[科学时报]中国第七颗“金钉子”诞生记(图)

作者:记者 李晨 发布时间:2007-07-31

7 月6 日外国专家参观金钉子剖面现场 国土资源部宜昌地质矿产研究所提供

  7月6日,湖北省宜昌市至兴山县主干公路旁的黄花场剖面举行了“金钉子”立碑开园仪式,这个本来并不起眼的小乡镇因此一跃成为长江三峡国家地质公园奥陶园的中心。

  湖北宜昌的黄花场剖面,今年5月被国际地质科学联合会(IUGS,简称“地科联”)批准为全球中和下奥陶统暨奥陶系第三个阶的界线层型剖面和点位(GSSP),俗称“金钉子”。这是由国土资源部宜昌地质矿产研究所(即宜昌地质调查中心,归口中国地质调查局管理)牵头获得的首枚金钉子,也是我国至今所获得的第七颗金钉子。

  金钉子被国际地层委员会(地层委)和国际地科联认为是各地史时期年代地层划分和对比的唯一全球标准,也是统一和连接地学各领域的纽带和时间标尺,它从一个侧面反映出一个国家地学研究的综合实力和水平。自1977年在捷克确立全球第一枚金钉子以来,全球已建立55枚金钉子。然而,黄花场这颗金钉子的建立却经历了曲折而艰难的过程。

  奥陶纪最后一颗金钉子

  按国际地科联和国际地层委的规定,全球统一地质时代表要通过建立全球不同时代地层单位界线层型和点位,即金钉子的方式来建立,以便于按统一时间标准去理解、解释、分析和研究世界不同地区同一时间内发生或形成的各类地质体及地质事件及其相互关系。国土资源部宜昌地质矿产研究所研究员汪啸风告诉记者,金钉子是为定义和区别全球不同年代所形成的地层的全球唯一标准或样板,是确定和识别全球两个时代地层之间界线的唯一标志。

  据介绍,每一个金钉子的选取,都必须对全球包含这个时代的地层剖面进行调查,组织有关专家检验和讨论,由国际地层委下属的有关地层分会的各国专家投票产生,最后报国际地层委和地科联批准公布。

  早在上世纪70年代,国际地层委就提出要确立金钉子,建立全球统一年代地层系统,提高世界不同地区之间地层划分与对比的精度。据此,1988年于美国华盛顿举行的27届国际地质大会上,国际奥陶系地层分会决定,把建立全球统一奥陶系年代地层系统作为分会今后相当长一段时间内的主要任务。1995年,美国内华达所举行的第五届国际奥陶系讨论会上,大多数选举委员同意将全球奥陶系划分为下、中、上3个统和6个阶,并组成5个工作组,分别对全球有可能成为相当统和阶的界线层型剖面进行调查。

  此后,全球奥陶纪年代地层界线研究都取得了进展。我国浙江长山黄泥潭剖面率先竞争成为全球中奥陶统上部(即第四个阶)的金钉子,之后其他几个统或阶的界线剖面,也先后确立了金钉子。

  汪啸风说:“所剩唯一没有确定的金钉子,即中奥陶统底界或奥陶系第三个阶底界,在相当长一段时间内,成为全球统一奥陶纪年代地层界线研究中最令人关注的问题,也是最后一个尚未解决的问题。”

  金钉子之争

  20世纪90年代初,奥陶系分会中下奥陶统界线工作组就曾指出,牙形石、小型维多利亚等称笔石或三角波罗的海牙形石生物带的底界,具有全球广泛对比的潜力,可考虑作为划分中和下奥陶统界线的生物标志。

  汪啸风告诉记者,1995年冬,82%的选举委员都同意以牙形石生物带底部作为划分中下奥陶统界线的生物层。随后,2000年,美国教授Finney和Ethington提出美国内华达Whiterock Narrows剖面牙形石生物带底部可作为全球中下奥陶统的界线层型。由于Finney是当时国际奥陶系分会主席,人们纷纷以为,该剖面无疑将成为全球中和下奥陶统界线的金钉子。

  然而,经过对所建议剖面的进一步研究,研究人员发现该剖面的界线生物标志在时代对比上远比预想的年轻,不宜作为界线划分和对比标准。接着,奥陶系分会秘书长Albanesi等于2003年建议,以阿根廷一种牙形石Protoprioniodus arrada作为中奥陶统底界的生物标志,并推荐阿根廷Niqivil剖面为该界线的金钉子。几乎与此同时,我国宜昌地矿所奥陶系研究群体,建议以三角波罗的海牙形石的首次出现作为生物标志,以我国湖北宜昌黄花场剖面为该界线金钉子。

  2003年于阿根廷召开的第九届国际奥陶系讨论会上,汪啸风等人与Albanesi展开激烈辩论。会议组织世界著名的奥陶系牙形石专家,对双方的标本进行了检查和讨论,但未作出明确表态。同时,有选举委员建议考虑以加拿大纽芬兰牛头群剖面为金钉子,以维多利亚等称笔石带底界作为划分该界线的生物标志。

  “这些情况显示,不少奥陶系专家当时对黄花场剖面,尤其是对我国某些门类化石属种的分类与鉴定持保留态度。如果纽芬兰剖面也参与竞争的话,奥陶纪最后一颗金钉子的竞争将更加激烈。”汪啸风说。

  好剖面还需一流研究成果

  面对国外挑战,我国科学家对阿根廷推荐剖面进行了考察和对比,对纽芬兰牛头群有关剖面资料进行了查询和研究,深信黄花场剖面较它们略胜一筹。

  汪啸风说,尽管阿根廷Niqival剖面出露很好,但它由一套浅水碳酸盐相沉积组成,化石门类单一;由于当时海水太浅,可能存在沉积间断;所建议的界线生物标志牙形石在分类和始现层位方面还存在不少问题。而加拿大纽芬兰牛头群剖面系由一套含笔石的碎屑岩相沉积组成,但其维多利亚等称笔石和小型维多利亚等称笔石带之间存在碎屑流沉积,演化序列不连续,故而一直未提出正式建议。

  黄花场剖面具有长期研究历史,自我国穆恩之教授等老一辈地层古生物专家于1979年首先报道该剖面以来,宜昌地矿所地层古生物工作者对其进行了长达30年的研究,该剖面中下奥陶统界线上下,不仅地层连续、出露完美、构造简单,而且含有丰富的牙形石、笔石、几丁虫、三叶虫、腕足类等多门类化石。

  从国内外少数专家的怀疑甚至反对中,宜昌地矿所的研究者们感到,应该从自身的研究成果中找问题,有了最好的剖面,并不等于就能做出最好的成果,必须吸收外国同行的参加,通过自主创新,去争取世界一流的研究成果。

  在国土资源部、中国地质调查局、国家自然基金委以及德国国际交流基金(DAAD)的支持下,他们与丹麦哥本哈根大学、柏林工业大学、西安地质矿产研究所等有关专家合作,在前期工作基础上,对黄花场剖面以及相距不远的陈家河和建阳坪剖面中与下奥陶统界线进行了详细采样和深入细致的综合研究,并对比了国外的相关研究,对多门类化石进行了鉴定、描述和分类学研究,将一些重要化石标本或相片、描述发送德国、丹麦、法国等国际同行,广泛征求意见。

  2004年初,宜昌地矿所正式向国际地科联奥陶系地层分会提交“中国宜昌黄花场剖面——全球中/下奥陶统界线层型的建议”,并邀请国际奥陶系分会代表团进行考察。考察后,代表团在国际奥陶系网站上以《支持黄花场剖面》为题发表文章指出,宜昌黄花场剖面完全具备成为全球中下奥陶统界线金钉子的条件。但也有个别委员建议,最好能补充进行牙形石图形对比研究,以便进一步证明能让全球不同生物地理区和相区都准确地与黄花场剖面进行对比。

  压倒多数的赞成票

  进行牙形石图形对比研究的建议,在以往通过的金钉子中从来没有提出过,这让宜昌地矿所的研究人员感到意外,但他们想,既然提出了意见,就要敢于面对。为此,他们与哥本哈根大学S.斯托基博士一起,通过对世界各地近20个穿越中/下奥陶统界线剖面牙形石和笔石的计算机图形对比,进一步证明,所建议的界线标志,即三角波罗的海牙形石带底部,不论在介壳相还是笔石相地层中均能识别和对比,不仅适合全球中奥陶统底界的划分,而且为全球不同生物地理区中/下奥陶统界线附近牙形石带和笔石带之间的精确对比提供了重要依据。

  此后,国际奥陶系地层分会对黄花场和阿根廷Niqivil这两个全球中/下奥陶统界线层型候选剖面,进行了长达一年多的讨论与评述,于2006年10月举行了秘密投票。

经历国际奥陶系地层分会长达4年的讨论、辩论和筛选,阿根廷Niqivil剖面被淘汰出局,而黄花场剖面终于以17票赞成、1票反对的压倒性优势,成为全球中/下奥陶统和第三个阶界线层型。今年5月,国际地科联正式认定:中国湖北省宜昌黄花场剖面为全球中奥陶统及奥陶系第三个阶(大坪阶)底界界线层型剖面和点位,距今约4.7亿年。

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