Chronológia vzdialenej minulosti. Absolútna geochronológia

Chronológia vzdialenej minulosti

Alexander Markov,
Doktor biologických vied, vedúci výskumník, paleontologický ústav, ruská akadémia vied

  • Relatívna geochronológia
  • Paleomagnetické údaje
  • Absolútna geochronológia

Absolútna geochronológia

Absolútne dátumy boli "pozastavené" na geochronologickú mierku oveľa neskôr, keď sa objavili rádiometrické a potom iné metódy na určenie absolútneho veku. Tieto metódy sa vzťahujú na ďalšiu diecézu – chemici a fyzici robia príslušné analýzy a nie geológov s paleontológmi vôbec. Analýzy sú drahé a zložité a zriedka sa robia. Áno, a často ich nemusíte robiť. Stačí stačiť presne každú stratigrafickú hranicu, potom je jednoduché preložiť "normálny", to znamená relatívny vek definovaný flórou a faunou na milióny rokov, tak milovaní čitateľmi populárnych vedeckých publikácií.

Problém je v tom, že všetky tieto fyzikálno-chemické metódy ešte nie sú veľmi presné. Tu je to, čo Sergej Viktorovič Meyen, jeden z najväčších ruských stratigrafov, napísal v roku 1986 v časopise "Knowledge-Power":

"Späť na začiatku tridsiatych rokov, v jednom z najdôležitejších stratigrafických usmernení, bolo povedané, že podľa rôznych metód výpočtu veku zemskej kôry sa získavajú 40 až 7 miliárd rokov.Takéto šírenie čísel samozrejme ich devalvuje. "

Ale ešte indikativnejšie je ďalší citát:

"Teraz vieme, že celá Phanerozoic trvala približne 570 miliónov rokov … chyba merania na začiatku paleozoiku je desať až pätnásť miliónov rokov."

V skutočnosti podľa stupnice vzorky 80. rokov sa absolútny vek proterozoických a paleozoických hraníc odhadoval na 570 ma s očakávanou chybou nie vyššou ako 15 Ma, čo je 555-585 ma.

Avšak rozsah vzorky z roku 2004 (pozri predchádzajúcu časť globálnej geochronologickej stupnice paleozoickej éry) poskytuje datovanie 542 plus alebo mínus 1 milión rokov! Preto ak považujeme aktuálnu stupnicu za správnu, musíme pripustiť, že v roku 1986 chyba nebola 10-15, ale až 28 miliónov rokov! Počas dvoch desaťročí intenzívneho vývoja absolútnej geochronológie sa spodná hranica raného kambriána posunula o rovnakú sumu (podľa moderných konceptov) na trvanie celej ranej kambrijskej éry!

Zároveň si všimnite, že štúdia paleontológie raného kambriána trvala ako obvykle, kambrián zostal kambrian, archeocyty – archeocyty, a úprimne povedané, kambrijskí odborníci nie sú zo všetkých týchto porúch horúci ani studený.Ale teraz si myslím, že pre čitateľa je ľahšie pochopiť, prečo paleontológovia dôverujú svojim obdobiam, epochám, vekom, horizontom a zadržiavajú viac ako známe "milióny rokov".

A predsa – odkiaľ pochádzajú tieto milióny?*

Z metód stanovenia absolútneho veku najpoužívanejších takzvaných rádiometrické metódy, na základe stálosti rýchlosti rozpadu rádioaktívnych izotopov (pozri tabuľku).

Zatiaľ čo je látka v kvapalnom stave (napríklad kvapalná magma), jej chemické zloženie je premenlivé: dochádza k zmiešaniu, dochádza k difúziám, mnohým zložkám sa môže odparovať atď. Ale keď sa minerál vytvrdzuje, začne sa správať ako relatívne uzavretý systém. To znamená, že rádioaktívne izotopy, ktoré sa v ňom nachádzajú, nie sú vymyté a neodparujú sa z neho a ich pokles nastane len v dôsledku rozpadu, ku ktorému dochádza pri známej konštantnej rýchlosti. Všetky produkty rozpadu ideálne tiež zostávajú vo vnútri minerálu. Bohužiaľ, takýto "ideálny" sa nachádza v prírode nie oveľa častejšie ako ideálny plyn alebo úplne čierne telá.

Ak v novovytvorenej hornine neboli spočiatku žiadne atómy – produkty rozpadu tohto izotopu (alebo ak viemekoľko tam bolo); ak by sa atómy izotopu a výsledné produkty jeho rozpadu naozaj nevyplašili, neodparovali sa a neprenikli z vonku, môžeme veľmi presne určiť vek horniny meraním hmotnostného pomeru izotopu a jeho produktov. Nemusíte vedieť pôvodný obsah izotopu v skalách. Napríklad ak je pomer rozpadu izotopu k hnilobe 1: 1 a izotop má polčas 1 milión rokov a ak máme dôvod domnievať sa, že v skalách nie je pôvodný produkt rozkladu, potom toto plemeno vzniklo pred 1 miliónmi rokov ,

Čím dlhší je polčas, tým staršie geologické udalosti sú datované vhodnou rádiometrickou metódou. Ak sa izotop rýchlo rozpadne (ako 14C) v priebehu času vzorka zostáva príliš málo pôvodného izotopu pre presnú analýzu. Naopak, ak sa izotop rozpadne veľmi pomaly, nedá sa použiť na mladé sedimenty, pretože sa v nich nahromadilo príliš málo produktov rozkladu. (od: N. V. Koronovský, A. F. Yakušová, Absolútna geochronológia)

V skutočnosti je všetko oveľa komplikovanejšie.Zvyčajne je veľmi ťažké odhadnúť počiatočný obsah v hornine produktov rozpadu daného izotopu. Napríklad metóda draslíka a argónu (ktorá bola mimochodom používaná na dosiahnutie väčšiny najdôležitejších stratigrafických hraníc) je založená na mimoriadne výhodnej situácii, že argón zvyčajne topí z roztavených hornín. Avšak počas kryštalizácie minerálu môže byť argón zachytávaný zvonku. Ako rozoznať tento argón od toho, čo vzniklo neskôr počas rozpadu izotopu 40K? Môžeme vychádzať z predpokladu, že zachytený argón mal rovnaký pomer izotopov 40Ar /36Ar, rovnako ako v modernej atmosfére. Meranie sumy 36Ar, potom môžete vypočítať množstvo "čistého" rádiogénneho argónu 40Ar. Vyššie uvedený predpoklad však nie je vždy odôvodnený …

Každá z rádiometrických metód má svoje výhody a nevýhody. Napríklad nevýhodou metódy urán-olovo je zriedkavý výskyt minerálov s pomerne vysokým obsahom uránu; nedostatok draslíka a argónu – vysoká pravdepodobnosť úniku argónu vytvoreného z už stuženého minerálu.

Výsledkom je, že každá jednotlivá rádiometrická metóda často dáva nesprávne datovanie. Preto sa vedci pokúšajú dať rovnakú vrstvu pomocou niekoľkých nezávislých metód. Ak sa výsledky viac alebo menej zhodujú, všetci vzdychajú s úľavou. Ak nie, postupujte opatrne na hľadanie možných zdrojov chýb a na vypracovanie rôznych zložitých pozmeňujúcich a doplňujúcich návrhov. Bohužiaľ sa vyskytuje aj iná taktika: od niekoľkých získaných termínov sa vyberá ten, ktorý najlepšie zodpovedá názorom výskumníkov a za ostatné dátumy začne cielene hľadať "kompromisný materiál".

Radikarbonová metóda sa široko používa na určenie absolútneho veku najmladších sedimentov (nie starších ako 100 tisíc rokov), najmä pre organické materiály, ktoré v nich zostávajú. Izotop rádioaktívneho uhlíka 14C sa vytvára v hornej atmosfére v dôsledku bombardovania jadier dusíka neutrónmi kozmického žiarenia: 14N + n -> 14C + str. uhlík 14C sa oxiduje na 14CO2 a distribuované v atmosfére. Rastliny používajú 14CO2 počas fotosyntézy na výrobu organických látok spolu s bežným oxidom uhličitým. Výsledkom je pomer 14C /12C v živých organizmoch je rovnaká ako v atmosfére (asi 10-12). Po smrti organizmu sa prívod uhlíka do neho zastaví (systém sa stáva podmienečne uzavretý, ako v prípade kaleného minerálu) a stály exponenciálny pokles pomeru 14C /12C v dôsledku rozpadu rádioaktívneho izotopu 14C.

Aplikácia metódy rádioaktívnych uhľovodíkov však čelí mnohým ťažkostiam. Znečistené organické látky môžu byť kontaminované cudzorodým uhlíkom, ako "staré" (s malým podielom 14C), tak a "mladý". Výsledkom toho sú "chyby omladenia" a "chyby starnutia". Okrem toho pomer 14C /12C v atmosfére nie je konštantná. Napríklad ľudské aktivity a najmä testy jadrových zbraní výrazne ovplyvňujú túto hodnotu. Tempo vzdelávania 14C v horných vrstvách atmosféry závisí od intenzity kozmického a slnečného žiarenia a to sú premenlivé hodnoty. pomer 14C /12C závisí od celkovej koncentrácie CO.2 v atmosfére, ktorá sa tiež mení. Všetky tieto prirodzené kolísania však nie sú v amplitúde veľmi veľké a môžu sa s určitou mierou presnosti zohľadniť.Naozaj vážnym problémom je len možnosť kontaminácie vzorky so zahraničným uhlíkom.

Luminiscenčné metódy absolútne datovanie je založené na schopnosti niektorých bežných minerálov (napríklad kremeňa a živca) akumulovať energiu ionizujúceho žiarenia a potom za určitých podmienok rýchlo dať to vo forme svetla. Ionizujúce žiarenie nielenže k nám prichádza z vesmíru, ale je tiež generované skalami počas rozpadu rádioaktívnych prvkov. Pod vplyvom žiarenia prechádzajú niektoré elektróny kryštálu do špeciálneho vzrušeného stavu. Čím viac trhlín a ďalších defektov v kryštáli, tým väčší je počet elektrónov schopných takejto transformácie. Zatiaľ čo kryštál (napríklad piesok z piesku) ticho leží na tmavom, chladnom mieste (napríklad pod vrstvou iných zŕn piesku), počet "preexponovaných" elektrónov v ňom postupne narastá, akumuluje sa energia.

Ak je takýto kryštál podrobený určitému stimulovaniu (zahrievanému na 500 stupňov alebo dokonca len osvetlený), rýchlo sa vylučuje nahromadená energia vo forme svetla. Súčasne sa rozrušené elektróny utiahnu a vrátia sa na správne dráhy a "svetelný chronometer" sa resetuje.Meraním množstva vyžarovaného svetla je možné určiť, ako dlho môže kryštál ležať ticho na vyššie uvedenom tmavom, chladnom mieste potom, čo bol naposledy podrobený podobnej stimulácii (dopadol na svetlo alebo vyhrieval). Metódy luminiscenčného datovania sú založené na tom: termoluminiscenčné a optické luminiscenčné (metóda opticky stimulovanej luminiscencie). Po prvýkrát sa termoluminiscenčná metóda začala v polovici 20. storočia používať archeológovia na určenie veku vypálenej keramiky (to je veľmi výhodné, pretože svetelný chronometer je zaručený, že bude resetovaný pri vypálení).

V skutočnosti kryštál nefunguje ako chronometer, ale ako dozimetr. Množstvo svetla "nahromadené" kryštálom neukazuje samotný čas, ale celkovú dávku ožarovania získanú kryštálom. Mimochodom existujú a sú široko používané termoluminiscenčné dozimetre. Použitie tejto vlastnosti kryštálov na získanie absolútneho datovania je založené na predpoklade stálosti radiačného pozadia na mieste, kde bol kryštál umiestnený. Napríklad v blízkosti Černobyle vykonávať luminiscenčné datovanie archeologických nálezov je dosť bezvýznamné zamestnanie.

Luminiscenčné metódy umožňujú datovanie vzoriek vo veku od 100 do 200 000 rokov av ideálnom prípade predstavujú chybu nie viac ako 10%. Ale to je, ako vždy, len "ideálne". Množstvo svetla nahromadeného kryštálom je ovplyvnené mnohými faktormi, predovšetkým štruktúrou kryštálu, počtom defektov v kryštálovej mriežke a samozrejme aj úrovňou žiarenia v mieste (alebo miestach), kde bol kryštál umiestnený. Táto úroveň by sa mohla zmeniť nielen z dôvodu ľudskej činnosti, ale aj z iných dôvodov – napríklad kvôli periodickému kontaktu kryštálu s podzemnou vodou. Ťažkosti pri určovaní veku vkladov v jaskyniach môžu súvisieť aj s tým, že nie je vždy možné presne určiť, ktoré zrná piesku v týchto ložiskách boli prinútené "z ulice" primitívnymi obyvateľmi jaskyne a ktoré sa vyliali zo stropu.

Elektronovo-paramagnetická alebo elektrón-spinová rezonančná metóda Je tiež založená na zmenách, ktoré sa postupne akumulujú v kryštáli pod vplyvom žiarenia. Iba v tomto prípade nehovoríme o počte "vzrušených" elektrónov, ktoré sa môžu "upokojiť" emisiami svetla, ale o počte elektrónov s meniacou sa rotáciou.Aby sa určil počet takýchto elektrónov, fyzici používajú rezonančné metódy, tj vystavia oscilačný systém (v tomto prípade kryštál) pravidelnému vonkajšiemu vplyvu (napríklad sú umiestnené v striedavom magnetickom poli) a pozorujú odpoveď, ktorú systém poskytuje, keď sa vonkajšia frekvencia ovplyvňuje niektorú z frekvencií prirodzené oscilácie systému. Pre jednoduchého paleontológov alebo archeológov je táto múdrosť absolútne nepochopiteľná. Všetky otázky – fyzikom, prosím. Mimochodom, tvrdia, že metóda umožňuje datovanie vzoriek do veku až dva milióny rokov, funguje najlepšie na karbonátových horách a je veľmi dobrá na určenie veku zubnej skloviny.

Existuje niekoľko fyzikálno-chemických metód absolútneho dátumu, ktoré majú obmedzený rozsah. Ako príklad, aminokyselinová metóda že "ľavé" aminokyseliny, z ktorých sú po smrti vybudované proteíny všetkých živých organizmov, sú postupne racemizované, to znamená, že sa stávajú zmesou "pravých" a "ľavých" foriem. Metóda je uplatniteľná iba na vzorky veľmi dobrého konzervovania, pri ktorých sa zachovalo dostatočné množstvo primárnej organickej hmoty.Ďalšou ťažkosťou je, že rýchlosť racemizácie závisí od teploty. Napríklad pre vzorky z miernych zemepisných šírkov má metóda rozlíšenie asi 20-30 tisíc rokov, ale platí len pre mladé sedimenty (nie staršie ako 2 milióny rokov); v polárnych oblastiach metóda umožňuje datovanie starších vzoriek (až do 5-6 miliónov rokov), ale s menšou presnosťou (chyba rádovo 100 tisíc rokov).

Jeden z najstarších stromov na svete je borovica, rastúca v Kalifornii (USA). Je staršia ako 4000 rokov (foto z domova.austarnet.com.au)

Dendrochronologická metóda alebo na stromových prstencoch, vo veľkej miere s archeológmi. Táto metóda vám umožňuje dať do úvahy iba najmenšie ložiská (až do veku 5-8 tisíc rokov), ale s veľmi vysokou presnosťou až do jedného roka! Je nevyhnutné, aby sa pri razení dostalo dostatočné množstvo dreva. V kmeňoch väčšiny stromov sa vytvárajú ročné krúžky, ktorých šírka sa líši v závislosti od poveternostných podmienok príslušného roka. Charakteristická "spektra" širokých a úzkych krúžkov je približne rovnaká pre všetky stromy danej oblasti a narastá súčasne. Špecialisti v dendrochronológii sú konsolidované dendrochronologické váhy, ktoré sa tiahnu od dnešného do minulosti. Veľmi dlho žiť stromy pomáhajú v tomto.Najstarší strom, ktorý prežil až do dnešných dní, bol rok 4844, kedy bol zredukovaný v roku 1965 (považuje to za jednu z najsmutnejších udalostí v histórii dendrochronológie). Najstarší živý strom na planéte má 4789 rokov. Toto je borovica (Pinus longaevarastúce v Kalifornii.

Bohužiaľ, počasie v rôznych častiach Zeme je veľmi odlišné a ak má Kanada teplé leto (a stromy tvoria hrubé ročné krúžky), potom na Sibíri to isté leto môže byť zima a ročné krúžky budú slabé. Preto je pre každý región potrebné vypracovať samostatné dendrochronologické váhy.

Dendrochronologická metóda platí len pre oblasti so silnými sezónnymi zmenami klímy (teplota alebo zrážky) – v opačnom prípade sa nevytvárajú jasné ročné okruhy. Okrem toho by zloženie pôdy malo prispieť k dobrému zachovaniu dreva a študované archeologické kultúry by mali v hospodárstve využívať drevo vo veľkom rozsahu.

Vek živého stromu možno určiť, nie rozrezať, vrtaním tenkých drevených stĺpov (foto z www.geo.arizona.edu a medias.obs-mip.fr)

Dendrochronologické a rádioaktívne metódy môžu priniesť dobré výsledky.Ročné krúžky nielen zachovávajú pamäť počasia daného roka – kvôli malým zmenám v úrovni 14Od okruhu k okruhu je možné posúdiť kolísanie obsahu tohto izotopu v atmosfére. To nám umožňuje výrazne zlepšiť presnosť datovania rádioaktívneho uhlíka a tiež poskytuje ďalší zdroj údajov pre dendrochronologickú koreláciu (umožňuje korelovať každoročné krúžky nielen ich šírkou, ale aj obsahom 14C). V mnohých regiónoch sa spoľahlivé dendrochronologické váhy dokázali rozšíriť o 8 až 9 tisíc rokov do minulosti a pomocou kalibrácie rádioaktívnych uhlíkov – až 13 tisíc rokov a viac.

Tento obrázok ukazuje, ako sa vykonáva dendrochronologická korelácia (obrázok z uts.cc.utexas.edu)

Metóda molekulárnych hodín. Pre paleontológiu, ako sme už povedali, je charakteristická prevalencia relatívnych termínov vo vedeckých článkoch, zatiaľ čo absolútne dátumy sa nachádzajú najmä v populárnych retellings, v ktorých novinári, aby mohli čitateľovi uspokojiť časy, prekladali epochy, dlhé línie a podstrány v miliónoch rokov a kontrolovali s geochronologickou stupnicou. Ďalšia vec – vedecké články o genetike a molekulárnej biológii.Absolútne dátumy sú veľmi často tam: "človek a šimpanz sa rozchýlili pred 5-8 miliónmi rokov", "ryža a proso pochádza zo spoločného predka, ktorý žil pred 30-60 miliónmi rokmi" (pozri medzidruhovú výmenu génov, "Elements , 22. decembra 2005 a podobne).

Väčšina absolútnych dátumov, ktoré sa nachádzajú v moderných článkoch o genetike, molekulárnej biológii a iných "non-paleontologických" odvetviach biológie, je založená, čiastočne alebo celkom na princípe "molekulárnych hodín".

Moderná biológia vychádza z evolučných myšlienok, ktoré vo svojej najobecnejšej forme predstavujú darwinovské schémy divergencie (pozri obrázok).

Klasická Darwinova divergenčná schéma má formu stromu, ktorého vetvy, ktoré sa raz rozdelia, sa nikdy nikdy nesplynú (obrázok makrowevolution.narod.ru)

Život na Zemi má spoločný pôvod, o čom svedčí jednota genetického kódu a ďalšie základné systémy živých buniek. Predpokladá sa, že živá bunka vznikla raz a od tejto prvej bunky prišli všetky živé veci. História vývoja života môže byť zastúpená v podobe stromu s rozdielnymi vetvami. Z toho vyplýva, že bez ohľadu na to, aké dva druhy živých organizmov by sme mohli vziať, niekedy v minulosti určite mali spoločného predka (rodové druhy), z ktorého sa "včas rozchádzajú".V prevažnej väčšine prípadov nie je možné nájsť fosílne pozostatky tohto predku vo fosílnych záznamoch o fosílnych záznamoch (a ak sa zistí, že je to predchodca a nie druhý bratranec).

Ako potom určiť životnosť spoločného predka a (čo je približne to isté), čas, kedy sa objavili potomky potomkov organizmov?

Podľa pravidla "molekulárnych hodín" sa neutronové (nepoužiteľné a neškodlivé) mutácie akumulujú v genóme pri približne konštantnej rýchlosti, pokiaľ neexistujú žiadne zvláštne dôvody, ktoré by tento proces urýchlili alebo spomalili. Rýchlosť akumulácie mutácií sa samozrejme líši v rôznych skupinách organizmov (napríklad baktérie sa mutujú oveľa rýchlejšie ako mnohobunkové), ale všetky tieto rozdiely sa v zásade môžu brať do úvahy. S niekoľkými konkrétnymi príkladmi, keď to bolo možné, boli "molekulárne hodiny" kalibrované. Napríklad DNA molekuly Islanďanov, ľudu, boli porovnané, kde každý človek pozná svoj pôvod pred 1000 rokmi, počnúc od prvých kolonistov. Tak bolo možné určiť, koľko mutácií je v priemere fixovaných v DNA za jednotku času (alebo pre určitý počet generácií)osobne. V mnohých prípadoch sa "molekulárne hodiny" upravujú podľa záznamov o fosíliách

Metóda molekulárnych hodín je mimoriadne nepresná, pretože rýchlosť hromadenia mutácií sa môže meniť nielen v závislosti od skupiny organizmov, ale aj od mnohých ďalších faktorov (napríklad aktivity transpozónov a vírusov, ich početnosť v genóme). Preto na základe tejto metódy možno dávať iba veľmi približné odhady času divergencie vývojových línií. Horná a dolná hranica intervalu spoľahlivosti sa môžu líšiť o polovicu a ešte viac. Genetika sa aktívne snaží zlepšiť metódu.

Nepresnosť väčšiny metód absolútnej geochronológie nijako nedáva dôvod úplne poprieť presnosť absolútneho datovania v paleontológii, evolučnej biológii a archeológii (ako napríklad kreacionisti a nasledovníci Fomenka do). Hlavnou silou týchto metód je, že existuje veľa z nich. V prevažnej väčšine prípadov však poskytujú podobné výsledky, ktoré okrem toho sú v dobrej zhode s údajmi relatívnej geochronológie (nižšie vrstvy sú staršie ako horné a pod.).Ak by tomu tak nebolo, nebolo by čo povedať! Je to ako s lodným chronometrom: ak je sám, nie je možné určiť, kedy klame; ak dva – je už možné pochopiť, že jeden z nich leží, nie je jasné len to, ktorý z nich; No, ak sú tri alebo viac, takmer vždy môžete zistiť presný čas.

Preto v dobrej vedeckej štúdii sa teraz skúša vek predmetov pomocou niekoľkých nezávislých metód. Ak je toto pravidlo porušené, výsledok vyzerá kontroverzne v očiach väčšiny odborníkov.

Pozri tiež:
1) N. V. Koronovský, A. F. Jakušová. Relatívna geochronológia.
2) E.N. Chernykh. Biocosmické "hodiny" archeológie.
3) V. A. Dergachev. Radiokarbonový chronometer.
4) S.S. Lazarev. Pojem "čas" a geologický záznam zemskej kôry.
5) Zoznamovacie metódy vo vede.


* Autor tohto článku nie je odborníkom na absolútne geochronologické metódy. Práve naopak – je paleontológ. Nasledujúci text by sa preto nemal považovať za autoritatívnu príručku k rádiometrickým, luminiscenčným a iným metódam, ale skôr ako zúfalý pokus jednoduchého paleontológov o pochopenie celého fyzického a chemického zaumi s pomocou ktorého naši obľúbení Cambrian a Ordovician "visia" absolútne dátumy v miliónoch rokov.Autor by bol odborníkom veľmi vďačný za zmeny a pripomienky.


Like this post? Please share to your friends:
Chronológia vzdialenej minulosti ">
Pridaj komentár

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