【云展览 微科普】| 19、这枚“钉子”不简单
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走进中国科学院创新成果展
（十九）这枚“钉子”不简单
一枚金色的“钉子”
记录的是一段独特的历史
我国目前是获得“金钉子”
数量最多的国家
“金钉子”有哪些意义和作用？
随着历史的脚步
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这枚不简单的“钉子”
46亿的地球在原始的地壳上覆盖着层层叠叠的岩石，仿佛一部石头做的“万卷书”。在地质学中，每一个地层都有对应的地质年代，如同书本的“页码”一样。而在漫长的地质历史时期，这本“万卷书”经历了各种运动，“页码”也变得混乱。
为将这本“页码”混乱的书本进行编码，数年来总有这样一群地层古生物工作者，他们手拿地质锤、放大镜，刻苦专研这书页般的地层，从未间断探索。但是，由于“编码”标准不一致，造成地层的划分和对比困难，使得世界不同地区同步发生的地质事件难以被识别。为此，“金钉子”(Golden spike)的出现使得全世界科学家在叙述地质历史时有一种共同的语言和全球性的标准。
地球演化历史
图片来源：https://tinyurl.com/y46s84nf
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“金钉子”一词由来
起初“金钉子”来源于人类的铁路修建史。1869年，为了纪念这条铁路的成功修建，在落成庆典上，最后一根特制月桂枕木上钉下了最后4颗具有特殊意义的特制道钉。其中，最后一枚道钉含17.5克拉黄金（73%成色，18 K金），重436 g。
这枚“最后的道钉（The Last Spike）”，四面刻有太平洋铁路的奠基和竣工日期、铁路指挥长等官员的姓名，并提有“May God continue the unity of our country, as this railroad unites the two great oceans of the world”(就像这条铁路连接世界两大洋那样，愿上帝使我们的国家继续统一)等字句，顶端刻有“LAST SPIKE”标记。随着这枚黄金道钉的楔入，太平洋铁路这项伟大工程也标志着胜利竣工。
“Last spike”最后一颗铁路道钉和美国首条横穿美洲大陆的铁路落成
图片来源：https://tinyurl.com/yxgfv4ca
美国首条横穿美洲大陆的铁路贯通，对当时美国的经济、文化，特别是美国西部的开发具有极为深远的意义。因此，地质学家借用了“Golden spike”，将其翻译成中文“金钉子”，用来代表年代地层学中一项巨大工程的完成，也形象地表达了它是“钉进”地球表面的一个有特殊含义的地理“点”，隐喻了它在年代地层学中重要地位和里程碑式的科学意义。地层学研究中也用“金钉子”代替了原本冗长而拗口的科学术语——全球标准层型剖面和点位(Global Boundary Stratotype Section and Point，GSSP)，既通俗简单练，又寓意深远。
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地质中的“金钉子”
随着1965年国际地层委员会成立后，“金钉子”也被正式推广。有了“金钉子”，全球的地质工作者有了“共同语言”。按照现在专业的说法，“金钉子”是国际地层委员会和地球科学联合会，以正式公布的形式所指定的年代地层单位界线的典型或标准，是为定义和区别全球不同年代（时代）所形成的地层的全球唯一标准或样板，并在一个特定的地点和特定的岩层序列中标出，作为确定和识别全球两个时代地层之间的界线的唯一标志。简单来说，“金钉子”可以理解为一种地质年代分界线或者说标志层位。
地层界线上的“金钉子”标记
图片来源：https://tinyurl.com/y4olzozb
“金钉子”一旦钉下，这个地点就成为国际地质学某一地质时代分界点的唯一标准。因此，金钉子获取建立是十分严格的，而最基本的是要特定地区内，特定岩层序列中的一个专有的标志点，藉此构成两个年代地层单位之间界线的定义和识别标准。
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“金钉子”的意义
建立“金钉子”的意义在于读懂地球演化的编年史。就像历史学家将中国历史划分为夏、商、周等不同的时期一样，地质学家按照地球所有岩石形成时代的先后，建立了一套年代地层单位系统：宇、界、系、统、阶，类似每一个人类历史时期都包含一定的人类活动内容和事件，每一个时间地层单位则包括在这个时间间隔内地球上所形成的所有岩石和与其相关的地质事件。建立“金钉子”，就是要为地球演化的编年史确定各个地质时代的分界线及其国际划分标准。
钉入地层中的“金钉子”并不是真的用黄金打造的，而是用的黄铜，可“金钉子”的确立在地层学上却意义非凡，并不亚于奥运会的金牌，在了解地球历史、探求地球生物演化奥秘等过程中扮演着极为重要的角色。同时，它的确定往往也标志着一个国家在这一领域的地学研究成果达到世界领先水平，有着十分深远涵义。40余年来，全球科学家在苍莽大地的岩层中不断探索，共计钉下72颗“金钉子”。后来居上的中国，目前以11颗“金钉子”独执牛耳，成为全球获得“金钉子”最多的国家。
国际年代地层表（2020年3月版本，图片每列最右边标注了“金钉子”）
图片来源：https://tinyurl.com/y5uojnyz
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“7个半金钉子”
在中国拥有的这11颗“金钉子”中，中国科学院南京地质古生物研究所“金钉子”研究集体主持确立了7颗，参与确立了2颗。这一成果在国内外同类科研机构中，遥遥领先。
南京古生物所确立和参与的“金钉子”分别是：
1997年，国际地科联通过以中国浙江常山县黄泥塘剖面作为奥陶系中奥陶统达瑞威尔阶“金钉子”。这里以保存完好的笔石和牙形动物群化石为特色，再现了距今5.1亿～4.35亿年间地球海洋环境和生物群的演变历史。该“金钉子”研究由南京古生物所主持完成，是我国获得的第一颗“金钉子”。
2001年，由南京古生物所参与研究的浙江长兴县煤山D剖面为全球二叠系—三叠系界线的“金钉子”，这也是划分古生代和中生代的最重要的“金钉子”。此前地质学界一直沿用耳菊石化石作为古生界和中生界的划分标志，但由于其分布的局限性，对于全球范围内的地质现象无法给予充分解释。而后，在浙江长兴发现的“牙形石化石”作为划分古生界和中生界的标准化石逐步得到认可。
2003年，由南京古生物所彭善池研究员主持研究的寒武系排碧阶底界“金钉子”建立在湖南花垣县排碧乡，并正式将全球寒武系第4统命名为“芙蓉统”，其最下部的阶命名为“排碧阶”，使得中国的地名正式进入了国际年代地层表。它也是寒武系确定的第一颗“金钉子”。作为距今5亿～4.5亿年前海底风暴与潮流活动的产物，剖面内生物化石丰富，尤以球接子（一种三叶虫类）化石最有代表性，对于研究古海沉积物演变和古生物演化具有重大意义。
2005年，由南京古生物所金玉玕院士主持研究的两个“金钉子”同时获批。
一是，确立在广西来宾蓬莱滩剖面的二叠系吴家坪阶底界（亦即乐平统底界）“金钉子”，其附近的铁桥剖面被定为辅助参考剖面。这一界线以牙形类化石的首次出现为标志，在这一界线附近，牙形类、腕足类、珊瑚类和菊石类等动物群均发生了重大更替，故可以很好地用于进行全球海陆相地层的对比。研究该剖面对于了解二叠纪末生物大灭绝、统一大陆形成的原因和模式也具有重要的意义。
二是，确立在浙江长兴县煤山D剖面的二叠系长兴阶底界“金钉子”。后者的确立，也使得长兴煤山成为目前为止全球唯一拥有两颗“金钉子”的单一地层剖面。
2006年，由南京古生物所陈旭和戎嘉余院士主持研究的湖北宜昌王家湾北剖面被确立为奥陶系赫南特阶底界“金钉子”。这里以异形正常笔石的首次出现层位为标志，距今约4.5亿年。奥陶纪末期经历的时间大概有200多万年，在地球历史上可谓十分短暂，但就在这短短200万年间，地球环境、生物门类突然发生了剧烈的变化，被称为奥陶纪末期生物大灭绝。王家湾剖面就完整记录了这一段历史，奥陶纪末期的所有重大事件在这个剖面上都能找到遗留的印记。
2008年，由南京古生物所彭善池研究员主持研究的寒武系古丈阶底界“金钉子”被确立在湖南古丈县罗依溪。5亿年前，这里连同整个华南地区都是一片汪洋大海，海中分布着各种类型的三叶虫。这种原始的节肢动物身体扁平，呈卵圆形或椭圆形，纵向和横向都可以从左中右把身体分为三叶形，故得名三叶虫。三叶虫出现于5.2亿年前，灭绝于2.5亿年前。我国科学家提出的以光滑光尾球接子三叶虫化石在地层中的首次出现作为界定标准的提议被接受，于是就有了这颗“金钉子”。这种球接子属微小三叶虫，体长只有8毫米，有一个米粒大小而又有坚硬的骨骼化外壳；大的三叶虫，如发现于葡萄牙奥陶纪地层中的乌拉裂肋虫，体长达70厘米；一般的三叶虫体长在3～10厘米，宽度在1～3厘米。
2011年，由南京古生物所彭善池研究员主持研究的寒武系江山阶底界“金钉子”被确立在浙江江山县碓边村。而此枚“金钉子”的确定却是经过一番竞争。当时，科学家把东方拟球接子三叶虫作为定义寒武系第九阶的首选物种，而哈萨克斯坦和俄罗斯也根据该化石在自己国家剖面中的首现而提交了申请报告，经过激烈的角逐，最后江山剖面胜出，使得中国后来居上，第一次成为拥有“金钉子”最多的国家。
2018年，由南京古生物所参与研究的寒武系苗岭统乌溜阶底界“金钉子”，也就是最前面提到的寒武系第三统和第五阶的“金钉子”，被确立在贵州剑河县巴朗村。同时第三统和第五阶也有了正式名称，即苗岭统和乌溜阶。该“金钉子”也是我国迄今最古老的一枚，距今约5.09亿年，其标志性化石是多节类三叶虫——印度掘头虫。此外，还在紧接“金钉子”点位之上的凯里组下部的地层中，发现有布尔吉斯页岩生物群类型的凯里生物群，包含10个化石门类，120余个化石属，为生命起源与演化、寒武纪生物大爆发等研究提供了重要证据。这一“金钉子”的确立，中国正式成为拥有“金钉子”最多的国家。
参考文献：
1.彭善池. 全球标准层型剖面和点位(“金钉子”)和中国的“金钉子”研究[J]. 地学前缘, 2014, 21(2):8-26.
2.章森桂, 张允白, 严惠君,等. 中国已成为拥有"金钉子"最多的国家[C] 全国地层会议. 2013.
3.陈平富. 地球年轮——“金钉子”的故事[J]. 化石, 2011(04):66-78.
4.安利. 我国的11颗“金钉子”(下)[J]. 百科知识, 2018(18):28-29.
5.安利. 我国的11颗“金钉子”(上)[J]. 百科知识, 2018(17):28-29.
6.余琪祥. 11枚金钉子[J]. 石油知识, 2020(02):8-9.
特别感谢
刘芸、谭超、王冠群、潘浩晨
（中国科学院南京地质古生物研究所）
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中国科学院前沿科学与教育局
中国科学院南京地质古生物研究所
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