海洋地质与第四纪地质

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1、2006年2月海洋地质与第四纪地质Vol.26,No.1第26卷第1期MARINEGEOLOGY&QUATERNARYGEOLOGYFeb.,2006地质计时的天文“钟摆”汪品先(同济大学海洋地质国家重点实验室,上海200092)摘要:地球系统科学的发展,对于地质过程的时间度量提出了新要求。迄今为止,地球轨道参数的变化是地质尺度上惟一可以精确定量计算的周期现象,可以用作地质计时的标尺。40万年的偏心率长周期,是地质历史上最为稳定的轨道参数,至少在新生代以来通过低纬过程驱动着大洋碳储库的周期变化,是普遍出现而且容易辨认的轨道周期,可望作为地

2、球历史的天文“钟摆”用于地质计时。关键词:天文年代学;轨道周期;长偏心率;岁差中图分类号:P533文献标识码:A文章编号:025621492(2006)0120001207研究地球历史的地质学,时间是她最基本的量物理计时和天文计时,前者准确,后者方便。从化概念。早期的地质学重在找矿,注意的是地层形天文计时出发,一秒钟的定义是31536000(=365成的先后次序,用的只是相对时间序列。19世纪末×24×60×60)分之1年。但是天文计时的单位,无期放射性元素衰变现象发现之后,有了测定矿物绝论年月日,其实都不稳定。为此,1956年始全球约对

3、年龄的方法,从此地质学有了计时的物理标准。定:一秒钟的定义专指1990年1月1日12时回归然而到了20世纪晚期,研究地球系统、预测环境变年长度的3155692519747分之一。到1967年,这化,这就不但要有物理计时,还要寻找引起环境周期种定义已被原子钟的物理定义所取代:一秒钟是133变化的天文计时标准。为此,有必要对地质学的计Cs原子在两个能态之间周期性振荡9192631770[1]时标准进行简单的回顾,探讨地球轨道周期作为地次的时间。由于地球转速有变慢的趋势,天文计质计时单位的前景。时和原子钟的物理计时就有差异,只好用加“闰秒”[2

4、]的办法来解决,2006年晚到一秒钟,根源在此。1地质年代的物理计时与天文计时“闰秒”的添加并不规则,1972—1998年的26年间,出现了22个闰秒,而1999—2006的7年间只有一今年第一条新闻,是2005年底和2006年初之个“闰秒”,反映了物理和天文计时关系的复杂性。间增加了一秒,这就是所谓的“闰秒”。小小的一秒,不过物理定义的“秒”尽管精确,日常广泛使用的仍却暴露了物理计时和天文计时之间的矛盾。然是天文计时,因为天文周期实际上也是人类生活人类计时从天文开始。昼夜交替、季节更新,是环境的周期,年、月、日和由此派生出来的世纪、星最

5、容易看到的计时参考系,于是就有了日与年。再期、小时等等,与人类一般活动的时间尺度相对应,要细分,就发明了日晷利用太阳角度定时,看不见太能够满足通常的需要。然而地质计时与此不同。地质年代的度量,靠阳的时候就用沙漏、水钟,这样就从天文转到了物的是物理方法而不是天文方法。1904年E理。钟摆的发明为物理计时开创了新阶段,不过再好的钟摆钟,也只有每年误差不超过一秒的精度。Roservelt从一种铀矿物测得5亿年的放射性年龄,[3]建立了测定地质年龄的物理学方法。这里所说的对于“日出而作,日入而息”的古人来说,这一秒钟毫“年”,其实并非天文计时的结

6、果,而是放射性元素衰无意义;但在现代社会,一秒钟就是航天飞船将近8变速度的物理计时单位。地质计时用“年”,犹如人万km的行程。于是随着社会的需求,机械钟又发类生活之用“秒”,并非最佳选择,起码动不动多少亿展到了石英钟、原子钟。原子钟利用铯原子的共振的数字并不方便。我们决不会每数三千多万秒过一频率计时,精度已经提高到每天只差10亿分之1[1]次生日,活到19亿秒去办理退休;但是我们习惯于秒。讲25亿年前元古代开始,5亿多年前“寒武纪大爆发”。这里虽然说的是多少年,其实根本达不到“年”作者简介:汪品先(1936—),男,教授,中国科学院院士,

7、从事海洋地质和微体古生物研究.的精度。收稿日期:2006201213;改回日期:2006201216.文凤英编辑人类为地球计时,不能盲目套用自己在生活中2海洋地质与第四纪地质2006年习惯使用的单位,地球“钟”应当使用地质尺度的我国对南沙大洋钻探ODP1143井的500万年高分[5]“钟摆”。日、月、年是适合于人类生活使用的天文周辨率地层序列,就是这样建立的。期,在日、月、年之上,有没有更长一点的天文周期,然而,冰期旋回的时间长度并不相等,难以用作可以让地球历史使用?这就是万年尺度的轨道周计时的单位。一次冰期旋回在第四纪早期是4万年期。左

8、右,到晚期就变为10万年,而且10万年也只是平均数,从8万年到12万年都有;更何况地质历史上2轨道周期的冰盖响应与季风响应极地有大冰盖、气候有冰期旋回的只是少数时段,大部分时间并没有冰期发育。