奧陶紀

“奧陶”（Ordovices）一詞由英國地質學家拉普沃思（C.Lapworth）於1879年提出，代表露出於英國阿雷尼格（Arenig）山脈向東穿過北威爾士的岩層，位於寒武系與志留系岩層之間。因該地區是古奧陶部族的居住地，故得名。奧陶紀的命名於1960年在哥本哈根召開的第21屆國際地質大會上正式通過。其中文名稱源自舊時日本使用日語漢字音讀的音譯名“奧陶紀”（音讀：オードーキ，羅馬字：oo doo ki）。

奧陶紀每日的時間為21小時，而非24小時。

奧陶紀是地史上大陸地區遭受廣泛海侵的時代，是火山活動和地殼運動比較劇烈的時代，也是氣候分異、冰川發育的時代。奧陶紀是海生無脊椎動物真正達到繁盛的時期，也是這些生物發生明顯的生態分異的時期。在奧陶紀後期，各大陸上不少地區發生重要的構造變動、岩漿活動和熱變質作用，使得這些活動區的部分地區褶皺成為山系，從而在一定程度上改變了地殼構造和古地理輪廓。

科學家認為，奧陶紀時期，各大陸相對於兩極的位置和大陸之間的相對位置都曾發生過重要的改變。當時，西伯利亞中北部、加拿大北部的部分地區、中國北部和澳大利中西部都屬於乾熱氣候的地區；相反，北非的撒哈拉沙漠、南非開普地區曾經覆蓋着厚厚的冰層，屬於寒冷氣候地區。這説明，奧陶紀時，古南極在而今的撒哈拉沙漠以南，古北極位於南太平洋，古赤道恰好穿過西伯利亞中西部和中亞一帶，經加拿大西部向南太平洋岸南下。

中國的海侵是在海域延續下來的。揚子地台和中朝地台西部邊緣地帶，在中、晚寒武世或早奧陶世略有上升，奧陶紀早期地層缺失，較新的奧陶紀地層與寒武系呈假整合接觸。在中朝地台的中部、東部和揚子地台，奧陶紀地層與寒武紀地層皆呈整合接觸。中奧陶世之後中朝地台上升為陸地，除西部邊緣地區外，晚奧陶世沒有沉積。奧陶紀加里東運動在地台區表現為頻繁的震盪運動，地槽區有較多的火山噴發巖、中基性和中酸性火山岩，如北方地槽區。祁連山地槽區火山活動有兩個時期，一是早奧陶世中期，另一是晚奧陶世。

歐亞大陸上有4個穩定的地台區，即俄羅斯地台（東歐地台）、西伯利亞地台和規模較小的中朝地台、揚子地台。印度半島和阿拉伯半島也屬穩定區，但其還包括在南大陸的範圍。前述4個地台，除少數地區外，基本上被海水侵入，形成淺海水域，地台的周圍被地槽區所圍繞。俄羅斯地台和揚子地台的南緣，呈東西向條帶狀的海域即古地中海。古地中海的南緣止於非洲北部、阿拉伯半島中部、伊朗南部和印度半島北部，向南經中南半島與澳大利亞東部及北部奧陶紀的海域相連，更南可能伸延到南極地區。北美大部為地台淺海地區，沉積以石英砂岩、頁岩和碳酸鹽巖為主，厚度不大。北美大陸的東西兩側為地槽區的海域，西部以碎屑岩和碳酸鹽巖為主，東部以硬砂岩、泥岩和火山岩為主。南美的西部太平洋沿岸地帶為地槽海域，北部的中部為地台淺海海域。南大陸的周圍邊緣地帶皆被地槽區或地台型海域所圍繞，非洲、印度半島、澳大利亞西南部、南美東部和南極洲的東部皆為陸地。

奧陶紀早、中期繼承了寒武紀的氣候，氣候温暖、海侵廣泛；奧陶紀晚期南大陸的西部發生了大規模的大陸冰蓋和冰海沉積，代表寒冷的極地氣候。按古地磁數據，奧陶紀南極應位於而今北非西北部，這與非洲冰磧層的分佈應位於南極圈內的解釋是吻合的。南大陸的東部仍處於赤道附近。北美、西伯利亞和中國華北地區有蒸發巖沉積，推測為乾熱氣候環境，屬於低緯度地區。奧陶紀北極應位於南太平洋，大陸地區基本上位於南半球，從沉積物來判斷，當時南半球的氣候分帶比較明顯。由於晚奧陶世末期大冰期的存在，同時影響全球海平面的下降，並引起廣泛的海退。 ^[1] 

中國雲南東北部中奧陶世早期或早奧陶世晚期的巧家組產鮞狀赤鐵礦，華北馬家溝組和峯峯組不同層位有磁鐵礦和赤鐵礦。這種鐵礦的成因與中生代侵入岩侵入奧陶紀的富鎂圍巖有關。華北區峯峯組下段產硬石膏和石膏層。石灰岩和白雲岩等作為石灰、水泥、熔劑的材料，在華北區奧陶系層位多，分佈較廣。以奧陶紀地層作為運移、儲存條件的礦產還有石油和豐富的地下水資源。

竹石林，顧名思義就是竹林中有石林、石林中有竹林。長寧的竹石林，是我國喀斯特大家庭中罕見的竹林喀斯特的典範。據地質學家考證，竹石林的碳酸鹽屬於距今4.53億年至4.78億前的奧陶紀中統寶塔組，是世界少有的奧陶紀喀斯特景觀，也是世界上最古老的喀斯特景觀之一。 ^[2] 

奧陶紀氣候温和，淺海廣佈，世界許多地區（包括我國大部分地區）都被淺海海水掩蓋，海生生物空前發展，較寒武紀更為繁盛。化石以三葉蟲、筆石（Graptolites）、腕足類、棘皮動物中的海林檎類（Cystoides）、軟體動物中的鸚鵡螺類（Nautilites）最常見，苔蘚蟲、牙形石、腔腸動物中的珊瑚、棘皮動物中的海百合、節肢動物中的介形蟲和苔蘚動物等也很多。節肢動物中的板足鱟類（Eutypterids）和脊椎動物中的無頜類[如甲冑魚類（Os-tracoderms）]等均已出現。低等海生植物繼續發展，淡水植物據推測可能在奧陶紀也已經出現。 ^[3] 

在奧陶紀早期，約4.8億年前，首次出現了可靠的陸生脊椎動物——淡水無顎魚。

奧陶紀中期，在北美落基山脈地區出現了原始脊椎動物異甲魚類——星甲魚和顯褶魚，在南半球的澳大利亞也出現了異甲魚類。植物仍以海生藻類為主。

腕足動物在這一時期奧演化迅速，大部份的類羣均已出現，無鉸類、幾丁質殼的腕足類逐漸衰退，鈣質殼的有鉸類則盛極一時；鸚鵡螺進入繁盛時期，它們身體巨大是奧陶紀的海洋中兇猛的肉食性動物；由於大量食肉類鸚鵡螺類的出現，為了防禦，三葉蟲在胸、尾長出許多針刺，以避免食肉動物的襲擊或吞食。珊瑚中奧陶世開始出現，復體的珊瑚雖説還較原始，但已能夠形成小型的礁體。由於海洋無脊椎動物的大發展，在前寒武紀時非常繁盛的疊層石在奧陶紀時急劇衰落。

奧陶紀時期的海洋生物是現代動物的最早祖先。珊瑚和叫做星狀動物的古老海星生長在洋底。海底的帶殼動物包括與現代牡蠣有關的軟體動物、看起來與軟體動物相似的腕足動物和外殼捲曲的腹足動物。頭足類——現生魷魚的堂兄弟——快速遊過海底搜尋獵物。但最大的新出現的動物是像薩卡班巴魚這樣的無頜類。無頜類，例如發觀於南美的薩卡班巴魚，是地球上最早的脊椎動物之一。這一時期仍然沒有任何動物種類生活在陸地上。 ^[4] 

中國科學院南京地質古生物研究所國際科研團隊在英國威爾士中奧陶世地層中發現一個保存有大量精美軟軀體化石的特異埋藏化石庫。該項研究揭示了4.62億年前奧陶紀海洋生物多樣性和生態面貌，併為早期動物小型化研究提供了新的視角。 ^[6] 

奧陶紀海洋裏生活着500多種三葉蟲。這雖然沒有寒武紀時期的種類多，但其數量仍是巨大的。這是今天三葉蟲化石如此普遍的原因之一。

三葉蟲化石很容易找到，這不僅因為它們數量大，而且因為它們定期脱去外殼。隨着動物的生長，外殼落入古海底，常常被掩埋，變成化石。從俄羅斯到摩洛哥到美國，在世界各地的海相岩石中已發現了幾千種不同的三葉蟲。有的長着長刺來抵禦捕食動物，有的將眼睛長在長柄上，這樣當它們埋在泥沙裏的時候仍能看見外面。 三葉蟲能夠在海底游泳或爬行。但它們防禦捕食動物的方法可能像今天的犰狳一樣，將帶殼的身體蜷縮成球狀。我們知道三葉蟲被其他海洋生物捕食，因為我們經常發現三葉蟲化石上有被咬的痕跡。有頜魚類的興起可能促使許多三葉蟲滅絕。但有些三葉蟲一直生存到2.51億年前的最大滅絕性災難發生的時候。

最早的魚類是無頜類。它們沒有上下頜，嘴很寬，頭的邊緣長着奇怪的骨板。也許這些骨板是發電器官，用來感覺距離或電擊捕食動物。無頜類的攝食方法是將含有微小動物和沉積物的水吸入口中。它們可能是尾巴向上在海底游泳。

筆石是奧陶紀最奇特的海洋動物類羣，它們自早奧陶世開始即已興盛繁育，分佈廣泛。筆石是一類微小的蠕蟲狀生物，它們像今天的珊瑚蟲一樣羣體生活。整個筆石羣體僅有5釐米長，它們漂流在海面上，吃浮游生物，和今天鯨類所吃的大量微小海洋生物是一樣的。筆石對於科學家來説是特別重要的，因為它們在一個較長的時期裏是逐漸變化的。科學家能夠根據共同發現的筆石的種類判定其他海洋生物化石的年齡。 ^[5] 

腕足動物在這一時期裏演化迅速，大部分的類羣均已出現，無鉸類、幾丁質殼的腕足類逐漸衰退，鈣質殼的有鉸類則盛極一時。腕足類乍看起來很像雙殼類，但和它並沒有多大關係，它們殼的大小和曲線都不相同。腕足類的鉸合部喙，以肉柄固着。腕足類而今比較稀少，但在5億年～4.5億年前，它們遠比雙殼類常見。

牙形石是什麼？科學家在近140年的時間裏一直在問這個問題。牙形石化石很小，只能在顯微鏡下研究。它們大多數形狀像細長的圓錐，一些看起來像帶尖的耙子或梳子，另一些像鋸齒狀的小棒或凹凸不平的刀刃，甚至還有的像樹葉。它們是微小動物的殼還是稍大一些動物的牙齒？科學家還提出它們可能是魚、蠕蟲、或長有觸手的動物的一部分。1995年，這個謎終於被解開了。產自蘇格蘭和南非的化石表明牙形石來自沒有骨骼和上下頜的魚形動物。這種動物體長可達5釐米，看起來像長着凸出的大眼睛和一條尾鰭的小鰻魚。每一個體頭的底部都有許多種牙形石，用來挖或咬。

鸚鵡螺進入繁盛時期，它們身體巨大，長可達1米以上，是奧陶紀的海洋中兇猛的肉食性動物；由於大量食肉類鸚鵡螺類的出現，為了防禦，三葉蟲在胸、尾部長出許多針刺，以避免食肉動物的襲擊或吞食。 ^[3] 

珊瑚自中奧陶世開始大量出現，復體的珊瑚雖説還較原始，但已能夠形成小型的礁體。

苔蘚蟲出現於奧陶紀早期，演化快，屬種多。有枝狀的尼可遜苔蘚蟲（Nicholsonella）、攀苔蘚蟲（Batostoma）、圍塊狀的古神苔蘚蟲（Dianulites）和薄層狀的變隱苔蘚蟲（Trepocryptopora）。這些具有石灰質或角質外殼的微小動物呈塊狀或樹叢狀羣落生活在海底岩石或貝殼上。

像現生蛤蜊一樣的帶殼動物，身體分成相同的兩半。

4.49億年前的奧陶紀晚期發生了地球上的第一次生物大滅絕事件，該事件造成了地球上60%的物種滅絕。

4.49億年前，地球進入了奧陶紀晚期。此時的地球與現在的有很大不同：泛大陸尚未形成，今天的南美洲、澳洲、南歐、非洲、印度以及南極洲形成岡瓦納大陸，其它陸地則分裂成一系列島嶼，分佈在世界各地。奧陶紀是地球史上海侵最嚴重的時代，海平面比現在高出400米，現今1/3的陸地都被淺海覆蓋。

奧陶紀的陸地上沒有任何動物，植物在那時根本沒有出現。所有動物都生活在海洋中。那時的動物與現在的也有很大不同，脊椎動物只有數種，節肢動物的種類也不到現在的1/10，海洋有一些鮮為人知的動物統治着。

海中的頂級捕食者要屬直殼鸚鵡螺。它身長6米，重150千克，是鸚鵡螺、章魚等頭足類軟體動物的祖先。它幾乎什麼都吃，包括三葉蟲、星甲魚、板足鱟等動物。直殼鸚鵡螺也有競爭對手：有史以來最大的節肢動物：3.6米長的板足鱟。板足鱟看上去像是一隻巨大的，沒有尾鈎的蠍子，是最古老的節肢動物之一。板足鱟經常與直殼鸚鵡螺爭奪食物，但總是敵不過它們。

海洋的動物們悠閒地生活着，誰也沒有意識到，滅頂之災即將來臨。

這次災難的罪魁禍首是伽馬射線暴。距離地球6000光年以外的地方，一顆中子星與黑洞由於不明原因相撞，產生數束伽馬射線暴，其中一束不偏不倚擊中了地球。其實伽馬射線擊中地球的概率極小，小於1/100,000,000，這次地球真是很倒黴。

4.49億年前的一天，一束來自6000光年以外的伽馬射線穿透大氣層，擊中了地球。射線擊碎了氣體分子，地球大氣頓時變得四分五裂。

海洋中的動物只感覺到大地劇烈的晃動，並不知道滅頂之災已經降臨。

射線擊毀了1/3的臭氧層，陽光中的紫外線直接穿透大氣層，殺死了大量浮游生物，破壞了海洋食物鏈的基礎，饑荒開始四處蔓延。射線帶來的輻射還殺死了大量珊瑚，破壞了海洋生物的棲息地。

災難發生一年後，饑荒已經蔓延至全球，無論生物處於食物鏈頂端還是底端，都在飢餓中苦苦掙扎。掠食者們需要殺死同類才能獲得充足的食物。

災難過後數十年，被擊碎的氣體分子重新組合，形成一種叫做二氧化氮的有毒氣體。二氧化氮遮天蔽日，遮住了50%的陽光。地球失去了陽光的照射，氣温開始迅速下降。動物的卵無法在低温中正常發育，導致種羣數量大幅下降。

由於陽光照射忽然下降，氣候變得很不穩定。海水產生巨大波浪，攪得動物不得安寧。直殼鸚鵡螺想去深海避難，但深海的水壓很大，高水壓將直殼鸚鵡螺不堅固的外殼壓碎，這樣它們只有死路一條。而它們的近親鸚鵡螺有着堅固的外殼，使它們能夠倖免於難。

災難發生十年後，水温由原先的25攝氏度下降到10攝氏度，殺死了更多浮游生物，這加速了食物鏈的崩潰，但食物需求量較少的小型動物卻不覺得飢餓，所以在饑荒中小型動物更容易生存。

災難發生500年後，地球上1/3的生物都消失了，剩下的生物還在飢餓中掙扎。由於缺少陽光照射，全球平均氣温由22攝氏度下降至10度，導致大量海水結冰，海洋動物再次失去了大量棲息地。冰川的蔓延速度快得難以想象，數年後，超過10%的海水都凍結了。冰川消耗了大量海水，導致海平面下降了約100米，原先的海洋有不少變為陸地。

冰期事件越來越嚴重，海洋中出現了大量冰山，冰山就像失控的汽車，橫衝直撞，大量生物被它殺死。

災難發生15萬年後，全球平均氣温已經下降至5攝氏度，超過一半的生物都在嚴寒中滅絕了，剩下的生物能夠倖存嗎？

災難發生20萬年後，冰川時代終於過去。但地球的生命跡象幾乎全部消失，地球需數十萬年才能恢復以往的生機。原先生機勃勃的海洋變得死氣沉沉，但剩下的浮游生物不斷繁衍，修復了食物鏈。

距伽馬射線暴擊中地球已經過去了40萬年，災難已經基本結束。這場席捲全球的浩劫是地球史上第一次物種大滅絕，造成56%物種滅絕。直殼鸚鵡螺奇蹟般地活了下來，但發生了不良基因突變，體型縮小至2米。板足鱟在災難之後迅速取代直殼鸚鵡螺，成為頂級掠食者。在這場災難中還有一個獲益者——最早的脊椎動物之一：星甲魚。星甲魚屬於頭甲魚類，沒有頜部，它們的一支在災難之後進化成最早長有頜部的脊椎動物：棘魚。

致命的射線，嚴重的饑荒、遮天蔽日的有毒氣體以及嚴重的冰期構成了第一次物種大滅絕——伽馬射線暴擊中地球事件。