到長興看“金釘子”

驥伏櫪

在浙江、江蘇和安徽三省交界處，太湖的西南岸，有一個面積僅有1430平方千米的長興縣，在國際地質(zhì)學(xué)界，它可是大名鼎鼎的。如果你對地質(zhì)科學(xué)感興趣的話，一定要去那里長長見識。

金釘子

地球在誕生至今的46億年間，究竟經(jīng)歷了多少個地質(zhì)時代？為了便于研究，地質(zhì)學(xué)家將其劃分成了若干單位，分別用宙、代、紀(jì)、世等進(jìn)行表示，宙下分代，代下分紀(jì)，紀(jì)下分世，世下分期，期下分時。比如，顯生宙分為古生代、中生代和新生代，而中生代又分為三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)。

對不同時代之間的分界，不同的國家研究出來的結(jié)果往往不同，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。那如何才能將全球不同時代的地層劃分統(tǒng)一起來？這需要找到世界各國地質(zhì)學(xué)家公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)剖面才行。

大約在19世紀(jì)，美國人民為了紀(jì)念東西部鐵路大動脈接軌，在竣工時釘下了一枚用黃金制成的鐵路道釘，俗稱“金釘子”。地質(zhì)學(xué)家借用這個故事，認(rèn)為地質(zhì)時代的劃分意義重大，也應(yīng)當(dāng)有這樣的“金釘子”，全稱為“全球年代地層單位界線層型剖面和點位”，簡稱“GSSP”。目前，全球地層年表中一共有110枚左右的“金釘子”，截至2015年已經(jīng)確立的有66枚，其中我國有10枚。更讓人感到自豪的是，長興就擁有2枚，分別是2001年3月由中國地質(zhì)大學(xué)殷鴻福院士團隊確定的二疊-三疊系界線“金釘子”，以及2005年9月由中科院南京古生物研究所金玉玕團隊確定的吳家坪階-長興階“金釘子”。長興也因此成為全球唯一一個在同一剖面上同時擁有2枚金釘子的地質(zhì)遺跡保護(hù)區(qū)。

牙形石

地質(zhì)學(xué)家確定地質(zhì)年代最重要的一個依據(jù)是生物群層序律，即有機物的化石（包括動物群和植物群）在地層中，彼此有一定的相互聯(lián)系的可以辨別的演化順序。簡單來說，生物的演化趨勢都是從簡單到復(fù)雜，從低級到高級的，所以留在地層中的化石也會呈現(xiàn)出一系列的演化順序。但是，地球那么大，生物種類那么多，世界各地的生物化石多種多樣，如何才能統(tǒng)一起來呢？

這需要找到一種“標(biāo)準(zhǔn)化石”，也就是說要尋找一種分布廣、數(shù)量大、演化快，在某一地層單位中特有的生物化石，并且該層以上和以下的地層中基本沒有這種化石，才能依靠它確定地層的地質(zhì)時代。比如最有代表性的遠(yuǎn)古動物三葉蟲，早在距今5.6億年前的寒武紀(jì)就已出現(xiàn)，5億至4.3億年前發(fā)展到高峰，至2.4億年前的二疊紀(jì)時完全滅絕，前后在地球上共生存了3.2億多年，它們就是典型的標(biāo)準(zhǔn)化石。

對于劃分二疊紀(jì)和三疊紀(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化石，國際上長期以來采用的都是耳菊石。但是，我國科學(xué)家在中國大陸上大多數(shù)地方都沒有找到這種化石。不過，困難并沒有嚇倒中國人，反而更加激發(fā)了中國科學(xué)家積極進(jìn)取的斗志。他們大膽放棄了耳菊石，轉(zhuǎn)而把目光投向了另外一種微小的生物化石——牙形石。這是一種海洋生物化石，它們死后肉體部分腐爛，剩下頭部的骨骼則變成了化石。由于外形很像某些魚類的牙齒，故而得名“牙形石”，也被稱為“牙形刺”。它的個體很小，通常僅為0.3～2.0毫米。這種類型的化石數(shù)量多，在全球廣泛分布。地質(zhì)學(xué)家張克信教授在長興煤山D剖面第27層16厘米厚的灰?guī)r中找到了牙形石的連續(xù)演化序列。經(jīng)過我國地質(zhì)學(xué)家的不懈努力，最終獲得國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會的確認(rèn)，以長興煤山的“牙形石化石”為劃分古生界和中生界的標(biāo)準(zhǔn)化石。從此之后，這枚劃分古生界和中生界（同時也劃分二疊-三疊系）的“金釘子”，就牢牢地“釘”在了長興。

大滅絕

對于地球史上曾經(jīng)發(fā)生過的5次大規(guī)模生物滅絕事件，想必大家并不陌生。它們都發(fā)生在人類出現(xiàn)之前，分別是距今4.4億年前的奧陶紀(jì)末期、3.75億年前的泥盆紀(jì)末期、2.5億年前的二疊紀(jì)-三疊紀(jì)過渡時期、2.08億年前的三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)過渡時期和6500萬年前的白堊紀(jì)末期。而其中規(guī)模最大的一次，是在距今2.5億年前的二疊紀(jì)-三疊紀(jì)過渡時期，全球生物總共約57%的科、83%的屬、96%的海洋生物的種與約70%的陸地生物的種都滅絕了。

在長興梅山D剖面第25層下面的灰?guī)r里，地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大量二疊紀(jì)末期的海洋生物化石。但是，它們大多數(shù)都沒能穿過第25、26層這兩個僅有十幾厘米厚的粘土層。而在這兩層粘土層之上的巖石中，生物化石變得極少了。通過研究這些資料，地質(zhì)學(xué)家將其與二疊紀(jì)-三疊紀(jì)過渡時期的生物大滅絕事件聯(lián)系了起來。

令人疑惑的是，這究竟是什么原因造成的呢？有學(xué)者認(rèn)為，這與恐龍的滅絕一樣，是隕石撞擊地球的后果。而以殷鴻福院士為首的科研團隊通過長期的分析檢驗，并沒有在這層薄薄的粘土層中發(fā)現(xiàn)隕石撞擊地球應(yīng)該留下的銥元素，而是發(fā)現(xiàn)了不少火山灰物質(zhì)和高溫石英。隨著研究的不斷深入，他們否定了隕石撞擊地球的觀點，進(jìn)而提出了二疊紀(jì)末的生物大滅絕與當(dāng)時大面積的火山爆發(fā)有關(guān)。

中科院南京地質(zhì)古生物所的研究員沈樹忠和美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家，通過礦物測年方法確定了這次事件發(fā)生的具體時間。他們發(fā)現(xiàn)煤山剖面標(biāo)志生物大滅絕開始的25層火山灰出現(xiàn)于2.51941億年前，并于2.51880億年前終結(jié)。這意味著這次生物大滅絕就發(fā)生在這一大約6萬年的時間段內(nèi)，屬于一次突發(fā)性的滅絕事件。這對整個地球史而言僅是“眨眼之間”，如今這一切都被完整地保存在長興煤山剖面中。

煤山剖面不僅成為地質(zhì)學(xué)家關(guān)注的焦點，也逐漸成為重要的科普教育基地。國務(wù)院已經(jīng)批準(zhǔn)槐坎鄉(xiāng)和煤山鎮(zhèn)兩個行政區(qū)的交接地段（面積約3平方千米）為地質(zhì)遺跡國家級自然保護(hù)區(qū)，主要的保護(hù)對象就是“金釘子”。這里還建造了金釘子地質(zhì)博物館，通過宇宙地球廳、生物進(jìn)化廳、金釘子廳、古木化石展區(qū)以及4D影院，分別向前來參觀的游客展示地球的地質(zhì)發(fā)展史以及生物進(jìn)化史。