[科學時報]中國第七顆“金釘子”誕生記(圖)

作者:記者 李晨 發布時間:2007-07-31

7 月6 日外國專家參觀金釘子剖面現場 國土資源部宜昌地質礦產研究所提供

  7月6日,湖北省宜昌市至興山縣主干公路旁的黃花場剖面舉行了“金釘子”立碑開園儀式,這個本來并不起眼的小鄉鎮因此一躍成為長江三峽國家地質公園奧陶園的中心。

  湖北宜昌的黃花場剖面,今年5月被國際地質科學聯合會(IUGS,簡稱“地科聯”)批準為全球中和下奧陶統暨奧陶系第三個階的界線層型剖面和點位(GSSP),俗稱“金釘子”。這是由國土資源部宜昌地質礦產研究所(即宜昌地質調查中心,歸口中國地質調查局管理)牽頭獲得的首枚金釘子,也是我國至今所獲得的第七顆金釘子。

  金釘子被國際地層委員會(地層委)和國際地科聯認為是各地史時期年代地層劃分和對比的唯一全球標準,也是統一和連接地學各領域的紐帶和時間標尺,它從一個側面反映出一個國家地學研究的綜合實力和水平。自1977年在捷克確立全球第一枚金釘子以來,全球已建立55枚金釘子。然而,黃花場這顆金釘子的建立卻經歷了曲折而艱難的過程。

  奧陶紀最后一顆金釘子

  按國際地科聯和國際地層委的規定,全球統一地質時代表要通過建立全球不同時代地層單位界線層型和點位,即金釘子的方式來建立,以便于按統一時間標準去理解、解釋、分析和研究世界不同地區同一時間內發生或形成的各類地質體及地質事件及其相互關系。國土資源部宜昌地質礦產研究所研究員汪嘯風告訴記者,金釘子是為定義和區別全球不同年代所形成的地層的全球唯一標準或樣板,是確定和識別全球兩個時代地層之間界線的唯一標志。

  據介紹,每一個金釘子的選取,都必須對全球包含這個時代的地層剖面進行調查,組織有關專家檢驗和討論,由國際地層委下屬的有關地層分會的各國專家投票產生,最后報國際地層委和地科聯批準公布。

  早在上世紀70年代,國際地層委就提出要確立金釘子,建立全球統一年代地層系統,提高世界不同地區之間地層劃分與對比的精度。據此,1988年于美國華盛頓舉行的27屆國際地質大會上,國際奧陶系地層分會決定,把建立全球統一奧陶系年代地層系統作為分會今后相當長一段時間內的主要任務。1995年,美國內華達所舉行的第五屆國際奧陶系討論會上,大多數選舉委員同意將全球奧陶系劃分為下、中、上3個統和6個階,并組成5個工作組,分別對全球有可能成為相當統和階的界線層型剖面進行調查。

  此后,全球奧陶紀年代地層界線研究都取得了進展。我國浙江長山黃泥潭剖面率先競爭成為全球中奧陶統上部(即第四個階)的金釘子,之后其他幾個統或階的界線剖面,也先后確立了金釘子。

  汪嘯風說:“所剩唯一沒有確定的金釘子,即中奧陶統底界或奧陶系第三個階底界,在相當長一段時間內,成為全球統一奧陶紀年代地層界線研究中最令人關注的問題,也是最后一個尚未解決的問題。”

  金釘子之爭

  20世紀90年代初,奧陶系分會中下奧陶統界線工作組就曾指出,牙形石、小型維多利亞等稱筆石或三角波羅的海牙形石生物帶的底界,具有全球廣泛對比的潛力,可考慮作為劃分中和下奧陶統界線的生物標志。

  汪嘯風告訴記者,1995年冬,82%的選舉委員都同意以牙形石生物帶底部作為劃分中下奧陶統界線的生物層。隨后,2000年,美國教授Finney和Ethington提出美國內華達Whiterock Narrows剖面牙形石生物帶底部可作為全球中下奧陶統的界線層型。由于Finney是當時國際奧陶系分會主席,人們紛紛以為,該剖面無疑將成為全球中和下奧陶統界線的金釘子。

  然而,經過對所建議剖面的進一步研究,研究人員發現該剖面的界線生物標志在時代對比上遠比預想的年輕,不宜作為界線劃分和對比標準。接著,奧陶系分會秘書長Albanesi等于2003年建議,以阿根廷一種牙形石Protoprioniodus arrada作為中奧陶統底界的生物標志,并推薦阿根廷Niqivil剖面為該界線的金釘子。幾乎與此同時,我國宜昌地礦所奧陶系研究群體,建議以三角波羅的海牙形石的首次出現作為生物標志,以我國湖北宜昌黃花場剖面為該界線金釘子。

  2003年于阿根廷召開的第九屆國際奧陶系討論會上,汪嘯風等人與Albanesi展開激烈辯論。會議組織世界著名的奧陶系牙形石專家,對雙方的標本進行了檢查和討論,但未作出明確表態。同時,有選舉委員建議考慮以加拿大紐芬蘭牛頭群剖面為金釘子,以維多利亞等稱筆石帶底界作為劃分該界線的生物標志。

  “這些情況顯示,不少奧陶系專家當時對黃花場剖面,尤其是對我國某些門類化石屬種的分類與鑒定持保留態度。如果紐芬蘭剖面也參與競爭的話,奧陶紀最后一顆金釘子的競爭將更加激烈。”汪嘯風說。

  好剖面還需一流研究成果

  面對國外挑戰,我國科學家對阿根廷推薦剖面進行了考察和對比,對紐芬蘭牛頭群有關剖面資料進行了查詢和研究,深信黃花場剖面較它們略勝一籌。

  汪嘯風說,盡管阿根廷Niqival剖面出露很好,但它由一套淺水碳酸鹽相沉積組成,化石門類單一;由于當時海水太淺,可能存在沉積間斷;所建議的界線生物標志牙形石在分類和始現層位方面還存在不少問題。而加拿大紐芬蘭牛頭群剖面系由一套含筆石的碎屑巖相沉積組成,但其維多利亞等稱筆石和小型維多利亞等稱筆石帶之間存在碎屑流沉積,演化序列不連續,故而一直未提出正式建議。

  黃花場剖面具有長期研究歷史,自我國穆恩之教授等老一輩地層古生物專家于1979年首先報道該剖面以來,宜昌地礦所地層古生物工作者對其進行了長達30年的研究,該剖面中下奧陶統界線上下,不僅地層連續、出露完美、構造簡單,而且含有豐富的牙形石、筆石、幾丁蟲、三葉蟲、腕足類等多門類化石。

  從國內外少數專家的懷疑甚至反對中,宜昌地礦所的研究者們感到,應該從自身的研究成果中找問題,有了最好的剖面,并不等于就能做出最好的成果,必須吸收外國同行的參加,通過自主創新,去爭取世界一流的研究成果。

  在國土資源部、中國地質調查局、國家自然基金委以及德國國際交流基金(DAAD)的支持下,他們與丹麥哥本哈根大學、柏林工業大學、西安地質礦產研究所等有關專家合作,在前期工作基礎上,對黃花場剖面以及相距不遠的陳家河和建陽坪剖面中與下奧陶統界線進行了詳細采樣和深入細致的綜合研究,并對比了國外的相關研究,對多門類化石進行了鑒定、描述和分類學研究,將一些重要化石標本或相片、描述發送德國、丹麥、法國等國際同行,廣泛征求意見。

  2004年初,宜昌地礦所正式向國際地科聯奧陶系地層分會提交“中國宜昌黃花場剖面——全球中/下奧陶統界線層型的建議”,并邀請國際奧陶系分會代表團進行考察。考察后,代表團在國際奧陶系網站上以《支持黃花場剖面》為題發表文章指出,宜昌黃花場剖面完全具備成為全球中下奧陶統界線金釘子的條件。但也有個別委員建議,最好能補充進行牙形石圖形對比研究,以便進一步證明能讓全球不同生物地理區和相區都準確地與黃花場剖面進行對比。

  壓倒多數的贊成票

  進行牙形石圖形對比研究的建議,在以往通過的金釘子中從來沒有提出過,這讓宜昌地礦所的研究人員感到意外,但他們想,既然提出了意見,就要敢于面對。為此,他們與哥本哈根大學S.斯托基博士一起,通過對世界各地近20個穿越中/下奧陶統界線剖面牙形石和筆石的計算機圖形對比,進一步證明,所建議的界線標志,即三角波羅的海牙形石帶底部,不論在介殼相還是筆石相地層中均能識別和對比,不僅適合全球中奧陶統底界的劃分,而且為全球不同生物地理區中/下奧陶統界線附近牙形石帶和筆石帶之間的精確對比提供了重要依據。

  此后,國際奧陶系地層分會對黃花場和阿根廷Niqivil這兩個全球中/下奧陶統界線層型候選剖面,進行了長達一年多的討論與評述,于2006年10月舉行了秘密投票。

經歷國際奧陶系地層分會長達4年的討論、辯論和篩選,阿根廷Niqivil剖面被淘汰出局,而黃花場剖面終于以17票贊成、1票反對的壓倒性優勢,成為全球中/下奧陶統和第三個階界線層型。今年5月,國際地科聯正式認定:中國湖北省宜昌黃花場剖面為全球中奧陶統及奧陶系第三個階(大坪階)底界界線層型剖面和點位,距今約4.7億年。

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