地質(zhì)年代表也在與時(shí)俱進(jìn)。我們來探尋一下它所訴說的故事，和它自己的故事。

托好萊塢的福，至少有一個(gè)地質(zhì)年代的名字婦孺皆知：侏羅紀(jì)——雖然有人認(rèn)為，從其中出現(xiàn)的恐龍來看，這部電影改叫《白堊紀(jì)公園》更加合適。對地質(zhì)或古生物略加注意的人，或許還聽說過寒武紀(jì)、三疊紀(jì)和第四紀(jì)等等。乍看上去，這些名字就像那些標(biāo)記它們的巖石一樣穩(wěn)固。但實(shí)際上，地質(zhì)學(xué)也有著自己的流行時(shí)尚，人們劃分和稱呼地球歷史的方法，正隨時(shí)間悄悄地變化……

歲月之書

地球有著非常漫長的歷史，化石是千萬年甚至幾億年前古代生物的遺跡——這在今天看來是極普通的常識(shí)，但它們成為科學(xué)常識(shí)的時(shí)間并不久遠(yuǎn)。

世界的古老和大地的滄桑巨變，體現(xiàn)在不少民族的神話傳說里，但那只是原始哲學(xué)觀念，或者出于對自然災(zāi)害的記憶而進(jìn)行的藝術(shù)加工。古埃及僧侶和婆羅門教徒都注意到地下的化石，但卻只用它們來支持世界重復(fù)毀滅和創(chuàng)生的教義。中國學(xué)者朱熹在12世紀(jì)描述了高山上石頭里的螺蚌殼，便馬上上升到“下者卻變而為高，柔者變而為剛”的大道理。從現(xiàn)代科學(xué)角度來看，這個(gè)“格物”格得很是不到位。

在古希臘學(xué)者的自然哲學(xué)成就中，地質(zhì)學(xué)并不突出，但以其時(shí)代而論，也相當(dāng)不簡單了。色諾芬尼認(rèn)為，在內(nèi)陸甚至高山上發(fā)現(xiàn)海貝殼，是海陸變遷的證據(jù)。亞里士多德說，海陸分布不是永久不變的，陸地和海洋會(huì)相互轉(zhuǎn)換，并且這些變化是有規(guī)律的。史脫拉波則提出陸地會(huì)升起和沉陷，導(dǎo)致海水的漲落與泛濫。隨著古希臘文明的中斷，這些思想沒有繼續(xù)發(fā)展下去。在一千多年里，基督教在西方世界占據(jù)統(tǒng)治地位?！妒ソ?jīng)》的宇宙觀成為神圣教條?，F(xiàn)代科學(xué)開始追溯自然歷史的過程，為此遭遇了許多阻力。

化石

1650年，愛爾蘭阿瑪?shù)拇笾鹘潭蛏茰y，地球(或者說整個(gè)宇宙)的創(chuàng)生年代，是耶穌誕生前4004年。這個(gè)并不曾見于希伯來或其他典籍的數(shù)字，從1701年起被印在教會(huì)審定的《圣經(jīng)·創(chuàng)世紀(jì)》第一頁上，幾乎被看成與正文一樣重要?，F(xiàn)代地質(zhì)學(xué)在歐洲誕生的過程中，花了很多力氣來跟這個(gè)今天看上去滑稽可笑的數(shù)字對抗(它后來甚至被推算得精確到幾時(shí)幾分)。至于化石，信奉宗教的學(xué)者說它們是石頭受天體作用形成，或由地層中的物質(zhì)偶然凝結(jié)而成，或者干脆就是“造物主的戲謔”。到不得不承認(rèn)化石是生物時(shí)，他們又說這是大洪水毀滅萬物的證據(jù)。但化石在地下是分層分布的，各層生物有明顯差異，絕非一次洪水能夠做到。

17世紀(jì)的丹麥科學(xué)家斯泰諾，總結(jié)了15世紀(jì)以來的地質(zhì)構(gòu)造思想，提出了一個(gè)重要觀點(diǎn)：地層最初沉積下來時(shí)都是水平的。如果沒有受到劇烈活動(dòng)影響而改變位置，那么應(yīng)該是先沉積的、較老的地層在下，后沉積的、較新的地層在上。這個(gè)“地層層序律”在地質(zhì)學(xué)史上有著重要意義，它揭示了地層具有時(shí)間先后序次，研究地層就可重建地球的歷史，時(shí)間和空間在這里得到了統(tǒng)一。

18世紀(jì)的英國人赫頓說：“在地球現(xiàn)在的構(gòu)造中，可以看見舊世界的廢墟?！边@條“將今論古”；的法則于19世紀(jì)在英國人萊伊爾手里發(fā)揚(yáng)光大，他的《地質(zhì)學(xué)原理》使地質(zhì)學(xué)真正成為一門科學(xué)。 就像達(dá)·芬奇說的，地球是一本書，這本書早于文字記載，科學(xué)的任務(wù)就是解讀地球自身的歷史痕跡。幸運(yùn)的是這本書大體上編排有序，雖然其中的具體年代還需要細(xì)細(xì)解讀才能探明。

地質(zhì)時(shí)鐘

英國地質(zhì)學(xué)家史密斯在19世紀(jì)提出，不但每個(gè)地層中含有特定的生物化石，某種化石在地層中的位置也是固定的，就像貨物放在貨架櫥窗里一樣。以一種或幾種生物化石為標(biāo)志，就能對地層進(jìn)行劃分，它們將整理得井然有序。不同地方含有同樣化石的地層，應(yīng)當(dāng)屬于同一年代?！吧锏貙訉W(xué)”由此正式登場，通過研究化石，可以推理遠(yuǎn)古的地質(zhì)和環(huán)境，當(dāng)然還有生物本身的狀況。但這也將地球歷史研究局限在生命誕生之后，而且只能排出地質(zhì)年代的時(shí)間先后，而不能確定具體時(shí)間。

放射性的發(fā)現(xiàn)不僅為物理學(xué)帶來革命，也為地質(zhì)史研究開辟了新路。1905年英國物理學(xué)家盧瑟福首次明確提出，放射性可以作為直接測定地質(zhì)時(shí)間的工具。1907年，美國耶魯大學(xué)的放射化學(xué)家波特·伍德根據(jù)樣本中鈾－鉛元素比率，完成了對云母礦年齡的測量。他的結(jié)果比較粗糙，但足以顯示放射性測年是可行的，而且令人吃驚的是，這時(shí)候人們還不知道同位素，也不曉得放射性元素衰變的速率呢。

原子核里的質(zhì)子數(shù)目，決定了這個(gè)原子核屬于哪種元素。有時(shí)候，同一種元素的不同原子核里，有著不同數(shù)目的中子，由此形成的不同原子稱為這種元素的同位素。比如普通氫原子核里只有1個(gè)質(zhì)子，如果再含1個(gè)中子，就是氫的同位素氘；含2個(gè)中子就是另一種同位素氚。有些同位素是不穩(wěn)定的，它的原子核會(huì)自發(fā)地失去粒子，變成另一種元素的穩(wěn)定同位素，此過程稱為衰變。每種放射性同位素衰變的速率是固定的，每隔一定的時(shí)間就衰變掉一半，這個(gè)時(shí)間稱為該同位素的半衰期，它不受外界因素影響。

大多數(shù)放射性同位素衰變得很快，半衰期只有幾年、幾天甚至更短。它們顯然不能用來測量古老巖石的年齡——如果你用化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的天平去給大象過磅，出了問題肯定不是天平本身的錯(cuò)。但也有一些同位素衰變得非常慢，可以當(dāng)作“地質(zhì)時(shí)鐘”來用。

巖層

如果一塊巖石里含某種放射性同位素和它的衰變產(chǎn)物，測量一下兩者的含量比例，就可以計(jì)算出巖石的年齡。這個(gè)方法說起來容易，但實(shí)際操作還是很麻煩的。其精確程度取決于多種因素，缺一不可。比如，有關(guān)同位素的衰變速度必須已經(jīng)精確測定，如果半衰期有誤差，測年結(jié)果自然就含糊。巖石樣本里的同位素含量也必須精確測定，鑒于這些同位素通常含量非常少，對測量技術(shù)的要求也非常高。另外，一些外界因素可能導(dǎo)致同位素從巖石里流失，或使巖石遭受“污染”，如果不考慮到這一點(diǎn)，就會(huì)得出虛假的年齡。為此必須對樣本進(jìn)行嚴(yán)格篩選，可不是路邊揀塊石頭都能用的。

由于這些緣故，不同實(shí)驗(yàn)室和不同技術(shù)得出的測年結(jié)果，經(jīng)常不完全吻合。侏羅紀(jì)的年齡變幻無常，就是一個(gè)例證。在1987年，人們根據(jù)鉀－氬同位素方法對海綠石的測量，認(rèn)為侏羅紀(jì)結(jié)束于1.31億年前。但后來發(fā)現(xiàn)，氬會(huì)從海綠石里散失，使石頭“看起來更年輕”。新方法改而測量玄武巖里的鉀－氬含量，認(rèn)為侏羅紀(jì)結(jié)束于1.455億年以前。由于方法和技術(shù)不斷改進(jìn)，現(xiàn)在有一種說法是，一個(gè)測年結(jié)果如果提出超過5年，就已經(jīng)過時(shí)、該更新了。科學(xué)家們正在建設(shè)國際的實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)，將同位素測年方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到更精確、一致的結(jié)果。

地球紀(jì)元

我們很難將人類史上的某個(gè)事件精確定位到某天的幾點(diǎn)幾分，出于類似的道理，對地質(zhì)年代也不用指望能精確到年——對大多數(shù)時(shí)期的界定，能夠做到誤差在幾萬年之內(nèi)，就很不容易。

地質(zhì)年代最大的單位稱為“宙”，往下依次分為代、紀(jì)、世。它們對應(yīng)的地層或地質(zhì)記錄則稱為宇、界、系、統(tǒng)。比如一種在中國遼西發(fā)現(xiàn)的長翅膀的恐龍，生活在“顯生宙－中生代－白堊紀(jì)－早白堊世”，它所在地層屬于“顯生宇－中生界－白堊系－下白堊統(tǒng)”——描述時(shí)間的時(shí)候，用“早、中、晚”；而描述空間(地層順序)的時(shí)候，就用“下、中、上”。時(shí)間再往下還可細(xì)分到期、時(shí)，對應(yīng)地層稱為階、時(shí)帶，這些就相當(dāng)專業(yè)了，非專業(yè)讀者很少會(huì)接觸到。

顯生宙的名字指“看得見生物的年代”，它開始于5.42億年前的寒武紀(jì)，直到現(xiàn)在。為了解釋顯生宙與此前年代的區(qū)分，必須先重點(diǎn)介紹一下寒武紀(jì)。它于1835年由英國地質(zhì)學(xué)家塞奇韋克命名。它是地球歷史上的一個(gè)重要概念，它被理解為兩側(cè)對稱動(dòng)物首次出現(xiàn)的年代，這類原始動(dòng)物的典型代表就是扁蟲。此外，寒武紀(jì)還產(chǎn)生了進(jìn)化史上的一個(gè)重要事件“寒武紀(jì)大爆發(fā)”，在很短(地質(zhì)意義上的很短，其實(shí)也有數(shù)百萬年之久)時(shí)間內(nèi)，生物種類突然豐富起來，呈爆炸式的增加。它意味著生物進(jìn)化除了緩慢漸變，還可能以跳躍的方式進(jìn)行。

在有了寒武紀(jì)這個(gè)名稱后，更深、更早的那些地層，就被自然地稱為“前寒武紀(jì)”地層。它并不是一個(gè)紀(jì)，而是指寒武紀(jì)以前的所有時(shí)代。在20世紀(jì)，人們習(xí)慣用隱生宙(生命隱藏的年代)來稱呼這個(gè)時(shí)期，但現(xiàn)在已很少用。而仍將從地球誕生到寒武紀(jì)開始前的漫長歲月稱為前寒武紀(jì)。除了它的末期——埃迪卡拉紀(jì)，前寒武紀(jì)的大多數(shù)年代里可供研究的東西太少，也談不上什么代表性的地層，所以雖然也分為太古宙和元古宙兩個(gè)宙，但兩者的界限——距今25億年——純屬人為劃定，下分的代和紀(jì)也是理想化的設(shè)定，并非根據(jù)實(shí)在的地質(zhì)記錄而定義。太古宙的開始年代也沒有劃定。有人建議把太古宙之前地球上沒有生命、如冥府般不可測的時(shí)期稱為冥古宙，但國際地層委員會(huì)(ICS)發(fā)布的2004年版地質(zhì)年代表里并沒有正式采納這個(gè)詞。

顯生宙分為古生代、中生代和新生代，其下又細(xì)分為多個(gè)紀(jì)。最常與那些稀奇古怪的滅絕生物聯(lián)系起來的，就是這些紀(jì)的名字。而從這些名字里可以清楚地看到，英國是早年地質(zhì)學(xué)的中心，特別是古生代：奧陶紀(jì)和志留紀(jì)的名字都來自英國古代威爾士民族的名字，泥盆紀(jì)的英文名直譯過來就是“德文紀(jì)”，代表地層發(fā)現(xiàn)于英國德文郡。石炭紀(jì)源自英國的一個(gè)煤炭地層。二疊紀(jì)的直譯是“彼爾姆紀(jì)”。地層發(fā)現(xiàn)于俄羅斯烏拉爾山的彼爾姆城，二疊紀(jì)是中國按地層特點(diǎn)所做的意譯。在古生代，蕨類植物、魚、兩棲動(dòng)物繁盛起來。隨后是巨大爬行動(dòng)物華麗登場的恐龍時(shí)代——中生代，它包括三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)。三疊紀(jì)得名于德國西南部的三套地層，侏羅紀(jì)得名于瑞士和德國交界處的侏羅山，白堊紀(jì)則得名于英吉利海峽附近由白堊土形成的白色斷壁。

在距今6550萬年前，恐龍滅亡了；原先在它們的陰影下茍且偷生的哺乳動(dòng)物在新生代興盛起來，成為地球新的統(tǒng)治者。新生代原本分為第三紀(jì)和第四紀(jì)，在新的年代表中變成了古近紀(jì)和新近紀(jì)。

時(shí)空界標(biāo)：金釘子

地質(zhì)紀(jì)年的名字和分類方法經(jīng)常改變，不同年代的時(shí)間界限也飄忽不定。這有的是因?yàn)槟甏闹匦露x，有的是因?yàn)闇y年方法不同，還有的是因?yàn)槭澜绮煌胤降难芯空咭圆煌膸r石作為同一年代的界標(biāo)，導(dǎo)致具體時(shí)間界限存在爭議。為了解決這個(gè)問題，地質(zhì)學(xué)家們使用“金釘子”來作為公認(rèn)的固定界標(biāo)。

金釘子的典故出自美國鐵路史。1869年5月10日，在現(xiàn)今猶他州的北部，聯(lián)合太平洋鐵路和中央太平洋鐵路交會(huì)，連接成第一條橫跨美洲大陸的鐵路。為了永久紀(jì)念這一成就，人們在兩條鐵路最后的接合處，釘上了一根特制的金釘子。

被借用到地質(zhì)學(xué)中的金釘子，正式名稱叫“全球?qū)有推拭婧蛯有忘c(diǎn)位”。這個(gè)拗口的名字表示，有資格被稱為金釘子的地方。是標(biāo)志地質(zhì)年代分界線的代表地點(diǎn)。這里的巖石和化石，記錄了某個(gè)具有全球意義的重大地質(zhì)事件。金釘子由國際地層委員會(huì)提名，國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUGS)審核批準(zhǔn)。金釘子一旦釘下，這個(gè)地點(diǎn)就成為某一地質(zhì)時(shí)代分界點(diǎn)的唯一道標(biāo)，即使對這里的巖石年齡測算結(jié)果發(fā)生改變，它的地位也不會(huì)發(fā)生變化。

第一顆金釘子出現(xiàn)在1972年，設(shè)于捷克的一個(gè)小鎮(zhèn)附近，這里發(fā)現(xiàn)了非常好的筆石化石。這是一種已經(jīng)滅絕的水生無脊椎動(dòng)物，它的出現(xiàn)標(biāo)志著志留紀(jì)和泥盆紀(jì)的分界，由于其化石就像筆在石頭上寫字的痕跡，因此稱為筆石。但金釘子系統(tǒng)發(fā)展緩慢，在發(fā)布1989年版的地質(zhì)年代表時(shí)，從寒武紀(jì)到現(xiàn)在的91個(gè)重要的地質(zhì)年代分界點(diǎn)，釘上金釘子的不到15個(gè)。

從1999年起，國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)加強(qiáng)了這方面工作，全球的金釘子競爭也激烈起來。有時(shí)候決定金釘子落點(diǎn)的不僅僅是科學(xué)，比如在討論二疊紀(jì)到三疊紀(jì)分界的金釘子應(yīng)該釘在何處時(shí)，喀什米爾和伊朗也有地質(zhì)記錄上合格的地點(diǎn)，但這些地方太難到達(dá)了，不利于科學(xué)研究，于是中國浙江長興煤山地質(zhì)剖面勝出。獲得一顆金釘子是很光榮的事，現(xiàn)在人們自然不會(huì)照原始字面意義去釘上一根斤把重的黃金鉚釘，但新的紀(jì)念方式也許更加費(fèi)錢——科學(xué)家在長興樹立了一座6米高的紀(jì)念碑。中國的金釘子還有兩顆，一顆二疊紀(jì)的在廣西，一顆奧陶紀(jì)的在浙江常山。

現(xiàn)在全球的金釘子已經(jīng)超過50顆?？茖W(xué)家希望，2008年能將過去6億年來的重要地質(zhì)分界都釘上金釘子。越是古老的年代，金釘子候選地點(diǎn)就越難找——越古老的石頭越稀有。那時(shí)候也不會(huì)有什么大化石。如前所述，前寒武紀(jì)時(shí)期的多數(shù)年代界限是人為劃定的，并沒有地質(zhì)根據(jù)，也就談不上釘子。2004年。在澳大利亞釘下了前寒武紀(jì)的第一顆金釘子，它標(biāo)志著6億年前覆蓋地球的冰河年代的結(jié)束，以及埃迪卡拉紀(jì)的開始。這就是標(biāo)準(zhǔn)放寬的結(jié)果——對于埃迪卡拉紀(jì)的地質(zhì)和生物事件，并沒有全球普遍存在的記錄。

還有一些科學(xué)家提出，應(yīng)容許使用太陽系其他星球上的地質(zhì)特征來作為遠(yuǎn)古時(shí)代的金釘子，使地質(zhì)學(xué)家和行星科學(xué)家能使用共同的語言。比如，月亮誕生于45億年前地球和另一顆行星的大碰撞，這次事件的遺跡或許可以成為一顆好釘子，用它標(biāo)志冥古宙的開始，并協(xié)調(diào)地球和月球的地質(zhì)紀(jì)年。