張家界天門山震旦紀/寒武紀界面天體撞擊事件研究

摘 要：本文研究分析了震旦紀與寒武紀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行分析。

關鍵詞：天體撞擊；震旦紀；寒武紀；生物演化

0 引言

中國地質科學院地質研究所張勤文研究員和國家地震局地質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，即白堊紀與第三紀（現稱古近紀）之間、二疊紀與三疊紀之間、震旦紀與寒武紀之間。 撞擊的標志有銥正異常，有時有鉑族元素鋨正異常，碳同位素（δ13C）負異常（圖1），撞擊界面巖石中有沖擊地質現象和地外成因的微球粒等。

1 華南震旦紀與寒武紀之間的天體撞擊事件

1982年瑞籍華人瑞士聯邦理工大學地質研究所許靖華教授和中國科學院地質研究所孫樞研究員，在《地質科學》第1期發表了《寒武紀生物爆發前的死劫難海洋》論文，稱1982年美國聯邦地質局吳景禎博士在三峽地區標準剖面前寒武紀/寒武紀界面之上的黑色頁巖中發現了銥異常；中科院長沙大地構造研究所王道經研究員也著文稱，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公里三峽標準剖面富銥層位12米厚的地層中采集了六塊標本，分析證實，在緊挨著前寒武紀/寒武紀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異常。后來他在云南昆陽磷礦區相同層位采樣也有碳同位素負異常。昆陽和三峽地區相距有千余公里，同時在華南許多地方這個層位附近也都發現有銥異常和碳同位素負異常（圖2）。

按以上資料，許靖華等認為在“寒武紀生物大爆發之前，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/寒武紀界面處碳同位素負異常解釋為“死劫難波動”，即是當時的海洋中幾乎沒有活的有機體，使前寒武紀晚期的生物遭到災難性的毀滅，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/寒武紀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年中國科學院原長沙大地構造研究所王道經、黃懷勇等研究員，根據許靖華等的前寒武紀/寒武紀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的礦產勘查資料，對天門山地區的“天體撞擊”進行了研究，其研究成果相繼發表了論文：

《建議在湖南尋找與隕擊作用有關的金剛石》，《中國地質》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》，《大地構造成礦學》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地層展布與分析》，《大地構造與成礦學》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》，《大地構造與成礦學》28卷1期，2004年。

歸納以上論文，對天門山地區得出三點認識：

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地質隊1975年提交的《湖南省大庸縣天門山礦區大坪—曉坪礦段鎳鉬礦地質詳查報告》，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，王道經研究員等在環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志，主要有兩種：

①宏觀外力撞擊作用地質痕跡，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。

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，有微球粒玻璃隕石、微球粒撞擊玻粒和隕石碎屑殘跡。微球粒直徑0.05-1毫米，邊界清晰且與周圍的圍巖物質完全不一樣，經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殘跡（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不同，并且存在隕石特征的球粒結構。

根據天門山地區震旦系/寒武系界面處的銥、鋨、碳同位異常及其能與華南廣大區域內的界面特征進行對比，特別是研究得比較詳細的沖擊礫裂、沖擊角礫、沖擊巖脈，微球粒撞擊玻粒、微球粒玻璃隕石，以及隕石碎屑殘跡現象這些直接證據，表明在震旦系/寒武系界面上曾經發生過地外撞擊事件。

3 天體撞擊事件對生物演化的意義

1859年達爾文以其多年研究成果《物種起源》的出版為標志創立了地球生物化論，其基本點是“進化是一個穩定、漸變和連續的過程”、“一切動物和植物都是從某一種原始類型傳下來的”。可是就已經被當時的科學界所認知寒武紀生物驟增，不僅是生物由上帝所創造的“神創論”要扼殺“進化論”的有力依據，也使一些非神創造論的學者提出懷疑，就是達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于寒武紀？雖然寒武紀之前生物就出現在這個地球上，但為什么寒武紀之前的巨大地層系統中沒有寒武紀生物祖先的遺骸呢”？為此達爾文預言“今后如果有人對我的理論提出挑戰，這種可能首先來自對寒武紀動物突然大量出現的理論解釋”。

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

試圖解釋“寒武紀生物大爆發”的原因，以完善生物進化理論的論述層出不窮。如達爾文寄希望在未知的前寒武紀地層中發現其祖先遺骸、“大不整合面”、軟體動物難成化石、“間斷平衡”、現代分子生物學的初步解釋、生物收割假說、生物進化的兩種程式、“雪球”地球冰期后的升溫，等等。這些論述以“現代分子生物學的初步解釋”的基因突變理論符合現代科學理念，認為生物體內有一種熱休克蛋白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成份，也是組成基因的材料，故又稱為“遺傳微粒”。它能在繁殖過程中，父代把它們自己的DNA部分復制傳遞到子代中，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，但在環境條件發生重大改變，即受極端的環境條件下的誘發，一下子釋放所累積的DNA突變，就使各種不同形態的生物體幾乎同時形成。“寒武紀生物大爆炸”就是在極端環境條件下，誘使熱休克蛋白90一下子釋放DNA突變的結果。現有的科學研究認為震旦紀與寒武紀之間的天體撞擊造成了寒武紀的極端環境條件，是釋放DNA突變的誘因，是它造成了“寒武紀生物大爆炸”，從此開始地球生物才能進化到人類。

參考文獻：

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