A2 · 出版卷 3

地质时间与深时思维

宙、代、纪、年龄、相对年代、绝对年代和不完整记录

学习目标

完成本课后，你应能够区分相对顺序和数值年龄，运用基础地层关系，阅读国际地质时间层级，解释被测矿物真正约束的事件，并如实表达间断与年龄不确定度。

地球年龄约为 45.4 亿年。这个数字来自陨石与古老地球材料同位素系统的证据估计，并不是从地球诞生起逐年计数得到的。地质时间由两套互补框架共同构成：

多种关系彼此一致时，地质历史最可靠。某沉积层可以老于切穿它的岩脉，年轻于不整合面下伏单元，借化石或磁极性与远处地层对比，并由上下火山灰层数值年龄夹定。不能把这些不同约束悄然替换成一个所谓“精确年龄”。

国际年代地层表把岩石与时间组织成嵌套层级。年代地层单位指在指定时间间隔内形成的岩石体，对应的地质年代单位是该时间间隔。常见对应关系为：宇/宙、界/代、系/纪、统/世、阶/期。

现行表通过国际地层治理机制维护。许多显生宙阶边界由全球界线层型剖面和点位（GSSP） 定义，即在具有良好对比能力的地层剖面中指定一个物理参考点。边界旁的数值年龄是校准估计，可随研究更新；当显生宙和埃迪卡拉纪边界已有批准的 GSSP 时，数值本身并不定义该单位。

在大尺度上，前寒武纪包括冥古宙、太古宙和元古宙；显生宙包括古生代、中生代和新生代。比背诵所有边界更重要的是会查阅当前版本，并记录版本信息。

若干原则把几何关系转成事件顺序：

这些是带条件的规则，不是机械捷径。地层可以倒转，断层可以再活动，碎屑与化石可以再搬运。顶底构造、构造朝向、接触变质和区域连续性用于检验前提。

不整合记录一段不沉积、侵蚀或二者共同作用的界面或时段。角度不整合分隔产状不同的岩层组合；平行不整合分隔大体平行的沉积层；非整合使沉积岩覆盖在被侵蚀的火成或变质基底上。缺失时间可能远大于相邻保存岩层代表的时间。

没有记录并不等于持续时间为零。若地图把两个年龄跨不整合直接连起，必须标出间断，而不是虚构连续历史。保存具有选择性：侵蚀删除记录，变质作用覆盖记录，许多环境本就很少留下持久档案。

放射性母体同位素以统计上可预测的速率衰变为子体。简化封闭系统可写为：


N=N_0e^{-\lambda t},\qquad t_{1/2}=\frac{\ln 2}{\lambda}

实际年代学测量同位素比值，选择适合的矿物—同位素体系，并评估初始子体、普通铅、蚀变、继承和开放系统行为。分析结果具有不确定度；更重要的是，其地质意义取决于哪个事件建立或重置了同位素系统。

锆石结晶年龄可记录岩浆结晶；变质增生边可记录较晚矿物生长；冷却年龄可记录通过某一温度敏感保留区间；碎屑颗粒年龄大于等于容纳它的沉积物，其最年轻可靠群体可约束最大沉积年龄，却不自动等于精确沉积时刻。同一岩石中的不同矿物可以保存不同事件。

需要区分时，使用 Ma 表示距今年龄，使用 Myr 表示百万年的持续时间；Ga 和 Gyr 同理。必须说明参考约定与不确定度。

某露头含有被花岗岩脉切穿的褶皱砂岩。二者均被侵蚀面截切，其上覆盖水平火山灰。岩脉锆石结晶年龄约为 410\pm3 Ma，火山灰锆石年龄为 252.1\pm0.2 Ma。

可辩护的顺序为：砂岩沉积；成岩；变形与褶皱；约 410 Ma 岩脉侵入；侵蚀形成不整合；约 252 Ma 火山灰沉积；后期出露。如果岩脉未变形且切穿褶皱，则变形早于岩脉。间断跨越岩脉侵入与火山灰沉积之间未知的一部分时间。现有数据并没有直接测定砂岩沉积年龄。

若用 4.54 m 长线段表示 4.54 Ga，则 1 mm 代表 1 Myr。整个显生宙大约只占最后半米，人类一生几乎不可见。这个换算揭示一种认知误差：按年度看极慢的过程，在数百万年积分后足以改造板块、盆地和山系。

为一个公开地质剖面建立事件表，列出事件、直接关系、年龄约束、定年材料、解释的地质意义、不确定性和替代解释。分别绘制相对顺序图与数值时间轴。如果证据只能夹定事件，就画范围而不是中心点。