古新世(Paleocene Epoch),是新生代古近紀的的第一個世(第二世為始新世,第三世為漸新世),延續時間6700±300~6000±200萬年。國際地質年代表中將古新統(世)劃分為三個階段:塔內特階(Thanetian)、塞蘭特階(Selandian)以及丹麥階(Danian),已建立三枚“金釘子”,底界劃分來自于同位素測年為66.0Ma的古新統底界——丹麥階“金釘子”,頂界劃分來自于同位素測年為56.0Ma的始新統底界——伊普里斯階“金釘子”。
古新世到始新世之間,南方各大陸的分裂、漂移活動在新生代繼續進行,不僅南大西洋與印度洋繼續擴張,而且非洲與印度、澳大利亞與南極洲之間也開始分裂并不斷漂離。在此期間,澳大利亞以北的印度洋-太平洋經由中美洲水道和大西洋太平洋間的聯系暢通無阻,大洋的擴大繼續限制了太平洋的范圍。古新世也是東亞邊緣海盆地開始形成時期,特別是靠近大陸一側開始逐漸下陷并且產生沉積。在世界各地,古新統發現不多,海相沉積很少,以陸相沉積為主。在中國以陸相沉積為主,如在南雄市盆地,湖南茶永盆地、安徽潛山、宣城市以及江西省、內蒙古自治區、陜西省、新疆等地的紅層,均發現古新統。古新統與上白堊統多為逐漸過渡關系,是聚煤、儲存石油和膏鹽的重要時期。古近紀是新生代中比較溫暖的時期,從古新世開始,溫度逐步升高,哺乳動物代之興起。許多常見的哺乳動物,如肉食類、靈長目、齒類和有蹄動物的祖先類型,都是在古新世前后,從原始的食蟲類中分化出來的。在古新世發生的大事件有古新世-始新世極熱事件、大洋酸化、底棲有孔蟲滅絕等。
命名
古新世(Paleocene)之名來自希臘文的παλαι??(古,演化為palaios)與拉丁文的καιν??(新,演化為kainos),由法國古植物學家威廉·菲利普·辛珀(Wilhelm Philippe Schimper)于1874年命名。
時期劃分
國際地質年代表
1989年,在華盛頓第28屆國際地質大會上,國際古近紀地層分委員會確定了現行的將古近系劃分為三統九階的方案,即古新統、始新統和漸新統。其中古新統被分為的丹麥階(Danian)、塞蘭特階(Selandian)和塔內特階(Thanetian)。
2022年,國際地質科學聯合會在第三十六屆國際地質大會上公布的國際底層表中,延續了以往的劃分,將古新統(世)劃分為三個階段。
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,該地層表將古新統(世)分為倆階。
地史特征
全球構造
南方各大陸的分裂、漂移活動在新生代繼續進行,不僅南大西洋與印度洋繼續擴張,而且非洲與印度、澳大利亞與南極洲之間也開始分裂并不斷漂離,分離的時間大致均為古新世至始新世期間。古新世時期北美洲與歐洲分裂,當時在格陵蘭與挪威之間發生了海底分裂;與此同時格陵蘭與北美洲之間也產生分裂,這樣,北美洲與歐洲之間通過格陵蘭而存在的聯結最終被割斷。北大西洋此后穩步擴張,美洲大陸向西漂移,歐亞大陸向東漂移,它們都與太平洋板塊發生碰撞,結果導致環太平洋新生代褶皺山系的形成以及太平洋的不斷縮小。上述這種趨勢至今仍在繼續進行。太平洋邊緣一帶的頻繁地震和火山活動以及豐富的地質、地球物理學資料證實了這一點。
古新世也是東亞邊緣海盆地開始形成時期,特別是靠近大陸一側的盆地,開始下陷接受沉積。古新統主要分布于靠近大陸一側的一些盆地或凹陷的底部,分布范圍小且分散,多數為河流相、內陸湖相、洪積相,僅堪察加半島東側和東海陸架南部、臺西北、臺西南盆地為海相。一些坳陷底部見火山石沉積,如渤海灣盆地昌灘坳陷和遼河斷陷等地區與孔三段至孔二段下部相當的地層為大套火山巖地層,其同位素年齡為65Ma~56.4Ma。在鄂霍次克海的東北部(堪察加半島的西側)的一些坳陷底部也為火山碎屑沉積。
古新世到始新世之間,澳大利亞以北的印度洋太平洋經由中美洲水道和大西洋太平洋間的聯系暢通無阻,使得洋際間的重要通道在赤道和低緯度地區繼續存在。印度洋和大西洋之間存在的中緯度洋間環流位于非洲之南和流經特提斯海的北半球內,此時的特提斯水道已變得大受限制。并且古新世的塔內特階(59.2Ma~56.0Ma)時期發生了高緯度海退,接著便是帶有海神石(Cyprina)生物群的北方海水的擴展,海神石是北歐晚古新世的產物。
大西洋和印度洋的擴大繼續限制了太平洋的范圍。在晚白堊世,由于北美向亞洲轉動,從而關閉了北冰洋和太平洋之間的聯系。這杜絕了以前來自北太平洋高緯度地區底層水的任何來源,而來自南方的深水變得越來越重要。北大西洋與北冰洋的通道仍關閉著。如現代大洋一樣,大洋之間底層水的局部分隔,形成了地球化學差異,并導致大洋的地球化學分異,結果產生了碳酸鹽補償深度(碳酸根 compensation depth,CCD)發育歷史方面的差異;整個古新世和始新世太平洋碳酸鹽補償深度繼續變淺,而同一時期大西洋和印度的碳酸鹽補償深度卻在變深。在古新世大部分時期和始新世保持著相對溫暖和穩定的氣候,然而這段時期內的大部分時間溫度是下降的,并導致了較大的緯度氣候差異,進而加強了大洋環流并提高了低、中緯度的生物生產率,形成了廣泛的生物硅質沉積物。
在古新世,盡管南極大陸沒有明顯的冰川作用,但它的確處在極南的位置,澳大利亞和南極洲是聯結在一起的。海水表層溫度比較高(亞南極區約為18°C)。因為毗鄰南極的表層水溫度比較高,所以深水也是溫暖的(約1000米水深處,溫度為16°C左右)。盡管熱帶特提斯海流經過狹窄的北部水道和印度以西的三角形海區續向西流動,由于印度接近亞洲大陸,此時印度洋北部的環流變得受限制了。北大西洋與北冰洋較小規模的表層水交換可能已經開始,溫較暖的水經過拉布拉多水道進入北冰洋盆地。
地層及地理特征
古新世沉積的地層稱為古新統。歐洲法國巴黎盆地、英國倫敦盆地和比利時盆地的海相古新統研究較早,分層較細。有些地區把古新統包括在始新統內,沒有劃分出來,有的缺失古新統。在世界各地,古新統發現不多,海相沉積很少,以陸相沉積為主。在中國以陸相沉積為主,如在南雄市盆地,湖南茶永盆地、安徽潛山、宣城市以及江西省、內蒙古自治區、陜西省、新疆等地的紅層,均發現古新統。古新統與上白堊統多為逐漸過渡關系。
礦產
古新世是海侵時期,海水泛濫于西歐和南歐大部。歐洲特提斯海不斷擴展,向東延伸到南亞,沉積了有名的貨幣蟲灰巖。主要礦產以煤、石油、油母頁巖及各種鹽類為主,有重要經濟價值。
古新世是重要的聚煤時期之一。在中國,古新世聚煤區主要分布在東北地區、魯東一帶,可以遼寧撫順群下部為代表。
古新世是中國重要的含油巖系,無論海相、陸相或過渡相地層中都已發現有工業價值的石油資源。晚古新世到早始新世,主要見于江漢、蘇北和三水盆地。
古新世干旱氣候帶廣布,膏鹽產地較普遍。西起喀什海灣,南達滇西蘭坪思茅地區和廣東三水盆地,東至江漢、衡陽市等盆地都有膏鹽礦床。山東大汶口附近還發現有鉀鹽存在。
氣候環境
古近紀是新生代中比較溫暖的時期,但古新世的古氣候環境并不穩定。海洋微體化石的古生物地理變化和陸生植物變化指出了這一時期的許多冷暖間隔。在中古新世一個重要變冷事件之后,晚古新世變暖趨勢結束于早始新世至中始新世(53~49Ma)期間內一個最暖和的時期,也可能是整個新生代最暖和的時期。
古新世-始新世極熱事件
在古新世-始新世之交(56Ma),有過一次短暫而強烈的升溫過程,之后又快速恢復到正常狀態。這一過程被稱為“古新世-始新世極熱事件”(Paleocene EoceneThermal Maximum,PETM)。這次極熱事件持續大約20萬年,溫度升高5-8℃,赤道年平均溫度超過40℃,不適宜陸生植物生長;北極地區冬天的溫度接近0℃,夏季平均氣溫高于20℃,降水較多。化石證據表明,北極的陸地上以混合闊葉林為特征,鼉屬魚、龜類以及包括靈長目在內的各種哺乳動物繁盛北極海洋中發現豐富的“紅萍”,表明北極地區溫度至少達到亞熱帶水平。
大洋酸化
通過大洋鉆探研究發現5500萬年前古新世-始新世極熱事件時期,在不到1萬年的時間里,有≥2萬億噸的碳溶入大洋,海洋碳酸鹽補償深度(Carbonate compensation depth,CCD)上升2000米,δ13C值降低3‰PDB,造成底棲生物的大改組,同時表層海水溫度升高約5℃。
生命發展
哺乳綱在新生代的輻射、演化,使之在陸地生態系統中占據了主導地位。其化石在非海相地層的劃分對比和時代確定方面發揮著重要的作用。哺乳動物在古近紀經歷了3個主要演化階段:古新世古老類群的繁盛、始新世現代類群的出現與發展,以及漸新世動物群的重組。古新統在古近系中沉積時間不長,但卻記錄了地球歷史上生物進化的一個重要轉折時期。其間稱霸地球的恐龍已絕滅,代之而起的哺乳動物真獸下綱開始快速繁行和進化,包括各種古老類群,如全齒類、節類、南方有蹄類的大量發展和迅速分化,占有并填補了中生代未期爬行綱衰退后的生態環境。與此同時,古鳥類在空中開始有了較快的發展,與恐龍共同生活過的一些中類如有袋類、多瘤齒獸目、食蟲類得以延續。無脊椎動物中,在中生代海洋繁盛的菊石亞綱和箭石均已絕滅,大型有孔蟲和浮游有孔蟲物種開始增多并廣泛分布,軟體動物門瓣鰓綱、腹足類動物越來越繁盛,陸上的腹足類、介形亞綱及昆蟲等動物得到進一步發展。植物界中,白堊紀古老種類開始大量衰退,蕨類植物門、裸子植物數量和物種已不及從前繁盛,被子植物門的現生屬種開始有了較多的出現,但總體面貌仍與白堊紀時相似。世界上發現的古新世哺乳動物化石地點不多,在中國廣東、湖南省、新疆、安徽、內蒙古自治區等省、自治區發現不少古新世哺乳動物化石,如雙錐中獸、階齒獸、古柱獸和楔齒獸等。介形類在中國有以土菱介、小花形介為代表的海相組合。有以土星介、美星介、金星介、玻璃介、女星介為主的陸相組合。輪藻方面,有以古匈牙利有蓋輪藻(Tectochara Palaeo-hungarica)為代表的輪藻組合。
在古新世-始新世高溫事件(PETM)時期,從海洋來看,高溫導致的海水酸化對珊瑚影響較大,35%~50%的底棲有孔蟲滅絕;同時,浮游有孔蟲鈣化減弱,并發生了多樣性大爆發;升溫對顆石影響較小,鈣藻在這一時期開始繁盛,溝鞭藻在亞熱帶繁盛;一些熱帶或是亞熱帶魚類在這一時期也較為繁盛。
參考資料 >
國際年代地層表(2022年10月版).國際地層學委員會.2023-01-11
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上湖階.中國大百科全書.2024-05-14
古新統.中國大百科全書.2024-04-29