短命、数量多、国际范儿……它们因此才能代表一个年代

2020-11-14 15:56:20 3点赞 3收藏 0评论

如果把地球从46亿年前诞生到现在算作24个小时的话,现代人类在地球存在的时间大约只有1秒。

短命、数量多、国际范儿……它们因此才能代表一个年代

回看地球历史,现代人类的存在时间很短 | DiscoveryChannelInd

没有图画和文字记录,在人类出现之前的地球是什么样子,我们无法直接看到。但是,聪明的人类发现了“地球日记”——地层,日记中绘制有从简单到精美的插图——深埋地下的化石。正是通过研究化石,我们才发现了简单生物逐渐复杂化的规律,比如说从生命形式非常简单的蓝细菌到能上天入地的人类。

短命、数量多、国际范儿……它们因此才能代表一个年代

地球年龄约46亿年,最古老的化石可能是35亿年前的蓝细菌,但是直到约5.4亿年前寒武纪生命大爆发,才有保存相对较多的、能够进行地层对比的化石,也就是说,地球只有大约最后九分之一的时间,我们能够通过化石看到。| Wikipedia

可惜的是,这本“地球日记”过于陈旧且保存不当,内容过于冗杂、晦涩难懂,而且散落在世界的各个角落。地质学家需要先按照化石“插图”,将世界各地“长相相似”的化石搜集起来,把内容相似、具有对比意义的篇章拼凑起来,像拼拼图一样把内容尽可能补充后再进行“排版”,用以研究在相同时期内,地球不同地区发生的演化历程。

使用化石来整理地球日记本,这个方法就是地质学中重要的化石层序律(Principle of faunal succession),即不同时代的地层中含有不同的化石,含有相同的化石则其时代相同;而根据不同的化石构成可以看出地层的年代,化石组合的形态、结构越简单,地层的时代越老,反之,地层的时代越新。

短命、数量多、国际范儿……它们因此才能代表一个年代

化石在地层对比中的作用。

使用化石来整理地球日记本,就是地质学中重要的化石层序律 | quizlet

什么是标准化石?

每个行业都有所谓的“标准”,化石界也不例外。标准化石的名字与时间紧密联系。那么,什么样的化石才能成为行业标杆,称得上“标准化石”?要成为这样的佼佼者,需要什么条件呢?

第一个条件:“短命”

首先,标准化石存在的地质年代要相对较短,时间越短,存在越具有标志性。

更确切地说,这种“短”是指标准化石存在的地质时间范围相对有限,是在一定时期才会出现并保存下来的化石。所以,若想成为标准化石,就不要想着“恒久远”,时间越短,它们的存在越具有标志性,如烟花般瞬间从盛放到凋零最好——当然,地质学的“瞬间”往往也有几十万年。

以知名的化石动物三叶虫为例,三叶虫家族在寒武纪时期最为繁盛,地层意义最重要,因此可以作为寒武纪的标准化石。这个家族中的莱德利基虫出现在寒武纪早期,是三叶虫家族创始人,可以作为寒武纪早期的标准化石。而球接子——一种浮游的三叶虫,是家族中演化出的新成员,可以作为寒武纪晚期的标准化石。

短命、数量多、国际范儿……它们因此才能代表一个年代

三叶虫纲各目的演化图 | Hacter Chang, Wikipedia

第二个条件:“国际范儿”

要想成为标准化石,还必须分布广泛,适应力要强,不能仅仅局限在小地方,而要能和全球其他地方的化石做对比,最好能在世界的每个角落都能发现,尽可能地把不同地区的同一时间坐标拉齐。

海洋中的浮游生物能够随着海水的流动“飘散”到世界的每一个角落,陆地上的角马能够随着迁移的队伍横穿整个大陆。从人类的视角来看,这些过程需要花费很长时间,但与漫长的地质历史时期相比,迁移的时间就显得微不足道了。所以,在古生物研究过程中,生物扩散的速度可以说是很快的(除非受到地理环境等因素的限制),甚至可以简单理解为一瞬间。

有孔虫,就是一种分布非常广泛的生物。它们能够在海水中浮游生活,在海底像蜗牛一样爬行移动,死后被其他生物吃掉或是下沉到海底沉积……这样的特点和习性使它们能够在海洋中广泛分布。

短命、数量多、国际范儿……它们因此才能代表一个年代

浮游有孔虫出现的取样地点 | US Geological survey

第三个条件:兴旺

要想成为标准化石,化石留存就要足够多。要形成化石,自身条件要过硬,外界环境也要合适,在世时的数量也要占据优势。兴旺到“一抓一大把”,才能提供足够多足够好的样品,更好地保存下来,从而提供更丰富的研究数据。

而说到数量,微体化石(microfossil)就很占优势,在一小撮深海泥中可能有成千上万个有孔虫壳体,壳体主要为碳酸钙,体型微小而容易保存。“兴旺”的微体化石不仅能够提供地层对比的时代意义,还能反映气候、环境甚至是海水温度盐度等信息,为科研做出杰出贡献,可谓实现了“光宗耀祖”。

短命、数量多、国际范儿……它们因此才能代表一个年代

有孔虫壳体 | naturalhistory.si.edu

第四个条件:有辨识度

最后,要想成为标准化石,一定要保有自己的辨识度,特征明显,利于鉴定和区分

重要的标准化石菊石(Ammonoids),是一种螺旋壳体的头足类动物。它们在古生物学中具有重要意义,可以作为较为精准的“时间刻度”,在泥盆纪-白垩纪有着重要的地层意义。这是因为菊石具有较快的演化速度,特征相对明显,容易识别。例如,生活在不同时期的菊石就有不同的缝合线图案,人们因此可以通过识别这些图案来确定不同的年代。

短命、数量多、国际范儿……它们因此才能代表一个年代

有辨识度的菊石 | Ernst Haeckel

作为《精灵宝可梦》多刺菊石兽的原身,菊石也曾经成为海洋中的霸主,但可惜的是,它们与恐龙一起消失在了白垩纪末期的大灭绝事件中。

短命、数量多、国际范儿……它们因此才能代表一个年代

化石、菊石兽、多刺菊石兽 | 精灵宝可梦

标准化石通常以海洋生物为主,或者说,海洋环境更能孕育出化石界的佼佼者,上述这几个常见的标准化石就都来自海洋环境。这是因为海洋的保存条件相比陆地的更好,陆地环境中的生物分布容易受到影响,地质条件也更为复杂。

作为地质学研究中最重要和最理想的“行业标杆”,标准化石把生物的时空分布与地层联系起来,是一种生物地层学的研究方法。在实际研究过程中,研究者往往还会结合其他方法进行综合研究,具体问题具体分析。更多的时候,地层学家会研究生物群即化石组合形式,考虑空间、环境因素的影响,从而得出更为严谨的时间范围——把“某年”尽可能地精确到“某年某月”,甚至到“某日某时”。

短命、数量多、国际范儿……它们因此才能代表一个年代

标准化石把生物的时空分布与地层联系起来;

通常以海洋生物为主,因为海洋的保存条件相比陆地的更好。

不管是借助标准化石,还是其他的地质年代测定方法,人们都在努力理解地球,丈量地球,更好地了解地球过去所发生的变化、动植物的演化过程、突发的地质事件造成的影响……

理解了过去,我们才能更好地思考现在和未来:人类如何影响这个世界?人类的行为到底会有什么样的后果?人类会不会有一天,也成为人类世的标准化石?

作者:孟孟

编辑:Edan、Cloud、游识猷


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