「金釘子」是全球界線層型剖面和點位(GSSP)的俗稱。「金釘子」一旦在世界某個地方「釘下」,該地點就變成一個地質年代的「國際標準」,對照它,便可以對應標出其他巖層的「年齡」,是年代地層統一的「度量衡」。今年6月,國際地質科學聯合會(IUGS)批准把寒武系第三統(苗嶺統)第五階(烏溜階)的剖面和點位「釘在」貴州劍河縣巴郎村附近的烏溜-曾家巖剖面。由此,我國以11顆「金釘子」成為全球獲得「金釘子」最多的國家。
用18k金製成的道釘
「金釘子」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」作為相關地層劃分對比的標準。我國的11顆「金釘子」分布在哪裡,標誌性的化石又是什麼呢?
1.浙江常山縣黃泥塘「金釘子」
「金釘子」的由來,要追溯到1869年的美國,首條橫穿北美洲大陸的鐵路,東西向合攏時釘住最後一塊枕木的道釘是用18k金製成的,以紀念這一歷史性時刻。在地質學家看來,GSSP在地質年代劃分中的意義與這顆「金釘子」不相上下,所以便借用了這一概念。
1997年,IUGS以浙江常山縣黃泥塘剖面作為奧陶系中奧陶統達瑞威爾階底界的「金釘子」。這裡以保存完好的筆石和牙形動物群化石為特色,再現了距今5.1億~4.35億年間地球海洋環境和生物群的演變歷史。
2.浙江長興縣煤山的兩顆「金釘子」
如同記錄年代的單位年、月、日一樣,年代地層也有單位,依次分為宇、界、系、統、階(相應的地質年代單位是宙、代、紀、世、期)。其中,階是基本單位,可以由「金釘子」來確定其底界。
2001年和2005年,IUGS分別把浙江長興縣煤山D剖面定為三疊系下三疊統印度階底界和二疊系樂平統長興階底界。長興也成為咫尺之內擁有兩顆「金釘子」的唯一之地。這裡同時是二疊系與三疊系的交界以及古生界與中生界的交界。此前地質學界一直沿用耳菊石化石作為古生界和中生界的劃分標誌,但由於耳菊石分布的局限性,無法充分解釋全球範圍內的地質現象。後來,我國科學家提出的將在浙江長興發現的「牙形石化石」作為劃分古生界和中生界的標準化石的觀點被認可。
3.湖南花垣縣排碧「金釘子」
2003年,IUGS批准將湖南花垣縣排碧剖面作為寒武系第四統第八階「金釘子」,並正式將全球地層年表寒武系的第四統命名為「芙蓉統」,第八階命名為「排碧階」。它也是寒武系確定的第一顆「金釘子」。作為距今5億~4.5億年前海底風暴與潮流活動的產物,剖面內生物化石豐富,尤以球接子(一種三葉蟲類)化石最有代表性,對於研究古海沉積物演變和古生物演化具有重大意義。
4.廣西來賓縣蓬萊灘「金釘子」
2005年,IUGS批准以廣西來賓縣蓬萊灘南岸剖面作為二疊系樂平統吳家坪階底界的「金釘子」,其附近的鐵橋剖面被定為輔助參考剖面。這一界線以牙形類化石的首次出現為標誌,在這一界線附近,牙形類、腕足類、珊瑚類和菊石類等動物群均發生了重大更替,故可以很好地用於進行全球海陸相地層的對比。研究該剖面對於了解二疊紀末生物大滅絕、統一大陸形成的原因和模式也具有重要的意義。
5.湖北宜昌市王家灣「金釘子」
2006年,IUGS批准以湖北宜昌市夷陵區分鄉鎮王家灣北剖面作為奧陶系上奧陶統赫南特階底界的「金釘子」,這裡以異形正常筆石的首次出現層位為標誌,距今約4.5億年。奧陶紀末期經歷的時間大概有200多萬年,在地球歷史上可謂十分短暫,但就在這短短200萬年間,地球環境、生物門類突然發生了劇烈的變化,被稱為奧陶紀末期生物大滅絕。王家灣剖面就完整記錄了這一段歷史,奧陶紀末期的所有重大事件在這個剖面上都能找到遺留的印記。
6.湖南古丈縣羅依溪「金釘子」
2008年,IUGS通過以我國湖南古丈縣羅依溪剖面作為寒武系第三統第七階底界的「金釘子」,該階也被命名為「古丈階」。5億年前,這裡連同整個華南地區都是一片汪洋大海,海中分布著各種類型的三葉蟲。這種原始的節肢動物身體扁平,呈卵圓形或橢圓形,縱向和橫向都可以從左中右把身體分為三葉形,故得名三葉蟲。
三葉蟲出現於5.2億年前,滅絕於2.5億年前。我國科學家提出的以光滑光尾球接子三葉蟲化石在地層中的首次出現作為界定標準的提議被接受,於是就有了這顆「金釘子」。這種球接子屬微小三葉蟲,體長只有8毫米,有一個米粒大小而又有堅硬的骨骼化外殼;大的三葉蟲,如發現於葡萄牙奧陶紀地層中的烏拉裂肋蟲,體長達70釐米;一般的三葉蟲體長在3~10釐米,寬度在1~3釐米。
7.湖北宜昌市黃花場「金釘子」
2008年,IUGS通過以湖北宜昌市黃花場剖面作為奧陶系中奧陶統大坪階底界的「金釘子」。隨著它的標定,全球奧陶系年代系統最終建立。奧陶系的7顆「金釘子」有3顆在我國,其中兩顆在湖北,兩者相距不到20千米。
牙形石大小只有0.1~4毫米。由於在海洋沉積中分布廣泛且特徵明顯,形態構造演化迅速,因而被譽為是確定地質歷史的「計時針」。我國科學家在該地找到了一種名叫「三角波羅的海牙形石」的化石,把它作為確定「金釘子」的標準化石。在奧陶紀,世界上只有北美大陸、俄羅斯大陸、波羅的海大陸和我國華南所處的岡瓦納大陸,由于洋流作用,這些遊移生物是可以相互交流的。
8.廣西柳州市碰衝「金釘子」
2008年,IUGS通過以廣西柳州市碰衝剖面作為石炭系維憲階底界的「金釘子」。石炭系「金釘子」一直是國際地層研究的難點之一,原確定於比利時狄南盆地的維憲階底界便因不符合現代生物地層原則而被廢除。這是因為,石炭系杜內-維憲階交界時期,大規模的地殼運動造成全球海平面普遍下降,地層沉積間斷,有孔蟲的發育演化不連續。而我國華南地區是石炭系地層發育良好的地區,經過在多地剖面調查研究,終於在碰衝有了發現。這裡的石炭系地層沉積連續且完整地顯示了古擬史塔夫有孔蟲屬的譜系演化,最終以簡單古擬史塔夫有孔蟲的首次出現作為杜內-維憲階的分界。
9.浙江江山市碓邊「金釘子」
2011年,IUGS通過以浙江江山市碓邊B剖面作為寒武系第四統(芙蓉統)第九階底界的「金釘子」,第九階也被命名為「江山階」。其實,「金釘子」的確定也是要經過一番競爭的。比如,科學家把東方擬球接子三葉蟲作為定義寒武系第九階的首選物種,它的地理分布很廣,除我國江山剖面外,哈薩克斯坦和俄羅斯也根據該化石在自己國家剖面中的首現而提交了申請報告,最後江山剖面勝出。
10.貴州劍河縣烏溜「金釘子」
2018年,IUGS通過以貴州劍河縣八郎村附近的烏溜—曾家巖剖面作為寒武系第三統第五階底界的「金釘子」,同時第三統和第五階也有了正式名稱,即苗嶺統和烏溜階。該「金釘子」也是我國迄今最古老的一枚,距今約5.09億年,其標誌性化石是多節類三葉蟲——印度掘頭蟲。此外,還在緊接「金釘子」點位之上的凱裡組下部的地層中,發現有布爾吉斯頁巖生物群類型的凱裡生物群,包含10個化石門類,120餘個化石屬,為生命起源與演化、寒武紀生物大爆發等研究提供了重要證據。
11、第十一枚「金釘子」——寒武系烏溜階「金釘子」
2018年國際地科聯通過以中國貴州劍河縣八郎村烏溜—曾家巖剖面作為寒武系苗嶺統烏溜階 「金釘子」。該「金釘子」研究由貴州大學、南京古生物所等共同完成。
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