Ģeoloģiskās laika skalas vēsture — no Steno līdz mūsdienām

Ģeoloģiskās laika skalas vēsture: no Nikolaja Steno principiem līdz mūsdienu stratigrāfijai — detalizēts ceļojums cauri laikmetiem un Zemes evolūcijai.

Šajā rakstā ir aprakstīta ģeoloģiskā laika skalas vēsture. Pirmo reizi tās pamatprincipus 17. gadsimta beigās formulēja Nikolajs Steno. Steno izvirzīja vairākus būtiskus likumus, kas joprojām ir stratigrāfijas pamatā: superpozīcijas princips (slāņi, kas atrodas zem citiem, ir vecāki), princips par oriģinālo horizontālumu (nogulumi sākotnēji veidojas gandrīz horizontāli) un princips par lateralitātes nepārtrauktību. Viņš arī aprakstīja slāņu šķērsošanas attiecības (cross-cutting relationships), kas ļauj noteikt relatīvo vecumu sarežģītākos gadījumos.

Steno vienkāršie likumi deva rīku, ar kura palīdzību var salīdzināt slāņus dažādās vietās, taču praksē to piemērošanu sarežģīja iežu deformācijas, izskalošanās un vēlākas iežu intrūzijas. 18. gadsimtā ģeologi saprata vairākus ierobežojumus un galvenās problēmas:

1. Slāņu sekvences pēc nogulsnēšanās bieži vien bija erodētas, izkropļotas, sasvērtas vai pat apvērstas;
2. Dažādās vietās vienā un tajā pašā laikā ieklātajiem slāņiem var būt pilnīgi atšķirīgs izskats;
3. Jebkuras teritorijas slāņi ir tikai daļa no Zemes ilgās vēstures, un tāpēc nepieciešami metodes, lai salīdzinātu attālas vietas.

18. gadsimta beigās un 19. gadsimta sākumā radās nopietnāki mēģinājumi izveidot universālu laika skalu. Abraham Werner un viņa skolas piekritēji iedalīja Zemes garozas iežus plašākos vienības veidos — Pirmskolas, sekundāros, terciāros un kvartāros — un uzskatīja, ka katrs veids atbilst noteiktam Zemes vēstures posmam. No šī perioda nāk daži termini, kas saglabājušies (piem., paleocēns-pliocēns, pleistocēns-holocēns).

Vernera pieeja bieži vien tika saistīta ar neptūnismu — domu, ka daudzi ieži radušies ūdens darbības rezultātā milzīgos plūdos. Pretstatā tam Džeimss Hutons 1785. — 1790. gados Edinburgā izvirzīja stabilāku sistēmu, kas pamatos guva atzinību: Hutons uzsvēra Zemes iekšējo karstumu, kuru viņš uzskatīja par dzinējspēku iežu veidošanās, metamorfisma un pacelšanās procesiem. Hutons bija viena no mūsdienu ģeoloģijas pamatfigurām un popularizēja ideju, ka pašreizējie procesi (erodēšanās, nogulsnēšanās, vulkanisms u.c.) var skaidrot pagātnes izmaiņas — tā saukto uniformitārismu (angļu val.: "the present is the key to the past").

19. gadsimtā nozīmīgu lomu spēlēja fosiliju pētījumi un to izmantošana slāņu korelācijā. Viljams Smits izstrādāja faunas pēctecības principu (biostratigrāfiju) un 1815. gadā izveidoja vienu no pirmajām ģeoloģiskajām kartēm, kas parādīja, ka noteiktas fosilijas atkārtojas raksturīgos slāņu komplektos. Žoržs Kivjē (Cuvier) ar saviem pētījumiem par izmiršanām un fosiliju analīzi popularizēja katastrofisma idejas — viņš skaidroja daudzas ģeoloģiskās izmaiņas ar pagātnes smagām katastrālām notikumu virknei.

Šajā laikā britu ģeologi arī nosauca daudzus ģeoloģiskos periodus pēc reģioniem, kuros ieži bija labi izprotami: Kembrija (romiešu nosaukums Velsai), ordovika un silūra (nosauktas pēc seno velsiešu cilšu vārdnēm), Devona, "karbonijs" (angļu Coal Measures), un vēlāk "Perma" pēc Permas reģiona slāņiem, ko definēja Roderiks Mērčisons. Vietvārdi kā periodu nosaukumi kļuva par ierastu praksi un daudzi no tiem tiek lietoti vēl šodien.

Relatīvais datējums un stratigrāfiskā korelācija deva secību, bet ne absolūtas vecuma vērtības. 19. un 20. gadsimtā ģeologi centās aprēķināt laika skalas ilgumu, izvērtējot procesus kā atmosfēras veidošanos, eroziju un nogulšņu veidošanos. Izšķirošs pavērsiens notika ar radioaktivitātes atklāšanu 1896. gadā (Henri Becquerel) un sekojošajiem pētījumiem (piem., Marie un Pierre Curie), kas ļāva izstrādāt radiometriskās datēšanas metodes 20. gadsimta sākumā. Zinātnieki, piemēram, Ernest Rutherford, Bertram Boltwood un vēlāk Arthur Holmes, pielietoja radioaktīvo izotopu sadalīšanās likumus (piem., U–Pb, K–Ar, Rb–Sr, un vēlāk C–14 speciāliem mērījumiem) un sāka noteikt iežu absolūtos vecumus. Pateicoties šiem metodēm un meteoritisko paraugu pētījumiem, mūsdienās Zemes vecums ir novērtēts aptuveni 4,54 miljardu gadu robežās.

20. gadsimta un 21. gadsimta gaitā ģeoloģiskā laika skala tika papildināta un precizēta, izmantojot dažādas stratigrāfiskās metodes: biostratigrāfiju (fossiliju pēctecība), magnetostratigrāfiju (paleomagnētiskie reversiju ieraksti), chemostratigrāfiju (ķīmiskie signāli), ciklostrātigrāfiju un astrohronoloģiju (orbītu ietekmes uz nogulšņu cikliem). Šo metožu kombinācija ļauj noteikt laika robežas arvien precīzāk un lokalizēt to visā pasaulē.

Starptautiskā sadarbība stratigrāfijā ir kļuvusi par standartu. Starptautiskā stratigrāfijas komisija (ICS), kas darbojas IUGS ietvaros, koordinē laika skalas formalizāciju, izvērtē pierādījumus un oficiāli nosaka, kad sākas un beidzas ģeoloģiskie periodi. Robežu definēšanai izmanto tā sauktos globālos robežstratotipu griezumus un punktus (GSSP), kas bieži tiek saukti arī par "zelta nagliņām" (golden spikes). Precīza GSSP izveide balstās uz vairākām līnijām — piemēram, noteiktas fosilijas parādīšanās vai izzušana, izotopu anomālijas vai magnētiskie signāli. Precambrian (Priekškameru) laikmetos, kur stratigrāfiskās sekvences bieži trūkst vai ir sarežģītas, izmanto GSSA (Global Standard Stratigraphic Ages) pieeju.

Ģeoloģiskā laika skala ir hierarhiska — no lielākām vienībām līdz mazākām: eoni (piem., Hadean, Archean, Proterozoic, Phanerozoic), ēras, periodi, laikmeti/epohi un vecumi. Tā ir dzīva zinātniska konstrukcija: jaunas datēšanas metodes, jaunatklātas fosilijas, precizētas ķīmiskās vai paleomagnētiskās datu virknes var izraisīt laika skalas smalkas korekcijas.

Šodien ģeoloģiskā laika skala ir pamatrīks, ar kuru saista Zemes fizisko, klimatisko un bioloģisko attīstību: tā ļauj saprast evolūcijas ritmu, masu izmiršanas notikumus (piem., Permas beigu un Kretācijas beigu krīzes), kontinentu kustību, klimata pārmaiņas un resursu izplatību. Modernā stratigrāfija apvieno relatīvā un absolūtā datējuma pieejas, lai nodrošinātu pēc iespējas pilnīgāku un precīzāku Zemes vēstures attēlu.

Starptautiskā stratigrāfijas komisija strādā, lai precīzi noteiktu, kad sākas un beidzas ģeoloģiskie periodi un kur ir labākie piemēri. Tos sauc par globālajiem robežstratotipu griezumiem un punktiem (GSSP).

Jautājumi un atbildes

J: Kāda ir ģeoloģiskā laika skala?

J: Kurš pirmais ierosināja ģeoloģiskā laika skalas principus?

J: Kādu teoriju par iežiem izvirzīja Ābrahams Verners?

J: Kas ieviesa alternatīvu ideju par to, kā veidojas zeme?

J: Kādu metodi Viljams Smits pirmo reizi izmantoja slāņu noteikšanai?

J: Kā radiometriskā datēšana palīdzēja pilnveidot ģeoloģisko izpratni?

Meklēt pēc burta