Содержание
Геохронологическая шкала
Одна из главных задач геологических исследований это определение возраста горных пород слагающих земную кору. Различают относительный и абсолютный их возраст. Существует несколько методов определения относительного возраста горных пород: стратиграфический и палеонтологический.
Стратиграфический метод основан на анализе осадочных пород (морских и континентальных) и определения последовательности их образования. Пласты, лежащие внизу древнее, наверху моложе. Этим методом устанавливается относительный возраст горных пород в определенном геологическом разрезе на небольших участках.
Палеонтологический метод заключается в изучении окаменелых остатков органического мира. Органический мир в ходе геологической истории претерпевал значительные изменения. Изучение осадочных пород в вертикальном разрезе земной коры показало, что определенному комплексу слоев соответствует определенный комплекс растительных и животных организмов.
Таким образом, окаменелости растительного и животного происхождения можно использовать для определения возраста горных пород. Окаменелостями называются остатки вымерших растений и животных, а также следы их жизнедеятельности. Для определения геологического возраста имеют значение не все организмы, а только так называемые руководящие, т. е. те организмы, которые в геологическом понимании существовали недолго.
Руководящие окаменелости должны иметь небольшое вертикальное и широкое горизонтальное распространение, а также хорошую сохранность. В каждый геологический период развивалась определенная группа животных и растений. Окаменелые остатки их встречаются в отложениях соответствующего возраста. В древних пластах земной коры обнаруживаются остатки примитивных организмов, в более молодых высокоорганизованных. Развитие органического мира происходило по восходящей линии; от простых организмов к сложным. Чем ближе к нашему времени, тем больше сходства с современным органическим миром. Палеонтологический метод наиболее точный и широко применяемый.
Состав таблицы
Геохронологическая шкала создавалась для определения относительного геологического возраста пород. Абсолютный возраст, измеряемый в годах, имеет для геологов второстепенное значение. Время существования Земли разделено на два главных интервала: фанерозой и докембрий (криптозой) по появлению в осадочных породах ископаемых остатков. Криптозой — время скрытой жизни, в нём существовали только мягкотелые организмы, не оставляющие следов в осадочных породах. Фанерозой начался с появлением на границе эдиакария (венд) и кембрия множества видов моллюсков и других организмов, позволяющих палеонтологии расчленять толщи по находкам ископаемой флоры и фауны.
Другое крупное деление геохронологической шкалы имеет своим истоком самые первые попытки разделить историю Земли на крупнейшие временны́е интервалы. Тогда вся история была разделена на четыре периода: первичный, который эквивалентен докембрию, вторичный — палеозой и мезозой, третичный — весь кайнозой без последнего четвертичного периода. Четвертичный период занимает особое положение. Это самый короткий период, но в нём произошло множество событий, следы которых сохранились лучше других.
На основании стратиграфического и палеонтологического методов построена стратиграфическая шкала, представленная на рис.1, в которой горные породы, слагающие земную кору, расположены в определенной последовательности в соответствии с их относительным возрастом. В этой шкале выделены группы, системы, отделы, ярусы. На основе стратиграфической шкалы разработана геохронологическая таблица, в которой время образования групп, систем, отделов и ярусов называется эрой, периодом, эпохой, веком.
Рис.1. Геохронологическая шкала
Вся геологическая история Земли разделена на 5 эр: архейскую протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую, кайнозойскую. Каждая эр разделена на периоды, периоды на эпохи, эпохи на века.
Особенности определения возраста горных пород
Абсолютный геологический возраст — время, протекшее от какого-либо геологического события до современной эпохи, исчисляемое в абсолютны единицах времени (в миллиардах, миллионах, тысячах и т. д. лет). Существует несколько методов определения абсолютного возраст горных пород.
Седиментационный метод сводится к определению количества обломочног материала, ежегодно сносимого с поверхности суши и откладываемого на дне моря. Зная, сколько накапливается осадков на дне моря в течение года и измерив мощность осадочных толщ, накопившихся в отдельные геологические периоды, можно узнать продолжительность времени, потребовавшегося на накопление этих осадков.
Седиментационный метод не совсем точен. Неточность его объясняется неравномерностью процессов осадконакопления. Скорость осадконакопления непостоянна, она меняется, усиливаясь и достигая максимума в периоды тектонической активности земной коры, когда земная поверхность имеет сильно расчлененные формы, благодаря чему усиливаются денудационные процессы и в результате поступает больше осадков, в морские бассейны. В периоды менее активных тектонических движений земной коры денудационные процессы ослабевают и количество осадков уменьшается. Этот метод дает лишь ориентировочное представление о геологическом возрасте Земли.
Радиологические методы самые точные методы определения абсолютного возраста горных пород. Они основаны на использовании радиоактивного распада изотопов урана, радия, калия и других радиоактивных элементов. Скорость радиоактивного распада постоянна и не зависит от внешних условий. Конечными продуктами, распада урана являются гелий и свинец РЬ206. Из 100 граммов урана за 74 млн. лет образуется 1 грамм (1%) свинца. Если определить количество свинца (в процентах) в массе урана, то умножением на 74 млн. получают возраст минерала, а по нему и время существования геологического пласта.
В последнее время стали применять радиоактивный метод, который получил название калиевого или аргонового. В этом случае используется изотоп калия с атомным весом 40. Калиевый метод имеет то преимущество, что калий широко распространен в природе. В процессе распада калия образуются кальций и газ аргон. Недостатком радиологического метода является ограниченная возможность его применения главным образом для определения возраста магматических и метаморфических пород.
Геохронологическая таблица — это один из способов представления этапов развития планеты Земля, в частности жизни на ней. В таблицу записывают эры, которые подразделяются на периоды, указывается их возраст, продолжительность, описываются основные ароморфозы флоры и фауны.
Часто в геохронологических таблицах более ранние, т. е. более старые, эры записываются внизу, а более поздние, т. е. более молодые, – вверху. Ниже представлены данные о развитии жизни на Земле в естественном хронологическом порядке: от старых к новым. Табличная форма опущена ради удобства.
Архейская эра
Началась примерно 3500 млн (3,5 млрд) лет назад. Длилась около 1000 млн лет (1 млрд).
В архейскую эру появляются первые признаки жизни на Земле – одноклеточные организмы.
По современным оценкам возраст Земли составляет более 4 млрд лет. До архея была катархейская эра, когда жизни еще не было.
Протерозойская эра
Началась примерно 2700 млн (2,7 млрд) лет назад. Продолжалась более 2 млрд. лет.
Протерозой – эра ранней жизни. В слоях, принадлежащих этой эре, находят редкие и малочисленные органические остатки. Однако они принадлежат всем типам беспозвоночны животных. Также скорее всего появляются первые хордовые — бесчерепные.
Палеозойская эра
Началась около 570 млн лет назад, длилась более 300 млн лет.
Палеозой — древняя жизнь. Начиная с него процесс эволюции изучен лучше, т. к. остатки организмов из более верхних геологических слоев более доступны. Отсюда принято подробно рассматривать каждую эру, отмечая изменения органического мира для каждого периода (хотя свои периоды выделяют и в архее и в протерозое).
Кембрийский период (кембрий)
Длился около 70 млн. лет. Процветают морские беспозвоночные, водоросли. Появляется множество новых групп организмов — происходит так называемый кембрийский взрыв.
Ордовикский период (ордовик)
Длился 60 млн лет. Расцвет трилобитов, ракоскорпионов. Появляются первые сосудистые растения.
Силур (30 млн лет)
- Расцвет кораллов.
- Появление щитковых – бесчелюстных позвоночных.
- Появление растений псилофитов, вышедших на сушу.
Девон (60 млн лет)
- Расцвет щитковых.
- Появление кистеперых рыб и стегоцефалов.
- Распространение на суше высших споровых.
Каменноугольный период
Длился около 70 млн лет.
- Расцвет земноводных.
- Появление первых пресмыкающихся.
- Появление летающих форм членистоногих.
- Снижение численности трилобитов.
- Расцвет папоротникообразных.
- Появление семенных папоротников.
Пермь (55 млн)
- Распространение пресмыкающихся, возникновение зверозубых ящеров.
- Вымирание трилобитов.
- Исчезновение каменноугольных лесов.
- Распространение голосеменных.
Мезозойская эра
Эра средней жизни.
Геохронология и стратиграфия
Началась 230 млн лет назад, длилась около 160 млн лет.
Триасовый период
Длительность — 35 млн лет. Расцвет пресмыкающихся, появление первых млекопитающих и настоящих костистых рыб.
Юрский период
Длился около 60 млн лет.
- Господство пресмыкающихся и голосеменных растений.
- Появление археоптерикса.
- В морях много головоногих моллюсков.
Меловой период (70 млн лет)
- Появление высших млекопитающих и настоящих птиц.
- Широкое распространение костистых рыб.
- Сокращение папоротников и голосеменных.
- Появление покрытосеменных.
Кайнозойская эра
Эра новой жизни. Началась 67 млн лет назад, длится соответственно столько же.
Палеоген
Длился около 40 млн лет.
- Появление хвостатых лемуров, долгопятов, парапитеков и дриопитеков.
- Бурный расцвет насекомых.
- Продолжается вымирание крупных пресмыкающихся.
- Исчезают целые группы головоногих моллюсков.
- Господство покрытосеменных растений.
Неоген (около 23,5 млн лет)
Господство млекопитающих и птиц. Появились первые представители рода Люди (Homo).
Антропоген (1,5 млн лет)
Появление вида человека разумного (Homo Sapiens). Животный и растительный мир принимает современный облик.
В 1881 г. на II Международном геологическом конгрессе в г. Болонье была принята Международная геохронологическая шкала, являющаяся широким системным обобщением работ многих поколений геологов в различных областях геологических знаний. В шкале отражены хронологическая последовательность временных подразделений, в течение которых сформировались определенные комплексы отложений и эволюция органического мира, т. е. в международной геохронологической шкале отражена естественная периодизация истории Земли. Построена она на принципе рангового соподчинения временных и стратиграфических единиц от более крупных к более мелким (табл. 6.1).
Каждому временному подразделению отвечает комплекс отложений, выделенный в соответствии с изменением органического мира и называющийся стратиграфическим подразделением.
Поэтому существуют две шкалы: геохронологическая и стратиграфическая (табл. 6.2, 6.3, 6.4). В этих шкалах вся история Земли разделена на несколько эонов и соответствующих им эонотем.
Геохронологические и стратиграфические шкалы постоянно меняются и совершенствуются. Шкала, приведенная в табл. 6.2, имеет ранг международной, но и у нее есть варианты: вместо каменноугольного периода в европейской шкале, в США выделяют два периода: миссисипский, следующий за девонским, и пенсильванский, предшествующий пермскому.
Каждой эре (периоду, эпохе и т. д.) свойствен свой комплекс живых организмов, эволюция которых является одним из критериев построения стратиграфической шкалы.
В 1992 г. Межведомственным стратиграфическим комитетом была опубликована современная стратиграфическая (геохронологическая) шкала, которая рекомендуется для всех геологических организаций нашей страны (см. табл. 6.2, 6.3, 6.4), но она не является общепринятой в мировом масштабе; наибольшие разногласия существуют для докембрия и для четвертичной системы.
Примечания.
Здесь выделены:
1. Архейский эон (AR) (древнейшая жизнь), которому соответствует стратиграфическая толша пород — архейская эонотема.
2. Протерозойский эон (PR) (первичная жизнь) — ему соответствует стратиграфическая толща пород — протерозойская эонотема.
3. Фанерозойский эон, подразделяющийся на три эры:
3.1 — палеозойская эра (PZ) (эра древней жизни) — ей соответствует палеозойская толща пород — палеозойская эратема (группа);
3.2 — мезозойская эра (MZ) (эра средней жизни) — ей соответствует мезозойская толща пород — мезозойская эратема (группа);
3.3 — кайнозойская эра (KZ) (эра новой жизни) — ей соответствует кайнозойская толща пород — кайнозойская эратема (группа).
Архейский эон разделен на две части: ранний (древнее 3500 млн лет) и поздний архей. Протерозойский эон тоже разделен на две части: ранний и поздний протерозой; в последнем выделяется рифей (R) (по древнему названию Урала — Ripheus) и вендский период (V) — по имени древнего славянского племени «веды» или «венеды».
Фанерозойские эон и эонотема подразделяются на три эры (эратемы ) и 12 периодов (систем). Название периодам обычно присваивается по наименованию местности, где они впервые были выделены и наиболее полно описаны.
В палеозойской эре (эратеме) выделены соответственно.
1. Кембрийский период (6) — кембрийская система (Є) — по древнему названию провинции Уэльс в Англии — Cambria;
2. Ордовикский период (О) — ордовикская система (О) — по названию древних племен Англии, населявших те районы, — «мордовиков»;
3. Силурийский период (S) — силурийская система (S) — по названию древних племен Англии — «силуров»;
4. Девонский период (D) — девонская система (D) — по названию графства Девоншир в Англии;
5. Каменноугольный (карбоновый) период (С) — каменноугольная (карбоновая) система (О — по широкому развитию в этих отложениях залежей каменного угля;
6. Пермский период (P) — пермская система (P) — по названию пермской губернии в России.
В мезозойской эре (эратеме) выделены соответственно.
1. Триасовый период (T) — триасовая система (T) — по делению периода (системы) на три части;
2) Юрский период (J) — юрская система (J) — по названию Юрских гор в Швейцарии;
3. Меловой период (К) — меловая система (К) — по широкому развитию в отложениях этой системы писчего мела.
В кайнозойской эре (эратеме) выделены соответственно.
1. Палеогеновый период (P) — палеогеновая система (P) — наиболее древняя часть кайнозойской эры;
2. Неогеновый период (N) — неогеновая система (N) — новорожденные;
3. Четвертичный период (Q) — четвертичная система (Q) — по предложению акад.
Геохронологическая шкала
А.А. Павлова, называемая иногда антропогеном.
Индексы (символы) эр (эратем) обозначаются двумя первыми буквами латинской транскрипции, а периодов (систем) — по первой букве.
На геологических картах и разрезах для удобства изображения каждой возрастной системе присвоен определенный цвет. Периоды (системы) разделены соответственно на эпохи (отделы). Длительность геологических периодов неодинакова — от 20 до 100 млн лет. Исключение составляет четвертичный период — 1,8 млн лет, но он еще не закончился.
Ранние, средние, поздние эпохи соответствуют нижним, средним, верхним отделам. Эпох (отделов) может быть две или три. Индексам эпох (отделов) соответствует индекс своих периодов (систем) с добавлением цифр справа внизу — 1,2,3. Например, 5, — раннесилурийская эпоха, a S2 — позднесилурийская эпоха. Для цветового обозначения эпох (отделов) используется цвет своих периодов (систем) для более ранних (поздних) — более темных оттенков. Эпохи (отделы) юрского периода и кайнозойской эры сохранили собственные названия. Стратиграфические и геохронологические единицы кайнозойской эры (группы) имеют свои названия: P1 — палеоцен, P2 — эоцен, P3 — олигоцен, N1 — миоцен, N2 — плиоцен, QI, QII, QIII — эпохи (отделы) ранне- (нижне-), средне- (средне-), позднечетвертичная (верхнечетвертичная) — вместе называются плейстоценом, a Q4 — голоценом.
Следующими и более дробными единицами геохронологической и стратиграфической шкал являются век (ярус) продолжительностью от 2 до 10 млн лет. Названия им присваиваются географические.
План:
1. Геологическая шкала времени
1.5. Геохронологическая и стратиграфическая шкалы.
Необратимость времени
3. Естествознание эпохи средневековья
Список использованной литературы
1. 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- это место и необходимое условие существования человечества. По этой причине геологические концепции имеют для человека насущнейшее значение. Нам предстоит уяснить характер их эволюции. Геологические концепции возникают не самопроизвольно, они являются итогом кропотливейших научных изысканий.
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.
Выработка научных концепций о геологическом времени осложняется тем обстоятельством, что время жизни человеческого индивидуума составляет ничтожную долю возраста Земли (ок. 4,6 * 109 лет). Простая экстраполяция актуального геологического времени в глубины прошлого геологического времени ничего не дает. Чтобы получить сведения о геологическом прошлом Земли, необходимы какие-то особые концепции. Существуют самые различные способы осмысления геологического времени, главные среди них – литологические, 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 вышележащих пласт моложе нижележащих, 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 флора, 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 неизменно наталкивались на неопределимые трудности. По (био)стратиграфическим данным можно определить отношение «старше-моложе», но затруднительно определить на сколько лет один слой сложился раньше другого. Но задача упорядочения геологических событий требует введения не только порядковых, но и количественных (метрических) характеристик времени.
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 ХХ в. П.Кюри и Э.Резерфордом.
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.
Интервалы геологического времени (начала периодов и эпох в миллионах лет от настоящего времени)
В названиях геологических периодов от ранней их классификации сохранились только два выражения: третичный и четвертичный. 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.
2. Необратимость времени
Время – это форма существования материи, выражающая порядок изменения объектов и явлений действительности. Характеризует реальную длительность действий, процессов, событий; обозначает промежуток между событиями.
В отличие от пространства, в каждую точку которого можно снова и снова возвращаться, время – необратимо и одномерно . Оно течет из прошлого через настоящее к будущему. Нельзя возвратиться назад в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-либо временной промежуток в будущее. Отсюда следует, что время составляет как бы рамки для причинно-следственных связей. Некоторые утверждают, что необратимость времени и его направленность определяются причиной связью, так как причина всегда предшествует следствию. Однако очевидно, что понятие предшествования уже предполагает время. Более прав поэтому Г. Рейхенбах, который пишет: «Не только временной порядок, но и объединенный пространственно-временной порядок раскрываются как упорядочивающая схема, управляющая причинными цепями, и, таким образом, как выражение каузальной структуры вселенной».
Необратимость времени в макроскопических процессах находит свое воплощение в законе возрастания энтропии. В обратимых процессах энтропия остается постоянной, в необратимых – возрастает. Реальные же процессы всегда необратимы. В замкнутой системе максимально возможная энтропия соответствует наступлению в ней теплового равновесия: разности температур в отдельных частях системы исчезают и макроскопические процессы становятся невозможными. Вся присущая системе энергия превращается в энергию неупорядоченного, хаотического движения микрочастиц, и обратный переход тепла в работу невозможен.
Выяснилось, что время нельзя рассматривать как нечто отдельно взятое. И в любом случае измеренное значение времени зависит от относительного движения наблюдателей. Поэтому два наблюдателя, движущиеся относительно друг друга и следящие за двумя различными событиями, придут к разным выводам о том, насколько эти события разделены в пространстве и во времени. В 1907 г. немецкий математик Герман Минковский (1864-1909) высказал предположение о тесной связи трех пространственных и одной временной характеристик. По его мнению, все события во Вселенной происходят в четырехмерном пространственно-временном континууме.