二疊紀(Permian),顯生宙古生代最后一個紀,晚古生代第三紀,以牙形刺Streptognathodusisolatus首現作為開始標志,其時間劃分為298.9 ±0.15Ma~251.902±0.024Ma,歷時約4700萬年,設立三統九階,應建立9枚“金釘子”,目前已建立8枚。
二疊紀時期基本延續了石炭紀時期的地理結構,活躍的全球構造使海西運動達到巔峰,海西運動在二疊紀時期使岡瓦納大陸和勞俄大陸板塊完全拼合形成超級泛大陸后并使其繼續向北漂移,許多地槽區相繼封閉形成高峻山系,地臺區上則出現了大型內陸盆地,陸地面積進一步擴大。
二疊紀時期以極寒的大冰期開始,以極熱的溫室氣候事件為結束,經歷了急劇的氣候變化,氣候分帶日益明顯,并促進了生物界的重要變革。
二疊紀中無脊椎動物以類、珊瑚、菊石亞綱、腕足動物門、牙形石為主,苔蘚蟲、腹足綱、瓣鰓綱演化輻射分類發展,末期四射珊瑚、橫坂珊瑚、?、三葉蟲滅絕,菊石類演化為高級類型,腕足類減少。脊椎動物中兩棲動物、原始爬行綱、昆蟲綱得以繁榮發展,魚類中以軟骨魚和硬骨魚綱為主要代表。二疊紀時陸生植物進一步發展,早期植物與石炭紀相似,以石松科類、有節類、真藤類和種子蕨類為主,晚期出現了繁榮于中生代的裸子植物,如松柏類、蘇鐵屬類和銀杏類等。二疊紀末期發生了顯生宙以來規模最大的生物大滅絕事件,并最終導致古生代的生物群種最終被中生代生物群所替代。
定名
蘇格蘭地質學家羅德里克·默奇森(Roderick Murchison)在俄羅斯烏拉爾山脈西坡發現一套發育完整、含有化石較多的地層,該地層上包括了“一大套泥灰巖、頁巖、灰巖、砂巖和礫巖層”,并以弧式覆蓋在石炭系上。其范圍以伏爾加河東至烏拉爾,從阿爾漢格爾海一直延伸到奧倫堡南部草原。羅德里克·默奇森以該地區出露地點中部的古代王國彼爾姆(Permia)命名為Permian系,英文名為俄文的音譯。1859年美籍法裔地質學家J·馬歇爾(J·Mancou)根據德國南部二疊紀地層下部紅色砂巖的赤底統(陸相)和上部為鎂質灰巖的鎂灰巖統(海相)明顯二分層的特點建議將二疊紀英文Permian一詞改為Dyassic一詞,二疊系中文名是根據該名稱意譯而來。
時期劃分
國際地層年代表
在二疊紀命名初期,國際上一直沿用的是二疊紀地層二分性的特點將二疊紀劃分為早二疊世、晚二疊世的二分方案,隨著對古生物演化的深入認知,二疊紀底界向下延伸至原石炭系的上部,使二疊系地層被三分,逐漸形成了當前國際二疊紀年代地層表三階九統的劃分方案。其地層系統自下而上依次分為烏拉爾統(阿瑟爾階、薩克馬爾階、亞丁斯克階、空谷階)、瓜德魯普統(羅德階、沃德階、卡匹敦階)、樂平統(吳家坪階、長興階),二疊紀已設立8枚金釘子。
中國地層表
中國地質調查局和全國地層委員會組織實施下,經原國土資源部批準(國土資[2014]374號)出版發行了《中國地層表(2014)》,《中國地層表》《中國地層指南及中國地層指南說明書》是中國地質行業標準規范重要內容之一,在參考國際地層學研究的基礎上編制了中國地區的地層年代表,該地層表將二疊紀地層系統設立為三統八階。
統(世)
地史特征
全球構造
二疊紀在石炭紀的地理結構繼續發展,岡瓦納大陸和勞俄大陸板塊完全于烏拉爾世完全拼合成超級泛大陸,并向北繼續漂移。西伯利亞板塊與哈薩克斯坦板塊在二疊紀時期與波羅的板塊碰撞聚合,最終在二疊紀末、三疊紀初最終形成貫通南北的統一大陸,超級泛大陸(Pangea)。大陸的西側為泛大洋,東側為古特提斯洋,在古特提斯洋中分布著由土耳其、伊朗、阿富汗、羌塘高原、拉薩市、滇緬馬等地塊組成的基默里地塊將特提斯洋分割成為古特提斯洋和新特提斯洋兩部分,基默里地塊在向北漂移的過程中裂解分散于三疊紀時期與西伯利亞板塊碰撞,古特提斯洋和新特提斯洋又重新聚合成為新特提斯洋。
地層及地理特征
二疊紀的泛大陸橫跨地球南北兩極,其地層的分布特點受緯度和氣候的影響,生物地理分區明顯,特提斯構造域和勞俄大陸主要以碳酸鹽巖沉積為主,岡瓦納大陸地區以陸相、河湖相碎屑巖沉積為主。二疊紀地層記錄了晚古生代大冰期向溫室期轉變,其海陸變遷、氣候變化、海域鹽度的不同,導致了二疊紀時期生物界的顯著不同。二疊紀末期發生的地質史上規模最大的生物大滅絕,形成無機界和有機界系統的劃時代變革,也為中生代生物群的發展提供了廣闊的生態空間,意味著中生代時期的即將到來。
礦產資源
二疊紀的礦產與石炭紀相近,主要為沉積型礦產,以煤、鋁土礦、鹽類為主,磷、銅、錳、石油和天然氣也是常見的資源。
煤
石炭紀、二疊紀是世界上最重要的成煤時期,早二疊世是二疊紀中主要的成煤期,晚二疊世在部分地區形成煤系。西伯利亞通古斯盆地、南美的巴拉那盆地、非洲的卡魯盆地、印度東部的切里亞煤田、中國華北山西地區的煤田都是形成于早二疊世的大型煤田。
石油和天然氣
二疊紀時期的油氣資源豐富,并含夾油頁巖。主要分布在美國的俄克拉何馬州和得克薩斯州、俄羅斯的歐洲部分、荷蘭和德國等地,中國新疆維吾爾自治區的克拉瑪依油田、華北地區的山西地區也有可采油頁巖,四川盆地地區的天然氣儲量也較為豐富。
鋁土礦
海侵超覆及其對古風化殼改造有關的沉積礦產, 廣泛分布于二疊紀世界各地的含煤地層中,在海侵范圍較少時鋁受風化形成風化物,受海侵影響搬運入海,沿海岸線分布,超覆在陸地地層的剝蝕面上。
鐵礦
海侵超覆及其對古風化殼改造有關的沉積礦產,主要以赤鐵礦和菱鐵礦為主。
銅礦
二疊紀銅礦有三種類型,一種分布在玄武巖層中,成脈狀或似層狀分布;一種存在于煤系地層中,為煤系地層的含銅砂巖;一種產在地槽區海底火山噴發后形成海底噴發巖中的含銅礦床。
錳礦
沉積型礦產,一般呈層狀分布,形成于古陸邊緣淺海地帶的含錳硅質頁巖中,下二疊統是錳礦的形成期,一般以軟錳礦為主。
磷礦
海平面上升,溫暖潮濕的氣候條件下,鈣、磷融入海洋中形成了大量的含磷地層,二疊紀時期的磷礦主要分布在美國的蒙大拿州、愛達荷州、懷俄明州等地及俄羅斯烏拉爾山西部、中國東南部的江蘇省、浙江省和福建等地。
鹽類
鹽類礦床形成于干燥炎熱的潟湖或海灣的蒸發環境,全世界分布極廣,常產于上二疊統中,以美國、蘇聯、德國儲最最大,石鹽多分布白俄羅斯、俄羅斯。
氣候環境
二疊紀初期以極寒的大冰期開始,從石炭紀早期開始結束語二疊紀的冰川活動被稱為石炭—二疊紀冰期(晚古生代大冰期),是顯生宙內持續時間最長的冰川活動期,于石炭紀賓夕法尼亞亞紀—二疊紀烏拉爾世達到巔峰,大陸冰蓋幾乎覆蓋了整個南半球,岡瓦納大陸的南極洲、南美、非洲、印度和澳大利亞等地均發現冰川沉積,中國西部的保山市、騰沖市和拉薩市地塊也有冰成雜礫巖沉積。在早二疊世之后形成冰退,氣候開始由冰室氣候向溫室氣候轉變,地表植被更替,大氣中二氧化碳濃度升高,全球氣溫變暖,大陸地表干旱化趨勢增強。在北緯15—30°出現了干燥炎熱的沙漠性氣候,美國新墨西哥州、得克薩斯州西部發現巨厚硫酸鈣和鹽類沉積以及科羅拉多州東部大片沙漠沉積都表明其氣候的干燥性。二疊紀末期西伯利亞地區火山噴發,導致全球氣溫急劇上升,低緯度地區海水表層溫度快速提高了8℃,這一變化是導致海洋及陸地生態系統崩潰的主要原因之一。
生物發展
二疊紀時期的生物界顯示出與石炭紀演化連續性的特征,早期生物呈多樣化發展的趨勢,陸生植物進一步發展,以真蕨綱和種子蕨類為主,無脊椎動物腕足動物門呈繁盛狀態,以長身貝類為主要種類,菊石亞綱輻射演化發展,?類、四射珊瑚繁盛,脊椎動物中兩棲綱、原始爬行綱和昆蟲綱快速繁衍輻射,魚類中軟骨魚和硬骨魚綱也有重要的代表物種,部分生物在晚期演化至中生代類型。二疊紀時期的生物演化氣候分帶密切相關,不論是植物還是動物群,都呈現出明顯的地理分區,不同的地區生物類群呈現出不同的特點。二疊紀末期發生了二疊紀末生物大滅絕事件,這是地質歷史上規模最大、影響最深的生物滅絕事件,涉及到當時地球上95%以上的物種和86%以上的屬級分類單元滅絕,這也是唯一已知的昆蟲大規模滅絕。
無脊椎動物
二疊紀的海生無脊椎動物以?類、四射珊瑚、菊石亞綱、牙形石、腕足動物門為主,菊石類表現出明顯的生態分異,長身貝目為腕足類的主要物種,苔蘚蟲、腹足綱、瓣鰓綱輻射演化發展。受地理分異的差距影響,無脊椎動物群分為北方區(北極區)溫水一冷水型動物群、岡瓦納區(澳大利亞區)冷水型動物群和特提斯區(古地中海區)熱帶一亞熱帶型動物群三個區域類型,其生物種類和形態特征也隨區域不同而呈現出不同的特點。
脊椎動物
二疊紀時期的脊椎動物得到快速發展,類型也更加多樣,脊椎動物的重要代表為兩棲綱的迷齒亞綱和爬行綱。二疊紀時期形成了完全陸生動物群并演化出第一批大型食草動物和食肉動物。早二疊紀陸生動物群以盤龍目、雙足類和兩棲類為主;中期以原始獸孔類動物為主,如恐龍;二疊紀晚期以更高級的獸孔類動物為主,如蛇龍類和二齒龍類。
植物類
二疊紀的植物發展分為兩個階段:早二疊世植物群面貌與晚石炭世相似,以石松門、有節類、真蕨綱、種子蕨類和科達樹類為主,如櫛羊齒屬(Pecopteris)及輪葉(Ammwlaria)等大羽羊齒植物;晚二疊世晚期隨著氣候溫度的變化,出現了繁榮于中生代的高等裸子植物,如松柏類、蘇鐵類和銀杏類等,如鱗杉(Uulmannia)、蘇鐵類的側羽葉(Plerophyllwm)、松柏類的瓦家松(Walchia)和銀杏類的拜拉(Beiera)。其植物的地理分區現象也有明顯的地域差異,全球的植物地理分區分為安加拉溫帶植物區、歐美熱帶植物區、華夏熱帶植物區和岡瓦納寒帶植物區四個地理區。
二疊紀—三疊紀大滅絕事件
持續時間
學術界對大滅絕事件的持續時間尚有爭議,主流學派分為兩種觀點,一部分認為此次生物大滅絕分多幕式推進,從瓜德羅普世卡匹敦期開始至二疊紀末結束,持續了較長的時間;一部分認為二疊紀末生物大滅絕具有突發性,與重大災變因素有關,曾有二疊紀晚期大規模海退,地外天體撞擊等假說。
造成影響
波及陸地生態系統和海洋生態系統中的幾乎所有生物類群,造成90% 到 95% 的海洋物種以及 70% 的陸地生物滅絕。
形成原因
關于大滅絕事件的成因學術界尚未有一個明確的結果,此前的研究大多認為由西伯利亞地區二疊紀時期火山噴發導致的溫室氣體釋放和快速升溫、海水酸化和缺氧;在對全球各種資料的分析處理中諸如泛大陸聚合、海水進退、天體撞擊、甲烷釋放、二氧化碳濃度增加、溫度升高、海洋鹽度的變化、海洋缺氧、海水酸化或毒化、伊拉瓦拉地磁極倒轉、大陸干旱化、森林野火等各種原因法人假說也都被提及,各種解釋之間的關聯性和因果關系尚在進一步探索中。
參考資料 >
國際地層年代表(2023年6月版).國際地層學委員會.2023-07-19
二疊紀.中國大百科全書第三版(網絡版).2023-04-08
《中國地層表(2014)》正式實施.中國地質調查局.2023-02-19
孤峰階.中國大百科全書第三版(網絡版).2023-04-08
羅甸階.中國大百科全書第三版(網絡版).2023-04-08
二疊紀.Geology page.2023-04-15
二疊紀.中國大百科全書第三版(網絡版).2023-04-16
二疊紀煤系.中國大百科全書第三版(網絡版).2023-04-16
石炭—二疊紀冰期.中國大百科全書第三版(網絡版).2023-04-16
二疊紀末大滅絕.中國大百科全書第三版(網絡版).2023-04-16
二疊紀.Britannica.2023-04-16