【科学博览】我们的地球——泥盆纪(鱼类时代)
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2019年04月09日 08:17:07

泥盆纪,我们会发现3.6亿年前的地球,两块儿超级大陆在相互漂近。南部是冈瓦纳大陆,由如今称作澳大利亚、南极洲、印度、非洲和南美洲的一连串儿大陆组成。北部超大陆是劳伦大陆,包括如今的北美洲大陆和北欧地区。这片大陆的形状看起来与如今的大陆不相同,当时浅海覆盖着如今的美洲中西部地区,而伊比利亚到如今的西班牙和葡萄牙,则是劳伦大陆南部海岸的近岸岛屿。

我们的地球——泥盆纪(鱼类时代)

泥盆纪地图1

我们的地球——泥盆纪(鱼类时代)

泥盆纪地图2

1撞击区域 大约3.6亿年前,波罗地大陆包括如今的斯堪的纳维亚与劳伦大陆附近的北美洲相撞。撞击过程中斯堪的纳维亚大量山脉隆起。这山脉首次形成是高度达400米,构成山脉基底的内部数千米的岩石受到挤压和加热而形成变质岩,如片岩和片麻岩。时至今日,这些山脉受到严重侵蚀,变质岩就成了表面岩石。

2中国的海洋及山脉 在泥盆纪开始之时,中国范围内发生了大规模的造山运动。在中国大部分地区,当时由一系列岛屿组成,造山运动将陆地抬升至海平面以上,东北部和东南部仍被浅海覆盖。这些地区以泥盆纪的灰岩为特征,古老而又被压实的海相地层,其中还有珊瑚礁化石,在中国的其它地区,泥盆纪的红色砂岩证实,这些地区当时的气候极为炎热干燥。

3扩大中的澳大利亚 泥盆纪时期澳大利亚的造山运动在持续进行。该大陆的东南部海岸与火山岛链相撞,形成了一系列山脉。这些山脉上流下的河流,将沉积物带往位于大陆中心的盆地中,形成独特的泥盆纪岩石

4澳大利亚西部的礁石 在泥盆纪时期,澳大利亚曾是南部冈瓦纳超大陆的一部分,澳大利亚西部的部分地区曾被浅海淹没,随着时间推移,海底沉积物被压实而形成典型的胶灰岩和泥岩。在这些岩石中,可以找到种类相当繁多的鱼类及其它海洋生物化石。

5泥盆纪名称的由来 泥盆纪的名称来源于1839年在英格兰西南部德文郡发现的岩石,当时的地质学家亚当·塞奇威克和罗德里克·默奇森描绘了在这个郡发现的一些典型岩石。这些有海相地层生成的岩石中含有的化石与志留纪较晚期的化石和石灰纪较早期的化石均有不同。

6海洋的形成与消失 在志留纪时期阿莫里凯大陆(西欧部分地区)与阿瓦隆尼亚大陆相撞,但到了泥盆纪早期,这两块大陆又分割开来,随着期间的缝隙再次展开,一个小型海域形成了,沉积物逐渐堆满了这个区域,并被压实成岩石。

7美洲山脉 大约3.8亿年前在北美大陆东部地区一系列山脉沿着阿巴拉契亚山脉隆起,成为阿卡迪亚造山运动属于加里东运动。到了3.6亿年前的泥盆纪晚期,河流将这些在山上遭侵蚀的新形成的石头冲到山脉两侧的盆地中,随着时间的推移,这些沉积物经挤压而形成典型的红岩老红砂岩。

泥盆纪从4.16亿年前开始到3.59亿年前结束,共持续了5700万年。在这个时期,伊阿珀托斯洋终于完全闭合,北美洲和格陵兰岛(劳伦大陆)与不列颠群岛南部和斯坎德维亚(波罗地大陆)相撞,形成了一个单独的大陆。一条中央山脉形成,自斯坎德维亚经不列颠至纽芬兰和加拿大。与此同时,超级大陆冈瓦纳大陆稳步从极点北移。

该时期全球气候仍然保持温和,新大陆的形成导致大陆内部变大也更加干燥,因此形成广阔的沙漠。大型河流横贯陆地,形成内陆海和湖泊,成为最早的大规模淡水生命栖息地。到了泥盆纪中期,随着冰盖融化,海平面上升,大片珊瑚在劳伦大陆和澳大利亚迅速繁殖。

我们的地球——泥盆纪(鱼类时代)

泥盆纪石燕贝化石

海洋扩张 根据该时期保存完好的证据,如澳大利亚西部戈戈发现的洋底沉淀物,我们清楚地得知泥盆纪的脊椎动物正发生显著的多样性变化。这些海洋沉积物,动物化石的品种很丰富,包括盾皮鱼、辐鳍鱼、肉鳍鱼、肺鱼等25类以上的鱼。

我们的地球——泥盆纪(鱼类时代)

泥盆纪海洋复原图

鱼类时代 泥盆纪常被称为“鱼类时代”,其特征是河流、内陆海和淡水湖中布满了数量众多且品种多样的生命形式。泥盆纪的内陆水道被食肉动物占据着。无颌动物最早进入淡水,但不久就被有颌食肉动物所列猎杀。到了泥盆纪末期,这些食肉动物已清除了大多数无颌动物仅有七鳃鳗和盲鳗幸存了下来,而有颌物种演化成了新的群体——盾皮鱼、辐鳍鱼、矛尾鱼、鲨鱼和肺鱼,其中有些是长达六米的凶猛食肉动物。 盾皮鱼属于原始的有颌动物,长达60厘米,躯干和头部都被像盒子一样的骨架结构覆盖着。有些两侧有长长的翼状骨肢,它们在志留系演化,占据着淡水和海洋,品种多达200种。他们与原始的鲨鱼相像,但与鲨鱼不同的是,盾皮鱼在泥盆纪末期灭绝了。

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泥盆纪鱼类复原图

肺鱼非常有趣,他们是一种原始的呼吸空气的鱼类,在泥盆纪演化并繁荣起来。他们起初栖息在海中,到了石灰纪才进入淡水。人们认为,成对的鳍和呼吸空气的能力,将肺鱼与转向陆地的脊椎动物联系起来,但它们并非祖裔关系。

然而,海洋中的其他生物都朝着陆生脊椎动物演化。随着陆地上的物种继续增加,诸如潘氏鱼的鱼类变得与将来的四足动物毫无差别,它们最终离开水,走向陆地。

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泥盆纪鱼类复原图

生命向陆地转移 第一个四足动物化石发现于格陵兰岛上的泥盆纪河流与湖泊中。这种动物是类似蝾螈的两栖动物,能够从水中爬出,在路地上行走,名叫鱼石螈,具有许多鱼的特征,但却有四肢和呼吸空气的肺部。从本质上来说,鱼十元填补了鱼类和转向陆地的生存的动物之间的演化鸿沟。

和最初的设想不同,鱼石螈和与它同一时代的棘螈的肢体都更适合游泳而非行走。另外这些动物保留了鳃,也许在水中和空气中都能呼吸,这证明他们在逐渐适应从水中转向陆地这个终极难题。

陆生脊椎动物要想在陆地上生存,还需要解决许多问题:鱼出水不久便会死亡,他会翻出白肚皮,胡乱拍打却不能移动一丝一毫;他会喘息呼吸空气,但他的鳃在没有水的情况下会塌陷;没有耳朵的它们,什么都听不到,随着眼睛的干涸,也会什么也看不到。它的皮肤会失去水份,陆生动物还要能够四处走动,大多数动物因此而演化出了腿。第一种陆生生物出现在奥陶纪,是像马陆一样的节肢动物,他们从海生动物祖先那里继承了有关节的成对的腿,但脊椎动物有完全利用遗传下来的每一个演化特征,它们从成对的鳍演化成由关节强壮足以支撑身体的四肢,这些四肢还要能够驱使他们在路地上前进。

鱼类的主要驱动方式就是躯体呈S型横向摆动,尽管这种移动方式在陆地上很有效,如蛇类爬行,但却不能将躯干支撑离地面,许多陆生脊椎动物如蜥蜴都能让身体S型移动,又能撑起身体的腿,然而这一移动又给脊椎添加了新的压力,所以陆生脊椎动物的骨骼需要变得更加强硬,也需要变得更加灵活,这一演化过程需要很长时间。

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泥盆纪中期骨鳞鱼化石

四足动物祖先 棘螈和鱼石螈是从什么演化而来的呢?研究表明,具有成对的肌肉发达的鳍的潘氏鱼是它们的近亲,也最有可能是它们的祖先。发现于拉脱维亚泥盆纪的潘氏鱼本身就是一种非凡的动物。

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最早四足动物真掌鳍鱼化石

最早的四足动物真掌鳍鱼,成对的鳍具有独特的骨架。该骨架与躯干结合的方式类似于四足动物的四肢。该化石发现于加拿大魁北克省。 除了躯干前后具有像四足动物一样成对的鳍之外,它还具有与第一种四足动物几乎无异的头骨,头部扁平,眼睛挨得很近。一张大口,筋骨也以四足动物的方式与脊椎相连,当潘氏鱼化石首次被发现时,真的还以为他是四足动物。

从鳍演化成腿 为适应陆生环境,脊椎动物不得不将鳍演化成腿,但并非所有的鳍都适于演化成肢体。潘氏鱼有两对儿窄基鳍,如同大多数四足动物的腿部结构,每一个鳍都有单个骨头支撑,骨头与肩部或骨盆带相连接,骨盆带又与脊椎相连,每个肢体骨头的外部末端都有一对腕骨,向上一点儿则有许多鳍刺。相比而言,现今鱼类所具有的像风扇一样的鳍是由多个骨头支撑,也有许多鳍刺。这两种鳍,前者如潘氏鱼才适于演化成为足以支撑躯体的腿。

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泥盆纪四足动物复原图

棘螈化石 科学家们将这种早期四足动物化石遗迹拼凑完整后,就改变了脊椎动物如何演化以适应陆地生活的看法。这块化石发现于北极圈格陵兰岛一座荒凉的高山边,埋藏在坚硬的沉积岩中,这块化石表明当时的棘螈具有平展的头骨,眼眶在上部表面排列的很近。

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棘螈化石

弹涂鱼 弹涂鱼是一种现代的硬骨鱼,它能够离开水,在暴露于空气中的泥滩上觅食。他用长长的硬胸鳍驱动自身在柔软潮湿的泥土上蜿蜒爬行。然而,他必须保持身体湿润,不能在水外呆太长时。弹涂鱼是一类进化程度较低的古老鱼类小动物,中国沿海仍有分布。

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弹涂鱼

砂岩轮廓 砂岩形成典型的光秃秃的半干旱地貌。起初,暴风雨和洪水会产生大河,将石头运输并沉积在幽深的沉积盆地中。这种由此产生的苏格兰悬崖表面遭受侵蚀,形成了像雕塑一样的艺术品,当地人称之为“霍伊岛的老人”。

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霍伊岛的老人

老红砂岩泥盆纪炎热的天气周期性的蒸发内陆、海、河、湖泊里的水,留下的矿物质盐沉积物被空气氧化而变红。这些称之为“老红砂岩”红色和棕色盐层在英国和美国的卡茨基尔山脉非常普遍,是绝佳的建筑材料,曾在18至19世纪被大规模开采。随着开采挖掘,保存良好的生物化石绽露出来,而这些生物曾生活在原先的河流湖泊中。


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