Chronology of the distant past. Absolut geokronologi

Chronology of the distant past

Alexander Markov,
Læge Biologisk Videnskab, Seniorforsker, Paleontologisk Institut, Russisk Videnskabsakademi

  • Relativ geokronologi
  • Paleomagnetiske data
  • Absolut geokronologi

Absolut geokronologi

Absolutte datoer blev "suspenderet" til den geokronologiske skala meget senere, da radiometrisk og derefter andre metoder til bestemmelse af den absolutte alder fremkom. Disse metoder vedrører et andet bispedømme – kemikere og fysikere foretager de relevante analyser, og ikke geologer med paleontologer overhovedet. Analyser er dyre og komplekse, og de laves sjældent. Ja, og behøver ikke at gøre dem ofte. Det er nok at præcisere hver stratigrafiske grænse en gang, så er det let at oversætte det "normale", det vil sige den relative flora-fauna-definerede alder i millioner af år, så elsket af læsere af populærvidenskabelige publikationer.

Problemet er, at alle disse fysisk-kemiske metoder endnu ikke er meget præcise. Her er hvad Sergey Viktorovich Meyen, en af ​​de største russiske stratigrafier, skrev i 1986 i tidsskriftet "Knowledge-Power":

"Tilbage i begyndelsen af ​​trediverne, i et af de mest autoritative stratigrafiske retningslinjer, blev det sagt, at ifølge forskellige metoder til beregning af jordskorpenes alder er der opnået 40 millioner til 7 milliarder år.En sådan spredning af tal, devaluerer selvfølgelig dem. "

Men endnu mere vejledende er et andet citat:

"Nu ved vi, at hele phanerozoicet varede i omkring 570 millioner år … målefejlen for begyndelsen af ​​paleozoicet er ti til femten millioner år."

Faktisk estimeres den absolutte alder af de proterozoiske og paleozoiske grænser i overensstemmelse med skalaerne fra stikprøven af ​​1980'erne til 570 Ma med en forventet fejl på ikke mere end 15 Ma, det vil sige 555-585 Ma.

Imidlertid viser omfanget af stikprøven fra 2004 (se den foregående del af den globale geokronologiske skala i Paleozoic Era) en dating på 542, plus eller minus 1 million år! Så hvis vi anser den nuværende skala for at være korrekt, må vi indrømme, at fejlen i 1986 ikke var 10-15, men 28 millioner år! I to årtier med intensiv udvikling af absolut geokronologi er den nederste grænse for den tidlige Cambrian forskudt med en mængde, der er lig med (i henhold til moderne begreber) i hele den tidlige kambrianske tidsalder!

På samme tid bemærker, at undersøgelsen af ​​den tidlige kambrianske paleontologi fortsatte som sædvanlig, forblev Cambrian en Cambrian, arkæocytter – arkæocytter, og ærligt nok er de kambiske specialister hverken varme eller kolde af alle disse forstyrrelser.Men nu tror jeg det er lettere for læseren at forstå, hvorfor paleontologer stoler på deres perioder, epoker, alder, horisonter og retinues mere end de berygtede "millioner af år".

Og endnu – hvor kommer de fra, disse millioner?*

Fra metoderne til bestemmelse af den absolutte alder af de mest anvendte såkaldte radiometriske metoder, baseret på konstancen af ​​nedbrydningshastigheden af ​​radioaktive isotoper (se tabel).

Mens et stof er i en flydende tilstand (f.eks. Flydende magma), er dens kemiske sammensætning foranderlig: blanding opstår, diffusion opstår, mange komponenter kan fordampe osv. Men når mineralet hærder, begynder det at fungere som et relativt lukket system. Dette betyder, at de radioaktive isotoper, der er til stede i det, ikke vaskes ud og ikke fordampes fra det, og deres fald forekommer kun på grund af forfald, hvilket sker ved en kendt konstant hastighed. Alle henfaldsprodukter ideelt forbliver også inde i mineralet. Desværre findes et sådant "ideal" i naturen ikke meget oftere end en ideel gas eller absolut sorte legemer.

Hvis i den nydannede sten der oprindeligt ikke var nogen atomer – disse isotops forfaldsprodukter (eller hvis vi ved dethvor mange var der) hvis isotopets atomer og de resulterende produkter i dets nedfald ikke virkelig vasker ud, fordampede ikke og trængte ikke ind udefra, så kan vi meget præcist bestemme klippens alder ved at måle masseforholdet mellem isotop og dets produkter. Du behøver ikke at vide det oprindelige indhold af isotopen i klippen. For eksempel, hvis en isotop til forfaldskvotient er 1: 1 i en klippe, og isotopen har en halveringstid på 1 million år, og hvis vi har grund til at tro på, at der ikke var nogen indledende nedbrydningsprodukt i klippen, blev denne race dannet for 1 million år siden .

Jo længere halveringstid, jo mere gamle geologiske begivenheder er dateret ved hjælp af en passende radiometrisk metode. Hvis isotopen falder hurtigt (som 14C) over tid forbliver prøven for lidt af den oprindelige isotop til nøjagtig analyse. Tværtimod, hvis isotopen falder meget langsomt, kan det ikke bruges til at danse unge sedimenter, da for lidt af nedbrydningsprodukterne er akkumuleret i dem. (fra: N. V. Koronovsky, A. F. Yakushova. Absolut geokronologi)

I virkeligheden er alt meget mere kompliceret.Det er normalt meget vanskeligt at estimere det oprindelige indhold i klippen af ​​de forfaldne produkter af en given isotop. For eksempel er kalium-argonmetoden (som forresten blev brugt til dato de fleste af de vigtigste stratigrafiske grænser) baseret på den yderst bekvemme omstændighed, at argon sædvanligvis smelter fra smeltede sten. Under krystalliseringen af ​​mineralet kan argon imidlertid fanges udefra. Hvordan skelner denne argon fra hvad der blev dannet senere under isotopens forfald 40K? Vi kan gå ud fra antagelsen om, at den fangede argon havde det samme forhold af isotoper 40Ar /36Ar, som i en moderne atmosfære. Måling af mængden 36Ar, du kan derefter beregne mængden af ​​"ren" radiogen argon 40Ar. Imidlertid er ovennævnte antagelse ikke altid berettiget …

Hver af de radiometriske metoder har sine fordele og ulemper. Ulempen ved uran-blymetoden er for eksempel den sjældne forekomst af mineraler med et ret højt uranindhold; mangel på kalium-argon – en høj sandsynlighed for lækage af argon dannet af det allerede hærde mineral.

Som følge heraf giver hver enkelt radiometrisk metode ofte fejlagtig dating. Derfor forsøger forskere at danse det samme lag ved hjælp af flere uafhængige metoder. Hvis resultaterne mere eller mindre falder sammen, sukker alle med lindring. Hvis ikke, fortsæt til en omhyggelig søgning efter mulige fejlkilder og udviklingen af ​​en række indviklede ændringer. Desværre er der også en anden taktik: fra flere opnåede datoer er den der bedst passer forskernes synspunkt valgt, og for resten af ​​datingen begynder de målrettet at søge "kompromitterende materiale".

Radiokarbonmetoden bruges i vid udstrækning til at bestemme den absolutte alder for de yngste sedimenter (ikke ældre end 100 tusind år), især for de organiske materialer, der forbliver i dem. Radioaktivt carbonisotop 14C dannes i den øvre atmosfære som et resultat af bombardementet af nitrogenkerner med kosmiske strålenutroner: 14N + n -> 14C + p. carbon 14C oxideres til 14CO2 og fordelt i atmosfæren. Planter bruger 14CO2 under fotosyntese til produktion af organisk stof sammen med almindelig carbondioxid. Som følge heraf er forholdet 14C /12C i levende organismer er den samme som i atmosfæren (ca. 10-12). Efter organismenes død stopper tilstrømningen af ​​kulstof i det (systemet bliver betinget lukket, som det er tilfældet med det hærde mineral) og et stabilt eksponentielt fald i forholdet 14C /12C på grund af forfald af en radioaktiv isotop 14C.

Anvendelsen af ​​radiokarbonmetoden står dog over for en række vanskeligheder. Begravet organiske stoffer kan være forurenet med fremmed kulstof, som "oldtid" (med en lav andel 14C), så og "ung". Som følge heraf er der henholdsvis "foryngelsesfejl" og "aldringsfejl". Desuden er forholdet 14C /12C i atmosfæren er ikke konstant. For eksempel påvirker menneskelige aktiviteter og især test af atomvåben stor betydning for denne værdi. Uddannelsens tempo 14C i de øverste lag af atmosfæren afhænger af intensiteten af ​​kosmisk og solstråling, og disse er variable værdier. forholdet 14C /12C afhænger af den samlede koncentration af CO.2 i en atmosfære, der også har tendens til at ændre sig. Alle disse naturlige udsving er imidlertid ikke meget store i amplitude og kan tages i betragtning med en vis grad af nøjagtighed.Et virkelig alvorligt problem er kun muligheden for prøveforurening med fremmed kulstof.

Luminescerende metoder absolutte dating er baseret på evnen hos nogle almindelige mineraler (for eksempel kvarts og feldspar) til at akkumulere ioniserende strålings energi og derefter under visse betingelser hurtigt give det i form af lys. Ioniserende stråling kommer ikke kun fra rummet, men genereres også af sten under forfald af radioaktive elementer. Under påvirkning af stråling passerer nogle elektroner af krystallen til en særlig ophidset tilstand. Jo flere revner og andre fejl i krystallen, desto større er antallet af elektroner, der er i stand til en sådan transformation. Mens krystallet (for eksempel et sandkorn) ligger stille i et mørkt, køligt sted (for eksempel under et lag af andre sandkorn), vokser antallet af "overexcited" elektroner i det gradvist, energi opsamles.

Hvis en sådan krystal udsættes for en bestemt stimulering (opvarmet til 500 grader eller endda bare belyst), giver den hurtigt op den akkumulerede energi i form af lys. Samtidig roer de spændte elektroner ned og vender tilbage til de korrekte kredsløb, og "lysstyrkronometern" nulstilles.Ved at måle mængden af ​​udstrålet lys er det muligt at bestemme, hvor længe krystallen fik lov til at ligge stille på ovennævnte mørke, kølige sted, efter at det sidst var blevet udsat for lignende stimulering (ramt lyset eller opvarmet). De luminescerende dating metoder er baseret på dette: termoluminescerende og optisk luminescerende (fremgangsmåden til optisk stimuleret luminescens). For første gang begyndte den termoluminescerende metode at blive brugt i midten af ​​det 20. århundrede af arkæologer til at bestemme alderen af ​​brændt keramik (dette er meget bekvemt, da lysstyrkronometret garanteres at blive nulstillet under affyring).

Faktisk fungerer krystallet ikke som et kronometer, men som et dosimeter. Mængden af ​​lys "akkumuleret" af en krystal viser ikke selve tiden, men den totale dosis bestråling opnået af krystallen. Forresten findes termoluminescerende dosimetre og anvendes i vid udstrækning. Brugen af ​​denne egenskab af krystaller for at opnå absolut dating er baseret på antagelsen om konstantiteten af ​​strålingsbakgrunden på det sted, hvor krystallen var placeret. For eksempel i nærheden af ​​Tjernobyl, at udføre de luminescerende datering af arkæologiske fund er en ret meningsløs besættelse.

Luminescerende metoder tillader datingprøver fra ca. 100 til 200.000 år gamle og giver ideelt en fejl på ikke mere end 10%. Men det er som altid kun "ideelt". Mængden af ​​lys, der akkumuleres af en krystal, påvirkes af mange faktorer, først og fremmest ved krystalstrukturen, antallet af defekter i krystalgitteret og selvfølgelig niveauet af stråling på stedet (eller steder) hvor krystallet var placeret. Dette niveau kan ændre sig ikke kun på grund af menneskelig aktivitet, men også af andre grunde – for eksempel på grund af den periodiske kontakt mellem krystal og grundvand. Vanskeligheder ved at bestemme alder af hulsederimenter kan også være relateret til det faktum, at det ikke altid er muligt at fastslå præcis hvilke sandkorn i disse sedimenter blev bragt "fra gaden" af de primitive indbyggere i hulen, og som blev hældt fra loftet.

Elektron paramagnetisk eller elektron-spin resonans metode Det er også baseret på ændringer, der gradvist akkumuleres i en krystal under påvirkning af stråling. Kun i dette tilfælde taler vi ikke om antallet af "spændte" elektroner, der kan "roe ned" med lysets udledning, men om antallet af elektroner med et ændret spin.For at bestemme antallet af sådanne elektroner anvender fysikere resonansmetoder, der er underkastet et oscillerende system (i dette tilfælde en krystal) til en periodisk ekstern indflydelse (fx indført i et alternerende magnetfelt) og observere det svar, som systemet giver, når den ydre indflydelsesfrekvens nærmer sig en af ​​frekvenserne naturlige svingninger i systemet. For en simpel paleontolog eller arkeolog er sådan visdom helt uforståelig. Alle spørgsmål – til fysikere, tak. Af den måde hævder de, at metoden tillader datingprøver i en alder på op til to millioner år, fungerer bedst på karbonatklipper og er meget godt til bestemmelse af tandemalamålens alder.

Der er en række fysisk-kemiske absolutte dating metoder, der har begrænset omfang. Som et eksempel, aminosyre metode baseret på det faktum, at de "venstre" aminosyrer, hvorfra proteinerne fra alle levende organismer er bygget efter døden, gradvist racemiseres, dvs. de bliver til en blanding af "højre" og "venstre" former. Metoden gælder kun for prøver af meget god bevaring, hvor en tilstrækkelig mængde primært organisk stof er blevet bevaret.Et andet problem er, at racemiseringshastigheden afhænger af temperaturen. For eksempel, for prøver fra tempererede breddegrader, har metoden en opløsning på ca. 20-30 tusind år, men gælder kun for unge sedimenter (ikke ældre end 2 millioner år); I polarområderne giver metoden mulighed for at danse ældre prøver (op til 5-6 millioner år), men med mindre nøjagtighed (en fejl i størrelsesordenen 100.000 år).

En af de ældste træer på jorden er fyr, der vokser i Californien (USA). Hun er over 4000 år gammel (foto fra home.austarnet.com.au)

Dendrokronologisk metode eller datering på træringe, i stor ære med arkæologer. Denne metode giver dig mulighed for at danse kun de yngste indskud (op til 5-8000 år gamle), men med meget høj nøjagtighed, op til et år! Det er kun nødvendigt, at der findes en tilstrækkelig mængde træ i udgravningen. I de fleste træers trunker er der dannet årlige ringe, hvis bredde varierer afhængigt af vejrforholdene i det tilsvarende år. De karakteristiske "spektre" af brede og smalle ringe er omtrent det samme for alle træer i et givet område, der vokser samtidigt. Specialister i dendrochronology er konsoliderede dendrokronologiske skalaer, der strækker sig fra i dag til fortiden. Meget langlivede træer hjælper i dette.Den ældste af de træer, der overlevede til vores dage, var året 4844, da det blev skåret ned i 1965 (dette anses for at være en af ​​de skæmmeste begivenheder i dendrokronologiens historie). Det ældste levende træ på planeten er 4789 år gammel. Dette er fyr (Pinus longaevavokser i Californien.

Desværre er vejret i forskellige dele af jorden meget anderledes, og hvis Canada har haft en varm sommer (og træerne dannede tykke årlige ringe), så i Sibirien kan den samme sommer godt vise sig at være kold, og de årlige ringe bliver tynde. Derfor er det for hver region nødvendigt at udarbejde separate dendrokronologiske skalaer.

Den dendrokronologiske metode gælder kun for områder med stærke sæsonbetingede klimaændringer (temperatur eller nedbør) – ellers er der ikke dannet klare årlige ringe. Derudover bør jordens sammensætning bidrage til god bevarelse af træ, og de arkæologiske kulturer, der studeres, skal gøre en stor udnyttelse af træ i økonomien.

Alderen på et levende træ kan bestemmes, ikke skære det ved at bore tynde trækolonner (foto fra www.geo.arizona.edu og medias.obs-mip.fr)

De dendrokronologiske og radiokarbonmetoder kan give gode resultater.Årlige ringe bevarer ikke kun mindet om vejrforholdene i et bestemt år – på grund af små ændringer i niveauet 14Fra ring til ring er det muligt at bedømme svingninger i indholdet af denne isotop i atmosfæren. Dette giver os mulighed for betydeligt at forbedre nøjagtigheden af ​​radioaktivt stofdatering og giver også en ekstra datakilde for dendrokronologisk korrelation (det gør det muligt at korrelere årlige ringe ikke kun ved deres bredde, men også af indhold 14C). I en række regioner har pålidelige dendrokronologiske skalaer været i stand til at strække sig med 8-9000 år i fortiden, og ved hjælp af radiokalibrering – op til 13 tusind år og mere.

Denne figur viser, hvordan den dendrokronologiske korrelation udføres (billede fra uts.cc.utexas.edu)

Metoden for molekylære timer. For paleontologi er, som sagt, prævalensen af ​​relative datoer i videnskabelige artikler karakteristisk, mens absolutte datoer findes hovedsagelig i populære tilbageslag, hvor journalister, for at behage læserne, oversætter epoker, langlineer og underlag i millioner af år, og kontrollerer med den geokronologiske skala. En anden ting – videnskabelige artikler om genetik og molekylærbiologi.Absolutte datoer er meget ofte der: "en mand og en chimpanse divergerede 5-8 millioner år siden", "ris og hirse stammer fra en fælles forfader, der levede 30-60 millioner år siden" (se interspecies udveksling af gener, "Elements , 22. december 2005 og så videre).

De fleste af de absolutte data, der findes i moderne artikler om genetik, molekylærbiologi og andre "ikke-paleontologiske" grene af biologi, bygger helt eller delvis på princippet om molekylære timer.

Moderne biologi er baseret på evolutionære ideer, som i deres mest generelle form er repræsenteret af den darwinske divergensordning (se figur).

Den klassiske Darwin-divergensordning har form af et træ, hvis grene, når de er opdelt, aldrig vil fusionere igen (Fig. Fra macroevolution.narod.ru)

Livet på jorden har en fælles oprindelse, som det fremgår af enhedens genetiske kode og andre grundlæggende systemer i en levende celle. Det antages, at en levende celle opstod en gang, og fra denne første celle kom alle levende ting. Historien om livets udvikling kan repræsenteres i form af et træ med divergerende grene. Heraf følger, at uanset hvilke to levende organismer vi måtte tage, havde de engang tidligere en fælles forfader (forfædre arter), hvorfra de "divergeres" i rette tid.I det overvældende flertal af tilfælde findes fossile rester af denne forfader ikke i fossilregistret (og hvis det er fundet, er det nødvendigt at bevise, at det er en forfader, ikke en anden fætter).

Hvordan bestemmer man derefter en fælles forfaders levetid og (hvilket er omtrent det samme) tidspunktet for udseendet af efterkommende grupper af organismer, der stammer fra det?

Ifølge "molekylklokreglen" akkumuleres neutrale (ikke nyttige og ikke skadelige) mutationer i genomet med en omtrent konstant hastighed, medmindre der er særlige grunde til at tvinge denne proces til at fremskynde eller bremse. Mængden af ​​akkumulering af mutationer varierer naturligvis i forskellige grupper af organismer (for eksempel bakterier muterer meget hurtigere end multicellulære), men alle disse forskelle kan i princippet tages i betragtning. Med nogle få konkrete eksempler blev det "molekylære ur" kalibreret, når dette var muligt. For eksempel blev islandernes DNA-molekyler, et folk, sammenlignet, hvor hver person kender hans forfædre for 1000 år siden, begyndende fra de første kolonister. Det var således muligt at fastslå, hvor mange mutationer i gennemsnit er fast i DNA pr. Tidsenhed (eller for et bestemt antal generationer)personligt. I mange tilfælde er "molekylet uret" justeret og i henhold til den fossile rekord

Den molekylære urmetode er ekstremt upræcis, fordi mængden af ​​akkumulering af mutationer kan variere ikke kun afhængigt af gruppen af ​​organismer, men også på mange andre faktorer (for eksempel på transposons og virusers aktivitet på deres overflod i genomet). På basis af denne metode kan man derfor kun give meget omtrentlige estimater af tidspunktet for divergensen af ​​evolutionære linjer. De øvre og nedre grænser for konfidensintervallet kan variere med halvdelen og endnu mere. Genetik arbejder aktivt for at forbedre metoden.

Unøjagtigheden af ​​de fleste metoder til absolut geokronologi giver slet ikke grund til helt at nægte nøjagtigheden af ​​absolutte datering i paleontologi, evolutionærbiologi og arkæologi (som f.eks. Creationists og tilhængere af Fomenko do). Hovedstyrken af ​​disse metoder er, at der er mange af dem. Og i det overvældende flertal af tilfælde giver de ikke desto mindre lignende resultater, som i øvrigt er i god overensstemmelse med dataene om relativ geokronologi (de nederste lag er ældre end de øvre osv.).Hvis dette ikke var tilfældet, ville der ikke have været noget at sige! Det er som med skibskronometre: hvis han er alene, er det umuligt at bestemme, hvornår han lyver; hvis to – det er allerede muligt at forstå, at en af ​​dem lyver, er det ikke klart, hvilken af ​​de to; Nå, hvis der er tre eller flere, kan du næsten altid finde ud af den nøjagtige tid.

Derfor er det i gode videnskabelige undersøgelser nu prøvet at bestemme objekts alder ved hjælp af flere uafhængige metoder. Hvis denne regel overtrædes, ser resultatet så kontroversielt ud i de fleste eksperters øjne.

Se også:
1) N. V. Koronovsky, A. F. Yakushova. Relativ geokronologi.
2) E. N. Chernykh. Biokosmisk "ur" af arkæologi.
3) V.A. Dergachev. Radiocarbon chronometer.
4) S. S. Lazarev. Begrebet "tid" og jordens jordskorpenes geologiske rekord.
5) Dating metoder i videnskab.


* Forfatteren af ​​denne artikel er ikke ekspert i absolutte geokronologiske metoder. Tværtimod – han er en paleontolog. Derfor bør følgende tekst ikke betragtes som en autoritativ vejledning til radiometriske, luminescerende og andre metoder, men snarere som et desperat forsøg hos en simpel paleontolog til at forstå hele fysiske og kemiske zaumi, ved hjælp af hvilken vores foretrukne kambrianske og ordoviciske "hænger" absolutte datoer i millioner år.Forfatteren vil være meget taknemmelig for eksperterne for ændringsforslag og kommentarer.


Like this post? Please share to your friends:
Chronology of the distant past ">
Skriv et svar

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