中国科学院院士沈树忠：“金钉子”“钉”住地球记忆
图①：图为钉入贵州剑河县的“金钉子”。杨家孟摄（影像中国）图②：图为位于浙江长兴县的“金钉子”。沈树忠供图资料来源：国际地层委员会
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网友：前不久，我们一家去贵州省旅游，在剑河县八郎村，听当地导游给我们介绍“金钉子”。为啥要往岩石里钉进去一颗“金钉子”？背后有啥玄机？
编辑：贵州省黔东南苗族侗族自治州剑河县革东镇八郎村的“金钉子”，是全球第六十九颗、我国第十一颗“金钉子”。有人说，“金钉子”是一把尺子，能衡量地球的地质年代；有人说，“金钉子”是一枚书签，标注地球演变的历史。本期“院士讲科普”，我们请中国科学院院士、南京大学教授沈树忠谈谈如何通过“金钉子”读懂“大地之书”。
“金钉子”是定义和区别全球不同年代所形成的地层的“锚点”，用来划分全球地质年代界线。“金钉子”的确立为重建地球历史搭建了一个国际标准时间框架，为研究地质历史时期所发生的各种地质、生物演化事件以及预测圈定各种自然矿产资源的时空分布奠定了基础。
如何确立一颗“金钉子”
要了解什么是“金钉子”，首先要了解地质时间。
地球已经走过了约46亿年的漫长岁月，留下了丰富的地质记录。要读懂地球的故事，离不开地质语言。
地质学家一直在探索地球演变的真相，为的就是通过地球数十亿年里发生过的事，判断地球的现状与预测未来。然而，板块运动、火山喷发、海陆变迁……地球在不断变化，导致地质记录碎片化。因此，“读懂”地表岩石记录，来了解地球历史的时间轴，成为地球科学领域的重要课题。
我们用手表等计时工具，标注当下各种事件发生的时刻。但对于远古时代的地球，没有人类，更没有文字，如何划分数十亿年的漫长时光？
为了解决这一难题，国际地质科学联合会成立国际地层委员会，其主要任务就是建立国际统一的地质年代划分框架。
“金钉子”这一名字的起源，可以追溯到19世纪一条横贯北美大陆的铁路贯通。一枚18K金打造的铁路道钉，在数千人的见证下，铆入横穿铁轨的最后一根枕木中。国际地层委员会引用“金钉子”这一典故，来代表国际地质年代的黄金分界点，用于记录地球历史中具有重要演化意义的时间节点。
但是，确立一颗“金钉子”并非易事，需要满足多方面的条件——地层记录完整，不存在明显的后期改造，有丰富的、可进行区域和洲际对比的化石或其他具有等时性对比价值的标志。目前最常见的是以某种标志化石的首次出现作为国际对比的标准，例如我国贵州剑河的乌溜阶底界“金钉子”以三叶虫化石“印度掘头虫”的出现为标志。
近年来，“金钉子”的确立标志趋于多样化，包括同位素地球化学的异常变化、地球磁场的倒转时间、利用先进的同位素定年技术确定的火山灰年龄等。
地球历史的精确坐标，指示地质时期的重大事件
一颗“金钉子”，就是一个特定地质时间节点的“金坐标”。确立“金钉子”的地区要对全球开放，便于各国学者和公众研究、参观。
作为地球历史的精确坐标，“金钉子”能帮助我们解读地质时期的重大事件。
比如“雪球事件”，指的是地球在距今约7亿—6.35亿年间曾多次被冰雪封盖。“雪球事件”结束后，全球范围内发生了广泛的白云岩沉积，这套盖帽白云岩在南澳大利亚弗林德斯山脉的出现，被用来定义“埃迪卡拉纪”的开始，标志着“雪球事件”的结束。
再如，在大约2.52亿年前，由于全球快速升温、海洋酸化、陆地干旱化等，当时全球80%以上海陆生物在较短时间内快速灭绝。我国古生物学家殷鸿福院士、金玉玕院士领衔的国际团队，在浙江长兴煤山剖面分别确立了二叠系与三叠系界线和长兴阶底界的“金钉子”，这两颗“金钉子”精确锚定历史上最大规模的生物灭绝事件发生在2.52亿年前，历时不超过6万年。
此外，“金钉子”还能暴露宇宙来客的痕迹。大约6600万年前，标志恐龙灭绝的中生代与新生代的界线，就是以地层中有一层铱元素高度富集的黏土层为标志，说明当时有一颗彗星撞击地球，一定程度上解释了为何一度占领陆海空的恐龙王国在瞬间灭亡。
中国已确立11颗“金钉子”，数量位居世界前列
目前，“国际年代地层表”中有100多颗“金钉子”，经过全球科学家几十年的探索，已经有80多颗“金钉子”被国际地质科学联合会正式批准。“金钉子”被称为国际地层学领域的“奥林匹克金牌”，其确立有一整套程序，需要建立国际工作组，选择地层沉积系列完整、研究程度最高的剖面作为标准。
“金钉子”的确立，体现了一个国家在地层学领域的综合实力、学术水平和国际地位。各国学者都希望把这些“金钉子”留在自己的国家，因此国际学界竞争激烈。
中国科学家在起步较晚的情况下，充分利用我国地层古生物资源优势，在1997年取得突破——由陈旭院士领衔的团队率先在浙江常山黄泥塘建立了奥陶系达瑞威尔阶底界的“金钉子”。之后，我国学者不断取得佳绩，先后在中国确立11颗“金钉子”，数量位居世界前列。此外，中国学者还领衔或参与了多颗国外“金钉子”的确立工作，为国际地层学的发展、国际地质年代框架的建立作出贡献。
确立“金钉子”，并不意味着地层学工作的结束。随着大数据和人工智能的快速发展，地球科学的研究亟须融入新的研究手段。我国科学家领衔发起的国际大科学计划“深时数字地球”，就是围绕地球演化这个重大科学命题，全球科学家和机构共同协作，运用人工智能、大数据等技术整合过去数十亿年地球时空大数据，聚焦生命演化、地理演化、气候演化与物质演化等重大科学问题，更深入认识矿产资源与能源的时空分布规律，为人类可持续发展作出应有的贡献。
如何利用“黄金坐标”，建立与大数据、人工智能模型相结合的高精度、高分辨率的深时时间轴，是“深时数字地球”的重要任务之一，需要国际学界在多个领域加强合作，开展交叉研究才能取得突破。这项工作对进一步认识地球的形成和演化过程、了解重大地质事件的触发机制，提高对资源能源分布规律的认识具有重要的科学和现实意义。
（作者为中国科学院院士、南京大学教授）
（原标题：“金钉子”，“钉”住地球记忆（院士讲科普））
本文链接：http://knowith.com/news-2-4560.html中国科学院院士沈树忠：“金钉子”“钉”住地球记忆
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