在撒哈拉沙漠的奥陶系剖面上,一层灰绿色冰碛岩直接盖在笔石页岩之上。很多人把它当成一次山崩的堆积,其实这层混着砾石的泥岩记录的是高纬的冈瓦纳冰盖,最厚时覆盖了今日的北非与阿拉伯半岛。
冰碛岩与落石把冰盖的位置钉在冈瓦纳
冰碛岩的特征是砾石大小混杂、没有分选,砾石表面带擦痕,基质是未成层的泥砂。这套组合只在冰下或冰前堆积,河流与海浪都做不出来,砾石成分还常与下伏基岩一致。
更有说服力的是落石:细密的笔石页岩里孤立地嵌着 1–20 厘米的砾石,砾石把下面的纹层压弯。这种石头只能由浮冰从远处带来,说明当时海面有冰筏;这类落石层位的上下都是完整笔石带,时间卡得很准。
海退的痕迹是浅水碳酸盐的暴露面
海平面下降 50–100 米,最先暴露的是碳酸盐台地的边缘。剖面上表现为一层凹凸不平的侵蚀面,面上有褐红色铁质壳和渗流豆粒,下面就是潮间带纹层灰岩,这层界面能追出几十公里,是海退最直接的地层证据。
海退还让原本深水的笔石页岩上面直接压上浅水砂岩。这种由深到浅的突变在湖北宜昌王家湾、苏格兰多布斯林恩都能看到,两地相距上万公里,笔石带序列却对得上。
两幕灭绝之间夹着一次短暂回暖
奥陶纪末的灭绝分两幕,中间隔了不到 1 百万年。中间那一段冰盖收缩、海面回升,一类叫赫南特贝的腕足动物在浅海里铺开,全球几十个地点都能采到,壳体薄而小。
第二幕发生时,这套腕足动物群也消失了。两幕合起来约 85% 的海生种没有越过界线,其中笔石只剩两三个种,珊瑚与层孔虫的礁几乎全部停止生长,格架随之崩塌,这一停就是几百万年。
笔石带在界线处只剩两三个种
界线之下有十几个笔石带,界线之上只剩一两个。这种断崖在黑色页岩里最清楚,因为笔石是浮游的,分布广,不受海底底质影响,而一个带的时间跨度常在 0.5 百万年左右。
剩下的种形态也变小了,笔石枝从一米以上的长条缩到几厘米。体积缩小发生在灭绝之前,可能反映海水温度与营养的变化,这一现象在几类化石上方向一致,此为本文判断。
关键数据
下列数字来自海相剖面的测量,陆相地层没有对应的记录,不能直接套用;冰碛岩厚度在各地差别很大。
- 界线年龄约 444 百万年前
- 全球海平面下降 50–100 米
- 海生种消失约 85%
- 两幕灭绝间隔不到 1 百万年
- 落石砾径 1–20 厘米
- 界线附近笔石仅存 2–3 个种
- 冰碛岩单层厚度从数米到上百米
冰碛岩也会由泥石流堆出,单看一层不够
水下泥石流堆积同样混着砾石与泥,砾石也能带擦痕。区别在上下接触关系:冰碛岩的顶面常被海侵面削平,泥石流则嵌在深水浊积序列里,上下都是厚层韵律。
另一个陷阱是时代。奥陶纪的冰碛岩不止一层,晚奥陶世与早志留世各有一套,单靠岩性分不开,必须用笔石带卡住层位,否则会把两幕并成一幕,灭绝幅度也会算错。
参考文献
- Chen, X., Rong, J. Y., et al. The Global Boundary Stratotype Section and Point for the base of the Hirnantian Stage. Episodes, 2006, 29(3). —— 王家湾剖面。
- Finnegan, S. et al. The magnitude and duration of Late Ordovician–Early Silurian glaciation. Science, 2011, 331: 903–906.
- 全国地层委员会.《中国地层表(2014)》. 地质出版社, 2014.
- Melchin, M. J. et al. The Ordovician Period. In: Geologic Time Scale 2020. Elsevier, 2020.