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1965年，國際地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域多了一個極為重要的名詞——“金釘子”。

“金釘子”并不含金，卻在半個多世紀(jì)里引起全球地質(zhì)學(xué)家的激烈爭奪。截至目前，中國“奪得”11枚“金釘子”，位居世界第二。這究竟意味著什么？

地球46億年的歷史都記錄在地層中?！敖疳斪印本拖褚话训貙幽甏翱ǔ摺?，使科學(xué)家能夠按統(tǒng)一的時間標(biāo)準(zhǔn)分析并研究不同地區(qū)同步發(fā)生的地質(zhì)事件，在敘述地質(zhì)歷史時擁有共同“語言”和全球性標(biāo)準(zhǔn)。在地學(xué)界，“金釘子”的意義不亞于奧運(yùn)會金牌。每一枚“金釘子”的確立，都要經(jīng)過國際地層委員會和國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會嚴(yán)格的投票認(rèn)定。“金釘子”的數(shù)量代表著一個國家地質(zhì)學(xué)研究的綜合實(shí)力。

中國第一枚“金釘子”是在這個概念提出后30余年才確定的。在競爭“金釘子”的過程中，中國科學(xué)家歷經(jīng)艱難、屢遭挫折，但不屈不撓，最終后來居上。

這段一波三折的故事，就發(fā)生在中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所（以下簡稱南京古生物所）的科學(xué)家身上。

1?連遭挫敗

1991年，第六屆國際奧陶系大會預(yù)備會議前，南京古生物所研究員陳旭收到國際地層委員會奧陶系分會主席、澳大利亞麥考瑞大學(xué)教授巴里·威比的鄭重邀請：“我們想提名你擔(dān)任國際地層委員會奧陶系分會副主席。”

威比的理由是，全世界的奧陶系地層分布，中國占據(jù)了一大塊，但國際地層委員會奧陶系分會長期缺少中國學(xué)者?！斑@些年，我們在國際刊物上屢屢看到你發(fā)表的文章，非常高興?！?/p>

即將在澳大利亞悉尼大學(xué)召開的國際奧陶系大會最核心的任務(wù)，就是推動全球奧陶系年代地層標(biāo)準(zhǔn)的建立，盡快實(shí)現(xiàn)“金釘子”零的突破。

這是一個關(guān)乎國際話語權(quán)的機(jī)會。陳旭毫不猶豫，欣然接受了邀請，“心里憋著這一股勁兒太久了，終于讓我等到了”。

陳旭的憋屈與不甘，映射出的是那一代中國地質(zhì)學(xué)人在國際舞臺上的邊緣處境。

20世紀(jì)60年代，受工業(yè)發(fā)展的驅(qū)動，人類對能源的需求與日俱增，因此對地質(zhì)學(xué)研究精確度的要求也日益提高，但由于缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，造成了全球地層劃分和對比困難。

1965年成立的國際地層委員會，主要目標(biāo)之一就是建立全球統(tǒng)一、精確定義的年代地層系統(tǒng)?！敖疳斪印睉?yīng)運(yùn)而生。

如同記錄年代的單位年、月、日，地層也有自己的年表，分為宇、界、系、統(tǒng)、階5個層次，其中階是基本單位?！敖疳斪印逼鋵?shí)就是劃分和定義不同“階”底界的全球性標(biāo)準(zhǔn)，需要在全球范圍內(nèi)一段特定的地層剖面和特定的巖層序列中標(biāo)出來。

過去，全球地層一直參照100多年前英國提出的傳統(tǒng)劃分方法。盡管該方法存在公認(rèn)的嚴(yán)重缺陷，但英國學(xué)者長期把持地學(xué)領(lǐng)域?qū)W術(shù)話語權(quán)，要想推翻它，談何容易。

1972年，全球第一枚“金釘子”被確立在捷克首都布拉格的西郊，標(biāo)定的是志留系和泥盆系之間的界線。此后，世界各國轟轟烈烈地展開確立“金釘子”的競賽。

然而，中國與國際地質(zhì)學(xué)界長期脫節(jié)，中國科學(xué)家連入場券都拿不到。直到1977年，中國才開始正式參與國際地層委員會的活動。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代，中國科學(xué)家終于得到機(jī)會，參與競爭奧陶系和志留系底界之間界線的“金釘子”，卻連遭挫敗。

當(dāng)時，吉林奧陶系底界和湖北志留系底界的剖面非常被看好，甚至已作為唯一候選剖面進(jìn)入國際地層委員會最后一輪表決階段。

然而，形勢急轉(zhuǎn)直下。國際地層委員會突然改變定界標(biāo)準(zhǔn)，啟用先前已被淘汰的候選剖面。兩枚“金釘子”與中國擦肩而過。

介紹這段歷史時，現(xiàn)任國際古生物協(xié)會秘書長、南京古生物所研究員詹仁斌憤憤不平。這種情況在國際地層委員會“金釘子”投票歷史上很罕見。

這固然與中國對地層研究不足、對“金釘子”標(biāo)準(zhǔn)體系理解不充分有關(guān)，但詹仁斌認(rèn)為這不是唯一原因。當(dāng)時，西方學(xué)者壟斷了國際學(xué)術(shù)組織中學(xué)術(shù)規(guī)則的制定權(quán)和投票權(quán)，國際地學(xué)界對中國地學(xué)研究的認(rèn)知長期處于空白狀態(tài)，對中國學(xué)者存在天然的偏見。

正因如此，抓住一切能走向國際學(xué)術(shù)舞臺的機(jī)會，是那一代中國地質(zhì)學(xué)人的信念。

2?針鋒相對

1991年7月14日，陳旭以國際地層委員會奧陶系分會副主席的身份踏入第六屆國際奧陶系大會會場。

奧陶系形成于距今4.85億至4.44億年，是地球歷史上海洋生物開始急劇多樣化的關(guān)鍵時期。奧陶系“金釘子”研究雖然從20世紀(jì)70年代就已開始，但一直進(jìn)展緩慢。

經(jīng)過整整5天的激烈討論，大會提出了奧陶系共9條有潛力的候選地層界線，“金釘子”將從中產(chǎn)生。

每一枚“金釘子”都包含剖面、點(diǎn)位兩部分內(nèi)容。其中，點(diǎn)位的確立，需要以一個地理分布廣泛的代表物種在特定巖層序列中“首次出現(xiàn)”為標(biāo)志。而包含這個點(diǎn)位的剖面，必須巖相單一、地層序列連續(xù)完整，且包含盡可能豐富、具有全球代表性的化石類群，以便對比。

競爭就從這兩方面展開。

在奧陶系中部一條界線的競爭中，陳旭和英國奧陶系研究首席科學(xué)家理查·福提狹路相逢。雙方的矛盾出現(xiàn)在“筆石”身上。

筆石是一種已經(jīng)滅絕的海生群體動物，在奧陶紀(jì)和志留紀(jì)異常繁盛，不僅演化速率快，而且廣布全球。因此，這兩個地質(zhì)時期的“金釘子”常把某些特定種類筆石的首次出現(xiàn)作為標(biāo)志。

那么，具體要選擇哪一屬種的筆石作為代表？福提提議基于英國模式標(biāo)本的直節(jié)對筆石；陳旭則認(rèn)為，基于澳大利亞模式標(biāo)本的澳洲齒狀波曲筆石更為合適。

“如果以直節(jié)對筆石為標(biāo)志，就要選擇相應(yīng)的剖面，但英國提出的剖面所包含的化石類群不具有全球代表性，不利于全球?qū)Ρ取！标愋裰毖浴?/p>

相反，中國提出的以澳洲齒狀波曲筆石為標(biāo)志的剖面，位于浙贛“三山地區(qū)”（江山-常山-玉山地區(qū)），不僅奧陶系地層序列連續(xù)，動物群也異常豐富，除筆石外，還有牙形刺、腕足類、三葉蟲等非常具有代表性的化石門類。

陳旭堅信，中國的優(yōu)勢顯而易見。但英國團(tuán)隊極力維護(hù)自己的傳統(tǒng)劃分，想通過厘定界線定義、深入研究新剖面等多種方式把該“金釘子”建在英國，相當(dāng)強(qiáng)勢。

眼看爭論無果，威比提出，中國和英國團(tuán)隊在11月同時提交進(jìn)一步的研究報告，再作討論。

會后，陳旭立即牽頭組織了一個由中、澳、美、法、德科學(xué)家參與的國際界線工作組，研究中國“三山地區(qū)”候選剖面的可能性，威比也在其中。不過，陳旭理直氣壯地避開了英國專家。“他們不高興就不高興唄！”

可就在距離提交報告僅剩一個多月時，英國團(tuán)隊的一番操作讓陳旭頗為惱火。“競爭未見分曉，他們卻搶先把相關(guān)剖面的研究結(jié)果發(fā)表在國際期刊上，這是違反國際通則的。”

“但我們得沉住氣，不跟他們對著干?！标愋癫患膊恍?，按時向奧陶系分會提交了研究報告。他心中有底。

要知道，早在一年前，也就是1990年9月，第四屆國際筆石大會在中國召開，國際專家的野外考察路線就在“三山地區(qū)”。這一地區(qū)奧陶系極為發(fā)育、地層序列連續(xù)、化石標(biāo)本保存精美，給與會的各國專家留下了極其深刻的印象。

而英國團(tuán)隊違反規(guī)則的做法，引來國際界線工作組專家的不滿和質(zhì)疑。奧陶系“金釘子”爭奪的天平開始向中國傾斜。

3?崢嶸歲月

中國“三山地區(qū)”奧陶系的研究歷史，可以追溯到20世紀(jì)20年代。后來雖有中斷，但到20世紀(jì)80年代，中國地質(zhì)學(xué)家已把該地區(qū)奧陶系地層剖面基本都梳理了一遍。

“這些剖面既有中國特色，又有全球代表性，自然稟賦非常好。作為‘金釘子’候選，一打一個準(zhǔn)?！北M管陳旭很篤定，但他也深知，過去的研究離“金釘子”的確立要求還有不小距離。

“三山地區(qū)”6條奧陶系候選剖面的系統(tǒng)研究隨即展開，其中最被看好的是浙江常山縣黃泥塘剖面。它不僅完整保留了奧陶系的地質(zhì)記錄，還同時擁有兩種關(guān)鍵的代表性化石門類——筆石和牙形刺。這種剖面極少見，簡直是大自然留下的“意外之財”。

黃泥塘剖面全景。

早期的“金釘子”研究主要圍繞古生物展開。國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會規(guī)定，確定一枚“金釘子”的位置必須找到標(biāo)準(zhǔn)化石的連續(xù)演變，也就是由它的祖先和后代的化石物種建立起連續(xù)且完整的物種演化譜系。

為此，陳旭帶著當(dāng)年還是博士生的張元動，建立了一套非常嚴(yán)格的工作方法——無間斷連續(xù)采集。他們把黃泥塘剖面以20厘米為單位進(jìn)行劃分，逐層采集筆石化石和其他化石群化石，共計200多層。只有把每層巖層中的筆石化石都研究清楚，才可能找到它們的連續(xù)演化關(guān)系。

野外工作量大，研究經(jīng)費(fèi)又捉襟見肘，但陳旭不以為意?！皼]車咱就走著去；雇不起人，咱就自己扛石頭；餓了，吃饅頭；節(jié)省時間，就住村里老鄉(xiāng)家……怎么都能將就?！?/p>

可當(dāng)說起自己的學(xué)生，陳旭感慨：“阿動就是個埋頭苦干的人，可苦了他了?！?/p>

在5年多的時間里，張元動靠著一張小板凳和一把科考錘，日復(fù)一日面對灰色的剖面，一層又一層敲打搜尋。夏季，他被蚊子咬得滿身是包。冬季，如果遇上刺骨的寒雨，他就一手打傘一手敲巖石，找到化石立即包裝，有時晚上回到老鄉(xiāng)家后卻發(fā)現(xiàn)它發(fā)霉了。

野外工作是孤獨(dú)的，唯一能讓張元動感到興奮的就是從金光閃閃的黃鐵礦里敲出形態(tài)完美、細(xì)節(jié)清晰的銀白色筆石。直到現(xiàn)在，他偶爾還能在夢中見到這樣的場景。

“我們在黃泥塘剖面工作期間發(fā)生了兩次危險?！睆堅獎又两裥挠杏嗉?。

一次是在1991年，他和陳旭租了一輛“蹦蹦車”前往剖面。司機(jī)姓毛，毫無經(jīng)驗(yàn)，還十分毛躁，在一個陡坡上翻車了，陳旭身上多處受傷，鮮血直淌。

還有一次是在1995年，他和詹仁斌到剖面采集化石標(biāo)本，一不小心栽到路邊數(shù)米深的溝坎里，起來后才發(fā)現(xiàn)身側(cè)都是尖聳的亂石，與腦門只差毫厘。

隨著研究的推進(jìn)，國際界線工作組來國內(nèi)考察的時間臨近了，可經(jīng)費(fèi)還沒有著落。陳旭開口向時任南京古生物所所長曹瑞驥申請8萬元經(jīng)費(fèi)。老曹嚇了一跳：“你這是要我命！”當(dāng)時，研究所全年科研經(jīng)費(fèi)才20多萬元，“最多給你3萬元”。

1994年夏天，陳旭揣著僅有的這些錢，帶領(lǐng)國際界線工作組全體成員走遍了“三山地區(qū)”6條候選剖面。眼前連續(xù)完整的剖面和一層層展示的精美化石標(biāo)本，讓專家們大為吃驚，威比連連稱贊。

陳旭并不感到意外?！拔覐?985年就開始跑這些剖面，它們都快被我磨爛了，不同層位的筆石種我能倒背如流?！?/p>

初戰(zhàn)告捷，工作組回到縣城簡陋的賓館，心情不錯的陳旭特地讓廚房加了兩個菜。

4?勢如破竹

野外工作只是“金釘子”研究的基礎(chǔ)部分，要想徹底搞清楚筆石的演化譜系，還需要回到實(shí)驗(yàn)室。

“過去，由于我們古生物學(xué)鑒定、分類的基礎(chǔ)工作不夠扎實(shí)，國際地質(zhì)學(xué)界認(rèn)為我們的研究結(jié)論可信度不高?！睘榱吮苊獬霈F(xiàn)這樣的情況，張元動對筆石類群的結(jié)構(gòu)特征、系統(tǒng)位置、演化關(guān)系、地層地理分布進(jìn)行了詳細(xì)、徹底的研究。

張元動利用掃描電子顯微鏡，對大量化石標(biāo)本切片進(jìn)行觀察研究，并與世界各國的有關(guān)標(biāo)本對比，同時開展分支系統(tǒng)學(xué)研究，從而精確厘定筆石類群的演化序列。其間，一個意外的發(fā)現(xiàn)讓他興奮起來。

筆石體由胎管和胞管組成。一直以來，古生物學(xué)者主要根據(jù)胞管形態(tài)差異確定其類群演化關(guān)系。但張元動在進(jìn)行大量標(biāo)本比對和文獻(xiàn)調(diào)研后認(rèn)為，這套理論方法有漏洞。“胞管是筆石發(fā)育的終端結(jié)構(gòu)，要想作為高級別分類單元的標(biāo)志性特征，采用早期發(fā)育階段的結(jié)構(gòu)——胎管更為合適?！?/p>

后來，正是基于這個發(fā)現(xiàn)，新一代筆石研究開始采用以始端發(fā)育建立起來的分類系統(tǒng)。它也是這項“金釘子”研究中一個重要的學(xué)術(shù)創(chuàng)新。

陳旭總是告訴學(xué)生，科學(xué)研究想要做得長久、出色，每篇論文都要在思路、方法、技術(shù)或理論上爭取創(chuàng)新，而不能只滿足于增加一些不同地點(diǎn)、不同標(biāo)本材料的信息。陳旭的鼓勵讓張元動再次萌生一個全新的想法。

“‘金釘子’的點(diǎn)位要以代表化石的‘首次出現(xiàn)’為標(biāo)志，但目前所有研究都缺乏驗(yàn)證過程?！睆堅獎幼詫W(xué)計算機(jī)技術(shù)，并引入數(shù)學(xué)模型，建立了一套計算機(jī)圖形對比方法，用定量的方式驗(yàn)證“首次出現(xiàn)”的可靠性，解決了“金釘子”所要求的高精度劃分對比問題。此后，這一分析方法逐漸成為“金釘子”研究的一種重要手段。

這一系列研究成果，讓國際同行看到一條地層發(fā)育極其完整、生物化石含量豐富且研究程度非常高的奧陶系地層剖面。

1995年，國際界線工作組正式向國際地層委員會奧陶系分會提交了建立全球達(dá)瑞威爾階“金釘子”的報告，提議以澳洲齒狀波曲筆石在中國浙江黃泥塘剖面的首次出現(xiàn)定義其底界。

1996年至1997年，這個提案先后獲國際地層委員會奧陶系分會、國際地層委員會投票通過，并得到國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會確認(rèn)。

中國第一枚“金釘子”就此確立。它實(shí)現(xiàn)了我國“金釘子”零的突破，同時也是奧陶系的第一枚“金釘子”。這是中國地質(zhì)學(xué)歷史上的一個里程碑。

達(dá)瑞威爾階“金釘子”剖面。

早在國際界線工作組正式提交這條唯一候選剖面時，福提就知道英國已經(jīng)與這枚“金釘子”漸行漸遠(yuǎn)了。2000年，張元動受邀到他所在的英國自然博物館進(jìn)行合作訪問，福提大方地表達(dá)了對黃泥塘剖面和中方研究的認(rèn)可：“這枚‘金釘子’的確立，是全球奧陶系數(shù)十年來最突出的進(jìn)展?！?/p>

經(jīng)過多年的“交鋒”和交流，福提和陳旭、張元動等中國同行成了志趣相投的好友。

“對國內(nèi)地質(zhì)學(xué)界而言，黃泥塘‘金釘子’是一個經(jīng)典的研究范本。它叩開了一扇大門，讓越來越多的‘金釘子’在中國建立?！痹缫殉蔀槟暇┕派锼芯繂T的張元動表示。

達(dá)瑞威爾階“金釘子”標(biāo)志碑。南京古生物所供圖

進(jìn)入21世紀(jì)，中國在“金釘子”領(lǐng)域的研究勢如破竹，幾乎每隔兩年就有新的“金釘子”確立。其中，南京古生物所主持確立的有7枚。

從學(xué)習(xí)西方到開展國際合作，再到越來越多的“金釘子”破土而出、領(lǐng)先國際，陳旭完整經(jīng)歷了這段不凡的時光。

已經(jīng)88歲高齡、當(dāng)選中國科學(xué)院院士20余年的陳旭說：“作為一個人為的國際標(biāo)準(zhǔn)，‘金釘子’的確立從來都不只是學(xué)術(shù)上的競爭?？茖W(xué)家一定要勇敢闖蕩國際舞臺，不懼爭辯，向世界證明我們的實(shí)力，捍衛(wèi)國家尊嚴(yán)?！?/p>

1998年，國際界線工作組在浙江常山縣參加達(dá)瑞威爾階“金釘子”碑揭牌典禮。從左至右為法國學(xué)者弗洛倫廷·帕里斯、巴里·威比、陳旭、張元動。

（原載于《中國科學(xué)報》?2024-05-13?第4版?專題）