什么是地壳？

地壳是地球固体球体的最外层，是岩石圈的重要组成部分。其底部边界是莫霍面-霍洛维克斯面(莫霍面)。整个地壳平均厚度约为17km，其中大陆地壳相对较厚，平均厚度为33km。高山高原地壳较厚，可达70km；平原和盆地的地壳相对较薄。海洋地壳比大陆地壳薄得多，厚度只有几公里。

地壳分为两层。上层的化学成分主要是氧、硅、铝，平均化学成分与花岗岩相似，称为花岗岩层，也有人称之为“硅铝层”。这一层在海洋底部特别是洋盆底部很薄，在太平洋中部甚至缺失，是一个不连续的层。下层富含硅和镁，平均化学成分与玄武岩相似，故称玄武岩层，也有人称之为“硅镁层”(换句话说，整个地壳是硅铝层，因为地壳下层的铝含量仍超过镁；而地幔上部镁含量极高，称为Si-Mg层。在大陆和海洋都有分布，是一个连续的圆圈。这两层被康拉德不连续面分开。

地壳演化简史

(1)太古代(约25×108年前)

太古宙是地质年代中最古老、最长的一代，即原始地壳、原始大气圈、水圈、沉积圈和生物发生发展的初始阶段。

太古宙地层由深变质片麻岩和共生片麻岩组成。已知最古老的年龄是40×108。据此，在此之前地球上出现过一个小的花岗岩地壳。从沉积岩中出现副片麻岩变质，说明当时有原始大气圈和水圈，有纯物理化学风化。这些结晶变质岩被一层轻度变质的绿岩带所覆盖，包括火山岩和沉积岩，它们形成于当时地面上的坳陷带，然后经过变质作用。其年龄范围为34×108 ~ 23×108。推测太古代早期地球表面有许多小的花岗岩陆块，其间有深浅不一的古海洋。后来，这些小块陆地在迁移过程中结合成一个大的大陆板块。这些最古老的陆块现在分散在各大洲，也就是稳定陆块的核心——克拉通或古地盾区。

太古宙地壳运动和岩浆活动既广泛又强烈；频繁的火山爆发导致了大气层和水圈的形成。原始海洋的面积可能比现在大，但平均水深要浅得多。目前世界各地富含海相层状矿床的变质铁锰矿床和岩浆活动形成的金矿床都是在这一时期形成的。当时的大气可能富含碳酸气体、水蒸气和火山尘埃，只有少量的氮气和非生物成因的氧气。海水也是酸性矿化水(后来逐渐中和)，土地灼热贫瘠。在一些适宜的浅海环境中，一些无机物通过化学进化转化为有机物(蛋白质和核酸)，进而发育成有生命的原核细胞，形成一些没有真正细胞核的简单细菌和蓝藻。这只出现在太古代晚期。

总的来说，太古代是原始地理圈的形成阶段，陆地是原始的沙漠景观，水是生命孕育和起源的地方。当时地壳与宇宙、地壳与地幔之间的物质和能量交换比后来任何时候都要强烈得多。

(2)元古代(25×108—6×108)。

元古代，陆壳逐渐由小变大，由薄变厚，火山活动相对减少，岩性由基性变为酸性。下元古界有巨大的碎屑堆积，有利于强烈的花岗岩化和大型侵入体的形成。由于大气中CO2浓度降低，水中Ca、Mg离子增多，开始出现化学沉积的碳酸盐岩。它将直接影响岩浆过程的演化，导致碱源岩的出现。随着大气中游离氧的增加，氧化环境开始出现。因此，后期产生了鲕状赤铁矿和硫酸盐矿物以及第一批红层。生物的出现对环境的影响很小，所以元古代没有大量的生化沉积。在元古代末期，还发现了冰碛，这是第一次全球冰期的产物。

此时，原核生物已经进化为真核生物，厌氧生物已经转化为好氧生物(这个转折点称为尤里点，发生在大气中的氧气含量增加到当前大气中氧气浓度的千分之一时)，物种数量也从少到多。这时，地球上的植物界第一次大发展，出现了大量原始的低等植物，如绿藻、轮藻、褐藻、红藻等。这些微体化石可用于地层划分和对比。在元古代晚期，也出现了原始动物。例如，澳大利亚的埃迪卡拉动物群包括水生无脊椎动物，如海绵、水母、节肢动物、扁虫和软珊瑚。在北美也发现了海绵骨针化石。

元古代有多次地壳运动，包括中国的五台运动、吕梁运动、澄江运动和蓟县运动。北美有诺尔运动、哈德逊运动、格伦维尔运动和贝尔特运动。历次造山运动形成的褶皱带，把原来的小地块逐渐拼凑成古地块，后来成为各大洲的古褶皱基底和核心。前寒武纪地台(或地台)现在只占陆地面积的1/5。根据古地磁研究，北美和非洲的古陆在元古代有过多次极移(E. lrving等人，1975；J. D. E. Piper，1976).

(3)古生代(距今6× 108-2.3× 108年)

古生代包括寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪。据研究，从6× 108年到7× 108年，大陆经历了多次分离和整合，在元古代末(晚前寒武纪)，各种分散的陆块曾联合形成泛大陆。寒武纪，泛大陆分裂，南部成为冈瓦纳大陆，北美、欧洲、亚洲分为三大洲，中间隔着前海西海、前加里东东海、前乌拉尔海、前特提斯海(前古地中海)。奥陶纪末开始加里东造山运动。到泥盆纪，前加里东地槽已经折叠成山，古代欧洲和北美合并成一个大陆。晚石炭世海西运动后，前海西地槽消失，将欧美与冈瓦纳合并。二叠纪晚期，以前的乌拉尔海也消失了，欧亚大陆形成了，世界变成了一个新的泛大陆。

根据王全等人(1979)的研究，中国北方的中朝古陆与南方的扬子古陆性质有很大不同，后者与南半球的冈瓦纳的许多情况非常相似。他们认为，扬子古陆在早古生代曾是冈瓦纳古陆的一部分，后来分裂向北漂移，直到晚古生代才与中朝古陆碰撞合并，其间的秦岭-淮扬山是一条地缝合线。蛇绿岩套(由蛇纹岩、橄榄岩、辉长岩和枕状基性火山岩等组成。从大洋地壳和地幔中喷出的，近年来在这里也有发现，是代表大陆缝合的指示岩)。中国的古地磁研究也认为，在晚元古代，扬子古陆位于印度洋北部，远离北方的中朝古陆。

各个地质时代的地壳运动和海陆分离给地理环境带来了巨大的变化:大陆分裂造成海侵，大陆合并造成海退；对生物进化也有重大影响。如图2-43所示，对比了寒武纪以来大陆的划分和划分以及海洋无脊椎动物科数的增减。

寒武纪，盘古大陆分裂导致海侵，大陆架分布广泛，海洋无脊椎动物空前繁盛。其中节肢动物的三叶虫占总化石的60%，腕足动物约占30%，其他仅占10%。这时，海洋植物也出现了向陆生植物过渡的迹象。比如中国寒武纪地层中发现的藻煤就是一个例子。奥陶纪海底大面积扩张，腕足动物、角石、笔石、鹦鹉螺和珊瑚成为世界性物种。原始鱼类——无颚鱼(甲鱼)也出现了。在志留纪，海洋动物继续大量发展，后来由于剧烈的地壳运动和环境变化，海洋动物进入大陆淡水区，也诞生了真正的鱼颌鱼和具有适于沿海生长的输水组织的维管植物。泥盆纪以后的晚古生代以来，大陆趋于合并，不断发生海退，许多海洋无脊椎动物的栖息地消失，所以它们的种类和数量大大减少。反倒是鱼类盛开，陆生植物一天比一天茂盛。从此，地球表面结束了一个沙漠无臭氧层的时代。到了石炭纪和二叠纪，成为两栖动物的全盛时期，植物界也从孢子植物发展到裸子植物。在石炭纪和二叠纪大陆，分布着以蕨类植物为主的大片森林，成为地质史上重要的采煤时期。

(4)中生代(2.3× 108-0.7× 108年前)

中生代包括三叠纪、侏罗纪和白垩纪。现有的许多资料证明，泛大陆的再划分发生在中生代，即始于晚三叠世，主要在侏罗纪和白垩纪，一直持续到新生代。这个泛大陆原来延伸到南北极，赤道部分比较狭窄，有特提斯海(古地中海)。三叠纪-侏罗纪时期，北美和非洲分裂，北大西洋开始扩张。泛大陆分为北部的劳亚(劳伦斯和亚洲)和南部的冈瓦纳。侏罗纪-白垩纪，南美和非洲分裂，南大西洋开始扩张。非洲和印度也在侏罗纪时期脱离了南极洲和澳大利亚(两者还在一起)，开始形成印度洋。白垩纪，北大西洋向北变宽，南大西洋已经达到一定规模。印度向东北漂移，印度洋也扩张了，而古地中海则趋于萎缩。

整个中生代都有强烈的造山运动，如欧洲的老阿尔卑斯运动，美洲的内华达运动和拉勒米运动，中国的印支运动和燕山运动。此时褶皱、断层、岩浆活动异常活跃。中国东部形成了一系列华夏隆起和坳陷，许多有色和稀有金属矿床的形成与此时的岩浆活动有关，断陷盆地内还形成了煤、石油和油页岩等矿产。中国大陆的基本轮廓也在此时确立。

与古生代相比，生物界已经有了很大的发展。古生代末期出现的裸子植物，在中生代已经成为最繁盛的物种。它们靠种子繁殖，受精过程完全不依赖水，更适合陆生栖息地。这是植物进化的又一次飞跃。苏铁、银杏、针叶树等陆生植物的大规模发展，不仅为成煤创造了有利条件(如世界上广泛分布的侏罗纪煤层)，也为爬行动物的发展提供了丰富的食物基础。

整个中生代，爬行动物成为当时最繁荣的脊索动物。陆地上有食草和食肉恐龙，海上有鱼龙和蛇颈龙，空中有翼龙。与此同时，蜥蜴、乌龟、海龟、鳄鱼、青蛙和昆虫也出现了。在海洋无脊椎动物中，菊石也极为繁盛。所以有人把中生代称为恐龙时代、菊石时代或者苏铁时代。但是到了白垩纪末期，这些繁盛的物种大部分都灭绝了，只有一部分存活了下来。当时已经出现但处于弱势的原始鸟类和哺乳动物进入了壮观的新一代；被子植物从此繁盛起来。

(5)新生代(0.7×108至今)

新生代，包括古近纪、新近纪和第四纪，为最新一代。中生代以后，海底继续扩张，澳大利亚和南极洲从东非分离，印度与欧亚大陆碰撞。第三纪发生了强烈的地壳运动，欧洲称之为新阿尔卑斯运动，亚洲称之为喜马拉雅运动。在古地中海带(阿尔卑斯-喜马拉雅带)和环太平洋带形成了一系列巨大的褶皱山脉。在古地台区，还存在拱、断层等差异运动，断陷盆地广泛发育红层。这种造山运动和伴随的退化导致了中生代以来自然地理环境的重大变化。

从全球来看，古近纪地表主要是温暖潮湿的。强烈造山运动后，大气环流系统，尤其是区域环流系统也发生了变化，很多地方趋于干燥寒冷。中国西部青藏高原的隆升对东部尤其是华南的季风环流系统影响很大，成为不同于同纬度的暖湿森林景观。第四纪，由于温带和极地气候的进一步降温，地球上发生了大规模的冰川作用，经历了多次冰期和间冰期的变化。生物也随着栖息地的变化而变化。

在植物界，古近纪以被子植物的大发展为特征，植物群落由单调的针叶林转变为花果丰富的常绿阔叶林。当气候趋于干燥寒冷时，很多地方的植被发生了干旱和生化现象。新近纪初出现以单子叶草本植物为主的草原，第四纪出现苔原。动物界的特点是哺乳动物空前繁荣，所以新生代也被称为哺乳动物时代。湿热林区茂盛的被子植物极大地促进了哺乳动物的发展。昆虫的繁荣也与被子植物的发展有关。被子植物和昆虫的广泛分布促进了鸟类的繁荣。当草原面积扩大时，在有蹄类和啮齿类中出现了许多食草的草原动物，食肉动物的数量也增加了。

尤其重要的是，人类出现在第四纪。这是地球历史上具有重大意义的事件。经过复杂的发展过程，人类逐渐成为干扰、控制和改造自然环境的重要因素。因此，第四纪也被称为“精神的一代”。