生物地層學
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生物地層學（英語：Biostratigraphy）是地層學的一個分支，其重點是利用岩石地層中所包含的化石組合來對比和測定岩層的相對年齡[1]。生物地層學的主要目標是關聯，證明一個地質剖面中的特定層位與另一剖面中的另一層位代表相同的時段。這些地層中的化石很有用，因為由於沉積環境的局部變化，同一時代的沉積物看上去可能完全不同。例如，某一剖面可能由粘土和泥灰岩組成，而另一剖面則有更多的白堊石灰岩。但如果記錄的化石種類相似，那麼這兩種沉積物可能就是在同一時期沉積下來的。理想情況下，這些化石可用來幫助確定生物帶，因為它們構成了基本的生物地層學單元，並根據每個剖面內發現的化石物種來定義地質年代。
生物地層學原理的基本概念早在數個世紀前就已被引入，最早可追溯到十九世紀初。丹麥科學家兼主教尼古拉斯·斯坦諾是最早認識到岩層與疊覆律相關的地質學家之一。隨着科學技術的進步，到 18 世紀，人們開始接受化石是保存在岩石記錄中的死亡物種遺骸這一事實[2]。該方法在查爾斯·達爾文解釋其背後的機制-「進化」前就已建立[3]。科學家威廉·史密斯、喬治·居維葉和亞歷山大·布隆尼亞爾得出的相同結論是，化石表明了一系列的年代事件，並將岩層確定為某些類型的單元，後來被稱為生物帶[4]。從此，科學家們開始將地層和生物帶的變化與不同的地質時代聯繫起來，在主要動物群的變化中建立起邊界和時間段。由於這些發現，到 18 世紀後期，寒武紀和石炭紀得到了國際認可。在 20 世紀初，科技的進步使科學家能夠研究放射性衰變。利用這種方法，科學家們能夠通過在化石中發現的放射性同位素衰變來確定地質時期中不同代（古生代、中生代、新生代）和紀（寒武紀、奧陶紀、志留紀）的界限[2]。21世紀生物地層學的當前用途包括解釋岩層的年齡，這些岩層主要用於石油和天然氣行業的鑽井工作流程和資源分配[5]。
地層劃分基礎的化石
傳統上，化石組合被用來表示周期的持續時間。來自動物群的巨大變化要求早期地層學家建立起一種新的時期，我們今天認識到的大多數年代都因重大滅絕事件或動物群更替而終止。
階的概念
「階」是地層的一種主要細分單位，每個階都系統地緊跟着另一個階，每一階都有獨特的化石組合。因此，階可定義為包含相同主要化石組合的一組地層。法國古生物學家阿爾西德·道比尼被認為是這一概念的發明者。他根據地理位置命名了階，這些地理位置的岩層具有極好的剖面，承載着作為階的基礎的特徵化石。
帶的概念
1856年，德國古生物學家阿爾伯特·奧佩爾（Albert Oppel）提出了「帶」（也稱為生物帶或奧佩爾帶）的概念。帶包括以化石重疊範圍為特徵的地層，它們代表某一帶底部出現的標誌性物種與後續帶底部所出現的另一種標誌性物種之間相隔的時間。奧佩爾帶是以一種特殊的獨特化石物種所命名，稱之為「標準化石」，標準化石是該帶層特有物種組合中的一種。
生物地層學使用「帶」作為最基本的測量單位，這些帶層的厚度和範圍可以是數米，最高可達數百米。它們的範圍也可以從本地到全球，因為它們在水平面上達到的程度取決於構造板塊和構造活動。有可能改變這些帶層範圍的兩種構造運動是變質褶皺和俯衝。此外，生物地層單元被劃分為六種主要的生物帶：分類單元延限生物帶[6]、共生延限生物帶[6]、間隔生物帶、譜系生物帶、組合生物帶和富集生物帶。
分類單元延限生物帶表示單個分類單元已知的地層和地理分佈範圍；共生延限生物帶包括兩種特定分類單元並存、重合或重疊的延限部分；間隔生物帶指兩種特定生物面之間含化石的地層，特定生物面可選擇最低或最高存在的分類單位；譜系生物帶是含有代表一個演化譜系中某特定片斷物種化石的地層；組合生物帶是包含三種或三種以上分類單位整體上構成一個獨特組合或共生的地層；富集生物帶是指剖面中某一類或某一群特定分類單位豐度明顯大於相鄰部分的地層。
標準化石
標準化石（也稱為引准化石、指示化石或年代化石）是特定植物或動物的化石遺骸或遺蹟，具有特定的地質時間跨度或環境特徵，可用於識別和確定所含岩石的年代。為實用起見，標準化石必須具備上下時間有限、地理分佈廣泛和演化趨勢快速的條件。因此，已知相隔很遠但都含有相同標準化石物種的岩層都是在該物種有限的生存時間內形成的。
標準化石最初用於定義和識別地質單元，而後成為定義地質年代的基礎，再後來則用於動物群階和帶。
菊石、筆石、古杯動物、蛤科和三葉蟲是一組動物，其中許多物種被確定為生物地層學中普遍使用的指標性化石。微體化石的種類，如疑源類、幾丁蟲、牙形蟲、甲藻孢囊、介形蟲、花粉、孢子和有孔蟲也被經常使用。不同的化石對不同年代的沉積物研究很有效；例如，三葉蟲特別適合於寒武紀年代的沉積物；而在晚白堊世超級溫室期間，一長串菊石和蛤科物種特別有助於關聯世界各地的環境事件[7][8]。
為了更好地研究，所使用化石必須在地理上分佈廣泛，以便在許多不同的地方都可找到。作為一個物種，它們的壽命也必須很短，如此，它們被納入沉積物的時間才能相對較短。物種壽命越長，地層精度越差，因此進化迅速的化石（如菊石）比進化緩慢的化石（如鸚鵡螺目動物）更受青睞。
生物地層學的關聯性通常基於動物群而非單個物種—這將可獲得更高的精度，因為群落中所有物種的存在時間比任何成員的時間跨度都要短。此外，如果樣本中僅存在一種物種，則可能意味着（1）地層形成於該生物體的已知化石範圍內；或（2）生物的化石範圍還不完全清楚，地層延伸了已知化石的範圍。例如，微體化石「足狀鋸形跡」（Treptichnus pedum）曾被用來確定寒武紀的基底，後來又在更古老的地層中發現了它[9]。如果化石易於保存和識別，就有可熊對地層進行更精確的時間估計。
區系演替
19世紀初，威廉·史密斯提出了動物群演替的概念。當威廉研究岩層時，他開始識別出岩石露頭上有一組獨特的化石。史密斯認為這些遙遠的岩石露頭含有類似的化石，這使得他得以在英格蘭各地排序岩層。隨着史密斯對這些岩石露頭的研究和在英格蘭各地的測繪，他開始注意到一些岩層可能含有大部分相似的物種，但在這些化石群內部或之間也存在細微的差異。這種起初看上去完全相同的組合差異導致了動物群演替的原則，即化石生物以明確和可確定的順序彼此繼承，因此任何時間段都可以根據其化石範圍進行分類[10]。
另請查看
參引文獻
- ^ Hine, Robert. 「Biostratigraphy.」 Oxford Reference: Dictionary of Biology, 8th ed., Oxford University Press, 2019.
- ^ 2.0 2.1 Gon, S. M. 「Trilobite Biostratigraphy.」 Edited by Nicolas Tormo, Trilobite Biostratigraphy, 4 Sept. 2018, www.trilobites.info/biostratigraphy.htm
- ^ Gluyas, J. & Swarbrick, R. (2004) Petroleum Geoscience. Publ. Blackwell Publishing. pp. 80-82
- ^ Young, Keith (March 1960). "Biostratigraphy and the New Paleontology". Journal of Paleontology. 34: 347–348 – via JSTOR.
- ^ Simmons, Mike. (2019). ResearchGate, Biostratigraphy in Exploration. Retrieved March 5, 2020. URL: https://www.researchgate.net/publication/332188386_Biostratigraphy_in_Exploration
- ^ 6.0 6.1 Subcommission on Quaternary Stratigraphy: Stratigraphic guide – Biostratigraphy". Quaternary Stratigraphy. International Union of Geological Sciences (IGUS); International Commission on Stratigraphy (ICS). Retrieved 2020-03-21.
- ^ Van Helmond, Niels A. G. M.; Sluijs, Appy; Papadomanolaki, Nina M.; Plint, A. Guy; Gröcke, Darren R.; Pearce, Martin A.; Eldrett, James S.; Trabucho-Alexandre, João; Walaszczyk, Ireneusz; Van De Schootbrugge, Bas; Brinkhuis, Henk. Equatorward phytoplankton migration during a cold spell within the Late Cretaceous super-greenhouse. Biogeosciences. 2018, 13 (9): 2859 [2020-12-27]. Bibcode:2016BGeo...13.2859V. doi:10.5194/bg-13-2859-2016
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- ^ Ireneusz Walaszczyk, William James Kennedy, Amruta R Paranjape. Inoceramids and associated ammonite faunas from the uppermost Turonian−lower Coniacian (Upper Cretaceous) of the Anaipadi-Saradamangalam region of the Cauvery Basin, south-east India. Acta Geologica Polonica. [2020-12-27]. OCLC 1151203029. （原始內容存檔於2021-01-07）.
- ^ Gehling, James; Jensen, Sören; Droser, Mary; Myrow, Paul; Narbonne, Guy (March 2001). "Burrowing below the basal Cambrian GSSP, Fortune Head, Newfoundland". Geological Magazine. 138 (2): 213–218. doi:10.1017/S001675680100509X. 1.
- ^ Scott, Michon (May 8, 2008). "William Smith: Discovering Faunal Succession & Faunal Succession's Legacy". Earth Observatory
