Геоложката времева скала — история, открития и развитие

Открийте историята на геоложката времева скала — ключови открития, развитие от Стено до съвременни методи и глобалните епохи на Земята.

Тази статия описва историята на геоложката скала на времето. Принципите са изложени за първи път от Николаус Стено в края на XVII век. Стено твърди, че скалните слоеве (или пластове) се полагат последователно и че всеки от тях представлява "отрязък" от времето.

Стено формулира принципа на суперпозицията. Той гласи, че всеки даден пласт вероятно е по-стар от тези над него и по-млад от тези под него. Този принцип е прост, но прилагането му към реалните скали се усложнява от тяхната история. През XVIII в. геолозите осъзнават, че:

1. След отлагането на пластовете те често са били ерозирани, изкривени, наклонени или дори обърнати;
2. Пластовете, положени по едно и също време в различни области, могат да имат напълно различен вид;
3. Пластовете в дадена област представляват само част от дългата история на Земята.

Първите сериозни опити за формулиране на времева скала на историческата геология, която да може да се прилага навсякъде на Земята, са направени в края на XVIII век. Най-влиятелният от тези ранни опити е дело на Абрахам Вернер и други. Те разделят скалите на земната кора на четири вида: Първичен, Вторичен, Третичен и Четвъртичен слой. Всеки тип скала, според теорията, се е образувал през определен период от историята на Земята. Било възможно да се говори за "терциерен период", както и за "терциерни скали". Всъщност "терциер" (сега палеоцен-плиоцен) и "кватернер" (сега плейстоцен-холоцен) продължават да се използват като наименования на геоложки периоди и през XXI век.

Вернер имаше идеята, че всички скали са се образували в резултат на едно огромно наводнение. Това се нарича нептунистка теория. Голяма промяна в мисленето настъпва, когато през март и април 1785 г. Джеймс Хътън прочита пред Кралското дружество в Единбург своята "Теория за Земята; или изследване на законите, наблюдавани при съставянето, разтварянето и възстановяването на земните пластове". При това четене Джеймс Хътън става "основател на съвременната геология". Хътън предполага, че вътрешността на Земята е гореща и че тази топлина е двигателят, който задвижва създаването на нови скали. Земята е била ерозирана от въздуха и водата и се е отлагала под формата на пластове в морето; след това топлината е консолидирала седиментите в камък и ги е издигала в нови земи. Тази теория е наречена плутонистка в противовес на ориентираната към наводненията теория.

Идентифицирането на пластовете по съдържащите се в тях вкаменелости е въведено за първи път от Уилям Смит, Жорж Кювие и други в началото на XIX век. Геолозите могат да разделят историята на Земята по-точно. Ако два пласта (колкото и да са отдалечени в пространството или да се различават по състав) съдържат едни и същи вкаменелости, има голяма вероятност те да са се образували по едно и също време. В резултат на подробни проучвания на пластовете и вкаменелостите в Европа между 1820 и 1850 г. се създава последователността на геоложките периоди, която се използва и до днес. Кювие смята, че много от геоложките характеристики на Земята могат да бъдат обяснени с катастрофални събития, които са причинили изчезването на много животински видове. В хода на кариерата си Кювие стига до убеждението, че не е имало една-единствена катастрофа, а няколко, които са довели до поредица от различни фауни.

Британските геолози са били най-активни през XIX век. "Камбрий" (римското име на Уелс) и "ордовик" и "силур", наречени на древните уелски племена, са периоди, определени от уелските скали. "Девонският" е наречен на името на английското графство Девън, а името "карбонски" е просто адаптация на "въглищните пластове", стар термин на британските геолози за същия набор от пластове. "Перм" е наречен на името на Перм, Русия, тъй като е определен на базата на пластове в този регион от шотландския геолог Родерик Мърчисън. Британските геолози са отговорни и за групирането на периодите в ери и за разделянето на терциера и кватернера на епохи. Като цяло периодите са били наричани по места, където скалите са били лесно забележими.

Геолозите и палеонтолозите създават геоложката таблица въз основа на относителното положение на различните пластове и вкаменелости. Те оценяват времевите скали въз основа на изучаването на скоростта на различните процеси. Те оценявали изветрянето, ерозията, утаяването и колко време е необходимо, за да се превърнат утайките в твърда скала. Откриването на радиоактивността през 1896 г. и геоложките ѝ приложения чрез радиометрично датиране се случват през първата половина на XX век. То прави възможно абсолютното датиране на скалите и откриването на възрастта на Земята.

Международната комисия по стратиграфия работи за точното определяне на началото и края на геоложките периоди, както и за това къде са най-добрите примери. Те се наричат глобални граничнистратиграфски разрези и точки (GSSP).

Единици на геоложката времева скала

Геоложката времева скала е организирана йерархично. Основните единици, подредени от най-голямата към най-малката, са:

• Еони — най-големите интервали (например Хадей, Архей, Протерозой, Фанерозой);
• Ери — части от еоните (напр. Палеозой, Мезозой, Кайнозой);
• Периоди — подразделения на ерите (напр. Кембрий, Юра, Креда);
• Епохи — подразделения на периодите (напр. Плетстоцен, Холoцен);
• Възрасти/стади — най-малките формални подразделения, използвани за детайлно корелиране.

Принципи и методи за датиране

Съвременната стратиграфия използва комбинация от относителни и абсолютни методи:

• Относителни методи — базират се на принципи като суперпозицията, стратиграфските срязвания и корелация чрез вкаменелости (биостратиграфия). Чрез тях се изгражда редът на събитията, без да се определя точна възраст в години.
• Абсолютни методи — радиометрично датиране (например U–Pb, K–Ar/Ar–Ar, Rb–Sr, C–14 за по-млади материали), които дават възраст в години. Комбинацията от относителни и абсолютни данни позволява точна и измерима времева рамка.

Ролята на фосилите и стратиграфските дисциплини

Фосилите са ключови за биостратиграфията — разделянето и корелирането на скалните пластове по характерни за времето на отлагане организми. Освен биостратиграфия съществуват и други подходи:

• Литостратиграфия — корелация по литология (скални типове);
• Хроностратиграфия — дефинира граници на базата на хронологични критерии;
• Магнетостратиграфия — използване на записите на промяната на магнитния полюс в скалите;
• Хемостратиграфия — корелация чрез химични сигнатури (например изотопни аномалии);
• Секвентна стратиграфия — изучаване на промените в морското ниво и укладането на седиментите в големи системи.

Революции в разбиранията за Земята

От времената на Стено и Хътън мисленето за историята на Земята е преминало през няколко важни етапа: признание за дългите времена, които са необходими за образуване и ерозия на скалите; разпознаване на старите морски седименти по сушата; въвеждане на идеята за редовни и катастрофални промени; и накрая — синтез с теорията за континенталния дрейф и плочите, която обяснява повдигането, огъването и разместването на пластовете.

Радиометрично датиране и възрастта на Земята

Откритието на радиоактивността и развитието на радиометричните методи позволяват да се определи абсолютната възраст на скалите. Комбинацията от различни изотопни системи дава висока точност. Съвременните оценки за възрастта на Земята са около 4,54 милиарда години, получени от датирането на най-старите метеорити и най-старите земни минерали.

Масови измирания и глобални промени

Геоложката времева скала включва значими събития като масовите измирания (например Голямото пермо-триаско измиране, край-кредния крах), ледникови епохи, периоди на интензивна вулканична активност и промени в климата и морското равнище. Разбирането на тези събития помага за реконструкция на биосферата и условията на Земята в миналото.

Международна координация — GSSP и съвременни тенденции

Международната комисия по стратиграфия (ICS) стандартизира имената и границите на единиците чрез назначаване на GSSP (т.нар. "златни клинове" или глобални гранични стратиграфски разрези и точки). Тези места в скалните разрези служат като референции за началото на дадена хронологична единица. Работата на ICS е непрекъснат процес — нови данни от полеви изследвания, изотопни анализи и глобални корелации водят до преразглеждане и уточняване на граници.

Защо това е важно

Геоложката времева скала е основен инструмент за разбиране на развитието на Земята, еволюцията на живота, ресурсите (напр. въглища, нефт, минерали), както и за моделиране на климатични промени. Тя свързва множество научни дисциплини — геология, палеонтология, геохимия, геофизика и климатология — в обща хронология на планетата.

С развитието на технологиите и нарастването на бази данни със стратиграфски, палеонтологични и изотопни данни, геоложката времева скала продължава да се усъвършенства. Международното сътрудничество и мултидисциплинарните подходи гарантират, че таблицата остава научно валидна и полезна както за академичната общност, така и за образованието и приложните науки.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява геоложката скала на времето?

Въпрос: Кой пръв е предложил принципите, залегнали в основата на геоложката скала на времето?

Въпрос: Каква теория предлага Абрахам Вернер за скалите?

В: Кой представя алтернативна идея за това как се формира земята?

Въпрос: Коя е техниката, която Уилям Смит използва като пионер за определяне на пластовете?

Въпрос: Как радиометричното датиране е помогнало за усъвършенстване на геоложките познания?

Търсене по буква