【地學科普】金釘子(GSSP)

2021-02-15 地科院地質所

本文轉載自：中國科學院地球環境研究所微信公眾號 作者：中國科學院地球環境研究所科普協會

金釘子(Golden spike):是「全球界線層型剖面和點位」(Global Boundary Stratotype Section and Point，GSSP)的俗稱，是為了在全球範圍內有效探索地球歷史上同步發生的各種地質事件而尋找的一些特別的地層剖面和地質點，以此作為劃分全球各時代地層的統一標準。「金釘子」一旦釘下，這個地點就成為國際地質學某一地質時代分界點的唯一標準。因此它的確立是地層學研究的一項極高科學榮譽，對於了解地球歷史、探求地球生物演化奧秘等具有重要意義，歷來是世界地質學家研究的熱點和激烈競爭的領域。

國際年代地層表（v2017/02版本，圖片每一列最右邊被標註了「金釘子」)/圖片來源：http://www.stratigraphy.org/index.php/ics-chart-timescale

「金釘子」原本不是地質學的名詞，它來源於人類的鐵路修建史。1869年，美國首條橫穿美洲大陸的鐵路貫通，這條鐵路對美國的發展意義極其深遠。為了紀念鐵路的成功修建，鐵路落成慶典上，在最後一根特製月桂枕木上，釘下了最後4顆有特殊意義的特製道釘，其中2枚含有成色不等的黃金。最後一枚道釘含17.5克拉黃金（73%成色,18K金），重436g。這枚「最後的道釘（The Last Spike）」，四面刻有太平洋鐵路的奠基和竣工日期、鐵路指揮長等官員的姓名，並提有「May God continue the unity of our country, as this railroad unites the two great oceans of the world」(就像這條鐵路連接世界兩大洋那樣，願上帝使我們的國家繼續統一)等字句，頂端刻有「LAST SPIKE」標記。隨著最後一枚黃金道釘的楔入，太平洋鐵路這項偉大工程也標誌著勝利竣工。

「Last spike」最後一顆鐵路道釘和美國首條橫穿美洲大陸的鐵路落成/來源網絡

由於建成的這條鐵路對當時美國的經濟、文化，特別是美國西部開發具有極為深遠的意義。地質學家借用了「Golden spike」翻譯成中文就是「金釘子」，代表年代地層學中一項巨大工程的完成，也形象地表達了它是「釘進」地球表面的一個有特殊含義的地理「點」，隱喻了它在年代地層學中重要地位和裡程碑式的科學意義。因而，地層學研究中用「金釘子」代替了原本冗長而拗口的科學術語——全球標準層型剖面和點位（Global Boundary Stratotype Section and Point, 簡稱GSSP），既通俗簡單練，又寓意深遠。「金釘子」實際上作為劃分地層年齡的標尺，主要用於地質年代劃分。它並不是真的用黃金打造的，甚至和金子沒有一丁點關係，雖然也是金閃閃的，實際是用黃銅打造的，但是在地層學上意義非凡，不亞於奧運會金牌。

用18k金製成的道釘與地層界線上的「金釘子」標記

地球形成46億年以來，在原始的地殼上，慢慢覆蓋起層層疊疊的巖石，為地球演變發展留下了一部石頭做成的「萬卷書」。在地質學中，這些巖石便是地層，每一個地層都有其相應的地質年代，類似於「萬卷書」的頁碼一樣。地層學發展的數百年來，地層古生物工作者們未間斷探索，為年代地層單位尋求共同的標準，進行編碼。但是，由於定義混亂，缺乏統一，不僅造成地層劃分和對比的困難，也難以識別世界不同地區同步發生的地質事件。

地球演化歷史/圖片來源網絡

隨著1965年國際地層委員會成立後，「金釘子」被正式推廣，其定義的核心是以某種具有全球對比意義的標準化石的「首現」作為相關地層劃分的標準。有了「金釘子」，全球的地質工作者就有了「共同語言」。什麼樣的地質剖面才符合金釘子標準呢？它必須同時具備交通便利、巖層發育良好、化石含量豐富並且分布廣泛，容易識別等一系列條件。四十餘年來，全球科學家在蒼莽大地的巖層中，共釘下了68顆「金釘子」。後來居上的中國，目前，以10顆「金釘子」位居金牌榜首（2017年義大利「金釘子」也達到10顆）。

在我國建立的10枚「金釘子」分別指：寒武系第三統古丈階全球標準層型剖面和點位、寒武系芙蓉統排碧階全球標準層型剖面和點位、寒武系芙蓉統江山階全球標準層型剖面和點位、奧陶系中奧陶統大坪階全球標準層型剖面和點位、奧陶系中奧陶統達瑞威爾階全球標準層型剖面和點位、奧陶系上奧陶統赫南特階全球標準層型剖面和點位、石炭系密西西比亞系中統維憲階全球標準層型剖面和點位、二疊系樂平統吳家坪階全球標準層型剖面和點位、二疊系樂平統長興階全球標準層型剖面和點位、三疊系下三疊統印度階全球標準層型剖面和點位。

我國確立10顆「金釘子」的信息簡表

十枚「金釘子」中份量最重的一枚位於浙江長興煤山，這枚「金釘子」確立了全球二疊紀——三疊紀界線層型剖面和點，既是兩系之間的界線，又是古生界與中生界的分界，被認為是地質歷史上三個最大的斷代「金釘子」之一。同時浙江長興煤山剖面是全球唯一的擁有兩枚「金釘子」的地質剖面，另一個「金釘子」是二疊系最頂部的長興階的底界。如此的獨特性，使得浙江長興「金釘子」已經建成為國家AAAA級旅遊風景區和全國科普教育基地，已經不僅僅限於巖層剖面和紀念碑。

浙江長興煤山剖面自然保護區與博物館

參考文獻：

彭善池. 全球標準層型剖面和點位(「金釘子」)和中國的「金釘子」研究[J]. 地學前緣, 2014, 21(2):8-26.

章森桂, 張允白, 嚴惠君,等. 中國已成為擁有"金釘子"最多的國家[C]// 全國地層會議. 2013.

陳平富.地球年輪——「金釘子」的故事[J].化石,2011(04):66-78.

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