沈树忠院士 受访者供图

【人物档案】沈树忠，地层古生物学家，中国科学院院士，南京大学地球科学与工程学院教授、博士生导师，南京大学生物演化与环境科教融合中心主任，国际地层委员会副主席。长期从事生命演化与环境变化领域研究。相关研究成果两度入选“中国科学十大进展”，两度获国家自然科学奖二等奖。曾获国际地层委员会最高金奖、美国地质学会国际荣誉会士奖、李四光地质科技奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、全国创新争先奖等荣誉。

在湖北宜昌市夷陵区黄花镇拍摄的黄花场大坪阶“金钉子”剖面。张国荣/视觉中国

“地球46亿年的演化史中，生命曾多次面临绝境又复苏，这些记录写在地层里，也给今天的人类写下一份最诚实的警示录。如果我们不读懂它，就可能重复那些地球悲剧。”——沈树忠

地层，是记录地球历史的“档案”。那些曾经在地球上绽放生命光华的生物，被埋入地层、经时光尘封，同时也书写着地球46亿年的沧海桑田演变史。

数百年来，全球地质学家采集了海量的岩石和化石样本。但这些珍贵的样本像一颗颗散落的珍珠，彼此间缺少有序关联，人们难以据此拼接出连贯的地球演化脉络。

这一状况近期发生了改变。中国科学院院士、国际地层委员会副主席沈树忠领衔的南京大学团队与之江实验室合作，面向全球发布了首个地层学AI大模型OneStrata及智能全球地层剖面对比系统。这些新工具“串珠成链”，把地球46亿年历史中的地质记录按照统一时间标准排序，谱写地球生命和环境协同演变的“交响曲”。这将使全球地球科学科研人员能够更高效、智能地进行地层对比和研究，也为人类认识生命起源、资源分布、气候演变过程，提供核心科学数据和智能工具。

“大家总以为地层学是个冷门学科，但其实它越来越多地参与到能源勘探、气候治理等关乎人类命运的决策中。我们也希望借助AI赋能，发现更多的地质规律和地球演化细节，为摸清地球时序演化、气候变化、矿产时空分布提供依据。”沈树忠说。

“数据+知识”双轮驱动地层学研究

记者：当初为何要研发OneStrata基础模型？

沈树忠：这要从地层学的研究瓶颈说起。地球演化留下的物质证据和信息散落世界各地，不仅时间标尺不统一，很多早期数据还沉睡在文献里，成了“暗数据”。很多潜藏的科学问题没法系统解读，严重制约了深时地球系统科学的突破性发展。以前人们想看清几亿年前某一次生物大灭绝的全貌，或者一次大冰期造成的环境剧变，往往得靠少数专家的判断，缺乏一个能纵览全局、精确到“同一年代”的参照系。

所以，我们希望用AI整合全球不同时间属性——时间尺度、测年精度各异的地质记录，建立高精度、可动态更新的全球标准地质时间轴和通用平台，让全球科学家有统一的时间“坐标系”。

研发OneStrata，我们是有底气的。依托南京大学和中国科学院南京地质古生物研究所的长期积累，我们已经拥有数百万条全球化石记录，规模位居全球第一。在基础模型研发的过程中，南京大学提供专业地质数据，提出科研需求、解读地质现象，之江实验室团队负责技术支持、搭建模型。

记者：OneStrata能为建立统一的“坐标系”提供什么参考？

沈树忠：OneStrata已经整合了不同地质历史时期的地层剖面与多源异构数据，还拥有预测剖面中缺失物种、计算剖面和物种的延续时间、构建高分辨率地质时间轴等功能，实现了化石分布演变、高精度全球生物多样性重建及地层剖面数字化对比等关键突破。模型可以还原距今数十亿年至今的完整海洋生物多样性演变曲线，精准标注每一个时间节点的物种数量，精度达到千年级，也能叠加火山活动、冷暖周期等数据，量化分析环境波动和生物兴衰之间的关联。

OneStrata可以把过去数百年积累的海量“长尾数据”激活，系统探寻难解的科学问题，把地球演化史变成一个可计算、可追溯、可高精度对比的科学体系，而不再是一堆孤立的知识点，可以为地层学研究带来变革。

记者：AI正在改变现代科研的范式。在地层学研究方面，AI带来了哪些变化？

沈树忠：AI为地层学带来的机遇是前所未有的。生命演化从来都在有序地演进，但留给科学家的可观察地质记录却非常有限，难以完整恢复，这恰恰为AI模型发挥作用提供了基础。AI模型计算效率提升是跨越式的。举例来说，一台普通台式电脑测算一万个化石物种的演化序列以往需要十多年。而OneStrata处理十万个物种的数据只需要数天。此外，AI在辅助查询地层剖面、检索化石物种的时空分布、演化周期方面，都将非常方便。

但是，AI只能整合运算已经存在的海量文献数据，对于化石的智能识别还存在误差，需要地质学家进行甄别。同时，它也不能替代野外实地踏勘、新增地层剖面数据采集和复杂地质现象的专业解读。

记者：所以AI只是地质学家的助手。

沈树忠：是的，但科学家与AI的互动是一种相互启发、迭代共进的“人机协同”新范式。这种互动的价值，远不止于算得快、查得准。

一方面，AI擅长在海量、高维度的数据中发现人类和传统统计方法难以捕捉的隐性关联信号。比如，当我们将重大火山活动事件、古温度波动曲线与生物多样性数据进行叠加运算时，AI可能会提示，在某些被忽视的时间节点上，环境与生物更替有耦合关系。这些“机器发现”不一定都正确，但能为科学家提供极具价值的研究线索——相当于AI扮演了“数字侦探”的角色，帮我们从茫茫数据中圈出值得深挖的“蛛丝马迹”。

另一方面，科学家的专业判断和知识沉淀是AI模型不断进化的“指南针”。地质学是一门基于实地观测和历史解释的学科，化石的生态意义、地层的接触关系、古海洋的沉积环境等很多关键信息依赖科学家的野外经验和理论积累。科学家将这类知识转化为对AI模型的结构设计、训练数据筛选和结果校验的约束条件，可以让AI的运算朝着地质学需要的方向发展，而不是漫无目的地做统计游戏。

同时，科学家在审视AI输出的初步结果时，会发现模型中哪些关键类型的数据、哪些地质时期的记录需要重点补充，从而指导新一轮的野外考察和文献数字化工作。这种“AI提出候选模式—科学家校验解读—补充数据再训练”的循环，正在让地层学研究从“专家经验驱动”逐步走向“数据+知识”双轮驱动。

“金钉子”意义不仅在于科研

记者：在地层学界，我们常听到“金钉子”这个概念，这是什么？

沈树忠：全球界线层型剖面和层型点俗称“金钉子”，是由国际地层委员会（ICS）和国际地质科学联合会（IUGS）指定的全球标准，它像一把衡量地质年代的尺子，是定义和区分全球不同年代所形成的地层之间的界线标准。“金钉子”被称为国际地层学领域的“奥林匹克金牌”，其确立有一整套程序，需要建立国际工作组，选择地层沉积系列完整、化石丰富、研究程度高的剖面作为标准。

如今，我国拥有11颗“金钉子”，数量仅次于意大利。

“金钉子”的确立，体现了一个国家在地层学领域的综合实力、学术水平和国际地位。各国学者都希望把这些“金钉子”留在自己的国家，因此国际学术界竞争激烈。

上个世纪，我国缺乏和国际地层学界的交流，很少参与“金钉子”相关工作。这一局面直到1997年才被打破——浙江常山黄泥塘奥陶系达瑞威尔阶底界“金钉子”确立，我国由此实现了在这一领域零的突破。

近年来，我国领衔或参与了多颗国外“金钉子”的确立工作，为国际地层学的发展、国际地质年代框架的建立作出了重要贡献。

每一处“金钉子”的确立都存在激烈的国际竞争，我们能不断胜出，原因之一是国内地质剖面完整度、研究精细程度、多学科配套数据，全面优于海外竞争点位。第二个原因是国内所有“金钉子”点位对外开放，全球科学家可以自由前往踏勘、采集科研样品。第三个原因在于地方政府主动配套政策，投入资金保护遗址，国外专家实地考察之后认可度很高。

记者：11颗“金钉子”遍布中国各地，它们给所在地带来了哪些变化？

沈树忠：近些年，我们很欣慰地看到“金钉子”给当地社会面貌带来的改变。拿浙江省湖州市长兴县来说，那里有两枚“金钉子”——二叠系—三叠系界线和长兴阶底界“金钉子”，分别于2001年和2005年确定。

但鲜为人知的是，由于一些原因，长兴县曾达不到“金钉子”对外开放的国际硬性要求。1999年经国务院批准，长兴县对外国人开放，这意味着外国科学家可以进入长兴开展研究，不仅促成后来“金钉子”的确立，也间接推动了当地的招商引资和工业发展。

随着各地对“金钉子”重要性的认识越来越深，“金钉子”也成为科学普及和发展地区经济的重要引擎。长兴县两枚“金钉子”确立后，当地政府持续投入资金，建设长兴“金钉子”国家地质公园、“金钉子”地质博物馆，常年组织中小学生研学活动，接待外国电视台拍摄科普纪录片，让人们对地球地质演化有了更切身的理解。

又如我国第一颗“金钉子”所在地——浙江常山县，于2001年建立了常山国家地质公园，2026年4月经联合国教科文组织执行局第224届会议审议，公园成为世界地质公园。常山还打造地质研学线路，深耕“地质+文旅”融合发展新模式，发展矿坑露营、古生物探秘等新兴休闲业态，带动周边民宿、餐饮、乡村旅游等关联产业发展。

在多方面支撑长远发展

记者：目前我国的地层学研究处于什么水平？

沈树忠：可以说，我国的地层学研究已经实现了并跑，甚至领跑。这得益于三方面的积累。第一，我国地域辽阔，各类地层记录保存完整、剖面条件优越，很适合开展精细地层、古生物研究。第二，上世纪九十年代末之后，国家持续加大对地层学、古生物学基础科研项目经费投入。第三，国内科研人员踏实勤奋，国际学术交流频次大幅提升，中国学者的科研水平逐渐得到国际学术界认可，国际地位和话语权明显提升。

记者：2018年，我国科学家领衔发起了国际大科学计划“深时数字地球”，您所在的南京大学团队是否也参与了这项计划？

沈树忠：是的，在“深时数字地球（DDE）”计划的支持下，我们团队通过建立早期地球化石大数据，利用超算和AI等工具首次绘制了地球数十亿年的高精度生物多样性演化历史。

眼下，我们正在推动深时高精度地质时间轴构建，深时生物多样性演变与环境变迁研究，古环境、古气候的数字模拟研究等。

此外，南京大学生物演化与环境科教融合中心与国际同位素效应研究中心，联合国外多所高校的实验室团队共同组建了“地球生命演化与碳循环国际合作联合实验室”，大家聚焦“双碳”目标，围绕生命的起源和演化、生命和环境的相互作用及协同演化等重大科学问题和技术，融合多个学科开展研究。

记者：中国学者近年来在国际地层机构中的任职也越来越多。

沈树忠：是的，从20世纪末到现在，中国科学家在国际地层组织中的任职越来越多。例如，金玉玕院士担任国际二叠纪地层分会主席，戎嘉余院士担任国际志留纪地层分会主席等。在全球地质年代标准、全球地质图标准等全球地质学国际标准的确立中，中国智慧的贡献越来越多。

记者：地层学能为人类应对气候变化、能源安全、生态环境等全球性挑战提供怎样的支持？

沈树忠：地层学实际上在多方面支撑着国家的长远发展。第一，地层学可以为地球气候演变提供历史参照。地球历史上发生过多次剧烈的全球变暖、海洋酸化和大规模生物灭绝事件。通过精细研究古气候事件的地层记录，我们可以弄清当时二氧化碳浓度上升有多快、温度升高了多少、海洋酸化持续了多久。这些“深时案例”是独一无二的天然实验，能帮助我们校准今天的气候模型，使未来百年、千年气候变化趋势的预测更加可靠。

第二，地层学可以为预测矿产资源时空分布提供依据。煤炭、油气、页岩气、地热资源乃至锂、稀土等关键金属矿产的赋存，都受控于特定地质时代的沉积环境和构造背景。通过建立高精度的地层格架和古地理演化模型，可以更精准地圈定有利成矿层位和有利勘探区带，提高勘探成功率，减少盲目钻探带来的环境扰动和资金浪费，并为国家资源安全和长远规划提供支撑。

第三，地层学还肩负着一种特殊的“档案”功能。地球46亿年的演化史中，生命曾多次面临绝境又复苏，这些记录写在地层里，也给今天的人类写下一份最诚实的警示录。如果我们不读懂它，就可能重复那些地球悲剧——例如二叠纪末因全球变暖、海洋酸化和海洋缺氧而引发的生物大灭绝。地层学不能直接提供政策方案，但它能告诉人类：地球系统的响应速度和极限在哪里，哪些“红线”不可逾越——这是任何经济模型都无法替代的深层智慧。