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，在國際地質學界，它可是大名鼎鼎的。如果你對地質科學感興趣的話，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，究竟經歷了多少個地質時代？為了便于研究，地質學家將其劃分成了若干單位，分別用宙、代、紀、世等進行表示，宙下分代，代下分紀，紀下分世，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、侏羅紀和白堊紀。

對不同時代之間的分界，不同的國家研究出來的結果往往不同，缺乏統一的標準。那如何才能將全球不同時代的地層劃分統一起來？這需要找到世界各國地質學家公認的標準剖面才行。

大約在19世紀，美國人民為了紀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”。地質學家借用這個故事，認為地質時代的劃分意義重大，也應當有這樣的“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月由中國地質大學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枚金釘子的地質遺跡保護區。

牙形石

地質學家確定地質年代最重要的一個依據是生物群層序律，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雜，從低級到高級的，所以留在地層中的化石也會呈現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，如何才能統一起來呢？

這需要找到一種“標準化石”，也就是說要尋找一種分布廣、數量大、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時代。比如最有代表性的遠古動物三葉蟲，早在距今5.6億年前的寒武紀就已出現，5億至4.3億年前發展到高峰，至2.4億年前的二疊紀時完全滅絕，前后在地球上共生存了3.2億多年，它們就是典型的標準化石。

對于劃分二疊紀和三疊紀的標準化石，國際上長期以來采用的都是耳菊石。但是，我國科學家在中國大陸上大多數地方都沒有找到這種化石。不過，困難并沒有嚇倒中國人，反而更加激發了中國科學家積極進取的斗志。他們大膽放棄了耳菊石，轉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。這種類型的化石數量多，在全球廣泛分布。地質學家張克信教授在長興煤山D剖面第27層16厘米厚的灰巖中找到了牙形石的連續演化序列。經過我國地質學家的不懈努力，最終獲得國際地質科學聯合會的確認，以長興煤山的“牙形石化石”為劃分古生界和中生界的標準化石。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

對于地球史上曾經發生過的5次大規模生物滅絕事件，想必大家并不陌生。它們都發生在人類出現之前，分別是距今4.4億年前的奧陶紀末期、3.75億年前的泥盆紀末期、2.5億年前的二疊紀-三疊紀過渡時期、2.08億年前的三疊紀-侏羅紀過渡時期和6500萬年前的白堊紀末期。而其中規模最大的一次，是在距今2.5億年前的二疊紀-三疊紀過渡時期，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層下面的灰巖里，地質學家發現了大量二疊紀末期的海洋生物化石。但是，它們大多數都沒能穿過第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，地質學家將其與二疊紀-三疊紀過渡時期的生物大滅絕事件聯系了起來。

令人疑惑的是，這究竟是什么原因造成的呢？有學者認為，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現隕石撞擊地球應該留下的銥元素，而是發現了不少火山灰物質和高溫石英。隨著研究的不斷深入，他們否定了隕石撞擊地球的觀點，進而提出了二疊紀末的生物大滅絕與當時大面積的火山爆發有關。

中科院南京地質古生物所的研究員沈樹忠和美國麻省理工學院的科學家，通過礦物測年方法確定了這次事件發生的具體時間。他們發現煤山剖面標志生物大滅絕開始的25層火山灰出現于2.51941億年前，并于2.51880億年前終結。這意味著這次生物大滅絕就發生在這一大約6萬年的時間段內，屬于一次突發性的滅絕事件。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學家關注的焦點，也逐漸成為重要的科普教育基地。國務院已經批準槐坎鄉和煤山鎮兩個行政區的交接地段（面積約3平方千米）為地質遺跡國家級自然保護區，主要的保護對象就是“金釘子”。這里還建造了金釘子地質博物館，通過宇宙地球廳、生物進化廳、金釘子廳、古木化石展區以及4D影院，分別向前來參觀的游客展示地球的地質發展史以及生物進化史。