Chronologia odległej przeszłości. Absolutna geochronologia

Chronologia odległej przeszłości

Alexander Markov,
Doktor nauk biologicznych, starszy pracownik naukowy, Instytut Paleontologiczny, Rosyjska Akademia Nauk

  • Względna geochronologia
  • Dane paleomagnetyczne
  • Absolutna geochronologia

Absolutna geochronologia

Terminy bezwzględne zostały "zawieszone" w skali geochronologicznej znacznie później, gdy pojawiły się metody radiometryczne i inne metody określania wieku bezwzględnego. Metody te odnoszą się do innej diecezji – chemicy i fizycy przeprowadzają odpowiednie analizy, a nie geologowie z paleontologami. Analizy są kosztowne i złożone, a rzadko się je wykonuje. Tak, i nie trzeba ich często wykonywać. Wystarczy precyzyjnie wyznaczyć każdą granicę stratygraficzną raz, potem łatwo jest przetłumaczyć "normalny", czyli względny wiek zdefiniowany w faunie i florze na miliony lat, tak ukochany przez czytelników publikacji popularnonaukowych.

Problem polega na tym, że wszystkie te metody fizykochemiczne nie są jeszcze bardzo dokładne. Oto, co Sergey Viktorovich Meyen, jeden z największych rosyjskich stratigrabherów, napisał w 1986 roku w czasopiśmie "Knowledge-Power":

"Na początku lat trzydziestych, w jednej z najbardziej autorytatywnych wytycznych stratygraficznych, powiedziano, że według różnych metod obliczania wieku skorupy ziemskiej, uzyskuje się od 40 milionów do 7 miliardów lat.Takie rozprzestrzenianie się liczb oczywiście je zdewaluuje. "

Ale jeszcze bardziej orientacyjny jest inny cytat:

"Teraz wiemy, że cały Phanerozoic trwał około 570 milionów lat … błąd pomiaru na początku paleozoiku wynosi dziesięć do piętnastu milionów lat."

Rzeczywiście, zgodnie z skalami próby z lat 80., bezwzględny wiek granic proterozoicznych i paleozoicznych oszacowano na 570 Ma z oczekiwanym błędem nie większym niż 15 Ma, czyli 555-585 Ma.

Jednak skala próby z 2004 r. (Patrz poprzednia sekcja globalnej skali geochronologicznej paleozoiku) podaje datę 542, plus minus 1 milion lat! Tak więc, jeśli bierzemy pod uwagę aktualną skalę, musimy przyznać, że w roku 1986 błąd nie wynosił 10-15, ale aż 28 milionów lat! Przez dwie dekady intensywnego rozwoju absolutnej geochronologii, dolna granica wczesnego kambru przesunęła się o kwotę równą (według współczesnych koncepcji) do czasu całej wczesnej kambryjskiej ery!

Jednocześnie należy zauważyć, że badania nad paleontologią wczesnego kambru trwały jak zwykle, kambru pozostały kambryjskie, archeacytami – archeacytami, i szczerze mówiąc, kambryjscy specjaliści nie są ani ciepli, ani zimni od tych wszystkich perturbacji.Ale teraz, myślę, że czytelnikowi łatwiej jest zrozumieć, dlaczego paleontolodzy ufają swoim epokom, epokom, epokom, horyzontom i postępom bardziej niż znane "miliony lat".

A jednak – skąd one pochodzą, te miliony?*

Z metod określania bezwzględnego wieku najczęściej używanego tzw metody radiometryczne, w oparciu o stałość szybkości rozpadu izotopów promieniotwórczych (patrz tabela).

Podczas gdy substancja jest w stanie ciekłym (na przykład ciekła magma), jej skład chemiczny jest zmienny: występują mieszanie i dyfuzja, wiele składników może parować itd. Ale gdy minerał twardnieje, zaczyna zachowywać się jak układ względnie zamknięty. Oznacza to, że znajdujące się w nim radioaktywne izotopy nie są wypłukiwane i nie wyparowują z niego, a ich zmniejszenie następuje tylko z powodu zaniku, który zachodzi ze znaną stałą szybkością. Wszystkie produkty rozpadu idealnie również pozostają wewnątrz minerału. Niestety taki "idealny" występuje w przyrodzie niewiele częściej niż idealny gaz lub absolutnie czarne ciała.

Jeśli w nowo utworzonej skale początkowo nie ma atomów – produkty rozpadu tego izotopu (lub jeśli wiemyile tam było); jeśli atomy izotopu i powstałe produkty jego rozpadu naprawdę nie wypłukują się, nie odparowały i nie przeniknęły z zewnątrz, to możemy bardzo dokładnie określić wiek skały poprzez pomiar stosunku masy izotopu i jego produktów. Nie musisz znać początkowej zawartości izotopu w skale. Na przykład, jeśli stosunek izotopu do zaniku wynosi 1: 1 w skale, a izotop ma okres półtrwania równy 1 milion lat i jeśli mamy powody, aby sądzić, że nie było początkowego produktu rozpadu w skale, to ta rasa została utworzona 1 milion lat temu .

Im dłuższy okres półtrwania, tym bardziej starożytne zdarzenia geologiczne są datowane przy użyciu odpowiedniej metody radiometrycznej. Jeśli izotop rozpada się szybko (jak 14C), z czasem próbka pozostaje zbyt mała w stosunku do oryginalnego izotopu dla dokładnej analizy. Wręcz przeciwnie, jeśli izotop rozpada się bardzo powoli, nie można go wykorzystać do datowania młodych osadów, ponieważ nagromadziło się w nich zbyt mało produktów rozkładu. (od: N. V. Koronovsky, A. F. Yakushova. Absolutna geochronologia)

W rzeczywistości wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane.Zazwyczaj bardzo trudno jest oszacować początkową zawartość w skale produktów rozpadu danego izotopu. Na przykład metoda potasowo-argonowa (która, nawiasem mówiąc, była stosowana do większości najważniejszych granic stratygraficznych) opiera się na nadzwyczaj dogodnej sytuacji, w której argon zazwyczaj topi się ze stopionych skał. Jednak podczas krystalizacji minerału argon może zostać uwięziony z zewnątrz. Jak odróżnić ten argon od tego, co powstało później podczas rozpadu izotopu 40K? Możemy wyjść z założenia, że ​​wychwycony argon ma taki sam stosunek izotopów 40Ar /36Ar, jak w nowoczesnej atmosferze. Mierzenie kwoty 36Ar, możesz następnie obliczyć ilość "czystego" radiogenicznego argonu 40Ar. Jednak powyższe założenie nie zawsze jest uzasadnione …

Każda z metod radiometrycznych ma swoje zalety i wady. Na przykład wadą metody uran-ołów jest rzadkie występowanie minerałów o dość wysokiej zawartości uranu; brak argonu potasowego – wysokie prawdopodobieństwo wycieku argonu z już utwardzonego minerału.

W rezultacie każda indywidualna metoda radiometryczna często daje błędne datowanie. Dlatego naukowcy próbują datować tę samą warstwę przy użyciu kilku niezależnych metod. Jeśli wyniki są mniej więcej zbieżne, wszyscy wzdychają z ulgą. Jeśli nie, przejdź do skrupulatnego poszukiwania możliwych źródeł błędów i opracowania różnorodnych skomplikowanych poprawek. Niestety, spotyka się również inną taktykę: z kilku otrzymanych dat wybrano tę, która najlepiej pasuje do poglądów badaczy, a do końca randek zaczynają celowo szukać "kompromitującego materiału".

Metoda radiowęglowa jest szeroko stosowana do określenia bezwzględnego wieku najmłodszych osadów (nie starszych niż 100 tysięcy lat), szczególnie w przypadku materiałów organicznych, które pozostają w nich. Radioaktywny izotop węgla 14C powstaje w górnej atmosferze w wyniku bombardowania jąder atomowych neutronami promieni kosmicznych: 14N + n -> 14C + p. Węgiel 14C jest utleniony do 14CO2 i rozprowadzane w atmosferze. Wykorzystanie roślin 14CO2 podczas fotosyntezy do produkcji materii organicznej wraz ze zwykłym dwutlenkiem węgla. W rezultacie stosunek 14C /12C w żywych organizmach jest taki sam jak w atmosferze (około 10-12). Po śmierci organizmu dopływ węgla do niego zatrzymuje się (układ staje się warunkowo zamknięty, jak w przypadku utwardzonego minerału), a stały wykładniczy spadek w stosunku 14C /12C z powodu rozpadu radioaktywnego izotopu 14C.

Jednak zastosowanie metody opartej na promieniowaniu węglowym napotyka na szereg trudności. Zakopane substancje organiczne mogą być zanieczyszczone węglem obcym, takim jak "pradawny" (z niskim udziałem 14C), tak i "młody". W rezultacie występują odpowiednio "błędy odmładzania" i "błędy starzenia". Ponadto stosunek 14C /12C w atmosferze nie jest stała. Na przykład działalność człowieka, a zwłaszcza testy broni jądrowej, znacznie wpływają na tę wartość. Tempo edukacji 14C w górnych warstwach atmosfery zależy od intensywności promieniowania kosmicznego i słonecznego i są to wartości zmienne. Współczynnik 14C /12C zależy od całkowitego stężenia CO.2 w atmosferze, która również zmienia się. Wszystkie te naturalne fluktuacje nie są jednak bardzo duże pod względem amplitudy i mogą być brane pod uwagę z pewnym stopniem dokładności.Naprawdę poważnym problemem jest jedynie możliwość zanieczyszczenia próbki węglem obcym.

Metody luminescencyjne Randki bezwzględne opierają się na zdolności niektórych popularnych minerałów (na przykład kwarcu i skalenia) do gromadzenia energii promieniowania jonizującego, a następnie, w pewnych warunkach, szybko dają ją w postaci światła. Promieniowanie jonizujące nie tylko dociera do nas z kosmosu, ale generowane jest przez skały podczas rozpadu pierwiastków promieniotwórczych. Pod wpływem promieniowania niektóre elektrony kryształu przechodzą w specjalny stan wzbudzony. Im więcej pęknięć i innych defektów w krysztale, tym większa liczba elektronów zdolnych do takiej transformacji. Podczas gdy kryształ (na przykład ziarenko piasku) po cichu leży w ciemnym, chłodnym miejscu (na przykład pod warstwą innych ziaren piasku), liczba "wzbudzonych" elektronów w nim stopniowo rośnie, gromadzi się energia.

Jeśli taki kryształ zostanie poddany pewnej stymulacji (podgrzany do 500 stopni lub nawet po prostu podświetlony), szybko oddaje zgromadzoną energię w postaci światła. W tym samym czasie wzbudzone elektrony uspokajają się i powracają na właściwe orbity, a "chronometr świetlny" jest resetowany.Mierząc ilość emitowanego światła, można określić, jak długo można pozwolić, by kryształ leżał spokojnie w wyżej wspomnianym ciemnym, chłodnym miejscu po ostatnim poddaniu go podobnej stymulacji (uderzeniu w światło lub ogrzaniu). Zastosowano luminescencyjne metody datowania: odpowiednio termoluminescencyjne i optyczne luminescencyjne (metoda optycznie stymulowanej luminescencji). Po raz pierwszy metoda termoluminescencyjna zaczęła być stosowana w połowie XX wieku przez archeologów w celu określenia wieku wypalonej ceramiki (jest to bardzo wygodne, ponieważ gwarantuje to, że chronometr zostanie zresetowany podczas wypalania).

W rzeczywistości kryształ nie działa jako chronometr, ale jako dozymetr. Ilość światła "nagromadzonego" przez kryształ nie pokazuje samego czasu, ale całkowitą dawkę napromieniowania uzyskaną przez kryształ. Nawiasem mówiąc, istnieją dozymetry termoluminescencyjne i są szeroko stosowane. Zastosowanie tej własności kryształów do uzyskania bezwzględnego datowania opiera się na założeniu stałości tła promieniowania w miejscu, w którym znajdował się kryształ. Na przykład w okolicach Czarnobyla przeprowadzenie luminescencyjnego datowania znalezisk archeologicznych jest raczej bezsensownym zajęciem.

Metody luminescencyjne umożliwiają datowanie próbek od około 100 do 200 000 lat i najlepiej dają błąd nie większy niż 10%. Ale to, jak zawsze, jest "idealnie". Ilość światła nagromadzonego przez kryształ zależy od wielu czynników, przede wszystkim od struktury kryształu, liczby defektów w sieci krystalicznej i, oczywiście, od poziomu promieniowania w miejscu (lub miejscach), w którym znajdował się kryształ. Poziom ten może się zmienić nie tylko ze względu na działalność człowieka, ale także z innych powodów – na przykład ze względu na okresowy kontakt kryształu z wodami gruntowymi. Trudności w określeniu wieku pokładów jaskiniowych mogą być również związane z faktem, że nie zawsze jest możliwe ustalenie, które ziaren piasku w tych osadach zostały sprowadzone "z ulicy" przez prymitywnych mieszkańców jaskini, a które zostały wylane z sufitu.

Metoda rezonansu elektronowo-paramagnetycznego lub elektronowo-spinowego Opiera się również na zmianach, które stopniowo gromadzą się w krysztale pod wpływem promieniowania. Tylko w tym przypadku nie mówimy o liczbie "wzbudzonych" elektronów, które mogą "uspokoić się" z emisją światła, ale o liczbie elektronów ze zmienionym spinem.Aby określić liczbę takich elektronów, fizycy stosują metody rezonansowe, tj. Poddają układ oscylacyjny (w tym przypadku kryształ) okresowemu wpływowi zewnętrznemu (na przykład umieszczane są w zmiennym polu magnetycznym) i obserwują odpowiedź, jaką system daje, gdy częstotliwość zewnętrznego wpływu zbliża się do jednej z częstotliwości naturalne oscylacje układu. Dla prostego paleontologa lub archeologa taka mądrość jest absolutnie niezrozumiała. Wszystkie pytania – proszę do fizyków. Przy okazji twierdzą, że metoda pozwala na datowanie próbek w wieku do dwóch milionów lat, najlepiej sprawdza się na skałach węglanowych i jest bardzo dobra do określania wieku szkliwa zębów.

Istnieje wiele metod bezwzględnego datowania fizykochemicznego, które mają ograniczony zakres. Jako przykład metoda aminokwasowa opierając się na fakcie, że "lewe" aminokwasy, z których zbudowane są białka wszystkich żywych organizmów, po śmierci są stopniowo racemizowane, to znaczy przekształcają się w mieszaninę form "prawych" i "lewych". Metodę stosuje się wyłącznie do próbek o bardzo dobrej konserwacji, w których zachowano wystarczającą ilość pierwotnej materii organicznej.Kolejna trudność polega na tym, że szybkość racemizacji zależy od temperatury. Dlatego na przykład dla próbek z umiarkowanych szerokości geograficznych metoda ma rozdzielczość około 20-30 tysięcy lat, ale ma zastosowanie tylko dla młodych osadów (nie starszych niż 2 miliony lat); w regionach polarnych metoda pozwala na datowanie starszych próbek (do 5-6 milionów lat), ale z mniejszą dokładnością (błąd rzędu 100 tysięcy lat).

Jednym z najstarszych drzew na świecie jest sosna rosnąca w Kalifornii (USA). Ma ponad 4000 lat (zdjęcie z home.austarnet.com.au)

Metoda dendrochronologiczna lub spotykać się na drzewach, z wielkim szacunkiem dla archeologów. Ta metoda pozwala na datowanie tylko najmłodszych depozytów (do 5-8 tysięcy lat), ale z bardzo wysoką dokładnością, do jednego roku! Konieczne jest tylko, aby w wykopie znaleziono wystarczającą ilość drewna. W pniach większości drzew tworzone są pierścienie roczne, których szerokość zmienia się w zależności od warunków pogodowych w danym roku. Charakterystyczne "widma" szerokich i wąskich pierścieni są w przybliżeniu takie same dla wszystkich drzew danego obszaru, rosnących jednocześnie. Specjaliści dendrochronologii to skonsolidowane skale dendrochronologiczne, rozciągające się od dziś do przeszłości. Pomagają w tym bardzo długie drzewa.Najstarszym z drzew, które przetrwały do ​​naszych czasów był rok 4844, kiedy został wycięty w 1965 r. (Jest to uważane za jedno z najsmutniejszych wydarzeń w historii dendrochronologii). Najstarsze żywe drzewo na planecie ma 4789 lat. To jest sosna (Pinus longaevarośnie w Kalifornii.

Niestety, pogoda w różnych częściach Ziemi jest bardzo różna, a jeśli Kanada miała ciepłe lato (i drzewa utworzyły grube roczne pierścienie), to na Syberii to samo lato może okazać się zimne, a roczne pierścienie będą cienkie. Dlatego dla każdego regionu konieczne jest wykonanie oddzielnych skal dendrochronologicznych.

Metoda dendrochronologiczna ma zastosowanie tylko do obszarów o silnych sezonowych zmianach klimatycznych (temperatura lub opady) – w przeciwnym razie nie powstają wyraźne pierścienie roczne. Ponadto skład gleby powinien przyczyniać się do dobrej konserwacji drewna, a badane kultury archeologiczne powinny szeroko wykorzystywać drewno w gospodarce.

Wiek żywego drzewa można określić, nie przecinając go, wiercąc cienkie drewniane kolumny (zdjęcie z www.geo.arizona.edu i medias.obs-mip.fr)

Metody dendrochronologiczne i radiowęglowe mogą dawać dobre wyniki.Roczne pierścienie nie tylko zachowują pamięć o warunkach pogodowych w danym roku – ze względu na niewielkie zmiany w poziomie 14C z pierścieniem do pierścienia mogą oceniać zawartość wahania izotopów w atmosferze. To może znacznie poprawić dokładność datowanie, a także zapewnia dodatkowe źródło danych dla dendrochronologicznych korelacji (skorelowany pozwala nie tylko słoje w ich szerokości, ale także treść 14C) W niektórych regionach, niezawodny skala dendrochronologiczna mógł rozciągnąć do 8-9 tysięcy lat w przeszłość, ale z pomocą kalibracji radiowęgla. – 13 tysięcy lat lub więcej ..

Liczba ta pokazuje, jak dendrochronologiczna korelacja (s uts.cc.utexas.edu Site Preview)

Metoda godzin molekularnych. Paleontologiczne, jak powiedzieliśmy, charakteryzuje się przewagą względną randki w artykułach naukowych, natomiast bezwzględne datowanie znajdują się głównie w popularnej opowieść, w której dziennikarze na rzecz czytelników przełożenia warstw Era i substages milionów lat, odnosząc się do geologicznej skali czasu. Kolejna sprawa – artykuły naukowe dotyczące genetyki i biologii molekularnej.Bardzo często pojawiają się daty absolutne: "człowiek i szympans oscylował 5-8 milionów lat temu", "ryż i proso pochodzą od wspólnego przodka, który żył 30-60 milionów lat temu" (patrz wymiana międzygatunkowa genów, "Elementy 22 grudnia 2005 r. I tak dalej).

Większość bezwzględnych datków znalezionych we współczesnych artykułach dotyczących genetyki, biologii molekularnej i innych "nie paleontologicznych" gałęzi biologii opiera się w części lub w całości na zasadzie "godzin molekularnych".

Współczesna biologia opiera się na ideach ewolucyjnych, które w swojej najbardziej ogólnej formie są reprezentowane przez darwinowski schemat dywergencji (patrz rysunek).

Klasyczny schemat dywersji Darwina ma postać drzewa, którego rozgałęzione niegdyś gałęzie nigdy się nie połączą (ryc. From macroevolution.narod.ru)

Życie na Ziemi ma wspólne pochodzenie, o czym świadczy jedność kodu genetycznego i innych podstawowych systemów żywej komórki. Uważa się, że żywa komórka powstała raz i z tej pierwszej komórki pochodziły wszystkie żywe stworzenia. Historię rozwoju życia można przedstawić w postaci drzewa o rozbieżnych gałęziach. Wynika z tego, że bez względu na to, jakie dwa gatunki żywych organizmów możemy przyjąć, kiedyś w przeszłości z pewnością mieli wspólnego przodka (gatunki przodków), z którego "rozeszli się" w odpowiednim czasie.W zdecydowanej większości przypadków opierają się na odkryciu w zapisie kopalnym skamieniałości z przodków nie jest konieczne (a jeśli i uważają, że jest konieczne, aby udowodnić, że jest przodkiem, a nie brat dwukrotnie usunięty).

Jak zatem określić czas wspólnego przodka życia (co jest w przybliżeniu taka sama) czas pojawienia pochodzących z grup niej organizmów potomstwo?

Według „wyklucza zegara cząsteczkowy”, neutralny (nie pomaga, a nie jest szkodliwa) gromadzenia mutacje w genomie, w przybliżeniu ze stałą prędkością, o ile nie ma szczególnych powodów, zmuszając proces ten jest przyspieszane lub opóźniane. Szybkość nagromadzenia mutacji, oczywiście, różna w różnych grup organizmów (np mutacji bakterii znacznie szybciej niż wielokomórkowe), lecz różnice te mogą być w zasadzie brane pod uwagę. Przy kilku konkretnych przykładach, kiedy to było możliwe, "zegar molekularny" został skalibrowany. Na przykład porównywano molekuły DNA Islandczyków, ludzi, gdzie każda osoba zna swoje pochodzenie 1000 lat temu, począwszy od pierwszych kolonistów. W ten sposób można było ustalić, ile mutacji jest średnio ustalonych w DNA na jednostkę czasu (lub dla pewnej liczby pokoleń)osobiście. W wielu przypadkach "zegar molekularny" jest dostosowywany i zgodny z zapisami kopalnymi

Metoda godzin molekularnych jest wyjątkowo niedokładna, ponieważ tempo akumulacji mutacji może się różnić nie tylko w zależności od grupy organizmów, ale także od wielu innych czynników (na przykład od aktywności transpozonów i wirusów, od ich liczebności w genomie). Dlatego w oparciu o tę metodę można jedynie podać bardzo przybliżone szacunki czasu rozbieżności linii ewolucyjnych. Górna i dolna granica przedziału ufności mogą różnić się o połowę, a nawet więcej. Genetyka aktywnie pracuje nad ulepszeniem tej metody.

Niedokładność większości metod bezwzględnej geochronologii wcale nie daje powodów do całkowitego zaprzeczenia dokładności datowania bezwzględnego w paleontologii, biologii ewolucyjnej i archeologii (jak na przykład kreacjoniści i zwolennicy Fomenko). Główną siłą tych metod jest to, że jest ich wiele. W przytłaczającej większości przypadków dają one jednak podobne wyniki, które ponadto są w dobrej zgodności z danymi o względnej geochronologii (niższe warstwy są starsze niż wyższe itd.).Gdyby tak nie było, nie byłoby nic do powiedzenia! Przypomina to chronometry okrętowe: jeśli jest sam, nie można określić, kiedy kłamie; jeśli dwa – już można zrozumieć, że jeden z nich kłamie, nie jest jasne, tylko który z nich; Cóż, jeśli są trzy lub więcej, prawie zawsze można znaleźć dokładny czas.

Dlatego w dobrych badaniach naukowych próbuje się określić wiek obiektów za pomocą kilku niezależnych metod. Jeśli ta reguła zostanie naruszona, wynik wygląda kontrowersyjnie w oczach większości ekspertów.

Zobacz także:
1) N. V. Koronovsky, A. F. Yakushova. Względna geochronologia.
2) E.N. Czernykh. Biokosmiczny "zegar" archeologii.
3) V.A. Dergachev. Chronometr termowizyjny.
4) S.S. Lazarev. Pojęcie "czasu" i zapis geologiczny skorupy ziemskiej.
5) Metody randkowe w nauce.


* Autor tego artykułu nie jest ekspertem od bezwzględnych metod geochronologicznych. Wręcz przeciwnie – jest paleontologiem. Dlatego poniższy tekst nie powinien być postrzegany jako autorytatywny przewodnik po metodach radiometrycznych, luminescencyjnych i innych, ale raczej jako desperacka próba przez prostego paleontologa, aby zrozumieć cały fizyczny i chemiczny zaumi, przy pomocy którego nasz ulubiony kambryjski i ordowiku "zawiesił" daty absolutne w milionach latAutor byłby bardzo wdzięczny ekspertom za poprawki i komentarze.


Like this post? Please share to your friends:
Chronologia odległej przeszłości ">

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: