Geologinės laiko skalės istorija: nuo Steno iki šiuolaikinės stratigrafijos

Sužinokite geologinės laiko skalės istoriją — nuo Mikalojaus Steno principų iki šiuolaikinės stratigrafijos: atradimai, metodai ir Žemės laikotarpiai.

Šiame straipsnyje aprašoma geologinio laiko skalės istorija. Pirmą kartą jos principus XVII a. pabaigoje nustatė Mikalojaus Steno (Nicolaus Steno). Steno teigė, kad uolienų sluoksniai (arba sluoksniai) klojasi vienas po kito ir kad kiekvienas iš jų yra laiko atkarpa.

Steno suformulavo superpozicijos principą. Jis teigia, kad bet kuris sluoksnis greičiausiai yra senesnis už aukščiau esančius ir jaunesnis už žemiau esančius. Šis principas paprastas, tačiau jį taikyti realioms uolienoms sudėtinga dėl jų istorijos. XVIII a. geologai tai suprato:

1. Po nusėdimo sluoksnių sekos dažnai buvo eroduotos, iškraipytos, pakreiptos ar net apverstos;
2. Skirtingose vietovėse tuo pačiu metu pakloti sluoksniai gali būti visiškai skirtingos išvaizdos;
3. Bet kurios vietovės sluoksniai atspindi tik dalį ilgos Žemės istorijos.

Be superpozicijos principo, Steno taip pat aprašė originalaus horizontalumo ir lateralinio tęstinumo principus: dauguma nuosėdinių sluoksnių pradžioje nusėda horizontaliai, o vėliau gali būti iškreipti geologinių jėgų; sluoksniai dažnai tęsiasi pločio kryptimi, kol nutrūksta dėl erozijos ar pokyčių sąlygų. Vėlesni mokslininkai pridėjo ir kitus taisyklių tipus, pavyzdžiui, kirtimo ryšio principą (cross-cutting relationships), pagal kurį įterpti arba perkirti dariniai yra jaunesni už tuos, kuriuos jie perkirto.

Pirmieji rimtesni bandymai suformuluoti istorinės geologijos laiko skalę, kurią būtų galima taikyti bet kurioje Žemės vietoje, vyko XVIII a. pabaigoje. Įtakingiausiam iš šių ankstyvųjų bandymų vadovavo Abraomas Verneris (Abraham Werner) ir kiti. Jie suskirstė Žemės plutos uolienas į keturis tipus: Pirminį, antrinį, tretinį ir kvartero periodus. Kiekvienas uolienų tipas, pagal šią teoriją, susiformavo tam tikru Žemės istorijos laikotarpiu. Buvo galima kalbėti apie "tretinio periodo" ir apie "tretinio laikotarpio uolienas". Iš tiesų "tretinis" (dabar paleocenas-pliocenas) ir "kvarteras" (dabar pleistocenas-holocenas) kaip geologinių laikotarpių pavadinimai buvo vartojami ir XXI amžiuje.

Verneriui kilo mintis, kad visos uolos nusėdo per vieną didžiulį potvynį. Tai vadinama neptūniška teorija. Dideli pokyčiai mąstyme įvyko, kai 1785 m. kovo ir balandžio mėnesiais Edinburgo karališkojoje draugijoje Džeimsas Hutonas perskaitė savo "Žemės teoriją, arba Žemės sudėties, ištirpimo ir atkūrimo dėsnių tyrimas" (The The Theory of the Earth; or, an Investigation of the Laws Observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land Upon the Globe Upon the Globe). Džeimsas Huttonas po šių skaitymų tapo "šiuolaikinės geologijos įkūrėju". J. Huttonas teigė, kad Žemės gelmės yra karštos ir kad šis karštis yra variklis, skatinantis naujų uolienų susidarymą. Žemę ardė oras ir vanduo, o jos sluoksniai nusėdo jūroje; vėliau karštis sutvirtino nuosėdas į akmenį ir iškėlė jas į naujas žemes. Ši teorija buvo vadinama plutonistine, priešingai nei potvynių teorija.

XIX a. pradžioje Viljamas Smitas, Žoržas Kiuvjė ir kiti mokslininkai pradėjo identifikuoti sluoksnius pagal juose esančias fosilijas. Geologai galėjo tiksliau suskirstyti Žemės istoriją. Jei dviejuose sluoksniuose (kad ir kaip nutolusiuose erdvėje ar skirtingos sudėties) buvo tos pačios fosilijos, buvo didelė tikimybė, kad jie susidarė tuo pačiu metu. 1820-1850 m. atlikus išsamius Europos sluoksnių ir fosilijų tyrimus, buvo sudaryta geologinių laikotarpių seka, kuri naudojama iki šiol. Cuvier manė, kad daugelį geologinių Žemės ypatybių galima paaiškinti katastrofiškais įvykiais, dėl kurių išnyko daug gyvūnų rūšių. Per savo karjerą Cuvier pradėjo manyti, kad įvyko ne viena katastrofa, o kelios, kurios lėmė skirtingų faunų kaitą.

Didžiosios Britanijos geologai aktyviausiai dirbo XIX amžiuje. Kambras (romėniškas Velso pavadinimas), ordovikas ir silūras, pavadinti senovės velsiečių genčių vardais, buvo Velso uolienų apibrėžti laikotarpiai. "Devonas" buvo pavadintas Anglijos Devono grafystės vardu, o pavadinimas "Karbonas" buvo tiesiog adaptuotas "anglių klodų" (angl. Coal Measures), senojo britų geologų termino tam pačiam sluoksnių rinkiniui įvardyti, pavadinimas. Permas buvo pavadintas Permės (Rusija) vardu, nes jį, remdamasis to regiono sluoksniais, apibrėžė škotų geologas Roderickas Murchisonas. Britų geologai taip pat buvo atsakingi už periodų grupavimą į epochas ir tretinio bei kvartero periodų skirstymą į epochas. Apskritai laikotarpiai buvo pavadinti pagal vietoves, kuriose uolienos buvo lengvai pastebimos.

Geologai ir paleontologai geologinę lentelę sudarė remdamiesi santykine skirtingų sluoksnių ir fosilijų padėtimi. Jie nustatė laiko skalę, remdamiesi įvairių procesų greičio tyrimais. Jie įvertino atmosferos poveikį, eroziją, nuosėdų susidarymą ir tai, per kiek laiko nuosėdos virsta kieta uoliena. Radioaktyvumo atradimas 1896 m. ir jo pritaikymas geologijoje, atliekant radiometrinį datavimą, įvyko XX a. pirmoje pusėje. Tai leido absoliučiai datuoti uolienas ir nustatyti Žemės amžių.

Tarptautinė stratigrafijos komisija siekia tiksliai nustatyti, kada prasideda ir baigiasi geologiniai laikotarpiai ir kur yra geriausi jų pavyzdžiai. Jie vadinami Pasaulinės ribosstratotipų pjūviais ir taškais (angl. Global BoundaryStratotype Sections and Points, GSSP).

Vėlesnės reikšmingos pažangos

Radiacijos atradimą 1896 m. atliko Henri Becquerel; vėliau radioaktyvumo mechanizmus išplėtojo ir panaudojo geologijoje tokie mokslininkai kaip Ernest Rutherford ir Arthur Holmes. Radiometrinio datavimo metodai (pvz., U–Pb urano–svino datavimas, K–Ar ir Ar–Ar kalio–argono metodai, taip pat radiokarbonas (14C) trumpesniam laikotarpiui) leido nustatyti absoliučias amžiaus ribas ir datuoti uolienas milijonais ir milijardais metų. Dėl to geologinė laiko skalė tapo ne tik santykinė (pagal fosilijas), bet ir absoliuti.

Be radiometrinio datavimo, stratigrafijoje įsitvirtino daug papildomų koreliacijos metodų:

• biostratigrafija (fosilijų pasiskirstymo tyrimas);
• lito‑ ir litofacinė stratigrafija (uolienų rūšys ir charakteristikos);
• chemostratigrafija (cheminių žymenų, pvz., izotopų, analizė);
• magnetostratigrafija (Žemės magnetinio lauko reversijų įrašai uolienose);
• sekvencinė stratigrafija (nusėdimo ciklų ir jūros lygio pokyčių analizė).

Terminologija ir skalės vienetai

Geologinė laiko skalė suskirstyta hierarchiškai: eonai (didžiausi vienetai), erai, periodai, epochos ir amžiai. Atitinkamai stratigrafinės vienetų atitikmenys yra eonotemos, eratomos, sistemoms, serijoms ir etapams. Chronostratigrafija nagrinėja sluoksnių kronologinę seką, o geochronologija - laiko matavimą (amžių skaičius).

GSSP, GSSA ir tarptautinis koordinavimas

GSSP — tai konkrečiai vietovei nustatytas „aukso vinis“ (angl. golden spike), žymintis geologinio laiko skalės ribą, pagrįstą gerai išsaugotu sluoksniu. Prie dabartinių GSSP kartais derinamos ir geocheminės, paleomagnetinės ar biostratigrafinės charakteristikos siekiant patikimesnės koreliacijos. Precambriui (kur trūksta tipiškų fosilijų) naudojami Global Standard Stratigraphic Ages (GSSA) — geologinio laiko amžiaus apibrėžimai, paremti absoliučiu datavimu.

Šiuolaikiniai iššūkiai ir naujos kryptys

Nors geologinė laiko skalė dabar yra labai išvystyta, išlikę iššūkiai:

• lokalių įrašų nevisiškumas — daugelis vietovių saugo tik fragmentinę Žemės istoriją;
• regioniniai skirtumai, kai vienoje vietoje naudinga tam tikra koreliacija, o kitoje ji neveikia;
• kai kurių įvykių — pvz., masinių išnykimų ar klimato pokyčių — globalus atsekamumas reikalauja kelių nepriklausomų žymiųjų (fosilinės, cheminių, paleomagnetinių) įrodymų.

Apibendrinimas

Geologinės laiko skalės formavimasis buvo ilgalaikis procesas: nuo XVII a. Steno apibūdintų pagrindinių principų, per XVIII–XIX a. diskusijas tarp neptunistų ir plutonistų bei XIX a. fosilijų pagrindu sudarytų periodų, iki XX a. radiometrinių metodų ir šiuolaikinių tarptautinių standartų. Dabar laiko skalė remiasi daugybe metodų ir tarptautiniu koordinavimu, leidžiančiu vis tikslingiau ir patikimiau atkurti Žemės istoriją.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra geologinė laiko skalė?

K: Kas pirmasis pasiūlė geologinio laiko skalės principus?

K: Kokią teoriją apie uolienas pasiūlė Abraomas Verneris?

K: Kas pateikė alternatyvią idėją apie tai, kaip formuojasi žemė?

K: Kokio metodo, skirto sluoksniams nustatyti, pradininkas buvo Viljamas Smitas?

K: Kaip radiometrinis datavimas padėjo patobulinti geologinį supratimą?

Paieška pagal raidę