張家界天門山震旦紀(jì)/寒武紀(jì)界面天體撞擊事件研究

摘 要：本文研究分析了震旦紀(jì)與寒武紀(jì)張家界天門山天體撞擊事件，對天體撞擊事件影響生物演化的作用與意義進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：天體撞擊；震旦紀(jì)；寒武紀(jì)；生物演化

0 引言

中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所張勤文研究員和國家地震局地質(zhì)研究所徐道一研究員，介紹天體撞擊地球具全球性的重大事件有三次，即白堊紀(jì)與第三紀(jì)（現(xiàn)稱古近紀(jì)）之間、二疊紀(jì)與三疊紀(jì)之間、震旦紀(jì)與寒武紀(jì)之間。 撞擊的標(biāo)志有銥正異常，有時有鉑族元素鋨正異常，碳同位素（δ13C）負(fù)異常（圖1），撞擊界面巖石中有沖擊地質(zhì)現(xiàn)象和地外成因的微球粒等。

1 華南震旦紀(jì)與寒武紀(jì)之間的天體撞擊事件

1982年瑞籍華人瑞士聯(lián)邦理工大學(xué)地質(zhì)研究所許靖華教授和中國科學(xué)院地質(zhì)研究所孫樞研究員，在《地質(zhì)科學(xué)》第1期發(fā)表了《寒武紀(jì)生物爆發(fā)前的死劫難海洋》論文，稱1982年美國聯(lián)邦地質(zhì)局吳景禎博士在三峽地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)剖面前寒武紀(jì)/寒武紀(jì)界面之上的黑色頁巖中發(fā)現(xiàn)了銥異常；中科院長沙大地構(gòu)造研究所王道經(jīng)研究員也著文稱，吳景禎博士“披露了湘西石煤層銥異常特別高”。之后許靖華對宜昌以西20公里三峽標(biāo)準(zhǔn)剖面富銥層位12米厚的地層中采集了六塊標(biāo)本，分析證實，在緊挨著前寒武紀(jì)/寒武紀(jì)之上的黑色粘土中有銥和鋨的較高含量正異常，在富銥層位處有碳同素負(fù)異常。后來他在云南昆陽磷礦區(qū)相同層位采樣也有碳同位素負(fù)異常。昆陽和三峽地區(qū)相距有千余公里，同時在華南許多地方這個層位附近也都發(fā)現(xiàn)有銥異常和碳同位素負(fù)異常（圖2）。

按以上資料，許靖華等認(rèn)為在“寒武紀(jì)生物大爆發(fā)之前，在華南有一次巨大天體撞擊地球的可能性”；同時將前寒武紀(jì)/寒武紀(jì)界面處碳同位素負(fù)異常解釋為“死劫難波動”，即是當(dāng)時的海洋中幾乎沒有活的有機體，使前寒武紀(jì)晚期的生物遭到災(zāi)難性的毀滅，例如距今5.9億年的“埃迪卡拉”軟體動物群的絕滅就是一例。

2 張家界天門山震旦紀(jì)/寒武紀(jì)界面的天體撞擊事件

天門山的天體撞擊事件是華南撞擊事件中的一個點，1998-2004年中國科學(xué)院原長沙大地構(gòu)造研究所王道經(jīng)、黃懷勇等研究員，根據(jù)許靖華等的前寒武紀(jì)/寒武紀(jì)界面可能存在的天體撞擊事件及湖南張家界市天門山地區(qū)的礦產(chǎn)勘查資料，對天門山地區(qū)的“天體撞擊”進(jìn)行了研究，其研究成果相繼發(fā)表了論文：

《建議在湖南尋找與隕擊作用有關(guān)的金剛石》，《中國地質(zhì)》1998年6期；

《天門山震旦系/寒武系界線事件沉積序列的初步觀察與對比分析》，《大地構(gòu)造成礦學(xué)》23卷1期，1999年；

《天門山震旦/寒武系界線上可能撞擊事件目標(biāo)地層展布與分析》，《大地構(gòu)造與成礦學(xué)》26卷3期，2002年；

《天門山震旦/寒武系界線上地外撞擊事件痕跡》，《大地構(gòu)造與成礦學(xué)》28卷1期，2004年。

歸納以上論文，對天門山地區(qū)得出三點認(rèn)識：

第一點，震旦系/寒武系界線上的寒武系底部鎳鉬礦層有碳同位素負(fù)異常，銥（Ir）、鉑族元素鋨（Os）正異常（表1，圖3）。

第二點，湖南省地礦局405地質(zhì)隊1975年提交的《湖南省大庸縣天門山礦區(qū)大坪—曉坪礦段鎳鉬礦地質(zhì)詳查報告》，對震旦系/寒武系界面之下的震旦系燈影組描述為：“底部和下部為破碎泥質(zhì)白云巖，中部為礫狀白云巖，上部為厚層狀白云巖，頂部有燧石層，與寒武系接觸面不平整，有侵蝕洼坑”。1998年5月王道經(jīng)研究員等到天門山先后觀察了后坪、巖板溪自生橋、曉坪、大坪、田坪、毛家山和永順縣青坪等處的震旦系/寒武系界線剖面，所見與405隊的描述基本相符。即“圍繞天門山向斜分布的燈影組頂部，即震旦系/寒武系界線下伏巖層中的角礫狀白云巖普遍存在。在巖板溪自生橋、汪家寨、大坪等處，角礫狀白云巖中還夾雜有大量黑色燧石角礫，有時還見到類似黑色頁巖的物質(zhì)沿白云巖角礫之間的縫隙灌入的沉積巖脈，黑白分明，十分醒目”。

第三點，王道經(jīng)研究員等在環(huán)繞天門山向斜震旦系/寒武系界面的觀察中，重點研究了趙家剖面天體撞擊標(biāo)志，主要有兩種：

①宏觀外力撞擊作用地質(zhì)痕跡，有巨大礫裂、原地角礫、沉積巖脈。

巨大礫裂（圖4a），礫石長軸長約25cm，位于震旦系白云巖頂面，大都為白云巖，隙裂寬約5cm，其中充填寒武系底部含磷質(zhì)黑色粘土巖。

沉積巖脈（圖4b），巖脈直接灌入界面之震旦系白云巖頂面，巖脈寬約6cm，巖性是界面之上的寒武系底部之巖泥物質(zhì)。

原地角礫（圖4c）存在于界面之震旦系白云巖中，最近筆者等前往考察，所見界面很清楚（圖5），界面之下震旦系白云巖為角礫狀（圖6）。

②微觀天體撞擊留下的隕石物質(zhì)，有微球粒玻璃隕石、微球粒撞擊玻粒和隕石碎屑?xì)堐E。微球粒直徑0.05-1毫米，邊界清晰且與周圍的圍巖物質(zhì)完全不一樣，經(jīng)鑒定主要是蝕變輝石和蝕變橄欖石類，還有沖擊玻璃成份，按此分為微球粒玻璃隕石（圖7）和微球粒撞擊玻粒（圖8）；同時在界面處的震旦系白云巖中有隕石碎屑?xì)堐E（圖9 ），其主要成份也是橄欖石和輝石，這些碎屑完全與沉積圍巖性質(zhì)不同，并且存在隕石特征的球粒結(jié)構(gòu)。

根據(jù)天門山地區(qū)震旦系/寒武系界面處的銥、鋨、碳同位異常及其能與華南廣大區(qū)域內(nèi)的界面特征進(jìn)行對比，特別是研究得比較詳細(xì)的沖擊礫裂、沖擊角礫、沖擊巖脈，微球粒撞擊玻粒、微球粒玻璃隕石，以及隕石碎屑?xì)堐E現(xiàn)象這些直接證據(jù)，表明在震旦系/寒武系界面上曾經(jīng)發(fā)生過地外撞擊事件。

3 天體撞擊事件對生物演化的意義

1859年達(dá)爾文以其多年研究成果《物種起源》的出版為標(biāo)志創(chuàng)立了地球生物化論，其基本點是“進(jìn)化是一個穩(wěn)定、漸變和連續(xù)的過程”、“一切動物和植物都是從某一種原始類型傳下來的”?？墒蔷鸵呀?jīng)被當(dāng)時的科學(xué)界所認(rèn)知寒武紀(jì)生物驟增，不僅是生物由上帝所創(chuàng)造的“神創(chuàng)論”要扼殺“進(jìn)化論”的有力依據(jù)，也使一些非神創(chuàng)造論的學(xué)者提出懷疑，就是達(dá)爾文本人也感到困惑。他在《物種起源》最后一版中寫道：“為什么整群的近似物種好像是突然出現(xiàn)于寒武紀(jì)？雖然寒武紀(jì)之前生物就出現(xiàn)在這個地球上，但為什么寒武紀(jì)之前的巨大地層系統(tǒng)中沒有寒武紀(jì)生物祖先的遺骸呢”？為此達(dá)爾文預(yù)言“今后如果有人對我的理論提出挑戰(zhàn)，這種可能首先來自對寒武紀(jì)動物突然大量出現(xiàn)的理論解釋”。

達(dá)爾文以后的100多年里，被恩格斯稱為六大基礎(chǔ)科學(xué)的地質(zhì)科學(xué)得到了迅速的發(fā)展。特別是20世紀(jì)以來，古生物化石有許多重大發(fā)現(xiàn)：1909年在加拿大發(fā)現(xiàn)距今5.15億年的布爾吉布斯動物群，1947年在澳大利亞發(fā)現(xiàn)了距今5.9億年的埃迪卡拉動物群，1973年在我國云南晉寧發(fā)現(xiàn)距今5.4億年的梅樹村小殼動物群，1983年在我國云南發(fā)現(xiàn)距今5.3億年的澄江動物群，1995年在非洲納米比亞沙漠發(fā)現(xiàn)了距今5.5億年的納米比亞動物群。其中除埃迪卡拉動物群是前寒武紀(jì)末外，其余都是寒武紀(jì)早期。以這些動物群的出現(xiàn)為標(biāo)志被稱之為“寒武紀(jì)生物大爆發(fā)”。其中我國古生物學(xué)者發(fā)現(xiàn)和研究的 “澄江動物群” 被全世界古生物工作者所認(rèn)同和充分肯定，最終定音“寒武紀(jì)生物大爆炸”。果不其然如達(dá)爾文所預(yù)料，時至今日，“寒武紀(jì)生物大爆炸”仍是神創(chuàng)論者反對進(jìn)化論的理由。還有不少的非神創(chuàng)論的學(xué)者也對進(jìn)化論提出了懷疑，但更多的學(xué)者在研究通過什么途徑解釋“寒武紀(jì)生物大爆發(fā)”以完善進(jìn)化論。

試圖解釋“寒武紀(jì)生物大爆發(fā)”的原因，以完善生物進(jìn)化理論的論述層出不窮。如達(dá)爾文寄希望在未知的前寒武紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)其祖先遺骸、“大不整合面”、軟體動物難成化石、“間斷平衡”、現(xiàn)代分子生物學(xué)的初步解釋、生物收割假說、生物進(jìn)化的兩種程式、“雪球”地球冰期后的升溫，等等。這些論述以“現(xiàn)代分子生物學(xué)的初步解釋”的基因突變理論符合現(xiàn)代科學(xué)理念，認(rèn)為生物體內(nèi)有一種熱休克蛋白90（HSP90），它具有累積很多核糖核酸（DNA）突變的功能。DNA是染色體的主要化學(xué)成份，也是組成基因的材料，故又稱為“遺傳微?！?。它能在繁殖過程中，父代把它們自己的DNA部分復(fù)制傳遞到子代中，從而完成性狀的傳播。熱休克蛋白90使一個生物種群能積累很多DNA突變，在一般情況下不會使生物的外觀改變，但在環(huán)境條件發(fā)生重大改變，即受極端的環(huán)境條件下的誘發(fā)，一下子釋放所累積的DNA突變，就使各種不同形態(tài)的生物體幾乎同時形成?！昂浼o(jì)生物大爆炸”就是在極端環(huán)境條件下，誘使熱休克蛋白90一下子釋放DNA突變的結(jié)果?，F(xiàn)有的科學(xué)研究認(rèn)為震旦紀(jì)與寒武紀(jì)之間的天體撞擊造成了寒武紀(jì)的極端環(huán)境條件，是釋放DNA突變的誘因，是它造成了“寒武紀(jì)生物大爆炸”，從此開始地球生物才能進(jìn)化到人類。

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