Время, выкованное в камне - геохронологическая шкала

Время, выкованное в камне — геохронологическая шкала

Геохронологическая шкала — это своеобразный «календарь» истории Земли, который показывает последовательность и длительность крупных этапов её развития. Её создание стало результатом многовековых наблюдений за слоями горных пород и эволюцией жизни, а также развития научных методов. История формирования шкалы делится на два фундаментальных этапа: создание относительной хронологии (что за чем) и абсолютной (сколько миллионов лет назад).

Принцип Стенона и относительная хронология

Датский натуралист Нильс Стенон (известный также как Николас Стено) в 1669 году сформулировал один из определяющих принципов стратиграфии: в нормально залегающих осадочных толщах нижележащие слои древнее вышележащих. Этот принцип стал основой относительной геохронологии — метода, позволяющего установить последовательность событий в истории Земли без определения абсолютного возраста в годах. Он позволяет геологам «читать» геологическую летопись, анализируя порядок напластования слоёв.

Такой метод даёт возможность понять, какие процессы происходили раньше, а какие — позже. Важно уточнить, что этот принцип работает корректно только в том случае, если толща слоёв образовалась в результате непрерывного процесса осадконакопления, без значительных перерывов и размывов. Если в последовательности есть несогласия (размывы), то применение принципа требует дополнительных корректировок.

В XVIII–XIX веках геологи целенаправленно изучали и описывали горные породы в разных регионах. Они заметили, что слои в одних местах резко отличаются от других, и начали выделять в них крупные подразделения. К 1830-м годам были выделены почти все ныне принятые системы. На этом этапе всю историю Земли делили на четыре крупных периода: первичный (аналог докембрия), вторичный (палеозой и мезозой), третичный (кайнозой без четвертичного) и четвертичный.

Палеонтологический метод и международный конгресс

Ключевую роль сыграл палеонтологический метод. Он основан на том, что эволюция органического мира необратима: в разные эпохи существовали уникальные комплексы организмов. Слои, содержащие одинаковые или близкие комплексы ископаемых организмов, формировались в одно время. Это позволило сопоставлять разрезы пород на разных континентах.

И уже ко второй половине XIX века в разных странах были получены обширные данные о строении Земли, составлены многочисленные геологические карты. Однако эти материалы были несопоставимы из-за отсутствия единых правил составления карт, индексации горных пород, использования дробных единиц и обозначений стратиграфических шкал.

И в 1875 году ведущие учёные сформировали комитет для организации Международного геологического конгресса. Первая сессия состоялась в 1878 году во время Всемирной выставки в Париже. На ней было решено, что основная цель конгресса — установление правил составления геологических карт, геологической номенклатуры и классификации.

Уже на второй сессии конгресса в Болонье (1881 год) были выработаны унифицированные термины и условные обозначения для геологических карт, а также принято решение о составлении Международной геологической карты Европы в масштабе 1:2 500 000. Были официально утверждены иерархия и номенклатура большинства современных геохронологических подразделений. Швейцарский геолог Эжен Реневье представил проект первой международной шкалы, который был поддержан российскими коллегами С. Н. Никитиным и Ф. Н. Чернышёвым.

Большинство названий, которыми мы пользуемся сегодня, родились именно тогда. Кембрийский период — от Cambria, римского названия Уэльса. Девонский — от английского графства Девоншир. Пермский — название, данное по региону России (город Пермь). Юрский — от гор Юра в Европе. Меловой — из-за повсеместного залегания писчего мела, сформировавшегося из раковин морских организмов.

Структура шкалы

Это стало поворотным моментом: шкала обрела международный статус. Время на шкале разделено на крупные интервалы — зоны. Самое фундаментальное деление — на фанерозой (видимая жизнь, с явными следами организмов с твёрдыми скелетами) и докембрий (криптозой, или скрытая жизнь, когда таких остатков почти нет). Границы между зонами и эрами проводились по важнейшим событиям: массовым вымираниям, резким изменениям климата, появлению новых групп организмов. Внутри фанерозоя эры делятся на периоды, периоды — на эпохи.

Абсолютный возраст и радиоактивный распад

Относительная шкала отвечала на вопрос «что за чем», но не говорила, сколько длились эти периоды. Ученые пытались измерять время через скорость накопления осадков или остывание земного шара (лорд Кельвин подсчитал, что Земле не может быть больше 20–40 миллионов лет, чем сильно смутил Чарльза Дарвина). Оценки давали чудовищно заниженные цифры.

Прорыв случился в начале XX века. В 1905 году Эрнест Резерфорд предложил использовать радиоактивный распад элементов как идеальный хронометр. Идею развил Пьер Кюри. Суть проста: некоторые химические элементы нестабильны. Их ядра распадаются с постоянной скоростью, превращаясь в другие элементы (например, уран со временем превращается в свинец). Этот процесс нельзя ускорить нагреванием или замедлить охлаждением.

Зная «период полураспада» изотопа, ученый может посмотреть на соотношение материнского элемента (урана) и дочернего (свинца) в кристалле циркона и точно сказать, когда этот кристалл застыл из магмы. Кристаллы циркона из Джек-Хиллз (Западная Австралия) имеют возраст не менее 4,404 млрд лет — это самые старые известные фрагменты земной коры. Максимальный возраст Земли проводят по абсолютному возрасту каменных метеоритов — хондритов обыкновенных. По мнению учёных, они образовались примерно в то же время, что и Солнечная система, около 4,567 млрд лет назад.