山沟的岩壁上,有人用漆画了个记号,旁边钉着一块铜牌。这个不起眼的点,定义着全球志留系与泥盆系的分界。教科书上那条细线,名义上就从这里出发,再被追到各大洲。
阶的底界钉在一条剖面的一个点上
年代地层单位分层级:宇、界、系、统、阶。阶是最小的正式单位,它的底界由全球界线层型剖面和点位定义,英文缩写 GSSP,中文俗称金钉。
定义的对象是岩石里的一个点,不是一串数字。点位选定之后,其他剖面上的同名界线只能靠标志去追。这套做法的核心,是把抽象的时间换成可以复查的实物。
一条剖面要当金钉,得同时满足几条
要求包括:海相连续沉积、未受变质与强烈变形、化石丰富且演化快、便于全球对比、交通可达并能长期保护。界线点还要落在明确的地层位置上,通常配合磁性地层与化学地层标志,剖面也需有清楚可认的岩性界面,方便后来者按图索骥地找到那个点。
第一个金钉 1972 年设在捷克的克隆克剖面,标志是某种笔石的首次出现。此后 50 余年,显生宙各阶陆续钉下 70 余个金钉,仍有若干界线没有着落,只能暂时留白。
钉好之后,别处只能靠标志去追
金钉只是定义,不会自动复制。别的剖面要找同一条界线,得依靠化石首现、同位素漂移、极性倒转这些可对比的标志。标志清楚的地方误差小,标志模糊的地方界线只能落在某段区间内。
为区域使用方便,还会设辅助层型剖面,用次级标志把界线接到不同相区。陆相红层与火山岩区常缺少可对比的化石,只能靠磁性与同位素年龄近似定位。金钉定的是名分,不是处处可测的等时面。
没有金钉的界线,只能先用数字年龄顶上
前寒武纪地层缺少可全球对比的化石,其内部界线多数只能用全球标准地层年龄,也就是一个协商确定的数字。显生宙的界线虽有金钉,具体年龄仍要靠放射性测定给出:寒武系底界约 5.39 亿年,二叠系-三叠系界线约 2.52 亿年,白垩系-古近系界线 6,600 万年。
奥陶系底界约 4.85 亿年,侏罗系底界约 2.01 亿年,这两条界线都有金钉可用,年龄却仍是个约数。数字界线的好处是全球一致,坏处是它不指向任何实物,新数据出现后只能整体修订。金钉与数字年龄并存,是这套体系现在的样子,也是它被反复讨论的地方。
关键数据
下列点位与年龄为教材与地层表常用值,修订时以最新版地层表为准。
- 第一个金钉 1972 年设在捷克克隆克剖面
- 显生宙已批准的金钉有 70 余个
- 寒武系底界约 5.39 亿年
- 二叠系-三叠系界线约 2.52 亿年
- 白垩系-古近系界线 6,600 万年
- 金钉要求海相连续沉积、无变质、化石丰富
- 缺少金钉的界线用全球标准地层年龄定义
金钉钉得住界线,钉不住同时性
界线在一个剖面上是一个点,追到别处就变成一段。化石受相区限制,同一个种在不同盆地的首现位置可能差上几万年;凝缩层把长时间压成薄薄一层,界线落进去就失去分辨率。
若剖面后期被断层错断或被风化掩盖,标志点本身也会失真。本文判断:看一条界线在区域上可靠不可靠,先问它在别的相区用什么标志追,再问那个标志的时间分辨率是多少。
参考文献
- Remane J. et al. Guidelines for the establishment of global chronostratigraphic standards by the International Commission on Stratigraphy. Episodes, 1996.
- Cowie J. W., Ziegler W. (eds). The Silurian-Devonian Boundary. IUGS Series A, 1972. —— 克隆克剖面与首个金钉。
- Gradstein F. M. et al. Geologic Time Scale 2020. Elsevier. —— 各阶界线年龄与金钉名录。