長興的秘密

我國浙江省杭州市西北100多公里，有一個美麗而神秘的地方：長興縣。在長興縣煤山鎮(zhèn)群山中，有一片數(shù)十米高、幾百米寬的層層疊疊的巖石，科學(xué)研究證明這片巖層形成于地球歷史上二疊紀(jì)晚期和三疊紀(jì)早期。而地球歷史上最大規(guī)模的一次生物滅絕，就發(fā)生在二疊紀(jì)與三疊紀(jì)之交。當(dāng)時地球上95﹪ 以上的物種突然消亡，那時究竟發(fā)生了什么災(zāi)難，答案就忠實地記錄在這片巖層中，這里成為科學(xué)家研究生物大滅絕的重要場所。（圖1）

2011年初春，一個考察小組跟隨我國地質(zhì)科學(xué)家張克信來到長興煤山。張克信，中國地質(zhì)大學(xué)教授，他在我國老一輩科學(xué)家楊遵儀、殷鴻福院士指導(dǎo)下，已對這片巖層進(jìn)行了多年研究。

小組跟隨張教授來到一段巖層前，這片巖層?xùn)|西寬100多米，上下高50多米，像一塊大蛋糕被一把巨大的刀子切去了一半，露出里面層層疊疊的結(jié)構(gòu)。

張克信：這樣的巖層在地質(zhì)學(xué)上叫作地質(zhì)剖面，是科學(xué)家研究地球歷史的重要窗口。長興煤山剖面由于交通便利、巖層次序完整清晰，適于科學(xué)研究，長久以來就是科學(xué)家首選的研究二疊紀(jì)三疊紀(jì)界線地層的重要剖面。早在1931 年，美國著名地質(zhì)學(xué)家葛利普就曾到過長興。這片深灰色的巖層被葛利普命名為長興灰?guī)r。從那時到現(xiàn)在，眾多的科學(xué)家和科研團(tuán)隊紛至沓來，試圖在這里找到二疊紀(jì)三疊紀(jì)之交生物大滅絕的原因。（圖2）

漫長的地球歷史，被記錄在不同時期的剖面中。要研究一個地層剖面，首先要把這個剖面像一本書一樣分出篇章和頁碼，在地質(zhì)學(xué)上叫作剖面分層。剖面分層是怎么進(jìn)行的呢？對剖面分層基本依照巖層之間天然形成的分界線劃分，每一層巖石都是億萬年前在海底沉積而成。沉積的時間不同，每層的厚度隨之不同，通常一層十幾厘米厚的巖石要經(jīng)過十多萬年的沉積。底層巖層時間久遠(yuǎn)，越往上面越年輕。

分好層的剖面就像一頁頁無字的書稿，每一頁都隱藏了巨大的信息。第25、26層范圍內(nèi)的剖面，是張克信團(tuán)隊研究的重點。

張克信：這樣分層號的方法，全世界地質(zhì)研究都這么用。25、26層加起來10厘米厚，通常叫界線粘土層，真正的粘土層是25層，4厘米厚，叫白粘土層。26層有6厘米厚，叫黑粘土層。二疊紀(jì)末生物大滅絕的滅絕線是在25層底，就是在白粘土層之下。

通過長期的分析檢驗，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在25層下面的灰?guī)r里，大量分布著二疊紀(jì)末期的海洋生物化石，然而這些化石，卻絕大多數(shù)穿不過第25、26層，在25、26層之上的巖石中，生物含量變得非常稀少。據(jù)統(tǒng)計，將近 95﹪的物種過不了粘土層。（圖3）

在世界各地的巖層中，都有這種奇特的現(xiàn)象，科學(xué)家據(jù)此推測在這層粘土層發(fā)生了一次空前的全球范圍的生物大滅絕。

張克信：粘土層是當(dāng)前國際上非常熱的一個研究點。主要是它為什么和生物大滅絕聯(lián)系在一起，它們之間有什么關(guān)系？

這神秘的粘土層就像一層有無窮魔力的屏障，分隔開了兩個世界，那這層粘土到底包含了什么樣的信息？又隱藏了怎樣的秘密？考察小組采集粘土層樣本帶回實驗室，借助科學(xué)儀器進(jìn)一步分析。

殷鴻福（中國科學(xué)院院士）：現(xiàn)在一般認(rèn)為，地球有明顯生物以來，曾經(jīng)經(jīng)歷過5次大的生物滅絕。這幾次大滅絕當(dāng)中最大的就是二疊紀(jì)三疊紀(jì)之交的這次。古生代的生物絕大多數(shù)越不過這次大滅絕。但最有名不是這次，最有名的是6千多萬年前中生代和新生代之交恐龍滅絕的那次。地質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，地球有大的活動周期。每隔一段時間地球就會有大的變動，從地球內(nèi)層到表層，一系列的變動。最后必然要影響到生物，生物是表層的一部分。生物大滅絕，并不都是95﹪，95﹪就是二疊紀(jì)三疊紀(jì)之交這一次。

6500多萬年前，恐龍是地球的霸主，海洋陸地天空到處都有它們的身影，然而在很短時間內(nèi)，恐龍在地球上永遠(yuǎn)滅絕了。科學(xué)家們在研究恐龍化石時驚奇地發(fā)現(xiàn)，和長興剖面的粘土層一樣，所有恐龍都滅絕在一層幾厘米厚的粘土層之下，碩大的恐龍竟然活不過薄薄的一層粘土，這層粘土馬上成了各國科學(xué)家研究的熱點。

張克信：國際上研究黏土層的人很多，發(fā)現(xiàn)黏土層中化學(xué)元素銥含量非常高。

銥元素在地球地殼內(nèi)的含量非常微少，而在外星球上含量卻非常地高，地球地殼內(nèi)銥元素的含量和外星球相差數(shù)千倍之多。在記錄了恐龍滅絕重要信息的那個粘土層之中，卻檢測出含量驚人的銥元素。科學(xué)家據(jù)此推測，在6千多萬年前，曾經(jīng)發(fā)生過一次猛烈的小行星撞擊地球事件，把大量的銥元素帶到了地球表層。

張克信：之后，國際上又有很多人測試白堊紀(jì)和第三紀(jì)（古近紀(jì)）界線的銥含量，在全世界測試了70多個地方，含銥量值都很高。小行星撞擊的證據(jù)比較充足。絕大多數(shù)人認(rèn)為是小行星撞擊形成這次生物大滅絕。

科學(xué)家推測，六千多萬年前一顆直徑達(dá)十多千米的小行星和地球相撞，撞擊產(chǎn)生的能量相當(dāng)于上萬顆廣島原子彈同時爆炸，全球的恐龍因此滅絕了。那么記錄著恐龍大滅絕信息的粘土層是怎么形成的呢？在小行星撞擊地球之后的數(shù)年時間里，撞擊形成的漫天灰塵逐漸降落下來，在全球范圍沉積成了一層幾厘米厚的粘土層，這層粘土層也就成為科學(xué)家尋找恐龍滅絕原因最重要的證據(jù)。

而位于浙江長興剖面的粘土層和它有著驚人的相似，同樣也是幾厘米厚，同樣也在全球廣泛分布，同樣也是一次生物大滅絕的界線，不同的是恐龍滅絕發(fā)生在六千多萬年前，而二疊紀(jì)末的生物大滅絕發(fā)生在兩億多年前。到底是什么原因?qū)е露B紀(jì)末95﹪的生物大滅絕呢？

張克信：國際和國內(nèi)都有學(xué)者認(rèn)為，煤山剖面這10厘米厚的粘土層是小行星撞擊形成的，他們從這個角度來研究，主要是和白堊紀(jì)與第三紀(jì)（古近紀(jì)）的界線粘土，就是6500萬年前恐龍絕滅的那個粘土層對比。

有跡象表明，浙江長興煤山剖面的界線粘土層中銥元素含量有異常，這引起了科學(xué)家們的高度關(guān)注，他們據(jù)此推測，二疊紀(jì)末的生物大滅絕會不會也是小行星撞擊地球所導(dǎo)致的呢？但殷鴻福教授等人認(rèn)為，要做出科學(xué)的論斷，必須要經(jīng)過長期、全面、大量的檢測，得出確鑿的結(jié)果才行。

為了確認(rèn)二疊紀(jì)末的生物大滅絕和小行星撞擊地球是否有關(guān)，中國地質(zhì)大學(xué)組建的科研團(tuán)隊決定先從檢測粘土層中銥元素含量入手。他們進(jìn)行了長期大量的嚴(yán)密檢測，并沒有在這層粘土中發(fā)現(xiàn)銥元素含量異常。

張克信：許多人做了研究，沒有得出含銥量值高的結(jié)論。前后在煤山剖面做過十多次銥含量檢測，白堊紀(jì)與第三紀(jì)（古近紀(jì)）界線普遍銥值高的現(xiàn)象，檢測中沒有發(fā)現(xiàn)。

由此以殷鴻福院士為首的科研團(tuán)隊否定了小行星撞擊地球?qū)е露B紀(jì)末生物大滅絕的推論。與此同時，世界上各國科學(xué)家對二疊紀(jì)末三疊紀(jì)初這個時期的剖面也在進(jìn)行研究，他們在全世界范圍進(jìn)行了大量的取樣檢測，他們檢測到銥元素異常了嗎？

張克信：各個國家基本上都沒有檢測出普遍銥值高的現(xiàn)象，所以二疊紀(jì)三疊紀(jì)界線粘土層為小行星撞擊而成的證據(jù)不足。

浙江長興煤山剖面的粘土層最終沒有檢測出銥元素含量異常，由此可以得出結(jié)論，這層神秘的粘土不是來自外星球?qū)Φ厍虻淖矒舳纬伞?/p>

那個年代距今已有幾億年，這么長時間銥元素會不會隨著地球氣侯的變化揮發(fā)掉呢？

張克信：不會。銥是非常穩(wěn)定的元素。鋼筆尖0.1毫米直徑的一點銥，你怎么寫它都不掉。銥是不會揮發(fā)掉的，它是穩(wěn)定金屬。

那這層神秘的粘土到底是因何而來的呢？

殷鴻福：常見的粘土巖有兩大類，要不就是小行星撞的，要不就是火山爆發(fā)的。研究人員在野外采集到的這層粘土很純凈。水力或者其它外力作用造成的粘土巖不會這樣純。

所有科學(xué)的推測都需要有力證據(jù)來證明。假設(shè)兩億五千多萬年前發(fā)生了殷鴻福院士推測的大規(guī)模火山爆發(fā)，那么就必須要在這層粘土中找到相關(guān)證據(jù)這個推測才能成立，科研人員繼續(xù)在這神秘的粘土中尋覓。

張克信：這層粘土經(jīng)過分析，有不少的火山灰物質(zhì)，可以直接用掃描電鏡觀察，比如有高溫石英。

高溫石英這種礦物非常微小，肉眼無法看到，借助顯微鏡才能看到高溫石英的真面目。高溫石英是像鉆石一樣的六方雙錐體，必須在攝氏五百到八百多度才能形成，自然界中它只能形成于火山爆發(fā)的環(huán)境下。

張克信：高溫石英是火山爆發(fā)的一個典型礦物。它常存在于火山灰中。

火山灰對我們來說并不陌生，它由火山爆發(fā)形成，2010年4月，冰島火山爆發(fā)，巨量火山灰被噴入大氣層，遮天蔽日的火山灰導(dǎo)致一萬多個航班延誤。但這次爆發(fā)并沒有對地球上的生命造成致命影響，而能讓全球范圍內(nèi)生物大滅絕的火山爆發(fā)，該是一個什么樣的規(guī)模？

張克信：殷鴻福院士1989年發(fā)表文章，認(rèn)為二疊紀(jì)三疊紀(jì)之交，是全世界火山活動比較強(qiáng)烈的一個時期。地球的內(nèi)部是熾熱的巖漿，在極大的壓力下，巖漿會從薄弱的地方?jīng)_破地殼，噴涌而出，形成火山爆發(fā)，地球火山有活躍期和平靜期。研究表明，兩億五千多萬年前的地球正處于大范圍的火山活躍期，從大陸到海洋的全球范圍內(nèi)，火山大量爆發(fā)。

殷鴻福：當(dāng)時最大的一座火山在西伯利亞，達(dá)到400萬平方公里。火山爆發(fā)的原因在哪兒？得從地球內(nèi)部來找。二疊紀(jì)時地球陸地板塊集中為一塊，叫泛大陸，四周是海洋。隨后地球內(nèi)部力量造成海洋的重新分布，必然造成陸地上大量的火山爆發(fā)。全部大陸拼在一起時，海水都退到了深海里，淺海部分變成陸地。按現(xiàn)在說，等于將中國大陸和日本連在了一起，東海黃海沒有了。這個也必然造成很多海洋生物滅絕。

張克信：火山爆發(fā)帶有大量的水，二氧化碳，有毒氣體，灰塵，還有火山的熔巖流，拋出大量的石塊、火山碎屑，這些都落在火山附近。只有很細(xì)的灰塵，被拋得很高，拋到了平流層里。

包裹著地球的大氣層有上千千米厚，海拔十千米到五十千米高度的一層大氣叫平流層，平流層內(nèi)氣流比較平穩(wěn)，沒有劇烈的云雨天氣現(xiàn)象，所以大量的火山灰進(jìn)入平流層之后，不容易降落下來。

張克信：會在平流層里停留很長的時間，起到遮蔽陽光的作用，覆蓋面很大，將近半個地球，被稱為“陽傘效應(yīng)”。

巨量的火山灰進(jìn)入平流層，阻擋太陽光的輻射，好像給地球罩上了一把大陽傘，太陽光的輻射大部分被擋住，不能照射到地面，導(dǎo)致了全球范圍內(nèi)的短期降溫。

火山爆發(fā)時還噴出了大量的二氧化碳。據(jù)研究，二疊紀(jì)末到三疊紀(jì)初，大氣中的二氧化碳含量成倍增加，這種氣體有明顯的保溫功能，大量的二氧化碳進(jìn)入大氣中，就像給地球加了一層大棉被，會造成明顯的溫室效應(yīng)，使得地球平均氣溫越來越高，氣候劇烈的變化，使得地球上的生物苦不堪言，而恐怖的災(zāi)難才剛剛開始。

張克信：火山產(chǎn)生的大量二氧化碳會融入海洋，使海水酸化。

二氧化碳融入海水會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使正常的弱堿性海水逐漸酸化，大量海洋生物早已適應(yīng)了弱堿性的生存環(huán)境，海水向酸化演變，給海洋生物的生存帶來滅頂之災(zāi)。

和陸地上的生物一樣，海洋里大量生物生存也需要氧。正常情況下大氣中的氧溶解在海水表層，通過海水的垂直對流循環(huán)，海水從淺到深都會含氧。但在當(dāng)時的災(zāi)難環(huán)境下，海水垂直對流循環(huán)減弱，海洋的水開始缺氧。在酸化缺氧的環(huán)境下，大量海洋生物無法生存。

地球表面的氧氣，始終都是一致的，大海也在不停地呼吸，怎么會出現(xiàn)缺氧呢？

殷鴻福：只有在一種情況下會缺氧，就是水體里有生物，生物呼吸消耗氧，只有消耗沒有補充，最后就被生物全部消耗盡，就會出現(xiàn)像黑海的情況。黑海只有一個地方，就是博斯普魯斯海峽可以進(jìn)水。黑海的切面像一個盆，不像碟子，沒有淺海。黑海因為帶氧的新鮮水進(jìn)入很少，除了淺層透光的幾十米以外，底下的都給生物消耗光了，只有消耗沒有補充，深水部分就沒了氧氣，海底就沒有生物了。二疊紀(jì)三疊紀(jì)之交，很多海洋像黑海一樣。（圖4）

大規(guī)模的火山爆發(fā)還會噴放大量有毒氣體，含有各種有毒元素，這些有毒元素進(jìn)入海洋后，海洋生物受到了更致命的傷害。

原本美麗的海洋變成了恐怖的死亡之海，而陸地同樣未能幸免。當(dāng)時地球陸地上大部分覆蓋著郁郁蔥蔥的植被，大量生物繁衍生息。然而火山爆發(fā)時噴出上千攝氏度的巖漿，炙熱的巖漿引燃了森林，大火開始在陸地肆虐。

張克信：那時也沒有人去救火，森林大火熊熊燃燒，大面積地燃燒，造成一連串對環(huán)境的惡化。

漫天的大火又產(chǎn)生了遮天蔽日的煙霧，植物的光合作用無法正常進(jìn)行，僥幸逃脫大火的動物又在煙霧和灰塵中受到致命傷害。

二疊紀(jì)末到三疊紀(jì)初的地球，除了劇烈的火山活動外，還經(jīng)歷著其它迅速而劇烈的地質(zhì)變化。當(dāng)時的地球各個大陸拼合在一起，形成一整塊巨大的陸地。而這劇烈的滄海桑田運動又引起最大規(guī)模的海水退卻和海水侵襲。當(dāng)時的地球，內(nèi)部和地表的巖石圈、水圈、大氣圈互相作用，產(chǎn)生了一系列有因果關(guān)系的地質(zhì)演變，地球上絕大多數(shù)的生命就在這鋪天蓋地的災(zāi)難中死去了。

張克信：這叫災(zāi)害群。災(zāi)害事件有時是一連串的。它的次生災(zāi)害影響也很大。以楊遵儀院士和殷鴻福院士為首的我們這個團(tuán)隊認(rèn)為，主要是一連串的災(zāi)害群使生物大滅絕。

從天空到陸地到海洋，兩億五千多萬年前的地球變成了生命的煉獄，95﹪的物種在這煉獄的煎熬中滅絕了。災(zāi)難之后的地球滿目瘡痍，彌漫在平流層的巨量火山灰隨后慢慢降落下來，沉積在陸地和海洋中，成為我們現(xiàn)在看到的粘土層。

我國科學(xué)家通過對浙江長興煤山剖面中的粘土層長期、深入研究之后，終于揭開2.5億年前的生物大滅絕之謎，還原了一段地球遠(yuǎn)古時期的歷史真相。

但是，科學(xué)家探索的腳步并沒有因此停止，他們又把目光聚焦一條特殊的分界線上。

地質(zhì)科學(xué)家為了深入研究地球，把46億年的地球歷史分成了若干個代和紀(jì)，這些代和紀(jì)之間的界限劃分工作，在地質(zhì)學(xué)研究領(lǐng)域尤為重要，它就像體育界中的奧運金牌一樣，具有至高無上的榮譽，大家通常把這項研究工作，叫做釘金釘子。

浙江長興煤山剖面所對應(yīng)的地質(zhì)年代，正好位于二疊紀(jì)和三疊紀(jì)，同時也分隔開了地球的古生代和中生代。如果在長興煤山剖面上找到這條分界線，不僅能夠精確地劃分這一時期的地質(zhì)年代，還能為我國取得一枚至關(guān)重要的金釘子。那么，我國科學(xué)家究竟能否在長興煤山剖面上找到這條分界線？紀(jì)與紀(jì)、代與代之間的界線，在科學(xué)界究竟有多重要？金釘子又該釘在哪里呢？

殷鴻福：這個界線是地球歷史改朝換代的分界線，所以很重要。比如，二疊紀(jì)三疊紀(jì)界線，叫斷代界線，是古生代和中生代的界線，代表古代生物和中間生物兩大生物類別的界線，所以它非常重要。

古生代是古老生物時代，古老動物有三葉蟲、鸚鵡螺……，植物有藻類、蕨類，蕨可長成十幾米高的樹蕨。中生代是中間生物時代，各式各樣的恐龍旺盛，蘇鐵、松、柏等裸子植物給地球帶來綠色。依據(jù)生物演化的細(xì)分，古生代、中生代又可各劃分為幾個紀(jì)，二疊紀(jì)是古生代最后一個紀(jì)，三疊紀(jì)是中生代最早一個紀(jì)，它們之間正好是代的劃分又是紀(jì)的劃分。這個界線是以地球歷史上一次最大的生物滅絕和新生物的出現(xiàn)來劃分的。

金釘子實際上是地質(zhì)年代劃界的一個點。“金釘子”原本不是地質(zhì)學(xué)名詞，它源于人類的鐵路修建史。1869年，美國首條橫穿美洲大陸的鐵路貫通，這條鐵路對美國的發(fā)展意義極其深遠(yuǎn)。為了紀(jì)念鐵路的修建，鐵路合龍時釘下的最后一顆道釘，使用黃金制成，由此這枚“金釘子”成為美國鐵路劃時代的標(biāo)志。因為地質(zhì)年代的分界線與“金釘子”的寓意有異曲同工之處，所以，“金釘子”這個詞被借用到地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域。（圖5）

在所有的金釘子當(dāng)中，這枚分隔開二疊紀(jì)三疊紀(jì)的金釘子由于其重要的地位，成為全球地質(zhì)學(xué)界關(guān)注的焦點，為了把這枚金釘子確定在自己國家的地質(zhì)剖面上，各國科學(xué)家展開了激烈的競爭，在世界范圍內(nèi)，苦苦尋找著符合這枚金釘子標(biāo)準(zhǔn)的地質(zhì)剖面。

究竟什么樣的地質(zhì)剖面才符合金釘子標(biāo)準(zhǔn)呢，它必須同時具備交通便利，巖層發(fā)育良好、化石含量豐富并且分布廣泛、容易識別等一系列條件。

因為生物大滅絕發(fā)生在二疊紀(jì)末期，所以這條大滅絕的界線粘土層一定和二疊紀(jì)三疊紀(jì)的分界線相距不遠(yuǎn)，但是要確定具體的位置，必須要找到一種特殊的證據(jù)，那就是生物化石。因為不同地質(zhì)時期有不同的生物化石，通過研究某種生物化石，可以推測出這種化石存在的地質(zhì)時期，并且確定這個時期的開始、結(jié)束和長短。這種研究地質(zhì)時期變化的生物化石被稱作標(biāo)準(zhǔn)化石。用來劃分二疊紀(jì)三疊紀(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化石，國際上一直認(rèn)定為耳菊石。（圖6）

張克信：歐美的學(xué)者研究了100多年，一直以耳菊石作為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時他們的科學(xué)比較發(fā)達(dá)，所以權(quán)威。

根據(jù)耳菊石的形態(tài)，科學(xué)家推斷現(xiàn)在海洋中的鸚鵡螺是耳菊石的近親，在兩億多年前，這種鸚鵡螺樣的海洋生物在海水中愜意生活，死亡后的遺骸慢慢變成了耳菊石。

按照當(dāng)時歐美國家堅持的標(biāo)準(zhǔn)，中國科學(xué)家在長興煤山剖面尋找耳菊石，不僅如此，在全國各地數(shù)十條與煤山剖面同時期的剖面上，也開始尋找標(biāo)準(zhǔn)化石耳菊石。

張克信：耳菊石在全世界不多的幾個地方才能找到，咱們中國南方的十幾個省，都有二疊紀(jì)三疊紀(jì)層位，但大多數(shù)地方就是找不到耳菊石。

標(biāo)準(zhǔn)化石起碼應(yīng)該在全球廣泛分布并且很容易找到，可中國科學(xué)家全面艱苦的尋找卻沒有收獲。中國大多數(shù)剖面都找不到耳菊石化石，長興這里也只找到很少的耳菊石化石，而且殘缺不全。這樣的結(jié)果讓大家既失望又疑惑，他們對歐美國家堅持了一百多年的標(biāo)準(zhǔn)化石耳菊石產(chǎn)生了深深的質(zhì)疑。

殷鴻福：一開始是按照歐美標(biāo)準(zhǔn)來找金釘子的位置，但撒出去那么多隊伍找了多少年沒有找到。后來查閱全世界相關(guān)資料才發(fā)現(xiàn)，實際上歐美標(biāo)準(zhǔn)不能作為通用標(biāo)準(zhǔn)使用。為什么？耳菊石分布非常窄，集中在高緯度地區(qū)，如格陵蘭。中低緯度地區(qū)不產(chǎn)生耳菊石，就像海獅、海豹、北極熊，在中國找不到。所以不符合標(biāo)準(zhǔn)化第一條，分布不廣范。因此必須拋棄耳菊石這個標(biāo)準(zhǔn)。真正符合廣泛分布標(biāo)準(zhǔn)的化石，第一，不能分布在一個地區(qū)，應(yīng)該分布寬泛。第二，演化快，就是這種生物從它出現(xiàn)到最后消失，是地質(zhì)上的一瞬間。如果時間非常長，即便找著了，因時間很長也沒有辦法確定點。第三，特征明顯。一看就知道是什么生物，不會混淆。

中國科學(xué)家提出了一個大膽想法：放棄耳菊石標(biāo)準(zhǔn)化石的地位，用別的化石取代耳菊石。地球上的生物化石種類非常多，在億萬種化石中，哪種化石有資格取代耳菊石，成為劃分二疊紀(jì)三疊紀(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化石呢？

所有的化石可以簡單分為兩大類，一種是演化很慢，很長時間幾乎不變樣，一種是模樣變化很快。在長興就有兩種長時間不變樣的化石，而且現(xiàn)在還有存活，一種是人們熟悉的銀杏，另一種是大名鼎鼎的揚子鱷。銀杏和揚子鱷在地球上出現(xiàn)已經(jīng)兩億多年。但在兩億多年間，它們幾乎沒有發(fā)生演化，一直不變樣，所以它們又有活化石之稱。像銀杏和揚子鱷這樣的物種，科學(xué)家很難從它們變成的化石上確定年代，這樣的物種化石在確定地質(zhì)年代上也就沒有太大價值。那到底什么樣的化石在確定地質(zhì)年代上才有價值呢？

科學(xué)家把目光投向了一種叫牙形石的化石。雖然留下牙形石的生物已經(jīng)滅絕，但科學(xué)家根據(jù)牙形石的形態(tài)推測出，牙形石是一種類似于現(xiàn)在鰻魚樣的海洋生物形成的，這種鰻魚樣的海洋生物死亡后，肉體部分很快腐爛分解，留下頭部的一點點骨骼變成了現(xiàn)在看到的牙形石。牙形石特別小，人類的肉眼很難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)初是怎么找到它的呢？

殷鴻福：牙形石只有零點幾毫米，肉眼根本看不到，它藏在灰?guī)r塊里，必須要分離出來。在野外采集大塊的巖石，拿回來碎成兩厘米大小的巖塊，然后用冰醋酸分解。牙形石是磷酸鈣，灰?guī)r是碳酸鈣。醋酸在10﹪的濃度下，可以把碳酸鈣溶解掉。

在實驗室分離牙形石，首先要把可能含有牙形石的碎石塊兒注明采集的地點等信息，然后用稀釋醋酸進(jìn)行浸泡溶解，為了保持石塊溶解速度，期間還要多次更換新鮮溶液，這個過程常常要持續(xù)數(shù)月之久。經(jīng)過長期浸泡溶解的石塊兒要依次倒入兩個篩子中，這兩個篩子的篩眼兒一大一小，而牙形石的大小一般介于這兩種篩眼兒之間，這樣和牙形石大小差不多的顆粒都會被篩子篩選出來。

張克信：牙形石代表一個很大的生物門類，下面有好多目，科，屬，種，種有十幾萬。

牙形石在全球分布廣泛，世界上許多地方的巖層中都已發(fā)現(xiàn)牙形石，雖然不同種類的牙形石外形差別很大，但它們識別起來卻很容易，都有一排牙齒一樣的刺狀突起。

張克信：特征明顯，容易鑒定。是劃分地層、確定地層的好化石。

牙形石平均十多萬年就會有一個明顯的演變. 這種演變最直觀的反映就是形態(tài)的變化，通過研究牙形石形態(tài)的變化，就能很容易區(qū)分開某種模樣的牙形石生活在什么年代。由于牙形石的諸多優(yōu)勢，中國地質(zhì)大學(xué)金釘子科研團(tuán)隊做出了一個意義深遠(yuǎn)的決定。

張克信：要攻克這個科學(xué)難題，把金釘子點位確定在中國，如果還是堅持歐美一百多年的耳菊石這個標(biāo)準(zhǔn)，那就很難實現(xiàn)，所以必須要改變思路，改變技術(shù)路線。這個改變就是楊遵儀院士和殷鴻福院士決定，用牙形石做標(biāo)準(zhǔn)化石。

確立了用牙形石來做二疊紀(jì)三疊紀(jì)分界標(biāo)準(zhǔn)化石的思路，大家馬上查閱有關(guān)牙形石與長興煤山剖面的研究情況，其實中國科學(xué)家很早就在長興煤山剖面上發(fā)現(xiàn)過牙形石。（圖7）

張克信：煤山剖面的牙形石最早是南京古生物所的王成源做的。當(dāng)時他發(fā)現(xiàn)了不少牙形石，建了兩個牙形石帶。

雖然中國科學(xué)家在煤山剖面發(fā)現(xiàn)了不少牙形石，但是在界線粘土層向上一米范圍內(nèi)，還沒有發(fā)現(xiàn)牙形石。現(xiàn)在決定要以牙形石來做劃分二疊紀(jì)三疊紀(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化石，就必須在二疊紀(jì)三疊紀(jì)交界范圍內(nèi)找到牙形石。牙形石非常微小，肉眼無法識別，為了確定界線粘土層上下的巖層中有沒有牙形石，只能把這個區(qū)域絲毫不落地細(xì)致采樣，潛心研究。

張克信：常規(guī)做牙形石采樣，剖面上采樣間隔是一米，樣的重量是三公斤。用牙形石來替代耳菊石，就必須采用高精度的辦法，就是連續(xù)取樣，一厘米不落，全都采集。

要把億萬年前形成的巖石逐層采集下來，不僅是一件艱苦的力氣活，還是一個細(xì)致活。在采集過程中，必須保持樣本完整，一旦樣本破碎就會影響隨后研究的準(zhǔn)確性，就必須要重新采集。同時要把采下的樣本注明采集的地點、層位，標(biāo)明樣本的底面和頂面。

張克信帶著辛苦采下的樣本回到學(xué)校，滿懷期待地對樣本進(jìn)行處理分析，迫切地想從中找到牙形石，看看穿越了大滅絕災(zāi)難的牙形石，會發(fā)生什么變化。

張克信：把大塊灰?guī)r搬回去很費力，每個樣都是十幾公斤或者二十幾公斤，每一層樣裝一個木箱，數(shù)量很大。處理時間也很長，從8月份一直到第二年的4月份，中間沒有間斷。就在實驗室溶解巖石，取出沙樣在顯微鏡底下挑牙形石。

經(jīng)過漫長復(fù)雜的樣本處理后，他們發(fā)現(xiàn)了牙形石，而且在生物大滅絕的界線粘土層上下都有牙形石分布。

張克信：95﹪的物種滅絕了，但牙形石穿過了界線粘土層，不但沒有滅絕，生存的數(shù)量還很多。

找到牙形石只是完成了第一步，下面還必須找到連續(xù)演變的牙形石。在采回的樣本中有一塊16厘米厚的灰色巖石，這塊灰?guī)r采于生物大滅絕的粘土層之上。對于這個特殊位置的巖層，為了一絲不差地進(jìn)行研究，張克信把這塊灰?guī)r平均分成四層，結(jié)果在最底下的四厘米中，發(fā)現(xiàn)了一種牙形石，這種牙形石的刺長度比較均勻，緊接著又在最上面的四厘米中發(fā)現(xiàn)了另外一種牙形石，這個牙形石雖然有些殘缺，但是通過其身上的痕跡，可以明顯看出在它的側(cè)面和后端曾有兩根刺，而且后端的這根刺明顯要比別的粗長。

這上下兩種牙形石的變化非常突然，張克信推斷這兩種牙形石之間應(yīng)該還有一個演化的過程。

張克信：確定金釘子點位，必須要找到它的爸爸、爺爺，還有它的兒子、孫子，把它前后的親緣關(guān)系理清楚。若想得到國際上認(rèn)可，建立的這種演化歷程必須沒有缺失，是連續(xù)的。

對于中間缺少的演化環(huán)節(jié)，張克信又在16厘米灰?guī)r的中間兩層開始尋找。他埋頭在無數(shù)粒細(xì)沙之中，一顆一顆地進(jìn)行認(rèn)真挑選，歷經(jīng)嚴(yán)寒酷暑后，終于在1984年春天，張克信有了重大發(fā)現(xiàn)。

張克信：27層的中間，8厘米的那個位置，找到了Hindeodus parvus（帕爾絲），很幸福，很高興。

張克信所說的帕爾絲，中文名叫“微小欣德牙形石”，這種牙形石的橫空出世，讓張克信激動不已。一眼看去，微小欣德牙形石就像一個握起的拳頭豎起了大拇指，仿佛在對發(fā)現(xiàn)它的科學(xué)家表達(dá)自己的敬意。張克信馬上用中間層發(fā)現(xiàn)的微小欣德牙形石，與先前發(fā)現(xiàn)的兩種牙形石進(jìn)行對比，可以明顯地看到三種牙形石之間的連續(xù)演化關(guān)系。

張克信：就它的祖先和它的后代相比而言，它的主刺比祖先高大，非常明顯。它后代的主刺雖然和它一樣，也比較高大，但有一個區(qū)別，就是它后代的側(cè)面又長出側(cè)刺，容易跟它區(qū)別。

雖然微小欣德牙形石在世界其他地方已經(jīng)有發(fā)現(xiàn)，但在長興煤山剖面還是首次出現(xiàn)。而且微小欣德牙形石首次出現(xiàn)的位置在一整塊兒灰?guī)r的中間，并且它離生物大滅絕的界線粘土層非常近。張克信馬上把這一發(fā)現(xiàn)匯報給所在團(tuán)隊，并以此向國際組織申報二疊紀(jì)三疊紀(jì)金釘子點位。

張克信：要得到國際上公認(rèn)，必須達(dá)到：連續(xù)的沉積巖里，分布廣、演化快、特征明顯這些條件。帕爾絲牙形石符合這些條件。我們是在27層、16厘米的灰?guī)r里中間8厘米處發(fā)現(xiàn)它。在它下面不遠(yuǎn)的13厘米處就是生物最大的一次滅絕線。

雖然中國科學(xué)家對自己的發(fā)現(xiàn)充滿自信，但確定金釘子點位還需要國際上多級學(xué)術(shù)組織的論證和認(rèn)可，中國科學(xué)家的研究成果能得到世界的承認(rèn)嗎？

殷鴻福：在1986年的國際會議上，正式代表中國工作組提出用微小欣德牙形石取代耳菊石作為國際二疊紀(jì)三疊紀(jì)或者古生代中生代界線的標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)提出來，引起了國際上很大爭議。但在此后的7年里，國際上很多專家發(fā)表文章表示贊同和擁護(hù)。到1993年，建議得到了大多數(shù)人的承認(rèn)，其標(biāo)志就是我國成為這個界線工作組的負(fù)責(zé)人。從2000年起進(jìn)行了四輪投票，這四輪是工作組投票，三疊系委員會投票，國際地層委員會投票，國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會投票，大約花了一年時間。這四輪投票正式法定了我國的提議。

由于長興煤山的研究在全世界具有無可爭議的優(yōu)勢，2001年，由國際地科聯(lián)認(rèn)可，把“微小欣德牙形石”首次出現(xiàn)的位置，那層16厘米厚的灰?guī)r中間確定為二疊紀(jì)和三疊紀(jì)的分界線，同時也是古生代和中生代的分界線，這枚至關(guān)重要的金釘子終于釘在長興煤山剖面。

這顆金釘子的確立更加促進(jìn)了科學(xué)家對長興煤山剖面的研究，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的金玉玕院士和他的團(tuán)隊，又經(jīng)過數(shù)年的求索尋覓，在長興煤山剖面第四層的灰?guī)r中，確立了一種名叫王氏克拉克牙形石的連續(xù)演化系列，并以此向世界各級相關(guān)組織申報地球古生代最晚的一枚金釘子。（圖8）

如果標(biāo)準(zhǔn)都定在長興煤山剖面上，對于研究上下兩顆金釘子卡住的時間里的地質(zhì)重大事件、生物事件、變化規(guī)律具有重要意義。

2005年9月，國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會通過了以金玉玕院士為首專家們的申報，在長興煤山剖面第四層的灰?guī)r中，又確定了地球古生代最晚的一枚“金釘子”。 兩枚舉世矚目的金釘子先后釘在了中國長興煤山剖面。

同時擁有兩枚金釘子的中國長興煤山，成為各級領(lǐng)導(dǎo)、各國科學(xué)家關(guān)注的焦點，在當(dāng)?shù)卣拇罅ΡＷo(hù)和開發(fā)下，這里已經(jīng)建設(shè)成為國家級的地質(zhì)遺跡保護(hù)區(qū)和科普教育基地，人們在這里感受著遠(yuǎn)古的神秘和科學(xué)的神奇。