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年代地层学:科学家如何解读深时间

地层年代学为研究人员提供了一个关于地球及其生命如何随时间变化的框架。

作者:Gemma Tarlach
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Johnny Adolphson/Shutterstock

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地层年代学——什么?这个长长的词对你来说可能很陌生,但你一定会觉得这个概念很熟悉。举个例子:《侏罗纪公园》。你可以感谢地层年代学这个名字,尽管任何恐龙迷都会告诉你,它本该叫做《白垩纪公园》。这是因为公园里的大多数动物,包括霸王龙,都生活在白垩纪晚期,比侏罗纪晚数千万年。古生物学家怎么知道的?这也要感谢地层年代学。

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在 18 世纪的矿业勘探和 19 世纪初的化石挖掘过程中,探险家们注意到大范围地理区域内的岩石具有相似性。于是,地层学——研究岩石层(strata)之间相互关系的学科——应运而生。地层年代学是这一学科的现代分支,它将这些可定年的岩石层组织成年代单位。这个标准化的系统为地质学家、古生物学家以及其他许多领域的许多研究人员提供了一个关于地球及其生命如何随时间变化的框架。

地质年代单位未按比例绘制;并非所有单位都显示。完整的国际地层年代表,请访问 stratigraphy.org。(来源:Dan Bishop/Discover)

丹·比肖普/发现

单位有大有小

  • 界/宙 (Eonothems/Eons): 地球存在的全部时间正式被划分为这三个最大的单位。其中两个——太古代和元古代——被非正式地合称为前寒武纪。第三个时期,冥古代,也被包含在前寒武纪中;它代表了我们星球的婴儿期,始于大约 46 亿年前。但是,由于从如此遥远的过去可定年的地质物质稀少,科学家们对于冥古代是否应被认可为一个正式的宙存在争议。无论你如何划分前寒武纪,它仅在 5.41 亿年前结束。随后的宙——显生宙——至今仍在蓬勃发展。

  • 系/代 (Erathems/Eras): 这些单位大致反映了生物的复杂性演变。例如,显生宙被划分为三个界,或称代:古生代(“古老生命”,从快速多样化的多细胞生物到最早的陆地脊椎动物),中生代(“中间生命”,包括恐龙、早期哺乳动物和最早的开花植物),以及新生代(“近期生命”,基本上是中生代在 6600 万年前灭绝后幸存或演化出来的一切)。

  • 统/纪 (Systems/Periods): 通常持续 3000 万至 8000 万年,尽管当前的第四纪仅始于 258 万年前。

  • 亚统/世 (Series/Epochs): 大约持续 1300 万至 3500 万年。

  • 期/年 (Stages/Ages): 这是最小的单位,持续 200 万至 1000 万年。使用地层年代学或其孪生学科——地质年代学——的古生物学家和其他研究人员,通常根据期(或年)而非更大的单位报告结果。

岩石的起源

在 19 世纪,早期地质学家掀起了一场命名狂潮,为包括地层在内的岩石地层命名。他们也以同样的 entusiasmo 开始争论它们。几次早期的标准化命名尝试都失败了。直到 20 世纪 60 年代,国际地质科学联合会才创建了一个大家或多或少都能达成一致的系统和术语。

目前的系统将地质时间划分为五种嵌套的单位,就像俄罗斯套娃一样。将其想象成深邃地质时间的版本,其中一个月被分解为秒、分、时、日和周。尽管有这种有序的层次结构,但对于非科学家来说,仍然存在一些困惑。由于该系统是从使用相对和绝对测年方法演变而来的,因此每种类型的单位都有两个并存的名称。例如,你可能会看到白垩纪被称为一个统(地层年代单位,强调岩石地层相对于彼此的位置)或一个纪(地质年代单位,强调岩石的实际或绝对年龄)。无论哪种方式,白垩纪开始于 1.45 亿年前,并于 6600 万年前结束,与鸟类以外的所有恐龙一同灭绝。

(来源:Gemma Tarlach)

Gemma Tarlach

分而治之?

单位之间的界限由事件决定,例如化石记录的变化、地球磁场的极性倒转、显著的气候变化或特定矿物或岩石类型的全球性沉积。例如,3 亿至 3.6 亿年前的石炭纪,其名称来源于在其全球大范围形成的巨大煤炭沉积。

名字的含义?

地层年代学及密切相关的学科已经发展了 200 多年,所以单位名称是科学与情感、实用与诗意的混合体也就不足为奇了。

  • 地理命名: 许多单位以首次记录到该时代岩石和化石的地理位置命名,例如二叠纪(以莫斯科以东约 700 英里的俄罗斯城市彼尔姆命名)和侏罗纪(以法国和瑞士的侏罗山命名)。

  • 历史命名: 在 19 世纪中期,欧洲地质学家经常借用古代民族的名称,例如志留纪和奥陶纪,它们分别以威尔士的两个古代部落命名。或者他们会从古镇中汲取灵感,例如赞克勒期,以现今意大利城市墨西拿的前罗马名称命名。

  • 顺序命名: 古生代的一些纪(或统),包括泥盆纪,简单地分为上、中、下世(或亚统)。

  • 地质命名: 类似于石炭纪,白垩纪以全球性白垩(拉丁语意为“粉笔”)沉积命名。三叠纪名称的起源反映了首次在北欧发现的独特的岩石三层结构。

  • 环境命名: 约 6.35 亿至 7.2 亿年前的铅矿期,反映了地球在漫长的冰河时期中的“雪球”状态。

  • 替代命名: 尽管国际地层委员会承认每个单位只有一个全球名称,但许多区域性差异仍然存在,通常针对最近的年代,因为它们产生了最详细的数据。例如,在我们目前的第四纪中,全新世之前的时期在英国被称为德文期(Devensian),西北欧大部分地区称为维谢利安期(Weichselian),美国称为威斯康星期(Wisconsinan)。

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