2024-11-11
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地层学家的任务是解读地层的构造、起源，以及地层中所记录的事件顺序。地层学的核心在于时间与空间的交织与演化。早在几个世纪前，人们就开始意识到地层可能以某种可预测的方式排列（1669年，佛罗伦萨主教尼古拉斯·斯坦诺首次提出地层叠覆率，在未经变动地层中，年代较老的在下，年代较新的在上）。想象一下，18世纪的一位测量员或矿探员穿梭于山峦之间寻找煤矿时，发现煤层通常与砂岩、泥岩和石灰岩相伴，而这些地层在不同地点的排列方式竟然出奇一致。当找到某个特定的石灰岩层时，勘探员便可以推测出煤层的存在——即便煤层未露出地表，也可能深埋于石灰岩之下。
地层
1756年，约翰·雷曼（Johann Lehmann）提出了最早的正式地层分类尝试，他将岩层划分为三个部分。这一分类不仅详细描述了岩层，还按照从古到今的顺序排列，最古老的岩层位于最下方。这一方法为地层学的研究奠定了基础，标志着人们对地质历史的系统化理解：
原始结晶岩层，即最古老的岩石，不含化石 第二层状岩层，富含化石 表层松散沉积物，如冲积层和坡积层
约翰·雷曼于 1759 年绘制的德国图林根地层地质剖面
这一岩层顺序所体现的相对时间概念基于斯坦诺（Steno）的理论。18世纪末，德国著名地质学家亚伯拉罕·维尔纳（Abraham Werner）扩展了雷曼的分类，并声称其具有全球普适性。他的分类包括原始（结晶）层系、过渡层系（由硬砂岩、石灰岩组成）、第二系或层状层系（与雷曼的分类类似）、冲积层系（有些学者将其称为第三系）以及火山层系。与雷曼相似，维尔纳的体系也结合了岩石的物理特性与相对年代。维尔纳还以提倡“水成论”（Neptunism）而闻名，认为所有岩石都是从某个全球性的海洋中在不同时期沉淀而成的。
在18世纪末至19世纪，岩层单位的命名在欧洲、英国和北美广泛展开。通常以对局部常见地层的认知为起点，这些地层随后被进一步追踪和绘制地图。化石在这一过程中起到了重要作用，人们逐渐认识到特定的化石种类及其组合与特定的地层区间密切相关。在英国，威廉·史密斯（William Smith）的著名地质图便是这一进展的典范。具有可辨识的岩性和化石特征的岩层组合被赋予了名称，许多名称沿用至今。随着制图工作的推进，地质学家发现了具有相似特征的地层反复出现的现象，称之为“地层群”（Groups of strata）。例如，老红砂岩上覆山地石灰岩，再接着是煤层；这一地层群在1822年由康尼比尔（Conybeare）和菲利普斯（Phillips）命名为“石炭纪序列”，后来被称为“石炭系”（Carboniferous System）。
威廉·史密斯绘制的英国第一张地质图
19世纪上半叶，各种地层单位如雨后春笋般出现，每个地层都包含独特的岩石和化石，而化石的相对年代关系具有决定性意义。这些地层单位的边界划分在英国及其他地区引发了激烈的争论。例如，石炭系被进一步划分为泥盆系（Devonian）和石炭系，寒武系（Cambrian）则被插入原始结晶岩层系和志留系（Silurian）之间。后来，查尔斯·拉普沃斯（Charles Lapworth）又在寒武系和志留系之间插入了奥陶系（Ordovician）。
到19世纪末，地质系统的主要名称基本确立，许多沿用至今：
寒武系 Cambrian 塞奇威克（Sedgwick），1835年 奥陶系 Ordovician 拉普沃斯（Lapworth），1879年 志留系 Silurian 莫奇森（Murchison），1835年 泥盆系 Devonian 莫奇森与塞奇威克（Murchison & Sedgwick），1839年 石炭系 Carboniferous 康尼比尔与菲利普斯（Conybeare & Phillips），1822年 二叠系 Permian 莫奇森（Murchison），1841年 三叠系 Triassic 冯·阿尔贝蒂（Von Alberti），1834年 侏罗系 Jurassic 冯·洪堡（Von Humboldt），1799年 白垩系 Cretaceous 德阿洛伊（D’Halloy），1841年 第三系 Tertiary 奥杜伊诺（Aduino），1760年 第四系 Quaternary 德诺耶（Denoyers），1829年
这些命名标志着现代地层系统划分的最终确立，成为地质学研究的基石。查尔斯·莱伊尔于1833年为第三纪地层建立了类似的分类体系，提出了上新统、中新统和始新统的划分，依据的是化石的现代特征，这些特征明显区别于所有第二纪地层。基于维尔纳的过渡、第二系和第三系中化石的独特性，莱伊尔创造了如今广为熟知的术语：
新生界 第三系 化石具有现代特征，出现了哺乳动物和智人 中生界 第二系 大量的菊石和恐龙繁盛 古生界 过渡系 古老的生命形式，包括最早的无脊椎动物、鱼类和植物 隐生宇 原始结晶层系 未发现生命形式。
这些划分展现了从最古老到最现代的生命进化历程。
1841年，约翰·菲利普和查尔斯·莱伊尔的出版物将这一分类体系扩展到整个地质柱。菲利普借用了莱伊尔早期的划分，并将其进一步细分为下、中、上三部分。莱伊尔则更进一步，将其定义为“纪”（Period），承认它们在地质年代中的重要意义。
随着地质学的发展，詹姆斯·达纳（James Dana）于1880年提出了一套更加系统的地质年代与地层体系，并基于化石将地质时间分为四大时代：新生代（Cenozoic）、中生代（Mesozoic）、古生代（Paleozoic）和太古宙（Archean）。达纳的时间表经过多次迭代和修正，最终加入了放射性测年法，将基于化石的相对时间表转变为数值时间表。至此地质学家们可以具体讨论发生在2亿年前（200 Ma）的地质事件。
1974年，国际地层委员会（ICS）成立，旨在使地质系统边界标准化。现代地质时间表对达纳的时间单位进行了调整，形成了如今广泛接受的国际标准。然而，地质时间表仍在不断修订与更新，例如关于“人类世”的讨论，表明我们仍在探索和理解地球的历史。
国际地质年代表（2023版）
如今，正式的地层学使用三大主要组成部分：
地质年代单位 宙（Eon）、代（Era）、纪（Period）、世（Epoch）、期（Age），表示纯粹的地质时间 年代地层单位 宇（Eonothem）、界（Erathem）、系（System）、统（Series）、阶（Stage），指在特定时间段内沉积的地层 岩石地层单位 群（Group）、组（Formation）、段（Member），专注于地层的组成与可绘制性
这三者共同构成了现代地层学的基础。
地质时间与化石地层
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