Геологическая шкала времени

Физические, космологические, химические концепции подводят вплотную к представлениям о Земле, ее происхождении, строении и разнообразнейших свойствах. Комплекс наук о Земле обычно называют геологией (греч. ge - Земля).

Земля - уникальный космический объект. В его изучении центральное место занимает идея эволюции Земли. С учетом этого обратимся, прежде всего, к такому важному количественно-эволюционному параметру Земли, как ее время, геологическое время.

Существуют самые различные способы осмысления геологического времени, главные среди них - литологические (литология - наука об осадочных горных породах), биостратиграфические и радиологические.

Литологическая концепция геологического времени была впервые разработана датским врачом и натуралистом Н. Стенсеном (Стено). Согласно концепции Стено (1669), в серии нормально залегающих пластов вышележащий пласт моложе ниже лежащих, а секущие их трещины и минеральные жилы еще моложе. Главная идея Стено такова: слоистая структура пород поверхности Земли представляет собой пространственное отображение геологического времени, которое, разумеется, также обладает определенной структурностью. В развитие идей Стено геологическое время определяют по накоплениям осадков в морях и океанах, речных отложений в приустьевых участках побережья, по высоте дюн, по толщам «ленточных» глин, возникающих у краев ледников в результате их таяния.

При биостратиграфическом осмыслении геологического времени во внимание принимаются останки древних организмов: фауны и флоры, залегающие выше, считаются более молодыми. Эту закономерность установил англичанин У. Смит, который составил первую геологическую карту Англии с разделением горных пород по их возрасту (1813-1815). Важно, что в отличие от литологических слоев биостратиграфические признаки распространяются на большие расстояния и присутствуют по всей оболочке Земли в целом.

На основе лито- и биостратиграфических данных неоднократно делались попытки создать единую (био)стратиграфическую шкалу геологического времени. Однако на этом пути исследователи, в силу локальности упомянутых выше данных, неизменно наталкивались на непреодолимые трудности. По (био)стратиграфическим данным можно определить отношение «старше-моложе», но затруднительно определить на скольколет один слой сложился раньше другого.

При радиологическом измерении времени, в так называемой изотопной хронологии, возраст геологических объектов определяется исходя из соотношения в них материнского и дочернего изотопов радиоактивного элемента. Идея радиологического измерения времени была предложена в начале XX в. П.Кюри и Э.Резерфордом. Как известно, для характеристики скорости распада радиоактивных элементов используется особая количественная характеристика - период полураспада (T_1/2), промежуток времени, в течение которого число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое.

В изотопной хронологии наиболее часто используют ураново-свинцовый, рубидий-стронциевый, калий-аргоновый и радиоуглеродный методы. Уран (²³⁸U) превращается в свинец с периодом полураспада 4510 млн лет. Рубидий (⁸⁷Rb) распадается с периодом полураспада 50 млрд. лет. Период полураспада калия (⁴⁰К) равен 1280 млн лет (радиоактивный калий присутствует в очень многих горных породах и минералах). Радиоактивный изотоп углерода (¹⁴С) имеет период полураспада 5730 лет. Ураново-свинцовый и рубидий-стронциевый метод из-за больших значений периодов полураспада урана и рубидия удобно использовать для определения возраста древних пород. Благодаря разработке чрезвычайно точных способов измерений величин примесей калия и получающегося в результате его распада аргона калий-аргоновый метод используется с успехом для датировки молодых геологических эпох (с возрастом меньше 1 млн лет). Радиоуглеродный метод удобен для определения возраста органических остатков. Дело в том, что углерод ¹⁴С образуется в земной атмосфере в результате бомбардировки ядер азота ¹⁴N космическими нейтронами. В результате в растениях и животных до тех пор, пока они совершают вещественный обмен с атмосферой, содержится такая же концентрация ¹⁴С (в расчете на 1 млн атомов углерода), как и в последней. В мертвых организмах обмен веществ с атмосферой прекращается, и содержание в них углерода ¹⁴С начинает падать. Чем меньше это содержание, тем больше возраст биологических останков. Радиоуглеродный метод удобен для оценки возрастов объектов в тысячи и десятки тысяч лет.

Изотопная хронология позволила существенно уточнить оценку возраста Земли. В 50-х годах по свинцовому методу был определен возраст океанических осадков, он оказался равным 4,5 + 0,2 млрд. лет. Было выяснено также, что метеориты входили в состав вещества, из которого формировалась Земля. Возраст метеоритов около 4,6 млрд. лет. Соответственно и возраст Земли считается равным все тем же 4,6 млрд. лет. Есть геологи, которые полагают, что возраст Земли значительно превышает 4,6 млрд. лет, но их мнение не является господствующим.

Изотопная геохронология позволила использовать в процедурах измерения геологического времени не только порядковые определения типа «раньше - позже», но и количественные определения. В этой связи вводится шкала геологического времени, которую обычно представляют в различных версиях. Одна из них приводится ниже (табл.).

Таблица .Интервалы геологического времени (начала периодов и эпох в миллионах лет от настоящего времени)

В названиях эонов и эр присутствует корень «зой» (от греч. zoe - жизнь), сопровождаемый приставками к нему фанеро - (от греч. phaneros - явный), протеро (от греч. proteros - более ранний, первый из двух), кайно (от греч. kainos - новый), мезо (от греч. mesos - средний), палео (от греч. palaios - древний). В названиях геологических эпох присутствует корень «цен»-Приставки к корню «цен» характеризуют степень наличия так называемых новых (современных) организмов. Так, выражения «голоцен» и «миоцен» означают соответственно «все новые организмы» (от греч. holos - весь) и «среднее количество новых организмов» (от греч. mios - средний). В названиях геологических периодов от ранней их классификации сохранились только два выражения: третичный и четвертичный (термины первичный и вторичный периоды больше не используются). Часть названий геологических периодов связаны либо с местностями, либо с характером вещественных отложений. Так, девонский период характеризует возраст отложений, впервые изученных в графстве Девоншир в Англии. Меловой период характеризует возрастные особенности геологических отложений, содержащих много мела.