A geológiai időskála kialakulása és története – részletes áttekintés

Ez a cikk a geológiai időskála történetét ismerteti. Az alapelveket először Nicolaus Steno fektette le a 17. század végén. Steno azt állította, hogy a kőzetrétegek (vagy rétegek) egymás után rakódnak le, és mindegyik az idő egy-egy "szeletét" képviseli.

Steno megfogalmazta a szuperpozíció elvét. Ez azt mondja ki, hogy bármelyik réteg valószínűleg idősebb, mint a fölötte levők, és fiatalabb, mint az alatta levők. Ez az elv egyszerű, de a valós kőzetekre való alkalmazását bonyolítja a kőzetek története. A 18. században a geológusok rájöttek erre:

A rétegsorok a lerakódás után gyakran erodálódtak, eltorzultak, megdőltek vagy akár megfordultak;
A különböző területeken egy időben lerakott rétegek teljesen eltérő megjelenésűek lehetnek;
Egy adott terület rétegei a Föld hosszú történelmének csak egy részét képviselték.

Az első komolyabb kísérletek egy olyan történelmi geológiai időskála megfogalmazására, amely a Föld bármely pontján alkalmazható, a 18. század végén történtek. E korai kísérletek közül a legnagyobb hatást Abraham Werner és mások vezették. Ők a földkéreg kőzeteit négy típusra osztották: Elsődleges, másodlagos, harmadlagos és negyedidőszaki. Az elmélet szerint minden egyes kőzettípus a földtörténet egy-egy időszakában alakult ki. Lehetett "harmadkori időszakról" és "harmadkori kőzetekről" is beszélni. A "tercier" (ma paleocén-pliocén) és a "negyedidőszaki" (ma pleisztocén-holocén) elnevezések még a 21. században is használatosak voltak a földtani időszakok elnevezéseként.

Werner úgy gondolta, hogy az összes szikla egyetlen hatalmas áradásból vált ki. Ezt nevezik neptunista elméletnek. A gondolkodásban akkor következett be jelentős változás, amikor James Hutton 1785 márciusában és áprilisában az Edinburgh-i Királyi Társaság előtt felolvasta A Föld elmélete; avagy a föld összetételében, felbomlásában és helyreállításában megfigyelhető törvények vizsgálata című művét (Theory of the Earth; or, an Investigation of the Laws Observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land Upon the Globe). James Hutton ezekben az olvasmányokban "a modern geológia megalapítója" lett. Hutton felvetette, hogy a Föld belseje forró, és hogy ez a hő az a motor, amely az új kőzetek keletkezését hajtja. A földet a levegő és a víz erodálta, és rétegek formájában lerakódott a tengerben; a hő ezután kőzetté szilárdította az üledéket, és új földekbe emelte. Ezt az elméletet az árvízközpontú elmélettel szemben plutonistának nevezték.

A rétegek azonosítását a bennük található fosszíliák alapján William Smith, Georges Cuvier és mások kezdték el a 19. század elején. A geológusok így pontosabban fel tudták osztani a Föld történetét. Ha két (térben távoli vagy összetételében eltérő) réteg ugyanazt a kövületet tartalmazta, akkor jó esély volt arra, hogy egy időben rakódtak le. Az európai rétegek és fosszíliák 1820 és 1850 közötti részletes tanulmányozása során alakult ki a ma is használatos geológiai időszakok sorrendje. Cuvier úgy vélte, hogy a Föld számos geológiai jellegzetessége magyarázható olyan katasztrofális eseményekkel, amelyek számos állatfaj kihalását okozták. Pályafutása során Cuvier arra a meggyőződésre jutott, hogy nem egyetlen katasztrófa történt, hanem több, amelyek különböző faunák egymásutánját eredményezték.

A brit geológusok a 19. században voltak a legaktívabbak. A "kambrium" (Wales római neve), valamint az "ordovícium" és a "szilur", melyeket ősi walesi törzsekről neveztek el, walesi kőzetek által meghatározott időszakok voltak. A "devon" az angol Devon megyéről kapta a nevét, a "karbon" elnevezés pedig egyszerűen a "Coal Measures", a régi brit geológusok ugyanerre a rétegsorra használt régi angol kifejezésének adaptációja volt. A "perm" az oroszországi Permről kapta a nevét, mivel a permi réteget egy skót geológus, Roderick Murchison az ottani rétegek alapján határozta meg. A brit geológusok voltak felelősek a korszakok korszakokba való csoportosításáért, valamint a harmadidőszaki és negyedidőszaki korszakok korszakokra való felosztásáért is. Általában a korszakokat olyan helyekről nevezték el, ahol a kőzetek jól láthatóak voltak.

A geológusok és paleontológusok a geológiai táblázatot a különböző rétegek és fosszíliák egymáshoz viszonyított helyzetére alapozták. A különböző folyamatok sebességének tanulmányozása alapján becsülték meg az időskálákat. Megbecsülték az időjárás, az erózió, az üledékképződés és azt, hogy mennyi idő alatt vált az üledékből kemény kőzet. A radioaktivitás 1896-os felfedezése és geológiai alkalmazása a radiometriai kormeghatározás révén a 20. század első felében történt. Ez tette lehetővé a kőzetek abszolút kormeghatározását és a Föld korának felfedezését.

A Nemzetközi Stratigráfiai Bizottság azon dolgozik, hogy pontosan meghatározza, mikor kezdődnek és mikor érnek véget a geológiai időszakok, és hol vannak a legjobb példák. Ezeket globális határrétegtani szelvényeknek és pontoknak(GSSP) nevezik.

Mi is a geológiai időskála — fogalmi áttekintés

A geológiai időskála a Föld történetét hierarchikus egységekre bontja, amelyek típikusan eonokra, korszakokra (era), földtörténeti időszakokra (period), korokra (epoch) és korcsoportokra (age) tagolódnak. Ezek az egységek kronosztratigráfiai és magretációs (időbeli) értelemmel bírnak: egy korszak egy időszakot jelöl a Föld történetében, míg egy szelvénysor (stratigráfia) rétegei tükrözik az adott időszakban lerakódott anyagokat.

Módszerek, amelyek meghatározzák az időskálát

Relatív kormeghatározás: a rétegek egymáshoz viszonyított sorrendje (szuperpozíció), faunisztikai egyezés (biostratigráfia) és a William Smith által leírt faunális szekvenciák alapján.
Radiometriai (abszolút) kormeghatározás: radioaktív izotópok bomlási törvényein alapuló módszerek — például U–Pb, K–Ar/Ar–Ar, Rb–Sr és 14C — amelyek számokkal (millió vagy milliárd év) mérik a kőzetek korát.
Magnetosztratigráfia: a Föld mágneses polaritásváltozásainak rögzítése kőzetekben, ami segít a rétegek összehangolásában.
Chemostratigráfia: kémiai jelölők (például izotóparányok) használata a korrelációhoz és környezeti változások felismeréséhez.
Ciklostratigráfia: a Föld pályaparamétereinek (Milankovitch-ciklusok) hatásain alapuló üledéksorok időskálázása rövidebb, kvázi-periódusos eseményekre.
Unconformitások és tektonika: a rétegek hiányai (ún. hézagok) és a lemezes tektonika is befolyásolja az értelmezést és a korrelációt.

Fontos történeti mérföldkövek

Nicolaus Steno (17. század): a szuperpozíció és a rétegek alapelveinek lefektetése.
Abraham Werner (18–19. sz.): korai osztályozás a neptunista elképzeléssel.
James Hutton (18. sz.): a plutonista nézet és az „idő végtelensége” a geológiai folyamatok lassúsága miatt — a modern geológia egyik alapítója.
William Smith & Georges Cuvier (19. sz.): faunisztikai módszerek, a „faunális utódlás” törvénye és a kihalások felismerése (Cuvier katasztrofizmusai).
Radiometria (20. sz. eleje): lehetővé tette a Föld és a kőzetek abszolút korának meghatározását; ennek révén ma a Föld korát ~4,54 milliárd évre becsüljük.
Nemzetközi rendszerezés: a Nemzetközi Stratigráfiai Bizottság (ICS) és a GSSP-ek bevezetése a korszakhatárok egységesítésére.

Gyakorlati példák: korszakok, kihalások, és korreláció

A Phanerozoikum (kb. az utolsó ~541 millió év) korszakai — páldául a kambrikum, devon, karbon, perm, triász, jura és kréta — alapvetően fosszíliák alapján lettek felosztva. Bizonyos nagy események, mint az első fotoszintézis, az oxigénnövekedés, a Kambriumi robbanás vagy a nagy tömeges kihalások (például a perm végi és kréta–tercier határ) mérföldkövek a földtörténetben, amelyek globális, biológiai és környezeti változásokat jeleznek.

Modern kihívások és aktualitások

Pontosság és új adatok: a radiometria és a geokémiai módszerek fejlődése folyamatosan finomítja a korokat és határvonalakat.
Anthropocene vita: napjainkban vita folyik arról, hogy szükséges-e új, az emberi hatást jelölő kor (Anthropocén) hivatalos bevezetése a földtani időskálába.
Nemzetközi standardizáció: az ICS rendszeresen frissíti a nemzetközileg elfogadott határokat és GSSP-eket, ahogy új bizonyítékok megjelennek.

Összegzés

A geológiai időskála kialakulása hosszú folyamat volt: kezdetben a rétegek leírása és sorrendjük megállapítása, majd a fosszíliák alapján történő korreláció, végül a radiometriai módszerek bevezetése adta meg az időskála abszolút alapját. Ma ez a rendszer ötvözi a relatív és az abszolút módszereket, és folyamatos nemzetközi együttműködés eredménye. A geológiai időskála nemcsak a múlt felosztására szolgál: segít megérteni a Föld fejlődését, az élet történetét és a nagy környezeti változásokat, amelyek tanulságokkal szolgálnak a jelenkor számára is.

A Föld története 24 órára feltérképezve

Kérdések és válaszok

K: Mi a geológiai időskála?

V: A geológiai időskála a földi kőzetek és fosszíliák történetének mérésére és kategorizálására használt rendszer. A Föld történetét különböző időszakokra, korszakokra és korszakokra osztja a különböző rétegek és kövületek egymáshoz viszonyított helyzete alapján.

K: Ki javasolta először a geológiai időskála alapelveit?

V: Nicolaus Steno volt az első, aki a 17. század végén javaslatot tett a geológiai időskála alapelveire. Azt állította, hogy a kőzetrétegek (vagy rétegek) egymás után rakódnak le, és mindegyik az idő egy-egy "szeletét" képviseli. Megfogalmazta a Steno-féle szuperpozíció elvét is, amely szerint bármelyik réteg valószínűleg idősebb, mint a felette lévő rétegek, és fiatalabb, mint az alatta lévő rétegek.

K: Milyen elméletet javasolt Abraham Werner a kőzetekről?

V: Abraham Werner azt az elméletet javasolta, hogy minden kőzet egyetlen hatalmas áradásból csapódott ki, amit neptunista elméletnek neveztek el.

K: Ki vezetett be egy alternatív elképzelést a szárazföldek kialakulásáról?

V: James Hutton a Föld elmélete; avagy a Föld összetételében, felbomlásában és helyreállításában megfigyelhető törvények vizsgálata a Földgömbön 1785-ben az Edinburgh-i Királyi Társaság előtt bemutatott Theory of the Earth; or, an Investigation of the Laws Observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land Upon the Globe című művével alternatív elképzelést terjesztett elő a föld kialakulásáról. Plutonista elmélete szerint a földet a levegő és a víz erodálta, és rétegek formájában rakódott le a tengerben; a hő azután kőzetté szilárdította az üledéket, és új földekké emelte azt.

K: Milyen technikát alkalmazott úttörőként William Smith a rétegek azonosítására?

V: William Smith úttörője volt annak a technikának, amellyel a rétegeket a fosszíliatartalmuk alapján lehetett azonosítani. A rétegsorok tanulmányozásával rájött, hogy ezek alapján meg lehet határozni, hogy a Föld történelme során mikor történtek bizonyos események.

K: Hogyan segített a radiometrikus kormeghatározás a földtani ismeretek finomításában?

V: A radiometrikus kormeghatározás segített a geológiai ismeretek finomításában azáltal, hogy abszolút dátumokat adott a kőzetekhez, ami lehetővé tette a tudósok számára, hogy pontosabban megbecsüljék, mikor történtek bizonyos események a Föld történelme során, például mikor jelent meg az oxigén a légkörben, vagy mikor alakult ki a szexuális szaporodás a bolygónkon élő szervezetek között.

Keres