圖①：圖為釘入貴州劍河縣的“金釘子”。

楊家孟攝（影像中國）

圖②：圖為位于浙江長興縣的“金釘子”。

沈樹忠供圖

資料來源：國際地層委員會

網(wǎng)友：前不久，我們一家去貴州省旅游，在劍河縣八郎村，聽當(dāng)?shù)貙?dǎo)游給我們介紹“金釘子”。為啥要往巖石里釘進去一顆“金釘子”？背后有啥玄機？

編輯：貴州省黔東南苗族侗族自治州劍河縣革東鎮(zhèn)八郎村的“金釘子”，是全球第六十九顆、我國第十一顆“金釘子”。有人說，“金釘子”是一把尺子，能衡量地球的地質(zhì)年代；有人說，“金釘子”是一枚書簽，標(biāo)注地球演變的歷史。本期“院士講科普”，我們請中國科學(xué)院院士、南京大學(xué)教授沈樹忠談?wù)勅绾瓮ㄟ^“金釘子”讀懂“大地之書”。

“金釘子”是定義和區(qū)別全球不同年代所形成的地層的“錨點”，用來劃分全球地質(zhì)年代界線。“金釘子”的確立為重建地球歷史搭建了一個國際標(biāo)準(zhǔn)時間框架，為研究地質(zhì)歷史時期所發(fā)生的各種地質(zhì)、生物演化事件以及預(yù)測圈定各種自然礦產(chǎn)資源的時空分布奠定了基礎(chǔ)。

如何確立一顆“金釘子”

要了解什么是“金釘子”，首先要了解地質(zhì)時間。

地球已經(jīng)走過了約46億年的漫長歲月，留下了豐富的地質(zhì)記錄。要讀懂地球的故事，離不開地質(zhì)語言。

地質(zhì)學(xué)家一直在探索地球演變的真相，為的就是通過地球數(shù)十億年里發(fā)生過的事，判斷地球的現(xiàn)狀與預(yù)測未來。然而，板塊運動、火山噴發(fā)、海陸變遷……地球在不斷變化，導(dǎo)致地質(zhì)記錄碎片化。因此，“讀懂”地表巖石記錄，來了解地球歷史的時間軸，成為地球科學(xué)領(lǐng)域的重要課題。

我們用手表等計時工具，標(biāo)注當(dāng)下各種事件發(fā)生的時刻。但對于遠古時代的地球，沒有人類，更沒有文字，如何劃分數(shù)十億年的漫長時光？

為了解決這一難題，國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會成立國際地層委員會，其主要任務(wù)就是建立國際統(tǒng)一的地質(zhì)年代劃分框架。

“金釘子”這一名字的起源，可以追溯到19世紀一條橫貫北美大陸的鐵路貫通。一枚18K金打造的鐵路道釘，在數(shù)千人的見證下，鉚入橫穿鐵軌的最后一根枕木中。國際地層委員會引用“金釘子”這一典故，來代表國際地質(zhì)年代的黃金分界點，用于記錄地球歷史中具有重要演化意義的時間節(jié)點。

但是，確立一顆“金釘子”并非易事，需要滿足多方面的條件——地層記錄完整，不存在明顯的后期改造，有豐富的、可進行區(qū)域和洲際對比的化石或其他具有等時性對比價值的標(biāo)志。目前最常見的是以某種標(biāo)志化石的首次出現(xiàn)作為國際對比的標(biāo)準(zhǔn)，例如我國貴州劍河的烏溜階底界“金釘子”以三葉蟲化石“印度掘頭蟲”的出現(xiàn)為標(biāo)志。

近年來，“金釘子”的確立標(biāo)志趨于多樣化，包括同位素地球化學(xué)的異常變化、地球磁場的倒轉(zhuǎn)時間、利用先進的同位素定年技術(shù)確定的火山灰年齡等。

地球歷史的精確坐標(biāo)，指示地質(zhì)時期的重大事件

一顆“金釘子”，就是一個特定地質(zhì)時間節(jié)點的“金坐標(biāo)”。確立“金釘子”的地區(qū)要對全球開放，便于各國學(xué)者和公眾研究、參觀。

作為地球歷史的精確坐標(biāo)，“金釘子”能幫助我們解讀地質(zhì)時期的重大事件。

比如“雪球事件”，指的是地球在距今約7億—6.35億年間曾多次被冰雪封蓋。“雪球事件”結(jié)束后，全球范圍內(nèi)發(fā)生了廣泛的白云巖沉積，這套蓋帽白云巖在南澳大利亞弗林德斯山脈的出現(xiàn)，被用來定義“埃迪卡拉紀”的開始，標(biāo)志著“雪球事件”的結(jié)束。

再如，在大約2.52億年前，由于全球快速升溫、海洋酸化、陸地干旱化等，當(dāng)時全球80%以上海陸生物在較短時間內(nèi)快速滅絕。我國古生物學(xué)家殷鴻福院士、金玉玕院士領(lǐng)銜的國際團隊，在浙江長興煤山剖面分別確立了二疊系與三疊系界線和長興階底界的“金釘子”，這兩顆“金釘子”精確錨定歷史上最大規(guī)模的生物滅絕事件發(fā)生在2.52億年前，歷時不超過6萬年。

此外，“金釘子”還能暴露宇宙來客的痕跡。大約6600萬年前，標(biāo)志恐龍滅絕的中生代與新生代的界線，就是以地層中有一層銥元素高度富集的黏土層為標(biāo)志，說明當(dāng)時有一顆彗星撞擊地球，一定程度上解釋了為何一度占領(lǐng)陸海空的恐龍王國在瞬間滅亡。

中國已確立11顆“金釘子”，數(shù)量位居世界前列

目前，“國際年代地層表”中有100多顆“金釘子”，經(jīng)過全球科學(xué)家?guī)资甑奶剿鳎呀?jīng)有80多顆“金釘子”被國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會正式批準(zhǔn)。“金釘子”被稱為國際地層學(xué)領(lǐng)域的“奧林匹克金牌”，其確立有一整套程序，需要建立國際工作組，選擇地層沉積系列完整、研究程度最高的剖面作為標(biāo)準(zhǔn)。

“金釘子”的確立，體現(xiàn)了一個國家在地層學(xué)領(lǐng)域的綜合實力、學(xué)術(shù)水平和國際地位。各國學(xué)者都希望把這些“金釘子”留在自己的國家，因此國際學(xué)界競爭激烈。

中國科學(xué)家在起步較晚的情況下，充分利用我國地層古生物資源優(yōu)勢，在1997年取得突破——由陳旭院士領(lǐng)銜的團隊率先在浙江常山黃泥塘建立了奧陶系達瑞威爾階底界的“金釘子”。之后，我國學(xué)者不斷取得佳績，先后在中國確立11顆“金釘子”，數(shù)量位居世界前列。此外，中國學(xué)者還領(lǐng)銜或參與了多顆國外“金釘子”的確立工作，為國際地層學(xué)的發(fā)展、國際地質(zhì)年代框架的建立作出貢獻。

確立“金釘子”，并不意味著地層學(xué)工作的結(jié)束。隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的快速發(fā)展，地球科學(xué)的研究亟須融入新的研究手段。我國科學(xué)家領(lǐng)銜發(fā)起的國際大科學(xué)計劃“深時數(shù)字地球”，就是圍繞地球演化這個重大科學(xué)命題，全球科學(xué)家和機構(gòu)共同協(xié)作，運用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)整合過去數(shù)十億年地球時空大數(shù)據(jù)，聚焦生命演化、地理演化、氣候演化與物質(zhì)演化等重大科學(xué)問題，更深入認識礦產(chǎn)資源與能源的時空分布規(guī)律，為人類可持續(xù)發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻。

如何利用“黃金坐標(biāo)”，建立與大數(shù)據(jù)、人工智能模型相結(jié)合的高精度、高分辨率的深時時間軸，是“深時數(shù)字地球”的重要任務(wù)之一，需要國際學(xué)界在多個領(lǐng)域加強合作，開展交叉研究才能取得突破。這項工作對進一步認識地球的形成和演化過程、了解重大地質(zhì)事件的觸發(fā)機制，提高對資源能源分布規(guī)律的認識具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實意義。

（作者為中國科學(xué)院院士、南京大學(xué)教授）

《 人民日報 》（ 2025年10月11日 06 版）