沈樹(shù)忠

圖①：圖為釘入貴州劍河縣的“金釘子”。 楊家孟攝(影像中國(guó)) 圖②：圖為位于浙江長(zhǎng)興縣的“金釘子”。 沈樹(shù)忠供圖 資料來(lái)源：國(guó)際地層委員會(huì)

網(wǎng)友：前不久，我們一家去貴州省旅游，在劍河縣八郎村，聽(tīng)當(dāng)?shù)貙?dǎo)游給我們介紹“金釘子”。為啥要往巖石里釘進(jìn)去一顆“金釘子”？背后有啥玄機(jī)？

編輯：貴州省黔東南苗族侗族自治州劍河縣革東鎮(zhèn)八郎村的“金釘子”，是全球第六十九顆、我國(guó)第十一顆“金釘子”。有人說(shuō)，“金釘子”是一把尺子，能衡量地球的地質(zhì)年代；有人說(shuō)，“金釘子”是一枚書(shū)簽，標(biāo)注地球演變的歷史。本期“院士講科普”，我們請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院院士、南京大學(xué)教授沈樹(shù)忠談?wù)勅绾瓮ㄟ^(guò)“金釘子”讀懂“大地之書(shū)”。

“金釘子”是定義和區(qū)別全球不同年代所形成的地層的“錨點(diǎn)”，用來(lái)劃分全球地質(zhì)年代界線?！敖疳斪印钡拇_立為重建地球歷史搭建了一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間框架，為研究地質(zhì)歷史時(shí)期所發(fā)生的各種地質(zhì)、生物演化事件以及預(yù)測(cè)圈定各種自然礦產(chǎn)資源的時(shí)空分布奠定了基礎(chǔ)。

如何確立一顆“金釘子”

要了解什么是“金釘子”，首先要了解地質(zhì)時(shí)間。

地球已經(jīng)走過(guò)了約46億年的漫長(zhǎng)歲月，留下了豐富的地質(zhì)記錄。要讀懂地球的故事，離不開(kāi)地質(zhì)語(yǔ)言。

地質(zhì)學(xué)家一直在探索地球演變的真相，為的就是通過(guò)地球數(shù)十億年里發(fā)生過(guò)的事，判斷地球的現(xiàn)狀與預(yù)測(cè)未來(lái)。然而，板塊運(yùn)動(dòng)、火山噴發(fā)、海陸變遷……地球在不斷變化，導(dǎo)致地質(zhì)記錄碎片化。因此，“讀懂”地表巖石記錄，來(lái)了解地球歷史的時(shí)間軸，成為地球科學(xué)領(lǐng)域的重要課題。

我們用手表等計(jì)時(shí)工具，標(biāo)注當(dāng)下各種事件發(fā)生的時(shí)刻。但對(duì)于遠(yuǎn)古時(shí)代的地球，沒(méi)有人類(lèi)，更沒(méi)有文字，如何劃分?jǐn)?shù)十億年的漫長(zhǎng)時(shí)光？

為了解決這一難題，國(guó)際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)成立國(guó)際地層委員會(huì)，其主要任務(wù)就是建立國(guó)際統(tǒng)一的地質(zhì)年代劃分框架。

“金釘子”這一名字的起源，可以追溯到19世紀(jì)一條橫貫北美大陸的鐵路貫通。一枚18K金打造的鐵路道釘，在數(shù)千人的見(jiàn)證下，鉚入橫穿鐵軌的最后一根枕木中。國(guó)際地層委員會(huì)引用“金釘子”這一典故，來(lái)代表國(guó)際地質(zhì)年代的黃金分界點(diǎn)，用于記錄地球歷史中具有重要演化意義的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

但是，確立一顆“金釘子”并非易事，需要滿足多方面的條件——地層記錄完整，不存在明顯的后期改造，有豐富的、可進(jìn)行區(qū)域和洲際對(duì)比的化石或其他具有等時(shí)性對(duì)比價(jià)值的標(biāo)志。目前最常見(jiàn)的是以某種標(biāo)志化石的首次出現(xiàn)作為國(guó)際對(duì)比的標(biāo)準(zhǔn)，例如我國(guó)貴州劍河的烏溜階底界“金釘子”以三葉蟲(chóng)化石“印度掘頭蟲(chóng)”的出現(xiàn)為標(biāo)志。

近年來(lái)，“金釘子”的確立標(biāo)志趨于多樣化，包括同位素地球化學(xué)的異常變化、地球磁場(chǎng)的倒轉(zhuǎn)時(shí)間、利用先進(jìn)的同位素定年技術(shù)確定的火山灰年齡等。

地球歷史的精確坐標(biāo)，指示地質(zhì)時(shí)期的重大事件

一顆“金釘子”，就是一個(gè)特定地質(zhì)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的“金坐標(biāo)”。確立“金釘子”的地區(qū)要對(duì)全球開(kāi)放，便于各國(guó)學(xué)者和公眾研究、參觀。

作為地球歷史的精確坐標(biāo)，“金釘子”能幫助我們解讀地質(zhì)時(shí)期的重大事件。

比如“雪球事件”，指的是地球在距今約7億—6.35億年間曾多次被冰雪封蓋?！把┣蚴录苯Y(jié)束后，全球范圍內(nèi)發(fā)生了廣泛的白云巖沉積，這套蓋帽白云巖在南澳大利亞弗林德斯山脈的出現(xiàn)，被用來(lái)定義“埃迪卡拉紀(jì)”的開(kāi)始，標(biāo)志著“雪球事件”的結(jié)束。

再如，在大約2.52億年前，由于全球快速升溫、海洋酸化、陸地干旱化等，當(dāng)時(shí)全球80%以上海陸生物在較短時(shí)間內(nèi)快速滅絕。我國(guó)古生物學(xué)家殷鴻福院士、金玉玕院士領(lǐng)銜的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，在浙江長(zhǎng)興煤山剖面分別確立了二疊系與三疊系界線和長(zhǎng)興階底界的“金釘子”，這兩顆“金釘子”精確錨定歷史上最大規(guī)模的生物滅絕事件發(fā)生在2.52億年前，歷時(shí)不超過(guò)6萬(wàn)年。

此外，“金釘子”還能暴露宇宙來(lái)客的痕跡。大約6600萬(wàn)年前，標(biāo)志恐龍滅絕的中生代與新生代的界線，就是以地層中有一層銥元素高度富集的黏土層為標(biāo)志，說(shuō)明當(dāng)時(shí)有一顆彗星撞擊地球，一定程度上解釋了為何一度占領(lǐng)陸海空的恐龍王國(guó)在瞬間滅亡。

中國(guó)已確立11顆“金釘子”，數(shù)量位居世界前列

目前，“國(guó)際年代地層表”中有100多顆“金釘子”，經(jīng)過(guò)全球科學(xué)家?guī)资甑奶剿?，已?jīng)有80多顆“金釘子”被國(guó)際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)正式批準(zhǔn)?！敖疳斪印北环Q(chēng)為國(guó)際地層學(xué)領(lǐng)域的“奧林匹克金牌”，其確立有一整套程序，需要建立國(guó)際工作組，選擇地層沉積系列完整、研究程度最高的剖面作為標(biāo)準(zhǔn)。

“金釘子”的確立，體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家在地層學(xué)領(lǐng)域的綜合實(shí)力、學(xué)術(shù)水平和國(guó)際地位。各國(guó)學(xué)者都希望把這些“金釘子”留在自己的國(guó)家，因此國(guó)際學(xué)界競(jìng)爭(zhēng)激烈。

中國(guó)科學(xué)家在起步較晚的情況下，充分利用我國(guó)地層古生物資源優(yōu)勢(shì)，在1997年取得突破——由陳旭院士領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)率先在浙江常山黃泥塘建立了奧陶系達(dá)瑞威爾階底界的“金釘子”。之后，我國(guó)學(xué)者不斷取得佳績(jī)，先后在中國(guó)確立11顆“金釘子”，數(shù)量位居世界前列。此外，中國(guó)學(xué)者還領(lǐng)銜或參與了多顆國(guó)外“金釘子”的確立工作，為國(guó)際地層學(xué)的發(fā)展、國(guó)際地質(zhì)年代框架的建立作出貢獻(xiàn)。

確立“金釘子”，并不意味著地層學(xué)工作的結(jié)束。隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的快速發(fā)展，地球科學(xué)的研究亟須融入新的研究手段。我國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜發(fā)起的國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃“深時(shí)數(shù)字地球”，就是圍繞地球演化這個(gè)重大科學(xué)命題，全球科學(xué)家和機(jī)構(gòu)共同協(xié)作，運(yùn)用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)整合過(guò)去數(shù)十億年地球時(shí)空大數(shù)據(jù)，聚焦生命演化、地理演化、氣候演化與物質(zhì)演化等重大科學(xué)問(wèn)題，更深入認(rèn)識(shí)礦產(chǎn)資源與能源的時(shí)空分布規(guī)律，為人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

如何利用“黃金坐標(biāo)”，建立與大數(shù)據(jù)、人工智能模型相結(jié)合的高精度、高分辨率的深時(shí)時(shí)間軸，是“深時(shí)數(shù)字地球”的重要任務(wù)之一，需要國(guó)際學(xué)界在多個(gè)領(lǐng)域加強(qiáng)合作，開(kāi)展交叉研究才能取得突破。這項(xiàng)工作對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)地球的形成和演化過(guò)程、了解重大地質(zhì)事件的觸發(fā)機(jī)制，提高對(duì)資源能源分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。

(作者為中國(guó)科學(xué)院院士、南京大學(xué)教授)

《 人民日?qǐng)?bào) 》( 2025年10月11日 06 版)