然斯瓦士兰统沉积岩的微结构可能是化石,但它们还没有得到验证。至今已知最老的保存化石结构的是洛伊丝、纳吉(Lois,Nagy)所描述的约23亿年的南非泥灰质白云岩、迭层石灰岩内的丝体。由于缺少确切的有关超微结构或微量化学方面的证据,因此难以确定那些较老的化石记录是肯定无误的。