感謝好萊塢，至少有壹個地質時代的名字是婦孺皆知的:侏羅紀——雖然有人認為從片中出現的恐龍來看，這部電影的名字改成白堊紀公園更合適。稍微關註地質學或者古生物學的人，可能聽說過震旦紀、寒武紀、三疊紀、第四紀。乍壹看，這些名字就像標記它們的巖石壹樣堅實。但事實上，地質學有它自己的時尚，人們劃分和處理地球歷史的方式，就像發型和時尚壹樣，正隨著時間悄然改變...
歲月之書
地球的歷史非常悠久，化石是幾千年甚至幾億年前遠古生物的遺骸，這在今天看來是非常常識的。但它們早已不是科學常識。
世界的古老，地球的滄桑，在很多民族的神話傳說中都有所體現，但只是信仰，原始的哲學觀念，或者說是出於對自然災害的記憶而進行的藝術加工。古埃及僧侶和婆羅門註意到了地下化石，但它們可能只是用來支持世界反復毀滅和創造的學說。公元12世紀，中國學者朱描述了高山巖石中的螺殼和蚌殼，認為它們來自水，但馬上上升到“下者變高，軟者變硬”的道理。從現代科學的角度來看，這種“事物風格”是很不充分的——中國傳統文化向來輕視對自然的觀察和實驗，滄桑之詞只在詩歌裏才好看。可惜偶爾出現壹兩個沈括和徐霞客，很少有人繼承和發展事業。
在古希臘學者的自然哲學成就中，地質學並不突出，但就其年代而言，卻相當簡單。齊諾弗尼斯認為，在內陸甚至山區發現貝殼是陸地和海洋變化的證據。亞裏士多德說，陸地和海洋的分布不是永久的，陸地和海洋會相互轉化，這些變化是有規律的。斯特拉波提出，陸地會上升和下沈，這將導致海水的波動和泛濫。隨著古希臘文明的中斷，這些思想沒有繼續發展。壹千多年來，基督教在西方世界占據統治地位，聖經世界觀成為神聖的教條。現代科學開始追溯自然歷史的進程，這遇到了許多障礙。
化石
1650年，愛爾蘭阿馬爾大主教亞瑟推測地球(或整個宇宙)的創世年代是耶穌誕生前的4004年。這個在希伯來語或其他舊書中未見的數字，從1701開始，就被印在教會認可的《聖經·創世紀》第壹頁的邊緣，被視為幾乎與《聖經》正文同等重要。在歐洲現代地質學誕生的過程中，為了對抗今天這個可笑的數字(甚至估計精確到幾分鐘後)，付出了很大的努力。至於化石，宗教學者說是天體作用形成的，或者是地層中物質偶然凝結形成的，或者幹脆是“造物主的玩笑”。當他們不得不承認化石是生物的時候，他們說這是諾亞洪水毀滅壹切的證據。但化石在地下是分層分布的，每壹層的生物都有明顯的差異，這絕不可能是壹場洪水。
17世紀的丹麥科學家斯特諾總結了15世紀以來的地質構造思想，提出了重要的壹點:地層最初沈積時，都是水平的。如果它們沒有受到暴力活動的影響而改變了位置，那麽較老的地層應該首先沈積，較新的地層應該稍後沈積。這似乎是再簡單不過的事情了。用抱怨漢武帝用人的漢臣汲黯的話來說，無非是“俸祿若積，後來者追”。但是，這個“地層層序律”在地質史上意義重大。它揭示了地層是有時間順序的，通過研究地層可以重構地球的歷史，時間和空間在這裏是統壹的。18世紀的英國人赫頓說:“在現在的地球結構中，可以看到舊世界的遺跡。”這個“視現在為過去”的規則在19世紀的壹個英國人萊昂內爾手中發揚光大，他的地質學原理使地質學真正成為壹門科學。
比如達？正如芬奇所說，地球是壹本書，比文字記錄更早，科學的任務是解讀地球本身的歷史痕跡。好在這本書壹般都是有條不紊的安排，雖然具體年代還需要仔細解讀才能弄清楚。
元素時鐘
19世紀，英國地質學家史密斯提出，不僅每個地層中都含有特定的生物化石，而且某個化石在地層中的位置是固定的，就像放在貨架櫥窗裏的商品壹樣。以壹種或幾種生物化石為標誌，可以劃分地層，使之排列有序。不同地方含有相同化石的地層應該屬於同壹時代。“生物地層學”正式出現。通過研究化石，我們可以推斷出古代的地質和環境，當然還有生物本身的情況。但這也將地球歷史的研究局限於生命誕生之後，只能排除地質年代的時間序列，而不能確定具體時間。
放射性的發現不僅給物理學帶來了革命，也為地質史的研究開辟了新的途徑。1905年，英國物理學家盧瑟福首次明確表示，放射性可以作為直接確定地質時間的工具。1907年，耶魯大學的放射化學家波特伍德發表了他根據樣品中鈾和鉛的比例測量雲母年齡的結果。他的結果很粗略，但足以說明放射性測年是可行的，而且令人驚訝的是，此時人們並不知道同位素或放射性元素的衰變率。
原子核中質子的數量決定了原子核屬於哪種元素。有時，同壹種元素的不同原子核中有不同數量的中子，由它們形成的不同原子稱為這種元素的同位素。比如普通氫原子核只有1個質子，如果有1個中子，那就是氫的同位素氘；包含兩個中子的是另壹種同位素氚。氘和氚的核聚變反應就是氫彈的原理。有些同位素是不穩定的，它們的原子核會自發失去粒子，變成另壹種元素的穩定同位素。這個過程叫做衰變。每種放射性同位素的衰變率是固定的，每隔壹段時間就衰變壹半。這個時間稱為同位素的半衰期，它不受外界因素的影響。
大多數放射性同位素衰變很快，半衰期只有幾年、幾天甚至更短。很明顯，它們不能用來測量古代巖石的年齡——如果妳用化學實驗室的天平給大象稱重，那肯定不是天平本身的錯。但有些同位素衰變非常慢，可以作為“地質時鐘”。比如鈾235到鉛207的半衰期是7.04億年，鈾238到鉛206的半衰期是45億年，鉀40到氬40的半衰期是654.38+02.5億年，銣87到鍶87的半衰期是488億年。如果要誇大的話，釤147到釹143的半衰期是106億年！它們適用於測量非常古老的巖石。半衰期為5730年的碳14適用於數萬年內的樣本，研究人類出現和文明誕生的那壹代。
巖層
如果巖石中含有放射性同位素及其衰變產物，可以通過測量兩者的含量比來計算巖石的年齡。這種方法說起來容易，數學公式簡單，但實際操作起來還是很麻煩。它的準確性取決於許多因素，這些因素缺壹不可。例如，同位素的衰變率必須已經被精確地確定。如果半衰期有誤差，測年結果自然會模糊。巖石樣品中的同位素含量也必須精確測定。鑒於這些同位素通常很小，對測量技術的要求也很高。此外，壹些外部因素可能導致巖石中的同位素損失或巖石的“汙染”。如果不考慮這壹點，就會得出錯誤的年齡。正因如此，樣品必須經過嚴格篩選，並不總是能在路邊撿壹塊石頭。
由於這些原因，不同實驗室、不同技術得到的測年結果往往不完全壹致。侏羅紀時代多變，就是壹個例子。1987年，人們根據鉀氬同位素方法測得海綠石，認為侏羅紀結束於1.35438+0億年前。然而，後來發現氬會從海綠石中流失，使石頭“看起來更年輕”。新方法改為測量玄武巖中鉀氬含量，認為侏羅紀結束於654.38+4550萬年前。由於方法和技術的不斷進步，現在有壹種說法，壹個斷代結果提出超過5年就過時了，應該更新了。科學家們正在建立壹個國際實驗室網絡，以標準化同位素測年方法，並獲得更準確和壹致的結果。
世
中國歷史上有許多朝代，每個朝代都由不同的國王統治。從漢代開始，國王都有自己的爵位，壹個爵位用壹兩年到幾十年。總的來說，地質年代的劃分也是由粗到細(當然有些皇帝特別喜歡改元，甚至壹年改兩次，比如公元696年就是武則天治下的“登封萬歲”、“田童萬歲”元年。不要追求這種極端的情況，這只是壹個粗略的類比。我們很難將人類歷史上的壹個事件準確定位到某壹天的幾分鐘。出於類似的原因，我們不必期望精確到年份——在數萬年內界定大多數時期並不容易。
地質時代的最大單位稱為“周”，依次分為代、紀、史。它們對應的地層或地質記錄稱為宇宙、邊界、系列和系列。比如在中國遼西發現的壹種有翼恐龍，生活在顯生宙-中生代-白堊紀-早白堊世，其地層屬於顯生宙-中生代-白堊紀-早白堊世。描述時間的時候是“早中晚”。在描述空間(地層層序)時，我們用“下、中、上”。時間又可以細分為成熟度和時間，對應的階層叫順序和時區，相當專業，非專業讀者很少接觸。
寒武紀，點擊圖片放大。
顯生宙(Phanerozoic)，名字指的是“可以看到生物的時代”，始於5.42億年前的寒武紀，壹直到現在。為了解釋顯生宙和以前時代的區別，我們必須首先介紹寒武紀。它是由英國地質學家塞奇威克在1835年命名的，起源於發現這壹時期地層的威爾士北部坎布裏亞地區。後者的名字可以追溯到古威爾士語中的Cymry，意思是“抵抗盎格魯撒克遜人入侵的同胞”。在被確立為正式的地質時代之前，寒武紀是地球史上的壹個重要概念:它是人們發現多細胞動物化石最早的時期。後來逐漸發現了寒武紀之前的多細胞動物，比如6億多年前埃迪卡拉紀生活在澳大利亞南部的動物群。寒武紀因此被重新解釋為第壹次出現了雙側對稱的動物。這類原始動物的典型代表是扁形蟲(蟲沒有骨頭或硬殼，當然不會留下化石，但它們的洞穴會變成化石)。此外，寒武紀還產生了進化史上的壹個重要事件，寒武紀大爆發。在很短的時間內(地質意義上的短，其實幾百萬年)，生物物種突然豐富起來，爆炸性增加。意味著生物進化除了漸變之外，還可能以跳躍的方式進行。
寒武紀大爆發，點擊圖片放大。
有了寒武紀這個名字，更深更早的地層自然被稱為“前寒武紀”地層。它不是壹個時期，而是指寒武紀之前的所有時代。在20世紀，人們習慣將這壹時期稱為“生命的隱藏時代”，現在已經很少使用，從地球誕生到寒武紀開始(即顯生宙開始之前)的漫長時間仍稱為前寒武紀。除了它的最後壹個階段——埃迪卡拉紀，前寒武紀大部分年份可研究的東西太少，沒有代表性的地層。所以雖然也分為太古宙和元古代，但兩者之間的界線——25億年前——純屬人為，亞代和時代，如鐵器時代、造山時代和冰化時代也是理想化的設定，並不是根據實際地質記錄來界定的。太古代還沒有被定義。有人提出將太古代之前地球上沒有生命、像冥府壹樣變幻莫測的時期稱為黑暗時代，但國際地層委員會(ICS)出版的《地質年》2004年版中並未正式采用這壹術語。
此外，在元古代末、寒武紀初之前，最初定義了壹個“震旦紀”，始於約8億年前，是生命發展的重要時期。它的名字來自古印度人對中國的稱呼“日出之地”。但目前國際上並未使用。在新的地質年中，震旦紀原來所指的時期基本上被冰期和埃迪卡拉紀所取代。
二疊紀假想圖，點擊圖片放大。
顯生宙分為古生代、中生代和新生代，又細分為幾個時期。正是這些年代的名字最常與那些奇怪的滅絕生物聯系在壹起。從這些名稱中可以清楚地看出，英國是早期地質學，尤其是古生代的中心:奧陶紀和誌留紀的名稱來源於寒武紀古威爾士人的名字，泥盆紀的英文名直譯為“泥盆紀”，意思是在英國德文郡發現的地層。石炭紀起源於英國的壹套煤地層。二疊紀的直譯是“二疊紀”，該地層發現於俄羅斯烏拉爾山的彼爾姆市。二疊紀是中國根據地層特征作出的意譯。在古生代，蕨類植物、魚類和兩棲動物繁盛起來。然後是恐龍時代——中生代，包括三疊紀、侏羅紀和白堊紀。三疊紀以德國西南部三套地層命名，侏羅紀以瑞士和德國交界處的汝拉山命名，白堊紀以英吉利海峽白堊土形成的白色斷壁命名。
6550萬年前，恐龍滅絕了，曾經在它們陰影下茍且偷生的哺乳動物在新生代繁盛起來，成為了地球的新統治者。新生代原本分為第三紀和第四紀，但在新的年度代表中變成了古近紀和新近紀。可分為七代，從最早的古新世到最近的更新世和全新世。總之，每壹個都更“新”。
時空地標:金釘子
地質年代學的名稱和分類方法經常變化，不同時代的時間界限也飄忽不定。這其中有的是因為年代的重新確定，有的是因為年代測定方法的不同，有的是因為世界不同地區的研究者用不同的巖石作為同壹年代的標誌，從而導致了具體時限的爭議。為了解決這個問題，地質學家用“金釘子”作為公認的固定地標。
金釘子的故事來自美國鐵路的歷史。5月1869，10，在猶他州北部，聯合太平洋鐵路和中央太平洋鐵路交匯，形成了第壹條橫跨美洲大陸的鐵路。為了永久紀念這壹成就，在兩條鐵路最後的交匯處釘上了壹顆特殊的金釘。
借用地質學的金釘子的正式名稱是“全球地層剖面和地層點”。這個拗口的名字，意思是有資格被稱為金釘子的地方，才是標誌地質年代界線的代表性地方。這裏的巖石和化石記錄了壹次具有全球意義的重大地質事件。金釘由國際地層委員會提名，並由國際地質科學聯合會(IUGS)批準。壹旦金釘子被釘下，這個遺址將成為某個地質時代分界點的唯壹地標，即使這裏的巖石年齡測量結果發生變化，其地位也不會改變。
比如劃分晚寒武世和中寒武世的金釘子，就釘在中國湘西花垣縣排碧鄉。該地層質量上乘，富含三葉蟲等生物化石，從而擊敗哈薩克斯坦候選地，成為2002年世界寒武紀地層第壹顆金釘。晚寒武世和中寒武世的分界時間由該地層的測年結果決定。根據湖南“芙蓉國”的古稱，晚寒武世地層正式更名為“芙蓉系”。
第壹枚金釘出現在1972，捷克的壹個小鎮附近，在那裏發現了壹塊非常好的筆石化石。這是壹種已經滅絕的水生無脊椎動物，它的出現標誌著誌留紀和泥盆紀的分界線。因為它的化石像鋼筆在石頭上寫字的痕跡，所以被稱為筆石。然而，金釘系統的發展緩慢。1989版的地質年代表出爐時，不到15的金釘子被釘在了從寒武紀到現在91的重要地質年代分界點上。
長興金頂子
從1999開始，國際地質科學聯合會加強了這方面的工作，全球對金釘的爭奪也變得激烈起來。有時候決定金釘子位置的不僅僅是科學。比如在討論二疊紀和三疊紀分界處的金釘子應該釘在哪裏的時候，克什米爾和伊朗在地質記錄中也有合格的位置，但是這些地方太難到達，不利於科學研究，所以中國和浙江省長興景山公園的地質剖面勝出。得到金指甲是莫大的榮幸。現在人們自然不會釘壹個原本字面意義上的金鉚釘，而新的紀念方式可能更昂貴。為了慶祝二疊紀-三疊紀金釘子宣言的成功，科學家們樹立了壹座6米高的紀念碑。中國有兩個金釘，二疊紀廣西壹個，浙江常山壹個。此外，正在申報幾個潛在的地點。
現在世界上有50多個金釘子。科學家們希望到2008年，過去6億年的重要地質界線將被釘上金釘。年齡越大，越難找到金釘的候選地點——越老的石頭越稀有，那時候也不會有大的化石。如前所述，前寒武紀的年代界線大多是人工繪制的，沒有地質依據，所以沒有釘子。2004年，澳大利亞釘下了前寒武紀的第壹顆金釘子，這標誌著6億年前覆蓋地球的冰河時代的結束和埃迪卡拉紀的開始。這是標準放寬的結果——埃迪卡拉紀時期的地質和生物事件沒有普遍的記錄。
有科學家提出，應該允許太陽系其他行星的地質特征在古代作為金釘子，讓地質學家和行星科學家使用同壹種語言。例如，月球誕生於45億年前地球與另壹顆行星的大碰撞中。這壹事件的遺跡可能是壹個很好的釘子，標誌著冥界的開始，並協調地球和月球的地質年代。
消失的第四紀
2004年版地質年是多學科的傑作，綜合了同位素定年、數學分析、天文軌道調諧等方法，建立了迄今為止最精確的地球編年史。但這也讓壹些科學家不滿，尤其是“第四紀科學家”。因為他們發現，他們用來標記自己的“第四紀”這個詞悄然從表格中消失了，第四紀的年代變成了新近紀的壹部分。這種近乎秘密的處決讓第四紀科學家非常憤怒。
第四紀這個名稱是古代地質年代學的殘余。萊爾曾經把地球的歷史大致分為第壹、第二、第三個時期，後來有人加上了第四紀。隨著研究的發展，早第三紀和下第三紀越來越詳細，於是提升到古生代和中生代，不再使用原來的名稱。第三紀和第四紀持續了很長時間。據信，第三紀開始於大約2300萬年前，第四紀開始於大約200萬年前。具體時間有爭議。
第四紀科學家說，這是地球氣候劇烈變化的時期，也是人類進化發生的時期，具有非常特殊的意義。在此期間，地球氣候經歷了多次冷暖回轉，寒冷的冰期和相對溫暖的間冰期(也就是兩個冰期之間的時期，確實方便定義)交替出現。冰川反復擴張和退縮，高峰時覆蓋了地球表面的30%。所以第四紀也叫第四紀冰期。我們通常所說的“冰河時期”就是指這個時期。有人認為，在第四紀，氣候系統變得更加敏感，當地球軌道形狀、地軸方向和傾角的周期性變化導致陽光變化時，氣候比古代更容易發生劇烈變化。
冰川，點擊圖片放大。
由於第四紀是離我們最近的時期，我們現在可以找到當時的很多氣候記錄，包括沈積物、黃土、冰川等等。但由於冰川活動頻繁，很多記錄被打亂，很難整合成清晰有序的數據，使得第四紀的地位受到質疑。壹些科學家認為，沒有足夠的證據表明第四紀可以作為壹個獨立的紀元存在。挪威奧斯陸大學的費利克斯·格拉德斯坦(Felix Gradstein)是2004年版地質年代表的作者之壹，他持有類似的觀點——他只是承認，新年代表對這個問題的處理不夠好，讓第四紀科學家感到憤怒。
第四紀科學家覺得自己的領地被侵犯了，拋棄壹個用了150年的名詞，不現實，不合理。反對者指責他們不死不改，固守傳統。但是這個發布真的很危險:世界上至少有7個學術團體和4個學術雜誌的名稱中有“第四紀”二字，數千名科學家從事這方面的研究(中國在這方面也有很多經驗)。如果第四紀被拋棄，那就不是壹個詞了，而是這個研究領域和群體的獨特地位。突然，他們和其他很多人壹起被統稱為“新近紀科學家”，這讓他們很難接受。
所以2004版發布後不久，國際地層委員會就成立了壹個專門小組，和國際第四紀研究聯合會協調此事。2005年6月，他們投票決定以某種形式保存第四紀，其起始時間定在260萬年前。但是這個“某種形式”是什麽呢？第四紀是完整的保存下來，還是退化為壹個世界，還是從當年的官方代表中剔除，而作為壹個非正式的東西存在？沒有壹個答案會讓所有人滿意。也許這個問題要等到年表的下壹版完成後才能解決...