科普文章：揭秘地层“年龄”的标尺——“金钉子”

揭秘地层“年龄”的标尺——“金钉子”

我们生活的地球，约有46亿年的演化历史，在层层岩石中我们可以探寻生命演化的奥秘。试想一下，如果我们把地球的年代地层，标定成像中国的历史朝代表诸如“唐宋元明清”一样清晰，那我们就能读懂每个时间地层单位内所形成的岩石及其相关的地质事件。

1“金钉子”的起源

“金钉子（Golden Spike）”的由来源于美国的铁路修建史。1869年5月10日，美国首条全长1776英里横穿北美洲大陆东西部铁路胜利竣工，东西向合拢时钉住最后一块枕木的道钉是用18k金制成的，这条铁路的修建在美国历史上具有划时代的意义。为纪念这一事件，美国在1965年7月30日建立了“金钉子国家历史遗址”。地质学家则引用“金钉子”一词，将其作为划分全球年代地层单位界线层型剖面和点位的标志，以示他们在全球地质年代划分上与美国修建的第一条横穿美洲东西部铁路具有异曲同工的划时代意义。

（图1 金钉子 图片来源于网络）

国际地层委员会（International Commission on Stratigraphy，简称ICS)规定：“全球层型是以正式公布的形式为地层界线指定的典型，在剖面上用一个特定点在特定的岩层序列中标出，作为确定和识别两个已命名的全球标准年代地层单位之间的地层界线的标准[1]”层型又可分为单位层型、界线层型、复合层型等多种类型。其中，以单位层型来确定年代地层单位的表示方法接受范围最广。国际地层委员会在制定《关于建立全球年代地层标准的准则》时引入了全球标准层型剖面和层型点（Global Standard Strato-Section and Point，缩写为 GSSP）的概念。GSSP俗称“金钉子（Golden Spike）”，“金钉子”是定义和区别全球不同年代所形成的地层的唯一标准，以此解决全球地质历史的时间对比问题。科学家将地球46亿年以来的地层单位，分为“宇、界、系、统、阶”5级，相应的时间单位就是“宙、代、纪、世、期”5个时期。其实每一个地质时代“金钉子”的选取很有讲究，有着非常严格的程序，具体体现在其确立必须在各级组织投票中获得60%的多数，首先是负责选择全球界线层型的工作组，然后是国际地层委员会的有关分会，之后由国际地层委员会全体委员投票通过，最后还要经国际地质科学联合会（International Union of Geological Sciences， IUGS）执行局核准[2]。可以说，一颗“金钉子”的成功获取，标志着一个国家在这一领域的地学研究成果达到世界领先水平。

“金钉子”一旦在世界某个地方“钉下”，该地点就变成一个地质年代的“国际标准”，对照它，便可以对应标出其他岩层的“年龄”，是年代地层统一的“度量衡”。2018年6月，国际地质科学联合会批准把寒武系第三统（苗岭统）第五阶（乌溜阶）的剖面和点位“钉在”贵州剑河县巴郎村附近的乌溜-曾家岩剖面。由此，我国以11颗“金钉子”成为全球获得“金钉子”最多的国家。

2.中国第一颗“金钉子”——浙江常山县黄泥塘剖面

黄泥塘“金钉子”，位于浙江省常山县城南5km处，是常山地质公园的核心，主要景观是古生代标准地层。其中黄泥塘剖面（如图2所示），是奥陶纪中部距今4.6亿年前的一段全球标准地层，世界各地要确认这一时间间隔的地层，都要跟黄泥塘剖面相对比。作为中国发现的第一颗“金钉子”，经历曲折程度非常复杂，前期工作从上世纪40年代就已经开始了。1990年，经过对浙江和江西交界“三山地区”（江山-常山-玉山）的考察，国际奥陶系地层分会研究论证在“三山地区”确立奥陶系内第一个“金钉子”的可能性。奥陶系形成于距今4.88-4.44亿年，地球历史上海洋生物开始急剧多样化的关键时期，全球奥陶系的“金钉子”研究工作，虽然从20世纪70年代就已开始，但因面临诸多棘手难题而进展缓慢，毫无建树。直到中国学者介入，最终于1997年，在南京古生物所金钉子研究集体主持下，浙江省常山县黄泥塘剖面正式确立为奥陶系中奥陶统达瑞威尔阶底界的“金钉子”。这里以保存完好的笔石和牙形动物群化石为特色，再现了地球海洋环境和生物群的演变历史。

3. 宜昌境内第一枚“金钉子”——王家湾奥陶系赫南特阶层型剖面

地质学家正是通过这些不同时代的岩石和藏在岩石中的各种各样化石向人们展示了30亿年以来三峡地区乃至我国南方沧海桑田的变化，是大自然留给人类揭示三峡奥秘的一把钥匙。2006年，国际地质科学联合会批准以湖北宜昌市夷陵区分乡镇王家湾北剖面（如图3所示）作为奥陶系上奥陶统赫南特阶底界的“金钉子”，这里位于宜昌市北东42km的宜昌-远安公路北侧，交通方便。以奥陶系最上部五峰组观音桥层之下39cm黑色页岩层中首次出现的异常正常笔石(一种类似杆壁虫类化石 ) 为划分标志，其上有大量赫南特贝腕足动物群化石佐证，是宜昌境内所获得第1枚、我国第六枚“金钉子”。奥陶纪末期经历的时间大概有200多万年，在地球历史上可谓十分短暂，但就在这短短200万年间，地球环境、生物门类突然发生了剧烈的变化，被称为奥陶纪末期生物大灭绝。王家湾剖面就完整记录了这一段历史，奥陶纪末期的所有重大事件在这个剖面上都能找到遗留的印记。

4宜昌的第二颗金钉子——黄花场大坪阶奥陶系中统暨奥陶系第三阶底界

国际地科联2007年7月批准的黄花场大坪阶 “金钉子”剖面（如图4所示）位于宜兴公路旁，距宜昌市12km，富含多门类化石。黄花场奥陶系中统暨大坪阶金钉子以三角波罗的牙形石(Baltoniodus triangularis)的首现为划分标志，并有笔石和几丁虫伴生，界线之下还有全球海平面升降事件佐证，易于在全球识别和对比。是中国所获第7枚、湖北第2枚“金钉子”。该金钉子的竖立标志着全球奥陶系年代系统的最终建立，也是近百年中国地质学家所建议的阶名(大坪阶)第一次列入国际奥陶系地质年表之中。

除了上述的3枚金钉子外，中国还有8枚“金钉子”分别是位于浙江长兴县（两枚）的二叠系长兴阶金钉子和二叠系与三叠系界线暨印度阶的金钉子、湖南花垣县的寒武系排碧阶金钉子、广西来宾市的二叠乐平统暨吴家坪阶金钉子、湖南古丈罗依溪西北凤滩水库南岸的寒武系古丈阶金钉子、广西柳州市的下石炭维宪阶金钉子，浙江江山市的寒武系江山阶金钉子，贵州剑河县的寒武系苗岭统暨乌溜阶金钉子，这些金钉子在时间长河中的分布如下图5。

（供稿 ：郭永成，简敏，郑丽波）

【1】陈旭, 王志浩, 张元动. 中国第一个“金钉子”剖面的建立[J]. 地层学杂志, 1998, 22(1):1-9.

【2】彭善池. 全球标准层型剖面和点位(“金钉子”)和中国的“金钉子”研究[J]. 地学前缘, 2014, 21(2):8-26