Какова геологическая шкала времени?

Геологическая шкала времени (GTS) является основой истории Земли, хроностратиграфической структурой, которая разделяет повествование о планете & #8217;s 4,56 миллиарда лет на иерархические интервалы, основанные на основных геологических и биологических переходах. Она предоставляет ученым и преподавателям общий язык для обсуждения событий, начиная от формирования первых континентов до подъема Homo sapiens. Развивающаяся в течение двух веков благодаря кропотливой работе геологов, палеонтологов и геохимиков, GTS постоянно совершенствуется по мере появления новых данных из радиометрического датирования, изотопного анализа и ископаемых открытий. В этой статье исследуется каждое крупное подразделение GTS, ключевые события, которые определяют их, и методы, используемые для построения этой замечательной временной линии.

Понимание геологической шкалы времени имеет важное значение для понимания того, как Земля преобразовалась в течение миллиардов лет. Она соединяет точки между горным строительством, климатическими сдвигами, массовыми вымираниями и эволюцией жизни. Без этой структуры нам не хватало бы контекста для интерпретации слоев горных пород, корреляции слоев на континентах или прогнозирования будущих экологических тенденций.

Основные разделы геологической шкалы времени

GTS организована в вложенную иерархию из пяти первичных единиц, каждая из которых представляет собой отдельную фазу в истории Земли’.

  • Эоны: Самые широкие временные интервалы, как правило, охватывающие сотни миллионов — миллиарды лет. Границы эонов определяются глубокими изменениями в системе Земли, такими как подъем кислорода или появление сложной жизни.
  • Эры: Подразделения эонов, которые отмечают основные эволюционные или тектонические переходы.Например, фанерозойский Эон содержит три эпохи: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую.
  • Периоды: Меньшие единицы в пределах эпох, часто характеризующиеся отличительными скальными образованиями, ископаемыми сборками или климатическими режимами.Юрский период, например, признан во всем мире своими известняковыми отложениями и окаменелостями динозавров.
  • Эпохи:] Дальнейшие уточнения периодов, фиксирующие краткосрочные изменения, такие как ледниковое продвижение или морское преступление.Эпоха голоцена охватывает последние 11 700 лет теплого, стабильного климата, который позволил человеческой цивилизации процветать.
  • Возраст: Лучшие подразделения, часто используемые в детальной биостратиграфии для корреляции конкретных ископаемых зон или геомагнитных разворотов.Возраст обычно определяется глобальными граничными стратотипными секциями и точками (GSSPs).

Эти подразделения не произвольны; каждое из них коррелирует с глобальным стандартным стратиграфическим возрастом (GSSA) или GSSP, физическим эталонным разделом, где граница разоблачается.Международный союз геологических наук (IUGS) контролирует официальную диаграмму GTS, которая обновляется каждые несколько лет по мере улучшения геохронологии.

Четыре эона геологической шкалы времени

История Земли и Земли #8217 разделена на четыре эона, каждый из которых представляет собой принципиально различное состояние планеты. Мы рассматриваем каждый по очереди, выделяя ключевые процессы и события, которые их определили.

Хадей Эон (4,56-4,0 млрд лет назад)

Адский Эон, названный в честь Аида, греческого подземного мира, захватывает Землю & #8217; огненное младенчество. Планета сформировалась из аккреции пыли и планетезималей в ранней Солнечной системе, процесс, который генерировал огромное тепло от ударов, радиоактивного распада и гравитационного сжатия. Во время этого эона Земля, вероятно, имела глобальный океан магмы, не было твердой коры, и атмосфера, в которой доминировали водород, метан, аммиак и водяной пар. Гигантское воздействие (столкновение Тейи) произошло в начале Аида, выдолбив мантию Земли & #8217 и отправив мусор на орбиту, который объединился в Луну.

Ни одна порода не выживает от адеев на Земле, потому что любая кора, которая сформировалась, неоднократно переплавлялась ударами астероидов. Однако данные из кристаллов циркона — крошечных, прочных минералов, найденных в более молодых песчаниках — указывают на то, что некоторые континентальные коры сформировались 4,4 миллиарда лет назад. Эти цирконы содержат изотопные сигнатуры, предполагающие, что холодные, влажные условия могли существовать очень рано, бросая вызов классическому представлению о совершенно адском аде. Эон заканчивается около 4 миллиардов лет назад, когда поздная тяжелая бомбардировка начала ослабевать, позволяя первым стабильным коркам выжить.

Архейский Эон (4,0-2,5 млрд лет назад)

Архейский Эон знаменует переход Земли от расплавленного мира к миру с твердыми континентами, океанами и первыми признаками жизни. Название происходит от греческого слова для происхождения, отражая рассвет геологии и биологии. Во время этого эона внутренняя часть планеты & #8217 была еще намного горячее, чем сегодня, что приводило к энергичной тектонической активности плит, хотя стиль тектоники мог быть другим, с меньшими, более подвижными пластинами. Обширные гринстоновые пояса (метаморфозированные вулканические и осадочные породы) регистрируют образование ранних континентальных ядер, известных как кратоны.

Жизнь появилась во время архейского периода, вероятно, в форме одноклеточных прокариот, таких как бактерии и археи. Ископаемые данные включают строматолиты — слоистые структуры, образованные цианобактериальными матами на мелководье — обнаруженные в породах возрастом 3,5 миллиарда лет в Западной Австралии и Южной Африке. Эти ранние микробы производили органическое вещество посредством фотосинтеза, высвобождая кислород в качестве отходов. Однако свободный кислород быстро потреблялся реакциями с железом и другими минералами, поэтому атмосфера архейского периода оставалась аноксичной. Атмосфера архейского периода была богата метаном и углекислым газом, сохраняя планету теплой, несмотря на более слабое молодое Солнце.

Протерозойский эон (2,5-541 млн лет назад)

Протерозойский Эон — преобразующий интервал, в течение которого Земля эволюционировала из аноксичного, в котором доминируют микробы, в мир с кислородом в атмосфере, многоклеточной жизнью и первыми оледенениями. Название означает «ранняя жизнь», и действительно этот эон заложил основу для взрыва сложных организмов на его завершении. Самым критическим событием было Большое событие кислородообразования (GOE) около 2,4 миллиарда лет назад, когда фотосинтетические цианобактерии окончательно переполнили кислородные поглотители и свободный O2 начал накапливаться. Это привело к первому массовому вымиранию анаэробных организмов и вызвало гуроновое оледенение, одно из самых тяжелых в истории Земли.

Протерозой также видел сборку и распад суперконтинентов. Родиния, суперконтинент, который сформировался около 1,3 миллиарда лет назад и начал распадаться около 750 миллионов лет назад, оказала глубокое влияние на климат и химию океана. Во время его распада планета испытала два оледенения «Земля-снежок» (стуртийские и мариноанские), во время которых лед, возможно, покрыл весь земной шар. Эти экстремальные условия, как полагают, способствовали эволюционным инновациям, включая первых многоклеточных эукариот. К концу протерозоя появилась эдиакарская биота — мягкотелые, похожие на броды организмы, представляющие самые ранние известные сложные формы жизни. Протерозой заканчивается резким увеличением кислорода и кембрийским взрывом.

Фанерозойский эон (541 млн лет назад до наших дней)

Фанерозойский Эон — эон видимой жизни, охватывающий последние полмиллиарда лет. Он подразделяется на три эпохи — палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую — каждая характеризуется драматическими изменениями в биоразнообразии, климате и географии. Фанерозойская летопись окаменелостей богата и хорошо документирована, что позволяет ученым соотносить слои горных пород с высокой точностью. Этот эон стал свидетелем подъема и падения целых экосистем, от палеозойских лесов и рифов до мезозойских динозавров и кайнозойских млекопитающих, кульминацией которых стало появление людей всего лишь геологический момент назад.

Ключевые особенности фанерозойского включают сборку суперконтинента Пангея (около 335 миллионов лет назад) и его возможный распад. Тектонические движения плит привели к строительству гор (например, Аппалачи, Гималаи, Анды) и открытые океанские бассейны (Атлантический, Индийский). Пять крупных массовых вымираний превзошли фанерозойский рекорд, самым известным из которых является пермско-триасовое вымирание (252 миллиона лет назад) и мелово-палеогеновое вымирание (66 миллионов лет назад). Эти события перезагрузили эволюционные траектории, очистив экологическое пространство для новых групп, чтобы диверсифицировать. Нынешний кризис вымирания, часто называемый Шестым массовым вымиранием, разворачивается в эпоху голоцена из-за человеческой деятельности.

Ключевые события, которые изменили Землю

В GTS выделяются несколько трансформационных событий. Их исследование проясняет взаимодействие между внутренней частью Земли, поверхностью и атмосферой #8217.

Большое событие кислородного синтеза (GOE)

Большое кислородное событие около 2,4 миллиарда лет назад было планетарным событием загрязнения. Цианобактерии выделяли кислород в качестве отходов фотосинтеза, и в течение сотен миллионов лет этот кислород потреблялся железом, растворенным в морской воде, образуя полосатые железные образования (BIFs). Как только железо полностью окислилось, O2 начал уходить в атмосферу. Свободный кислород очень реактивный, отравляющий анаэробы, но позволяющий аэробное дыхание, которое гораздо более энергоэффективно. ГОЭ также привело к образованию озонового слоя, защищающего поверхность от ультрафиолетового излучения и позволяющего жизни колонизировать землю. Он стоит как один из самых глубоких биогеохимических переходов в истории Земли.

кембрийский взрыв

Начиная примерно с 541 миллиона лет назад, кембрийский взрыв был геологически быстрым всплеском разнообразия животных. Большинство основных типов - артроподы, моллюски, хорды, иглокожие и другие - появляются в летописи окаменелостей в течение примерно 20 миллионов лет. Это событие сохраняется в экстраординарных отложениях, таких как сланец Берджесс в Канаде и биота Чэнцзяна в Китае. Триггер для кембрийского взрыва остается предметом дискуссий; гипотезы включают повышение уровня кислорода, эволюцию хищничества, генетический инструментарий, позволяющий сложные планы тела, или комбинацию. Несмотря на это, это заложило основу для всей последующей эволюции животных.

Пермско-триасовое вымирание

Событие пермско-триасового вымирания, 252 миллиона лет назад, является самым тяжелым массовым вымиранием в истории Земли. Морские виды понесли потери более 90% и наземные экосистемы рухнули. Причиной широко называют массивные извержения вулканов в Сибири (сибирские ловушки), которые выпустили огромное количество углекислого газа, метана и серы, что привело к экстремальному теплению, окислению океана и аноксии и истощению озона. Восстановление заняло миллионы лет, но в конечном итоге позволило архозаврам (предкам динозавров, птиц и крокодилов) доминировать в мезозое.

Эпоха динозавров

Мезозойская эра в разговорной речи известна как Эпоха динозавров. Динозавры впервые появились в триасе (около 230 миллионов лет назад) и диверсифицировались по всему юрскому и меловому периодам. Они заполнили многие экологические ниши, от гигантских зауропод до пернатых тероподов, некоторые из которых эволюционировали в птиц. За это время Пангея распалась, создав обширные сезонные климатические модели. Эра закончилась мелово-палеогеновым вымиранием (66 миллионов лет назад), вызванным массивным столкновением астероидов в Чиксулубе, Мексика, которое вызвало глобальную огненную бурю, ударную зиму и коллапс экосистемы. Нептичьи динозавры погибли, но мелкие млекопитающие выжили и позже диверсифицировались в течение кайнозоя.

Понимание геологического времени с помощью стратиграфии и геохронологии

Для построения геологической шкалы времени необходимы два взаимодополняющих подхода: стратиграфия (изучение слоев горных пород и их последовательностей) и геохронология (измерение абсолютных возрастов).

Принципы стратиграфии

Стратиграфия обеспечивает относительный порядок геологических событий. Его основополагающие концепции включают:

  • Закон суперпозиции: В ненарушенных осадочных слоях более старые слои оседают под более молодыми слоями.
  • Принцип первоначальной горизонтальности: Осадки оседают в горизонтальных слоях под действием силы тяжести; любое отклонение указывает на более позднюю деформацию.
  • Принцип взаимосвязей с вырезанием: Любая особенность (неисправность, вторжение), которая разрезает слои породы, моложе, чем слои, которые она разрезает.
  • Принцип фаунальной преемственности: Ископаемые организмы сменяют друг друга в определенном, необратимом порядке, который может быть использован для идентификации относительного возраста слоев.

Биостратиграфия — использование индексных окаменелостей (видов, которые существовали в течение короткого времени в широких географических районах) — особенно мощна для корреляции фанерозойских пород. Например, граптолит Monograptus определяет части силурийского периода, а аммониты являются классическими индексами для мезозойских морских секций.

Радиометрические датировки и абсолютные возрасты

Одно только относительное время не может обеспечить численный возраст. Геохронология использует радиоактивные изотопы для определения того, когда образовалась порода или минерал. Например, датировка цирконовых кристаллов урановым свинцом (U-Pb) дает точный возраст для магматических пород, в то время как датировка углерода-14 относится к органическим останкам возрастом около 50 000 лет. Также широко используются распад калий-40 на аргон-40 (K-Ar) и система рубидий-стронций (Rb-Sr). Объединив несколько методов датирования со стратиграфическими принципами, геологи построили Глобальную стратиграфическую шкалу времени с неопределенностью, как правило, в пределах 0,1% для большинства границ.

Дальнейшие усовершенствования происходят из магнитостратиграфии (обращения магнитного поля Земли & #8217;s, сохраненного в породах) и циклостратиграфии (осадочные ритмы, приводимые в движение орбитальными вариациями, такими как циклы Миланковича). Эти инструменты позволяют возрастным моделям достигать разрешения тысяч лет для молодых секций.

Значение геологической шкалы времени

GTS - это не просто академическое любопытство, она имеет практическое применение во многих областях.

  • Исследование природных ресурсов:] Углеводороды, угольные и минеральные месторождения часто связаны с конкретными геологическими периодами и тектоническими условиями. Понимание ГТС помогает компаниям ориентироваться на разведку в правильных бассейнах и избегать сухих отверстий.
  • Климат и наука об окружающей среде:] Изучая прошлые климатические переходы (например, палеоцен-эоценовое тепловое максимальное или четвертичное оледенение), ученые могут калибровать климатические модели для прогнозирования будущих сценариев.
  • Эволюционная биология и палеонтология:] GTS строит историю жизни, позволяя исследователям отслеживать темпы видообразования и вымирания. Она показывает, как экосистемы восстанавливаются после массовых вымираний и как возникают эволюционные инновации.
  • Принципы GTS применяются к другим мирам — Марсу, Венере, Луне — с их собственными хронологиями, основанными на подсчете кратеров и составах горных пород.

Помимо этих применений, Геологическая Шкала Времени предлагает унизительный взгляд на место человечества в долгой истории Земли и 8217. Весь период зарегистрированной человеческой цивилизации занимает лишь кусочек фанерозойского времени, напоминая нам, что наши действия сегодня оставят геологическое наследие на долгие эоны.

Заключение

Геологическая Шкала Времени - это живая структура, которая продолжает развиваться по мере совершенствования технологий. От Адского Ада до современного Антропоцена, каждое подразделение захватывает главу динамической истории Земли & #8217. Изучая последовательность горных пород, окаменелостей и химических сигнатур, геологи собрали в единую шкалу времени, которая объясняет, как наша планета стала обитаемой и как жизнь диверсифицировалась с огромными шансами. Применяется ли она для извлечения ресурсов, моделирования климата или удовлетворения нашего любопытства о происхождении, GTS остается одним из величайших интеллектуальных достижений человечества & #8217. Для дальнейшего чтения, обратитесь к Международной Хроностратиграфической диаграмме [FLT: 1], поддерживаемой IUGS, или исследуйте статью о природе на Земле Снежного Шара [FLT: 2], которая изменила наше понимание протерозоя. Понимание этой временной шкалы необходимо для любого, кто хочет понять физические изменения, которые сформировали и будут продолжать формировать нашу планету. Геологическая Шкала Времени служит жизненно важной основой для понимания сложной истории нашей планеты. Изучая разделение