“金钉子”解码地球的年轮

日前，中国、俄罗斯、加拿大、美国、法国等10多个国家20余位顶级地层古生物专家，齐聚巢湖平顶山、马家山等地，考察平顶山西地质剖面，为巢湖申报全球“金钉子”现场“把脉”。“‘金钉子’被誉为地学界的奥林匹克金牌，是全球年代地层划分的通用语言，对于开展重大地质事件、生物事件和变化规律的研究具有重要意义。 ”省地质博物馆研究室主任黄建东表示。

“金钉子”到底是啥

对于地质研究者来说，“金钉子”绝对是如雷贯耳的大名词。但对于普通读者来说，恐怕大多数会听得“云里雾里”。

地质学上的“金钉子”到底是啥？黄建东介绍，“金钉子”是一种比较形象的说法，它的全称是“全球标准层型剖面和点位（GSSP）”。 “金钉子”是国际地层委员会为了在全球范围内有效探索地球历史上同步发生的各种地质事件，而寻找的一些特别的地层剖面和地质点，并以此作为确定和识别全球两个时代地层之间界线的唯一标志。

“其实，‘金钉子’最早来源于美国铁路修建史，原本并不是地质学名词。”黄建东透露。1869年，美国首条横穿美洲大陆的太平洋铁路贯通，对当时美国经济、文化，特别是西部开发具有极其深远的意义。为了纪念铁路成功修建，落成庆典上，人们在最后一根特制月桂枕木上钉下4颗具有特殊意义的特制道钉，其中最后一枚采用18K黄金制作而成。这枚金钉子的楔入，标志着太平洋铁路这项伟大工程的胜利竣工。 “全球标准层型剖面和点位的确定，对于地层年代划分的意义，就如同太平洋铁路这最后的‘金钉子’一般，标志着年代地层学中一项巨大工程的完成。”

“金钉子”一旦钉下，这个地点就成为国际地质学某一地质时代分界点的唯一标准。

“如今，地质学中的‘金钉子’，实际上跟真正的黄金已经没有任何关系。 ”黄建东说，但“金钉子”的确立既是地层学研究的一项极高科学荣誉，也是国家的一项重要荣誉，对于了解地球历史和重大地质事件、探求地球生物演化奥秘等具有重要意义，历来是全球地质学家研究的热点和激烈竞争的领域。

“金钉子”如何确立

“巢湖平顶山西剖面是非常有竞争力的‘金钉子’候选剖面，一旦被正式钉下，将标志着全球下三叠统‘奥伦尼克阶’底界的确立。”黄建东表示，历史学家习惯于用“朝代”来划分人类历史，每枚“金钉子”其实就代表了地质历史中一个“朝代”的开始。根据地质科学研究，地球有生命以来，可以划分为110余个“朝代”，“金钉子”相当于每个“朝代”的起点，是年代地层基本单位“阶”的底界。目前，全世界已确立68枚“金钉子”，相当于确定了地球生命历史中68个“朝代”的创立时间，每个“朝代”上出现的独特生命、地质事件就能各自“归位”。

1972年，历时12年的探索和研究，全球第一个“金钉子”——“Klonk”剖面，在捷克首都布拉格确立。我国于1977年加入到全球“金钉子”研究，比国际上晚了10多年。直到1997年，中科院南京地质古生物研究所陈旭院士率领的国际团队在浙江常山黄泥塘，确立我国首枚“金钉子”（奥陶系“达瑞威尔阶”）。目前，我国共确立10枚“金钉子”，与意大利一起成为世界上拥有 “金钉子”最多的国家。其中，分量最重的是浙江长兴煤山的下三叠统“印度阶”金钉子，因为它既是全球二叠系与三叠系的界线，又是古生界与中生界的界线，被认为是地质历史上三个最大的断代“金钉子”之一。

每一个“金钉子”的选择，都有一套严格的要求。黄建东介绍，首先，候选剖面必须是全球研究水平最高、岩层发育最完整、化石含量最丰富且分布广泛的剖面，剖面还要有一定厚度，界线上下一般要有几十米，且沉积不能有间断；其次，必须要有“首次出现”的全球标准化石，牙形石、菊石、三叶虫石、笔石等常被选为首要标志物种。同时，还必须具备交通便利、容易识别等一系列条件。巢湖平顶山西剖面恰好符合这些严苛条件，其剖面发育完整、化石含量丰富，经过地质学家20余年的研究，产生了一系列重要成果，尤其是在剖面上最早识别出了牙形石重要属种 “Novispathodus waageni e－owaageni”，作为“奥伦尼克阶”底界上特定的“首现”化石。

“‘金钉子’确立是一个极其严谨和复杂的过程。”黄建东透露，一般情况下，国际地层委员会各系的分委员会负责本系各个阶“金钉子”的研究和遴选。要建立某个阶的“金钉子”，通常要建立相应阶的底界工作组，工作组通过投票的方式向分会推荐“金钉子”候选层型剖面；接着交由地层分会各国专家投票表决；国际地层委员会的“全委会”做最后表决；最后由国际地球科学联合会批准公布。国际地科联的批准，并不代表“金钉子”的确立程序结束，按照国际地层委员会的要求，在批准后3年内，所在国家还必须为“金钉子”建立永久性标志，并承诺对“金钉子”进行规范化保护。

“金钉子”有何作用

“金钉子”是全世界科学家公认的、全球范围内某一特定地质时代划分对比的唯一标准。因此，它的成功获取往往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，其意义绝不亚于奥运金牌。“‘金钉子’一旦确定，就是全球某一个地层年代的唯一标准。以此剖面为对象所产生的研究成果，往往既具有全球对比意义又具有全球示范价值。”黄建东表示。

毫无疑问，“金钉子”确定前，需要科学家长期的探索和研究，一旦确定后则会吸引更多科学家的目光，产生更多具有重要影响力的成果。比如，距今约2.52亿年的二叠系、三叠系之交，曾发生了地质历史时期最为严重的全球生物集群灭绝事件，短时间内造成超过95%的生物灭绝。今年3月，中科大教授肖益林团队和沈延安团队通过首次系统测定全球二叠-三叠界线的“金钉子”剖面——中国浙江煤山剖面的锂同位素组成，认为迅速增强的大陆风化作用能将地表巨量的离子和营养盐输送至海洋，从而引发海水富营养化和海洋酸化，进而导致海水缺氧、透光带降低等危及当时海洋中生命生存的环境系统，这一效应积累到海洋生命所能承受的阈值后，最终引发海洋生态系统的崩溃并造成二叠系末生命在短时间内大量灭绝。

牙形石是一种古老的海洋生物化石，出现于5亿多年前，灭绝于2亿多年前。近年来，中国地质大学二叠系一三叠系研究团队在巢湖平顶山西剖面最早识别出牙形石重要属种“Novispathoduswaagenieowaageni”。该牙形石是目前国际上已知出现时代最早的“Novispatho－duswaageni”亚种。该团队于2003年提出利用“Novispathoduswaagenieowaa－geni”在地层中首次出现的位置，作为下三叠统“印度阶-奥仑尼克阶”界线的划分标准，已经得到国际学者广泛接受和采用。“国际顶级专家齐聚巢湖平顶山，进一步推动了‘奥伦尼克阶’金钉子在本地区建立。”黄建东说。

二叠系末期的生物大灭绝事件后，到三叠系初的“奥伦尼克阶”中期，陆地爬行类动物才开始下海进而演变出海生爬行动物。而世界上最早的巢湖鱼龙动物群就发现于安徽巢湖，出现在距今约2.48亿年 “奥伦尼克阶”中期，被认为是鱼龙等海生爬行动物最早下海的地方。 “该动物群的研究为全球‘奥伦尼克阶’金钉子的确立提供了难得的古生物化石材料。”黄建东表示。