第三章 古镇揭秘

我于 1953 年在加州大学洛杉矶分校获得博士学位，1954 年春到休斯顿的壳牌石油公司研究室工作。到职不久，就有一位休斯顿大学的朋友邀我午餐。他告诉我，休大地质系要扩编，正在讨论新职位的申请者。他不无自豪地告诉我：“斯腾策尔（Heinrich Stenzel）博士将出任地质系的新主任。”斯腾策尔原籍德国斯台丁（Stettin）。经济大萧条时期在德州经济地

质局任职。几十年后，终于成为一位卓然有成的古生物学家。他是晚中生代和早新生代海相无脊椎动物的专家，曾任美国古生物学会主席。有这么一位知名科学家挺身而出扶植休大地质系，我的朋友是应当引以为傲的。

可惜好景不长。斯腾策尔这位受过普鲁士教育的终身公务员惯于发号施令，但是这种管理方式在大学是行不通的。在高等学府里，散漫而随心所欲的学术自由是教师的最高理想。于是系里的一批青年淘气鬼发动了一场政变，导致斯腾策尔博士不得不辞职他就。斯腾策尔在壳牌石油公司有许多朋友，颇为博士受到的不公正待遇忿忿不平，于是请他来当我们的顾问。缘此， 我才有机会了解到白垩纪—第三纪界线事件的争论是何等激烈。

那时，我在壳牌公司的具体任务是研究德州海滩砂粒的来源。对于粗枝大叶的观察者来说，这些砂粒似乎是从海中冲来的，但事实却恰恰相反，它们是先从陆地上剥蚀下来，然后又冲到海滩上来的。因此它可以来自遥远的内地、来自不同年代的岩石。加尔维斯敦（Galveston）海滩的大多数砂粒来自内地的白垩纪和第三纪岩石。因此我的上司决定，要我和斯腾策尔到东德州去作一次地质旅行。

从休斯顿驱车到东德州路途遥远，但我们谈谈说说，并不感到乏味。博士健谈而善辩，他选择白垩纪—第三纪界线的争论作为谈话主题。这条界线标志着以恐龙为特征的中生代的终结，以及以哺乳动物主宰世界为特征的新生代的开始。

争论地质界线的确切位置，向来是地质学家的一大乐事。T.C.张伯林

（T.C. Chamberlain）是本世纪初芝加哥大学的一位名教授。他认为，一些巨大变革曾多次打断地质历史。在划分地质历史时，这些间断是最好的自然标志。在他看来，中生代末期曾发生激烈的运动，致使恐龙和菊石全盘灭绝。但是，我在俄亥俄州立大学念书时的老师斯皮克教授持相反意见。这位莱伊尔思想的忠实信徒时常告诫我们，诸如“灾变”和“革命”之类的思想已经严重危害地质学，应当从所有的教科书中彻底清除掉。他坚信，那些显著的变化都是连续的，从中生代到新生代，化石纪录中有三次动植物组合的更迭。与多房室鹦鹉螺有血缘关系的硕大而美观的软体动物——菊石，在马斯特里奇期末期首先灭绝。另两次变化发生稍晚，出现植物组合和脊椎动物的更替，而淡水软体动物却未发生显著的变化。根据这种观点，斯皮克坚持所有地质单位纯粹是人为的划分。在他赠我的“犹他州中部地区晚中生代和

早新生代史”一书中，斯皮克特地在一些段落下面作了记号，以引起我的注意。其中一段是这样写的：“一般人根据化石纪录的某种显著变化划分白垩纪—第三纪的界线，但是不能排斥这种看法纯属谬见的可能性。坦率地说， 最好把这种划分看作一种因人而异的观点。”

我是好学生，也是导师观点的忠实信徒。于是在与斯腾策尔的辩论中引用了这一思想。这样作的结果，无异于在斗牛场中挥舞红布；博士勃然大怒了！

“你对化石几乎一无所知，年轻人！”他吼道，“使你五体投地的导师对古生物学也所知无几！”他说，最近完成的全面调查结果无可置疑。斯皮克把菊石的灭绝排在恐龙之前，但斯腾策尔却告诉我二者是同时灭绝的。他解释说，斯皮克把恐龙的灭绝放在后面的达宁期晚期是一种司空见惯的错误。

“如果中生代确实是自然结束的，那么为什么有那么多争论围绕白垩纪

—第三纪的界线问题呢？”我问道。 “我必须给你上一堂地质学历史课。”斯腾策尔答道。“那都是一位名

叫德索（Eduard Desor）的法国人招来的麻烦。”

莱伊尔正确的把荷兰马斯特里奇镇附近的白垩层划归白垩纪最后的一个地质时期，顶部标志着白垩纪的终结。这一沉积层所代表的时代就称为马斯特里奇期，即白垩纪的最后一个期。至此，事情本已告一段落，是德索引起了麻烦。1846 年，德索到史蒂文克林特村（Stevn’ s Klint）附近的哥本哈根南海岸进行地质旅行。顺便提一句，德索并非法国人，而是在德国出生的瑞士人，斯腾策尔记错了。

当地的沉积层序包括四个单位：底部是一层白垩，顶部是两层石灰岩。二者之间是暗灰色的薄层黏土。因为其中发现了不少鱼骨头化石，故称鱼黏土。白垩和石灰岩是由碳酸钙质的生物介壳和死后搬来的海相生物骨骼组成的。然而黏土的成因却与生物无关，是由陆源或来自外太空的极细粒物质所组成。

早在 20 年前，丹麦软体动物专家福希哈默（JohannGeorg Forchhammer） 就研究过了史蒂文克林特村的四种沉积物。根据两层石灰岩中，下面一层较老石灰岩中的软体动物化石，他认为应属第三纪，即新生代的早期。然而， 德索是一位棘皮动物专家；棘皮动物包括海胆、沙海胆、海百合、海星及其他呈五轴对称的海生动物。他发现下层石灰岩中的许多棘皮动物种属，与白垩纪种属极为相似，因此应属中生代而不是新生代。他把包括鱼黏土及下伏白垩层在内的这一段沉积物命名为达宁期，作为中生代的最后一个期。德索犯了一个粗心大意的错误：他所鉴定的棘皮动物属的化石，虽然确实生存在白垩纪，但并不属于同一个种。之后，许多古生物学家又进行了大量研究工作，发现鱼黏土上下的棘皮动物有显著的变化。黏土层以下的动物群属白垩纪，而黏土层以上的动物群属第三纪。德索将白垩、鱼黏土及以上的石灰岩

笼而统之都归入达宁期，是个不幸的错误。鱼黏土中除了据以命名的鱼骨外，几乎没有动物遗骸。而在鱼黏土之下的白垩层中，却含有与上覆的石灰岩中完全不同的动物化石。白色白垩层中的菊石、箭石、厚壳蛤及其他典型的中生代介壳动物化石，在其他地方的马斯特里奇期沉积物中也屡见不鲜， 但在鱼黏土之上的达宁期石灰岩中却全然不见踪迹。

对斯腾策尔这样程度的古生物专家来说，人人都知道德索犯了大错。鱼黏土层之下的白垩应属马斯特里奇期。重新定义后，达宁期的直接含义是第三纪的第一个期，以最早的第三纪动物为特征。如果德索是一个菊石专家， 或者熟知软体动物、微体化石或超微化石的专家；如果他把棘皮动物鉴定到种而不是粗粗的划分到属，他就不会把这些不同门类的生物划归同一个世代。按照现在的认识，达宁期是指鱼黏土及其上覆的石灰岩所代表的一段时间。生物的巨大变化，发生在马斯特里奇期最晚期白垩与达宁期最早的鱼黏土之间，这是地质历史上最引人注目的巨变之一。然而，德索造成了混乱， 谬论流传日久，致使斯皮克等人把菊石的灭绝放到马斯特里奇期，而将恐龙的消亡放到了达宁期，搞错了它们的时代关系。

斯皮克也是“地质纪录缺失论”的信徒。在达尔文的《物种起源》发表百年之后，斯皮克写下了如下一段文字，表达了他的信仰：“在化石纪录中， 许多动物群都是突然出现的，并表现出很高的发展程度，而无始祖群类可寻。这就使地质纪录的不完整性更为可信。认识到这种不完整，就不会坚持生物演化速度发生重大变化的观点了。”

我向斯腾策尔转述导师的教导，又引起了他的一番议论：“是的，许多动物群确是突然出现的，但并非因为地质纪录不完整，而是因为它们确乎是突然冒出来的。”

斯腾策尔承认，化石能否保存确有随机的因素。历史上存在过的生物中，只有极少数能在其身后留下印记，但是微体化石的纪录却十分的完整。每一立方公分的深海沉积物中包含着成千上万的有孔虫（foraminifera，一种单细胞生物）骨骸。曾与斯腾策尔共事的奥斯丁地调局的普露梅（Helen Jeanne Plummer）在 1931 年首先发现这种化石。而在马斯特里奇期末期， 有孔虫的球截虫（Globotruncana）属所有的种一下子全部灭绝了。达宁期最早期沉积物中含有全新的有孔虫组合，看上去有些发育不良，但日后即成为现代海洋有孔虫的先驱。

三天时间很快就过去了。东德州的地质旅行即将结束。在我来说，与斯腾策尔博士的争论，只不过是一次智力训练。由于我对这一主题本不熟悉， 又听说博士在管理工作中有武断和教条主义的倾向，我怀疑他在科学判断方面亦然，因此对他所说的那一套总是将信将疑。而且我还有许多其他悬而未决的问题有待研究，所以在那次旅行以后的二十多年时间里，我再也没有涉足界线问题的讨论。但斯腾策尔并未搁下这个问题；他劝说他在休斯顿大学的第一位研究生贝尔格伦（Bill Berggren），以研究白垩纪与第三纪界线

为论文题目。

其时，贝尔格伦在壳牌石油公司的实验室里当技师，一边工作，一边上夜大。取得学位后，被斯腾策尔送到斯堪的纳维亚并研究马斯特里奇期和达宁期的有孔虫。

有孔虫化石的启示

有孔虫是法国古生物学家奥尔毕尼（Alcide DessalinesD’Orbigny） 于 1826 年首先发现的。奥尔毕尼曾将有孔虫误认为一种小型菊石。因为其壳体与菊石的壳圈和房室结构极为相似。当老房子过于拥挤时，人们常常在外面增建一套新房。有孔虫也是一样，习惯于在老的房室外面建造更大的新房室。新、老房室呈螺旋状或行列式排列。有孔虫的名字就是由“相邻房室间的小孔”而来。

对有孔虫活体的研究发现，它们并非软体动物中的侏儒，而是一种单细胞生物。有一些种属择居海底，称为底栖有孔虫；另一些种则生活于大洋的表层，称为浮游有孔虫。planktonic 的意思是“漂浮的”生物。其实此名欠妥，因为有孔虫是一种浮游的动物，而非浮而不动或随风漂流。

有孔虫的个体很小。虽然大的壳可达 5 公分，但通常都小于 1 公厘。个体较大的多属底栖型。由于其壳体清晰，易于观察，所以研究颇详。有孔虫化石在早寒武世的古老岩石中已经迭有发现，但大型的底栖属货币虫（Num- mulites）却仅见于第三纪地层。上世纪中期的科学家即已知道，货币虫是第三纪地层的标志，就像菊石是中生代地层的标志一样。

不用显微镜就无法观察浮游有孔虫大小。不同种间的鉴别标志极为细微。但是当贝尔格伦于 1957 年被派往丹麦研究德索的“达宁阶”（Danian terrane）时，筛选有孔虫的技术已颇发达，种的分类命名系统亦已大致建立就绪。因此，贝尔格伦才能对达宁期沉积物中的浮游有孔虫进行有系统的研究。为了对比，他从日本、西非、苏联、瑞典、格陵兰、墨西哥及美国的墨西哥湾、大西洋沿岸以及太平洋沿岸采集了不少样品。到 1960 年，他已掌握足够的资料，足以在国际地质大会上宣布他的研究成果：“在丹麦和斯堪的纳维亚的马斯特里奇期中，不存在第三纪的浮游有孔虫种群。在作者研究过的其他马斯特里奇期地层的动物群中，也未发现确凿无疑的第三纪分子。”他还提到他所谓的“地球科学中的一大难题”：白垩纪有孔虫的壳体形态与第三纪的迥然不同，其间必须有相当长的时间才能弥合这两个时代生物演化上的差距。

然而，这两个时代的沉积物之间，只有一层从未发现有孔虫化石的鱼黏土。由于贝尔格伦受到莱伊尔和达尔文关于白垩纪与第三纪之间存在间断的思想影响，也认为有孔虫在演化纪录中有一段缺失，但他无法知道缺失的时间有多长。地层单位的放射性测年只能说明间断不像莱伊尔所说的那么大，

不会达到几百万年。那么有无稍短些的间断呢？

名闻遐迩的古比奥

为了寻求这一问题的答案，地质学家纷纷奔赴意大利的古比奥

（Gubbio）。古比奥是一个中世纪的小镇。从阿西西（Assisi）的狭窄街道上蜂涌而出的摩托车队，常常忽视指向古比奥的标有“艺术之城”的路标。古比奥的壁画名闻遐迩，但是，在为圣方济而建的修道院中欣赏过乔托

（Giotto）的作品之后，是不会有人绕道到古比奥的地方教堂去瞻仰其祭坛壁画的。然而，古比奥已经成为地质学家的圣地。在镇外称为“红色钙质页岩”的沉积序列，提供了白垩纪—第三纪界线的最佳剖面，其中留下了中生代过渡到新生代的纪录。

这种“钙质页岩”是特提斯海（Tethys Sea）的沉积物。而所谓特提斯海，就是现代地中海及其东面的黑海、里海和咸海的前身。大约 1500 万年前，地壳运动使一部分深海底上升，形成意大利的亚平宁山脉。经过长时间的剥蚀作用，中、新生代的沉积物，包括“钙质页岩”在内，现在都已露出地表、在路边就不难采到海洋生物的化石。就在贝尔格伦的有孔虫报告发表几年之后，又有两位微体古生物学家启程去古比奥研究有孔虫的演化历史。一位是普茉莉－席尔娃（lsabella Premoli-Silva），她是来自杜斯康尼（Tuscany）的一位红发伯爵夫人，曾在米兰攻读古生物学。另一位是她的瑞士同行路特巴赫（Hans Peter Luterbacher）。他们共同研究了一个完整的沉积序列，以便揭示有孔虫演化上显著的不连续性。他们终于在古比奥附近的“钙质页岩”中找到了，说明白垩纪末期必定发生过什么。露头与普茉莉－席尔娃的故乡近在咫尺，他们都感到兴奋不已。他们的联合报告发表于 1969 年，证实了贝尔格伦的发现并提供了许多细节。白垩纪末期的最后动物群包括歧异度颇高的三科浮游有孔虫，即球截虫、红抱球虫

（Ruboglobigerinids）和异卷虫（Heterohelicids），这些“浮游生物” 有几十种之多。它们在温暖的白垩纪海洋中安居，已达 500 万年或 1000 万年之久。

显而易见，自白垩纪中期以来，有孔虫的演化极其迅速，至白垩纪后期达到顶峰。直到界线附近突然灭绝为止，一直不见衰败现象，也不见有种属的减少。界线像刀切的那么分明。一过界线，所有的白垩纪有孔虫都荡然无存。上述三类有孔虫中所有的属、种统统消声匿迹，在新生代动物群中从未再现。

古比奥剖面上的有孔虫多得难以胜计。有孔虫骨骼与超微浮游生物的钙质分泌物，一起构成了古比奥的白垩纪最晚期沉积物。这些沉积物石化以后称为石灰岩，是一种由介壳碎屑组成的白色岩石。直接覆盖在石灰岩顶面之上的是一层黏土。同丹麦的鱼黏土一样，古比奥的黏土也没有什么化石，因

此看上去像是一种在无生命海洋中堆积下来的沉积物。这层黏土，现在称为界线黏土，夹在中生代最后一个化石层和新生代最早一个化石层之间，在古比奥厚仅一公分。黏土层之上又是石灰岩，就在这一层石灰岩中，普茉莉－ 席尔娃和路特巴赫发现了个体很小的有孔虫化石。

白垩纪的有孔虫显得颇粗壮，直径约为 0.5 至 1 公厘。相比之下，第三纪的最早期种属简直就是侏儒了，个体只有前者的十分之一。新生代最早的一个浮游有孔虫带是古抱球虫带。它们是现代抱球虫最原始的祖先。贝尔格伦和早期的一些研究人员都忽略了古抱球虫，因为它们太小了。古比奥新生代石灰岩的资料表明，新生代有孔虫的演化极为迅速。随着演化程度的提高，个体不断增大，歧异度也不断提高。在界线黏土以上 5 公尺处的石灰岩中，早期那些纤弱的种属就被许多粗壮的浮游有孔虫取而代之了。

路特巴赫和普茉莉－席尔娃用极细的筛子而发现古抱球虫，是一大贡献。这一发现质疑了化石纪录的间断。虽然从细小的原始种属演化为粗壮种属的过程极其迅速，但在有孔虫的演化史上，这一过程是相当完全的。

大陆上的浅海沉积序列中，地质纪录的间断屡见不鲜。陆壳的顶部比洋底高数千公尺；但地球内部无休无止的变动，既能使陆地不断升高，也可以使陆地沉入几百公尺以下的海底，就像今日的北海和波罗的海一样。除了陆地的升降外，全球海平面也在不断的变化。因此，地史学的教学常常枯燥的重复海水的侵进和退却。海侵时，海相沉积物覆盖到陆相沉积物之上，下伏沉积层受到新的沉积物保护，故一般而言保存完好。海退时，高地遭受侵蚀， 沉积纪录遭到破坏。在滨海平原地区，海相沉积物埋藏在当代河流沉积物之下。有朝一日，海水重返，新的海相沉积物又会重新堆积在陆相沉积物或侵蚀面之上。侵蚀面是从前的海相或陆相沉积物遭到侵蚀的证据。因此海相生命纪录的缺失也是确定陆相沉积序列的重要根据。居维叶的那些令人叹为观止的化石标本采自巴黎盆地，而巴黎盆地就是海侵、海退频繁的佳例。由于巴黎盆地在海退过程中多次露出海面，每次泛滥时沉积物都遭到侵蚀，因此地质纪录中不可避免的有许多缺失。

在地球的层圈结构中，较轻的陆壳浮在较重的底质之上。后者称为地幔，厚达 2900 公里。由于均衡作用，陆壳无论如何都不会沉到不受风雨侵袭的深海洋底；而在数千公尺海水保护之下的洋底，也只有在大陆碰撞那种极其罕见的事件中，才会上升到地表。因此，最完整的海洋生命纪录都是从洋底取样获得的。这种沉积物称为远洋沉积物，pelagic，源于希腊字pelagos，意为开阔海。现在，远洋沉积物的样品是用深海钻探船取得的。但在进行古比奥的研究工作时，深海钻探尚未实施。七年之后，人类才实现第一次深海钻探航行。幸运的是，亚平宁山脉的造山作用将深海沉积物挤到了陆地上，并在古比奥露出地表，为人们提供了得天独厚的研究条件，使路特巴赫和普茉莉－席尔娃有缘取得白垩纪—第三纪界线附近连续的生物演化纪录。古比奥地区在最后一次上升运动以前一直浸在海中，侵蚀作用因此

减弱，故其纪录保存得格外完整。

然而，连续毕竟是相对的。古比奥的纪录是以日计、以年计、以千年计， 还是以百万年为单位的连续纪录呢？以日计的沉积纪录愈来愈罕有。研究潮沟沉积物的荷兰科学家发现了逐日的沉积纪录，并表现出按月重复的韵律性：新月或满月时满潮造成的沉积较重，小潮时沉积较薄。在这种称为潮汐束状体的沉积物中，甚至可以分辨出每月二十八天的回旋；每一个束状体中包含着二十八层日潮沉积物。但在地质纪录中，逐日的沉积纪录实际上是无法保存的。沉积物刚刚停积下来，就被破坏掉了。在偶然情况下，我们也可以得到以年为单位的沉积纪录。例如，苏黎世湖的现代沉积物是纹泥

（varves），或称碳酸钙的年层。它反映湖水中藻类在夏季的勃发和冬季的死亡。夏天沉积白色的碳酸钙结晶，冬天沉积纸片状的细碎屑薄层。因此未经扰动的纹泥是沉积作用的年纪录。在湖泊中，各式各样的纹泥并不罕见， 但在大洋中却是绝无仅有的。

深海沉积物中有着多种不同类型的韵律层理。遗憾的是我们尚未完全了解其成因，因此也就无法知道这些韵律所代表的时间长度。

人们一直试图得出一个适用于地质历史的年代表。但是，这种努力从一开始就带有臆断的成分。达尔文曾大胆的提出，白垩纪中期距今约为三亿年。这一意见受到了凯尔文（Lord Kelvin）爵士的责难。根据凯尔文的精确计算，地球的年龄只有 2400 万年左右。无论是手算还是凭藉高速电脑， 任何数学计算的可信度，都取决于一些最基本的前提。凯尔文的计算，一开始就把基本前提搞错了。现在我们都知道，地球的年龄至少有 45 亿年，比

凯尔文的估算长 200 倍左右。而白垩纪中期距今大约是一亿年。

达尔文的结论也是错误的，但他的猜测要比物理学家凯尔文貌似严谨的计算更接近事实，至少得到了正确的数量级。

同位素的突破

最终用来测量地质历史的时钟是物质的放射性，因此这种测年方法也称为放射性测年法。同位素的发现带来这项技术突破。同位素是指属于同一元素，即质子数和电子数相同但中子数不等的原子。

由于化学中牵涉到的数字相当复杂，所以直到 1913 年才发现同位素。

1815 年，普劳特（Willian Prout）提出化学元素的原子量应当是整数的看法。这一见解看来合情合理，因为元素的原子量是用它核内粒子数（包括中子数和质子数）来计算的，而中子和质子就是原子总质量的计量单位（电子的质量其实可视为零）。一个具有两个核粒子的原子，原子量应为二；具有三个核粒子的原子，其原子量就是三；道理就是如此简单。但是我们在学生时代作化学实验时，总是为计算氯化钠的分子量大伤脑筋，因为氯的原子量是 35.45，根本就不是整数。

哈佛大学的理查兹（T.W. Richards）是一位卓越的分析化学家。他于1913 年以无可辩驳的事实证明元素的原子量不是整数，但是他又发现同一元素的原子量可能有差别。

众所周知，放射性元素发生衰变或分解时，会转变成另一种元素。理查兹发现，铀发生放射性衰变产生的铅，原子量就与正常的铅不一样。这一结果使理查兹十分困惑。但是，年轻的英国化学家索迪（Frederick soddy） 提出一个非常高明的办法来解释这一现象。他设想一种元素并非只有一种原子，而是两种或多种同位素的混合物。

同位素一词源出于希腊语，意谓“位置相同”。所谓“位置”，是指元素在化学周期表中所占有的那一个小方格。这种周期表在中学的化学实验室里随处可见，表中的每一个小方格都代表一个化学元素，每一个元素都具有相同的质子数和电子数。同位素发现后，一个方格就要同时代表元素的两种或几种同位素，它们的质子数和电子数虽然相同，但中子数都不一样。例如， 氯元素的原子核里都有 17 个质子，但它有两个中子数不同的同位素：一个同位素有 18 个中子；原子量为 35；另一个同位素有 20 个中子，原子量为 37。

氯元素的小方格既是原子量 35 的氯元素的位置，也是原子量 37 的氯元

素的位置。氯是这两种同位素的混合物，其中氯－ 35 占 75.77％，氯－ 37 占 24.23％。两种同位素按此比例混合，原子量就是 35.45；这就是电脑发明以前我们在化学练习中时常遇到的麻烦数字。

氯－ 35 和氯－ 37 是稳定同位素。它们会永远保持原子的结构而不变。

铀－ 238、铀－ 235 和铀－ 234 是铀的三种天然同位素。但它们不是稳定同位素，而是放射性同位素。放射性同位素经过放射性蜕变，变成一种新的原子，后者称为前者的衰变产物。铀－ 234 和铀－ 238 衰变产生铅－ 206， 铀－ 235 衰变产生铅－ 207。一般的铅不仅含铅－ 206 和铅－ 207，而且含有铅－ 204 和铅－ 208。因此其原子量与单由放射性衰变产生的铅有相当大的差异，这就难怪理查兹感到困惑了。

人们看到石英或自然铅等岩石中的天然矿物，往往误以为它们本来就是固态物质，其实不然。它们有的是从冷却到一定温度的熔融岩浆中结晶出来，或是从溶液中沉淀出来的。矿物结晶时，某种放射性元素，例如铀，可能被结合进去。随着岁月流逝，放射性元素不断衰变，矿物中就积聚了原本不存在的衰变产物。因此，在含有放射性元素的一些特殊矿物中，放射性同位素与其衰变产物的数量比，取决于矿物首次结晶后就开始发生的衰变作用时间。时间愈长，放射性元素铀愈少，而其衰变产物铅则愈多。母元素衰变掉一半所需要的时间，称为该同位素的半衰期。铀- 238 的半衰期为 40 亿年。

由于其半衰期只是略小于地球的年龄，故地球在 45 亿年以前形成时储存在矿物中的铀－ 238，几乎还有一半保存着，而另一半则已变成铅－ 206。再过 45 亿年，残留的铀－ 238 又有一半转变为铅－ 206。那时，铀－ 208 和

铅－ 206 的比值为一比三。由此可知，矿物中铀同位素与其衰变产物铅同位

素的比值，可以显示它的放射性年龄。同样的，钾的同位素钾－ 40 可以衰

变为氩－ 40，矿物中钾－ 40 与氩－ 40 的比值也可以显示矿物的年龄。至于选择何种元素进行分析，则取决于岩石的矿物组成。哪一种元素的

含量最高，就用它作为测年的时钟。钾/氩比常用来测定含有海绿石的沉积物年龄。海绿石是一种常见的从海水中结晶出来的沉积矿物。火山岩中有含钾的云母，故钾/氩法也常用来测定与沉积岩成交互层的火山岩年龄。

同位素的定量分析则使用质谱仪。顾名思义，所谓质谱仪是一种按照同位素的质量分离原子的设备，可利用原子在电场或磁场内“弹开”的幅度把原子分开。以下比喻勉强可说明质谱仪的原理：轻同位素好比是“弹跳力” 较重同位素强的运动员；弹跳力愈大，它在磁场内的偏离幅度也就愈大。利用这一原理，就可以把各种不同质量的同位素依序分开，并聚集下来计数。质谱仪发明于 1918 年，以后不断改进。时至今日，只要几微克（microgram） 的样品就可以精确分析同位素的重量供测年之需了。

然而，“精确”一向都是相对的，作蛋糕所需的计量精度与化学分析的精度要求不能一概而论。霍姆斯（ArthurHolmes）是测年领域的先驱者，建立了地质年代的第一个数字时间表，并在 40 年代发表。近半个世纪以来， 霍姆斯的数字几经修正，但并无重大变化。例如，霍姆斯测得白垩纪末期的年龄为 7000 万年。而现在公认的数字为 6500 万年。对于古比奥剖面白垩纪

—第三纪界线附近的远洋沉积物，绝对年龄的偏差已经减至数百万年，因此界线年代最恰当的数字是 6500 万年，前后误差 200 万年。

如果我们知道沉积速率，就可以更精确地确定沉积层顶、底板之间的时间间隔。当普茉莉－席尔娃和路特巴赫开始研究工作时，白垩纪和第三纪地层中的许多沉积夹层和火山灰层均已作过放射性同位素测年。知道两个经过放射性测年的层位之间的时间间隔后，用它来除沉积厚度就可得出平均的沉积速率。地质学家使用这种方法，得知海洋石灰岩的一般沉积速率为每千年数公分，而海洋黏土的沉积速率只有每千年一公厘。古比奥的纪录显示，白垩纪的有孔虫是在厚仅一公分的界线黏土所代表的那段时间中灭绝的。如该黏土层是在开阔大洋中按正常沉积速率所堆积，虽然我们无法肯定这一事件究竟发生在 6500 万年前，抑或早一二百万年还是晚一二百万年。那仍不难算出白垩纪的动物群大约在一万年左右灭绝殆尽。

路特巴赫和普茉莉－席尔娃猜测，白垩纪末期生物的死亡和第三纪生物的出现都是突如其来的。但他们无法肯定古比奥界线黏土的纪录中是否还有不易察觉的间断，因此不敢如此公开宣称。大洋底水的运动能侵蚀海底沉积物，他们在意大利北部白垩纪—第三纪界线附近的动物纪录中已经发现了这一现象。有几个离古比奥不远的地点，也缺失白垩纪最顶部（或）第三纪最下面的有孔虫带。侵蚀掉一公尺黏土就意味着 100 万年的纪录缺失。但是截

至 1960 年为止的白垩纪—第三纪地层测年资料都证明，在晚白垩纪和早第

三纪之间，至少没有可以称得上“间断”的缺失。白垩纪结束于不到 7000

万年前，第三纪则始于六千多万年以前。即使纪录有间断，也绝对不会超过几百万年。

白垩纪原是根据某些生物的灭绝来定义的。例如，恐龙和白垩纪浮游生物差不多都在白垩纪末期灭绝，但它们是不是同时灭绝的呢？这一个问题并不容易回答。因为恐龙和浮游生物的生活习性完全不同。在陆地和海洋中， 含有最后的恐龙化石和浮游生物化石沉积物的放射性年龄也因地而异，从6300 万年到 6700 万年不等。这种差别可以用两种办法来解释：一是那些地点的沉积物年龄确实不同，或者这种差别只不过是测年方法不完善等人为因素影响的结果。恐龙的死亡是否与浮游有孔虫同时，是不是都发生在那些几无生命痕迹的泥尘沉到洋底形成界线黏土，那段千年左右的时期里呢？