圖①：圖為(wei) 釘入貴州劍河縣的“金釘子”。楊家孟攝（影像中國）
圖②：圖為(wei) 位於(yu) 浙江長興(xing) 縣的“金釘子”。沈樹忠供圖資料來源：國際地層委員會(hui)

 網友：前不久，我們(men) 一家去貴州省旅遊，在劍河縣八郎村，聽當地導遊給我們(men) 介紹“金釘子”。為(wei) 啥要往岩石裏釘進去一顆“金釘子”？背後有啥玄機？

 編輯：貴州省黔東(dong) 南苗族侗族自治州劍河縣革東(dong) 鎮八郎村的“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，能衡量地球的地質年代；有人說，“金釘子”是一枚書(shu) 簽，標注地球演變的曆史。本期“院士講科普”，我們(men) 請中國科學院院士、南京大學教授沈樹忠談談如何通過“金釘子”讀懂“大地之書(shu) ”。

 “金釘子”是定義(yi) 和區別全球不同年代所形成的地層的“錨點”，用來劃分全球地質年代界線。“金釘子”的確立為(wei) 重建地球曆史搭建了一個(ge) 國際標準時間框架，為(wei) 研究地質曆史時期所發生的各種地質、生物演化事件以及預測圈定各種自然礦產(chan) 資源的時空分布奠定了基礎。

如何確立一顆“金釘子”

 要了解什麽(me) 是“金釘子”，首先要了解地質時間。

 地球已經走過了約46億(yi) 年的漫長歲月，留下了豐(feng) 富的地質記錄。要讀懂地球的故事，離不開地質語言。

 地質學家一直在探索地球演變的真相，為(wei) 的就是通過地球數十億(yi) 年裏發生過的事，判斷地球的現狀與(yu) 預測未來。然而，板塊運動、火山噴發、海陸變遷……地球在不斷變化，導致地質記錄碎片化。因此，“讀懂”地表岩石記錄，來了解地球曆史的時間軸，成為(wei) 地球科學領域的重要課題。

 我們(men) 用手表等計時工具，標注當下各種事件發生的時刻。但對於(yu) 遠古時代的地球，沒有人類，更沒有文字，如何劃分數十億(yi) 年的漫長時光？

 為(wei) 了解決(jue) 這一難題，國際地質科學聯合會(hui) 成立國際地層委員會(hui) ，其主要任務就是建立國際統一的地質年代劃分框架。

 “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，在數千人的見證下，鉚入橫穿鐵軌的最後一根枕木中。國際地層委員會(hui) 引用“金釘子”這一典故，來代表國際地質年代的黃金分界點，用於(yu) 記錄地球曆史中具有重要演化意義(yi) 的時間節點。

 但是，確立一顆“金釘子”並非易事，需要滿足多方麵的條件——地層記錄完整，不存在明顯的後期改造，有豐(feng) 富的、可進行區域和洲際對比的化石或其他具有等時性對比價(jia) 值的標誌。目前最常見的是以某種標誌化石的首次出現作為(wei) 國際對比的標準，例如我國貴州劍河的烏(wu) 溜階底界“金釘子”以三葉蟲化石“印度掘頭蟲”的出現為(wei) 標誌。

 近年來，“金釘子”的確立標誌趨於(yu) 多樣化，包括同位素地球化學的異常變化、地球磁場的倒轉時間、利用先進的同位素定年技術確定的火山灰年齡等。

地球曆史的精確坐標，指示地質時期的重大事件

 一顆“金釘子”，就是一個(ge) 特定地質時間節點的“金坐標”。確立“金釘子”的地區要對全球開放，便於(yu) 各國學者和公眾(zhong) 研究、參觀。

 作為(wei) 地球曆史的精確坐標，“金釘子”能幫助我們(men) 解讀地質時期的重大事件。

 比如“雪球事件”，指的是地球在距今約7億(yi) —6.35億(yi) 年間曾多次被冰雪封蓋。“雪球事件”結束後，全球範圍內(nei) 發生了廣泛的白雲(yun) 岩沉積，這套蓋帽白雲(yun) 岩在南澳大利亞(ya) 弗林德斯山脈的出現，被用來定義(yi) “埃迪卡拉紀”的開始，標誌著“雪球事件”的結束。

 再如，在大約2.52億(yi) 年前，由於(yu) 全球快速升溫、海洋酸化、陸地幹旱化等，當時全球80%以上海陸生物在較短時間內(nei) 快速滅絕。我國古生物學家殷鴻福院士、金玉玕院士領銜的國際團隊，在浙江長興(xing) 煤山剖麵分別確立了二疊係與(yu) 三疊係界線和長興(xing) 階底界的“金釘子”，這兩(liang) 顆“金釘子”精確錨定曆史上最大規模的生物滅絕事件發生在2.52億(yi) 年前，曆時不超過6萬(wan) 年。

 此外，“金釘子”還能暴露宇宙來客的痕跡。大約6600萬(wan) 年前，標誌恐龍滅絕的中生代與(yu) 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(wei) 標誌，說明當時有一顆彗星撞擊地球，一定程度上解釋了為(wei) 何一度占領陸海空的恐龍王國在瞬間滅亡。

中國已確立11顆“金釘子”，數量位居世界前列

 目前，“國際年代地層表”中有100多顆“金釘子”，經過全球科學家幾十年的探索，已經有80多顆“金釘子”被國際地質科學聯合會(hui) 正式批準。“金釘子”被稱為(wei) 國際地層學領域的“奧林匹克金牌”，其確立有一整套程序，需要建立國際工作組，選擇地層沉積係列完整、研究程度最高的剖麵作為(wei) 標準。

 “金釘子”的確立，體(ti) 現了一個(ge) 國家在地層學領域的綜合實力、學術水平和國際地位。各國學者都希望把這些“金釘子”留在自己的國家，因此國際學界競爭(zheng) 激烈。

 中國科學家在起步較晚的情況下，充分利用我國地層古生物資源優(you) 勢，在1997年取得突破——由陳旭院士領銜的團隊率先在浙江常山黃泥塘建立了奧陶係達瑞威爾階底界的“金釘子”。之後，我國學者不斷取得佳績，先後在中國確立11顆“金釘子”，數量位居世界前列。此外，中國學者還領銜或參與(yu) 了多顆國外“金釘子”的確立工作，為(wei) 國際地層學的發展、國際地質年代框架的建立作出貢獻。

 確立“金釘子”，並不意味著地層學工作的結束。隨著大數據和人工智能的快速發展，地球科學的研究亟須融入新的研究手段。我國科學家領銜發起的國際大科學計劃“深時數字地球”，就是圍繞地球演化這個(ge) 重大科學命題，全球科學家和機構共同協作，運用人工智能、大數據等技術整合過去數十億(yi) 年地球時空大數據，聚焦生命演化、地理演化、氣候演化與(yu) 物質演化等重大科學問題，更深入認識礦產(chan) 資源與(yu) 能源的時空分布規律，為(wei) 人類可持續發展作出應有的貢獻。

 如何利用“黃金坐標”，建立與(yu) 大數據、人工智能模型相結合的高精度、高分辨率的深時時間軸，是“深時數字地球”的重要任務之一，需要國際學界在多個(ge) 領域加強合作，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、了解重大地質事件的觸發機製，提高對資源能源分布規律的認識具有重要的科學和現實意義(yi) 。