古生代（Paleozoic Era），顯生宙的第一個(gè)代，上一個(gè)代是元古宙的新元古代，下一個(gè)代是中生代，占顯生宙時(shí)期的2/3，包括6個(gè)紀(jì)，分別為寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、志留紀(jì)、泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)，其時(shí)間劃分為538.8±0.2~251.902±0.024Ma，歷時(shí)約3.40億年，共設(shè)立六系二十三統(tǒng)四十七階，已建立38枚“金釘子”，底界劃分來自于同位素測(cè)年為538.8±0.2Ma的紐芬蘭與拉布拉多省統(tǒng)底界——幸運(yùn)階“金釘子”；頂界劃分來自于同位素測(cè)年為251.902±0.024Ma的樂平統(tǒng)底界——長(zhǎng)興階“金釘子”。
古生代是一個(gè)大陸聚合的時(shí)期，早古生代的地殼運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了古北美、古歐洲、古亞洲及岡瓦納古陸的形成和演變，同時(shí)也形成了如古太平洋和特提斯海等古老的海洋。晚古生代的地殼運(yùn)動(dòng)推動(dòng)了南方的岡瓦納古陸與北方的勞亞大陸的合并，最終形成了泛古陸。古生代的氣候起初溫和，但隨著岡瓦納大陸向南移動(dòng)至南極，氣候出現(xiàn)明顯的地帶性分化，使得大部分海洋環(huán)境變冷，經(jīng)歷了數(shù)次冰川時(shí)期。古生代是生物群快速發(fā)展和多樣化的時(shí)期，早古生代以海生無(wú)脊椎動(dòng)物如三葉蟲、軟體動(dòng)物、筆石、珊瑚、腕足類和棘皮動(dòng)物最繁盛為特征，植物主要由水生藻類主導(dǎo)。晚古生代陸地逐漸擴(kuò)展，陸生生物開始繁盛，魚類在泥盆紀(jì)達(dá)到全盛，泥盆紀(jì)后期至二疊紀(jì)中期孢子植物繁盛，二疊紀(jì)晚期則見證了大量裸子植物的出現(xiàn)。古生代后期，爬行綱和類似哺乳動(dòng)物的動(dòng)物出現(xiàn)。
在地球的古生物史中，五次物種大滅絕事件中有三次發(fā)生在古生代，分別是奧陶紀(jì)志留紀(jì)之交的生物大滅絕、晚泥盆紀(jì)弗拉斯期-法門期之交的生物大滅絕以及二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交的生物大滅絕，其中二疊紀(jì)大滅絕事件是地球歷史上最嚴(yán)重的一次滅絕事件，這次滅絕一方面使生物界受到一次嚴(yán)峻考驗(yàn)，另一方面也促進(jìn)了生物的演化，徹底改變了地球的生態(tài)系統(tǒng)，并為中生代生物大飛躍及恐龍等爬行類動(dòng)物的進(jìn)化和興起提供了條件。
定名
“古生代”這一名稱源自希臘語(yǔ)中的“palaiós”（παλαι??，意為“老的”）和“zō?”（ζω?，意為“生命”），意指“古老的生命”，由亞當(dāng)·塞奇威克（Adam Sedgwick）在1838年創(chuàng)造。
時(shí)期劃分
古生代包括6個(gè)紀(jì)，一般分為早古生代和晚古生代，早古生代包括寒武紀(jì)（538.8±0.2~485.4±1.9Ma）、奧陶紀(jì)（485.4±1.9Ma~443.8±1.5Ma）、志留紀(jì)（443.8±1.5~419.2±3.2Ma）；晚古生代則包括泥盆紀(jì)（419.2±3.2Ma~358.9±0.4Ma）、石炭紀(jì)（358.9±0.4Ma~298.9±0.15Ma）和二疊紀(jì)（298.9±0.15Ma~251.902±0.024Ma）。
國(guó)際地層年代表
《國(guó)際地層年代表》是一個(gè)描述地球歷史地質(zhì)時(shí)代的圖表，該表按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的地層單位體系建立，其中所有全球年代地層單位都是根據(jù)其底界的全球界線層型剖面和點(diǎn)位（GSSP，又稱“金釘子”）來界定的。自1977年以來，該表一直由國(guó)際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)國(guó)際地層委員會(huì)（ICS）負(fù)責(zé)維護(hù)。古生界（代）在該表中被劃分為六系二十三統(tǒng)四十七階，目前已建立38枚“金釘子”，其中二疊紀(jì)7枚、石炭紀(jì)3枚、泥盆紀(jì)7枚、志留紀(jì)8枚、奧陶紀(jì)7枚、寒武紀(jì)6枚。
中國(guó)地層表
《中國(guó)地層表》是地質(zhì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范重要內(nèi)容之一，由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院的各研究所、中國(guó)科學(xué)院的相關(guān)研究所、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)及其他單位共同合作完成，為地質(zhì)學(xué)家提供了研究地球歷史的時(shí)間標(biāo)尺，也是地質(zhì)填圖和地質(zhì)調(diào)查評(píng)估的基本工具，該表將古生界（代）劃分為六系十九統(tǒng)。
地史特征
全球構(gòu)造
早古生代
在全球范圍內(nèi)，古生代標(biāo)志著大陸聚合的時(shí)期。早古生代的地球主要被廣闊的海洋覆蓋，陸地碎片化且被地槽海分隔。在這個(gè)時(shí)期，地球發(fā)生過強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，統(tǒng)稱“加里東運(yùn)動(dòng)”（即加里東構(gòu)造旋回）。早古生代的地殼運(yùn)動(dòng)在歐洲稱加里東運(yùn)動(dòng)，在美洲稱太康運(yùn)動(dòng)，在中國(guó)又稱廣西運(yùn)動(dòng)。在寒武紀(jì)，大部分陸地聚集形成了岡瓦納古陸，該古陸包括了今天的非洲、南美洲、澳大利亞、南極洲以及印度次大陸，從北回歸線延伸至南極區(qū)域。除了三個(gè)主要的克拉通（構(gòu)成大陸穩(wěn)定內(nèi)部的陸地）未被納入岡瓦納的初始構(gòu)造中外，地球的其余部分則被環(huán)太平洋大洋覆蓋。
在志留紀(jì)期間，波羅的海與勞倫大陸合并，其位置從寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)時(shí)的南半球漂移到志留紀(jì)-泥盆紀(jì)時(shí)的赤道附近。同時(shí)，西伯利亞地區(qū)連同哈薩克斯坦地塊，向東北方向穿過赤道漂移，形成了勞亞大陸。所有東亞和東南亞的地塊，以及后來形成墨西哥、北美東海岸和南歐的微陸塊，在早古生代時(shí)仍是岡瓦納的北海岸（印度-澳大利亞邊緣）的一部分。志留紀(jì)末期的加里東運(yùn)動(dòng)后，地槽的回返褶皺轉(zhuǎn)變?yōu)榈嘏_(tái)，陸地面積開始顯著擴(kuò)大，從而逐漸減少了海洋的主導(dǎo)地位。
晚古生代
在晚古生代，北方陸地面積進(jìn)一步擴(kuò)大，而南方則呈現(xiàn)陸地下沉與海水侵入的趨勢(shì)。大約三分之一的岡瓦納陸地被撕裂成小塊，并迅速向赤道地區(qū)移動(dòng)，這些塊體通過一系列板塊碰撞，在泥盆紀(jì)形成了歐美大陸（也稱為勞俄大陸）。“海西運(yùn)動(dòng)”進(jìn)一步推動(dòng)了世界絕大多數(shù)地槽的回返上升，如西歐地槽、烏拉爾地槽、阿巴拉契亞地槽、塔斯馬尼亞地槽等均轉(zhuǎn)化為地臺(tái)，大部分西岡瓦納（包括南美和非洲）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)并向北移動(dòng)，與勞亞大陸碰撞。到了二疊紀(jì)，西伯利亞和哈薩克斯坦地塊與歐美大陸合并，南方的岡瓦納古陸和北方的勞亞大陸聯(lián)合在一起，最終形成了形成泛古陸（聯(lián)合古陸）。
地層及地理特征
古生代的巖石在全球大陸上廣泛分布，其中大多數(shù)是沉積巖，這些巖石常常顯示出在淺海或其附近沉積的跡象。生物地層方面，古生代化石資源豐富，寒武紀(jì)至奧陶紀(jì)地層中的三葉蟲、奧陶紀(jì)至志留紀(jì)巖石中的棒形孔筆石、奧陶紀(jì)至二疊紀(jì)巖石中的牙形石、泥盆紀(jì)至白堊紀(jì)地層中的桿菊石、石炭紀(jì)至二疊紀(jì)巖石中的孢子蟲等化石都具有重要的地質(zhì)學(xué)意義。
礦產(chǎn)資源
古生代是地質(zhì)歷史上的一個(gè)重要成礦時(shí)期，尤其是晚古生代，這一時(shí)期不僅見證了大規(guī)模的內(nèi)生金屬礦產(chǎn)的形成，特別是由于巖漿活動(dòng)引發(fā)的金屬礦產(chǎn)，還有廣泛的沉積礦產(chǎn)的形成，如煤、鐵、錳、磷及石油等。
煤礦
石炭紀(jì)和二疊紀(jì)因有蕨類森林而成為地質(zhì)歷史上的重要成煤期，這兩個(gè)時(shí)期的煤儲(chǔ)量占世界煤總儲(chǔ)量的一半以上。石炭紀(jì)由于廣泛的森林生態(tài)系統(tǒng)和沉積環(huán)境的穩(wěn)定，為大規(guī)模煤層的形成提供了理想條件。盡管二疊紀(jì)的氣候較為干燥，但在某些地區(qū)仍形成了重要的含煤層位。全球主要的煤田，如歐洲的魯爾薩爾煤田、頓巴斯煤田，北美的近海煤田，澳大利亞東部的煤田，以及中國(guó)的山西省、平頂山市、河北開灤[luán]和淮南市煤田，大多發(fā)育于這兩個(gè)地質(zhì)時(shí)期。
鐵礦
在英國(guó)、德國(guó)、挪威北部、西伯利亞地區(qū)北部、西班牙和美國(guó)東部，奧陶系和志留系中廣泛發(fā)現(xiàn)沉積鐵礦。這些礦床主要形成于海洋環(huán)境中，沉積條件有利于鐵質(zhì)的聚集和礦化。在奧陶統(tǒng)底部的川滇地區(qū)，形成了鮞狀赤鐵礦，而川北龍門山地區(qū)的志留系變質(zhì)巖中也含有鐵礦。晚古生代后期和初期，很多地區(qū)的地殼上升并遭受了長(zhǎng)期風(fēng)化和剝蝕，為鐵礦的分離和再富集創(chuàng)造了條件。例如中國(guó)華南的晚泥盆世“茶陵式鐵礦”“寧鄉(xiāng)式鐵礦”和烏拉爾中段泥盆紀(jì)的鐵礦。
磷礦和錳礦
寒武紀(jì)是磷礦形成的重要時(shí)期之一，特別是在寒武系的最底部、下寒武統(tǒng)中部以及中寒武統(tǒng)下部，這些地層中含有三個(gè)主要的含磷層位。西伯利亞地區(qū)的沉積磷礦體現(xiàn)了這一時(shí)期沉積作用的廣泛性，而在中國(guó)云南地區(qū)的昆陽(yáng)磷礦是該時(shí)期重要的磷礦之一。在奧陶紀(jì)，川西、湘中、浙江省等地的奧陶系沉積了錳礦，如廣西壯族自治區(qū)的“桂平式”礦體屬于上泥盆紀(jì)地層中，這些地區(qū)的錳礦是由古代海洋沉積作用形成的。
石膏鹽類
在代表干旱氣候的地層中，如泥盆系和上二疊系，常見石膏鹽類礦床。晚古生代后期，隨著一些海西褶皺山系的形成，陸地面積擴(kuò)人，氣候也逐漸轉(zhuǎn)為干燥，因而在二疊紀(jì)中后期出現(xiàn)了一系列紅色磨拉石建造和潟湖含鹽建造，構(gòu)成重要的含獎(jiǎng)礦床層位。
石油和天然氣
油氣儲(chǔ)層在蘇聯(lián)的波羅的盆地、美國(guó)中部北美大平原以及北非如阿爾及利亞的哈西梅薩烏德油田和利比亞的一些油田中都有發(fā)現(xiàn)。這些油田大多與早古生代的沉積環(huán)境有關(guān)，在中國(guó)華北地區(qū)的奧陶系中也發(fā)現(xiàn)了多處油氣顯示。
氣候環(huán)境
寒武紀(jì)的氣候最初較溫和，但隨著顯生宙第二大持續(xù)性海平面上升的發(fā)展，氣候逐漸變暖。然而，隨著岡瓦納大陸迅速向南移動(dòng)，到了奧陶紀(jì)時(shí)期，西岡瓦納（包括非洲和南美洲）的大部分區(qū)域已直接位于南極上方。早古生代的氣候表現(xiàn)出強(qiáng)烈的地帶性，導(dǎo)致雖然從抽象意義上看氣候變得更溫暖，但大多數(shù)生物的生活環(huán)境——大陸架海洋卻逐漸變冷。盡管如此，波羅的海（包括北歐和俄羅斯）和勞亞大陸（東北美洲和格陵蘭）依然位于熱帶區(qū)域，而中國(guó)和澳大利亞則位于至少是溫帶的水域。晚奧陶紀(jì)冰川時(shí)期導(dǎo)致了顯生宙第二大的物種大滅絕。
在志留紀(jì)和泥盆紀(jì)期間，隨著冰河時(shí)代的結(jié)束，地平線逐漸恢復(fù)。波羅的海和勞亞大陸的逐漸合并，以及岡瓦納的北移，創(chuàng)造了許多相對(duì)溫暖、淺海的新區(qū)域。隨著植物在大陸邊緣扎根，氧氣水平上升，二氧化碳濃度略有下降，南北溫度梯度有所緩和，動(dòng)物界變得更為強(qiáng)韌。南極和西岡瓦納的遙遠(yuǎn)南部大陸邊緣變得逐漸繁榮。泥盆紀(jì)以一系列生物更替脈沖結(jié)束，雖然導(dǎo)致了大量脊椎動(dòng)物的滅絕，但物種多樣性總體并未明顯減少。
石炭紀(jì)的密西西比紀(jì)伊始，大氣中的氧氣激增，而二氧化碳降至前所未有的低水平，導(dǎo)致氣候不穩(wěn)定并引發(fā)了一至兩次的石炭紀(jì)冰河時(shí)期。石炭紀(jì)到二疊紀(jì)時(shí)期，晚古生代的岡瓦納古陸雖然在印非之間下沉、海水內(nèi)侵，卻仍高高隆起，經(jīng)歷了自震旦冰期以來的又一次大規(guī)模冰川作用，這個(gè)時(shí)期也被稱為地質(zhì)歷史上的石炭-二疊紀(jì)大冰期，大冰蓋覆蓋了位于古南緯60°以內(nèi)的地區(qū)，包括今天的南非、阿根廷等地。這些冰河時(shí)期雖然比晚奧陶紀(jì)的冰河時(shí)期嚴(yán)重得多，但對(duì)全球生物的影響卻微乎其微。到了二疊紀(jì)西烏拉爾期，氧氣和二氧化碳濃度恢復(fù)至更正常水平。同時(shí)，泛大陸的形成導(dǎo)致了巨大的干旱內(nèi)陸地區(qū)出現(xiàn)，受到極端溫度的影響。二疊紀(jì)晚期，隨著海平面下降、二氧化碳濃度上升及氣候惡化，最終導(dǎo)致了災(zāi)難性的二疊紀(jì)末大滅絕。
生命發(fā)展
古生代是主要生物群的快速發(fā)展和多樣化的時(shí)期，包括無(wú)脊椎動(dòng)物、魚類和陸生植物的大規(guī)模出現(xiàn)。早古生代的海洋生物繁盛，而晚古生代則見證了陸生生物的逐漸主導(dǎo)。陸地植被從原始藻類向裸蕨類發(fā)展，為后續(xù)生物從水生到陸生的演化創(chuàng)造了條件。
無(wú)脊椎動(dòng)物
早古生代以海生無(wú)脊椎動(dòng)物為主，尤其是在寒武紀(jì)的“寒武紀(jì)大爆發(fā)”期間，無(wú)脊椎動(dòng)物種類迅速增多，形態(tài)多樣化，寒武紀(jì)因此被稱為“三葉蟲時(shí)代”。奧陶紀(jì)和志留紀(jì)見證了包括筆石、珊瑚、腕足動(dòng)物門等多種生物的繁盛，這些動(dòng)物構(gòu)成了當(dāng)時(shí)海洋生態(tài)系統(tǒng)的主體。隨著時(shí)代的推進(jìn)，一些新的無(wú)脊椎動(dòng)物類群如菊石開始在晚古生代出現(xiàn)。
脊椎動(dòng)物
古生代見證了脊椎動(dòng)物從簡(jiǎn)單的形態(tài)到更復(fù)雜生物的演化過程。在奧陶紀(jì)，出現(xiàn)了最早的脊椎動(dòng)物——無(wú)顎魚。到了泥盆紀(jì)，脊椎動(dòng)物開始多樣化，主要表現(xiàn)為魚類的繁盛，被稱為“魚類時(shí)代”。石炭紀(jì)和二疊紀(jì)期間，陸地上出現(xiàn)了首批兩棲類動(dòng)物，這標(biāo)志著脊椎動(dòng)物從水生向陸生的重要轉(zhuǎn)變。到了二疊紀(jì)，更高級(jí)的羊膜動(dòng)物（最早的爬行綱）開始出現(xiàn)。
植物類
古生代的植物演化是從水生到陸生的關(guān)鍵過渡。早古生代的植物生活在水中，主要是各類藻類。到了志留紀(jì)末期，首批有根狀莖的血管植物出現(xiàn)。泥盆紀(jì)和石炭紀(jì)是孢子植物（如蕨類和青苔）的繁盛時(shí)期。石炭紀(jì)特別以其大型森林而著名，這些森林由蕨類植物和早期裸子植物（如杉木王）組成，它們的積累形成了大量煤炭資源。到了二疊紀(jì)，裸子植物成為主導(dǎo)。
古生代物種大滅絕
在地球的古生物史中，五次物種大滅絕事件中有三次發(fā)生在古生代，分別是奧陶紀(jì)志留紀(jì)之交的生物大滅絕、晚泥盆紀(jì)弗拉斯期-法門期之交的生物大滅絕以及二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交的生物大滅絕。
奧陶紀(jì)末生物大滅絕
奧陶紀(jì)-志留紀(jì)之交的生物大滅絕發(fā)生在大約4.4億年前的奧陶紀(jì)末期，這場(chǎng)滅絕事件造成了約85%的物種滅絕，主要由全球性的氣候變冷引起，其滅絕的規(guī)模在歷史上的五大滅絕事件中位列第二。近年來對(duì)奧陶紀(jì)末生物大滅絕的研究表明，這一事件可以分為兩個(gè)階段，并且每個(gè)階段都由不同的滅絕機(jī)制控制。
第一幕滅絕發(fā)生在凱迪期與赫南特期之交。此時(shí)，氣候迅速變冷，岡瓦納大陸冰蓋迅速擴(kuò)張至低緯度地區(qū)。這種氣候變化導(dǎo)致地平線快速下降，造成大規(guī)模的棲息地喪失。由于海洋水體容量的減少和棲息地的縮小，許多海洋生物面臨了嚴(yán)重的生存挑戰(zhàn)，最終導(dǎo)致大規(guī)模的生物絕滅。第二幕滅絕發(fā)生在赫南特期的中晚期。隨著氣候的快速回暖，大陸冰蓋迅速消融。冰川融水?dāng)y帶了大量的大陸風(fēng)化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入海洋，促使初級(jí)生產(chǎn)力飆升。然而，這種初級(jí)生產(chǎn)力的增加導(dǎo)致了淺海區(qū)耗氧量的增加和缺氧程度的加劇。這種環(huán)境變化對(duì)那些剛剛適應(yīng)冷水環(huán)境的海洋“機(jī)會(huì)主義者”動(dòng)物群（主要以赫南特動(dòng)物群為代表）造成了二次重創(chuàng)。
泥盆紀(jì)末生物大滅絕
晚泥盆紀(jì)弗拉斯期-法門期之交的生物大滅絕發(fā)生在大約3.65億年前，此次滅絕事件導(dǎo)致了70%的物種消失，尤其是海洋中的物種受到嚴(yán)重影響，據(jù)估計(jì)，地球生命需要約200萬(wàn)年的時(shí)間從這場(chǎng)災(zāi)難中恢復(fù)。在這之后，微生物開始大量繁殖。
這次大滅絕的主要原因與極端的地質(zhì)活動(dòng)有關(guān)。地球內(nèi)部發(fā)生了巨大的地質(zhì)變動(dòng)，一種被稱為“超級(jí)地幔柱”的巖漿體脫離地核，引發(fā)了規(guī)模龐大的火山活動(dòng)。這些活動(dòng)釋放了大量的巖漿和高溫氣體到地表及海洋。由于大量高溫氣體的注入，部分海域的溫度升高到沸點(diǎn)，直接造成了大批海洋生物的死亡。同時(shí)，巖漿中釋放的酸性物質(zhì)導(dǎo)致了海水酸化，這對(duì)海洋中的鈣質(zhì)外殼生物等造成了災(zāi)難性影響。巖漿中釋放的有毒氣體不僅污染了大氣，還引發(fā)了酸雨，這對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重破壞，影響了植物和陸生動(dòng)物的生存。
二疊紀(jì)末生物大滅絕
二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交的生物大滅絕，發(fā)生在大約2.5億年前，是地球歷史上最嚴(yán)重的一次滅絕事件，導(dǎo)致了52%的生物科數(shù)和超過90%的物種滅絕，特別是海洋生物如三葉蟲遭受重創(chuàng)。這次滅絕徹底改變了地球的生態(tài)系統(tǒng)，并為恐龍等爬行綱的進(jìn)化和興起鋪平了道路。
二疊-三疊紀(jì)之交生物大滅絕事件整個(gè)滅絕過程持續(xù)不超過20萬(wàn)年，此次滅絕的主要原因是由于地下巖漿活動(dòng)造成的溫室氣體大規(guī)模快速釋放，以及火山噴發(fā)的共同作用，這些因素迅速加劇了溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球海陸生態(tài)系統(tǒng)在極短時(shí)間內(nèi)全面崩潰。通過對(duì)華南地區(qū)二疊紀(jì)末至中三疊世海相牙形石的氧同位素分析，中國(guó)科學(xué)家精確構(gòu)建了該時(shí)期赤道低緯度地區(qū)的古海水溫度變化曲線。他們的研究揭示了二疊-三疊紀(jì)之交發(fā)生的一次快速極熱事件，并證實(shí)這次極熱事件是導(dǎo)致生物大滅絕的直接原因。此外，研究還顯示，這種極端的高溫持續(xù)了近500萬(wàn)年，這種長(zhǎng)期的高溫環(huán)境抑制了赤道低緯度地區(qū)早三疊世生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)蘇。
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大冰期導(dǎo)致奧陶紀(jì)末生物大滅絕.科技日?qǐng)?bào).2024-05-07
劉牧等-EPSL:奧陶紀(jì)末海洋缺氧與生物大絕滅.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所.2024-05-07
地球上發(fā)生過五次大滅絕，都有哪五次?.府谷縣人民政府.2024-05-07
闡明二疊-三疊紀(jì)之交生物大滅絕模式及其原因.中國(guó)科學(xué)院.2024-05-07