Ostatnio: nigdy

Darmowe galerie dla serwisów aukcyjnych

Dlaczego zmienia się tabela stratygraficzna?

dr Izabela Ploch

Muzeum Geologiczne Państwowego Instytutu Geologicznego

W sierpniu 2008 roku na 33. Międzynarodowym Kongresie Geologicznym w Oslo przedstawione zostały kolejne zmiany i poprawki w tabeli stratygraficznej ustalone przez Międzynarodową Komisję Stratygrafii (ICS). Po licznych dyskusjach do rangi okresu geologicznego powrócił czwartorzęd, ponownie uściślone zostały przedziały czasowe poszczególnych okresów.

Czy takie zmiany muszą następować i dlaczego wprowadzane są kolejne poprawki? Sięgnijmy do początków geologii, aby zrozumieć obecną formę tabeli stratygraficznej i przyczyny wprowadzania kolejnych poprawek.

Jakie były początki badania dziejów Ziemi?

ibopgxs



Podział dziejów Ziemi na poszczególne ery i okresy nastąpił w czasie, kiedy nie znano metod bezwzględnego (absolutnego) datowania wieku skał. Do określenia wieku używano głównie względnych metod ustalania wieku osadów, w których wykorzystywano wiekowe następstwa występujące w faunie i florze (biostratygrafia), zmienności i powiązania litologii skał (litostratygrafia), co pozwalało na korelowanie oddalonych od siebie serii skał. Jednym z pierwszych badaczy tworzących podwaliny podziału dziejów Ziemi był żyjący w XVII wieku Nicholas Steno. Ten wybitny badacz stworzył podstawy współczesnej geologii stosowane do dziś. Geologia była tylko jedną z wielu dziedzin, którymi się zajmował, był między innymi doskonałym anatomem. Jedną ze stworzonych przez niego podstaw jest zasada superpozycji stanowiąca, iż starsze osady spoczywają pod młodszymi. Na podstawie obserwacji osadów w pobliżu Florencji przeprowadził próbę wyróżnienia okresów w historii Ziemi. Znajdujący się tam poziom bez skamieniałości został przez niego zinterpretowany jako zapis okresu przed stworzeniem życia, a leżący na nim poziom pełny skamieniałości jako okres biblijnego potopu. Oczywiście ta interpretacja odpowiadała ówczesnym poglądom na temat dziejów Ziemi, jednak w przyszłości owe prekursorskie badania zaowocowały bujnym rozwojem tej dziedziny i współczesną tabelą stratygraficzną.

qtjmyyn



Od najstarszych do współczesnych podziałów stratygraficznych

Podwaliny geologii tworzono przed powstaniem metod bezwzględnego datowania, za pomocą których można dokładnie określić wiek danej skały, stąd też musiał powstać cały system terminów pozwalających opisywać historię Ziemi.

Pierwszą próbą uporządkowania dziejów Ziemi, o której prawie już zapomniano, były wyróżnione na podstawie obserwacji zasadniczych zmian w zapisie geologicznym: pierwszorzęd – obejmujący wszystko co wydarzyło się przed obecnym mezozoikiem, drugorzęd – odpowiadający obecnemu mezozoikowi, trzeciorzęd – obecny paleogen i neogen i czwartorzęd. W 1881 roku, podczas 2. Międzynarodowego Kongresu Geologicznego w Bolonii wprowadzono jednostki, które wciąż używamy: geochronologiczne określające wiek geologiczny i chronostratygraficzne pokazujące następstwo skał w czasie. Eratem, jako jednostka chronostratygraficzna, obejmuje osady powstałe w czasie jednej ery, która należy już do jednostek geochronologicznych. Zapisane są w niej znaczące zmiany w rozwoju świata organicznego i rozległe zmiany struktur geologicznych. Ich nazwy pochodzą z greki: paleozoik – palajos – stary i zoon – życie, czyli dawniejsze życie, mezozoik – średnie życie, kenozoik – nowe życie. Systemowi odpowiada geochronologiczny okres, którego używamy mówiąc o skałach na przykład z okresu kredowego. W określeniu poszczególnych okresów ważną rolę odegrali brytyjscy badacze, głównie Adam Sedgwick, Roderick Murchison, Charls Lapworth, którzy w XIX wieku na podstawie charakterystycznych serii skalnych wyróżnili kambr, ordowik, sylur i dewon. Nie zawsze przebiegało to bezproblemowo. Przykładem może być wprowadzony przez R. Murchisona okres sylurski, którego datowanie rozszerzył on od kambru włącznie – sprzeciwiali się temu inni badacze. Jednak wysoka pozycja dyrektora służby geologicznej Anglii pozwalała mu konsekwentnie wprowadzać takie ujęcie syluru do literatury.

Chociaż kambr jest pierwszym okresem, kiedy bujnie rozwinęło się życie, jego pierwotne wydzielenie nastąpiło na podstawie charakterystycznego typu skał, bez brania pod uwagę skamieniałości. Jego nazwa pochodzi od wyrazu Cambria, którym Rzymianie określali współczesną Walię. Przez długi okres czasu dolna granica kambru oznaczana była najwcześniejszym pojawieniem się trylobitów. Zmieniły to znaleziska mikroskamieniałości szkieletowych (SSF – small shelly fossils) i skamieniałości śladowych, które stały się wskaźnikowe dla początku kambru. Obecnie kambr rozpoczyna się wraz z pojawieniem się skamieniałości śladowej Trichophycus pedum. Zmiana wyznaczników granicy wynikała ze znalezienia skamieniałości o szerokim występowaniu, znajdowanej w wielu regionach. Dodatkowo granica oznaczona jest wyraźną zmianą na krzywej trwałych izotopów węgla, która pozwala na ogólnoświatową korelację tej granicy, niezależną od występowania wskaźnikowej skamieniałości. Stratotyp, czyli profil geologiczny na podstawie którego oparta jest definicja danej jednostki, dla granicy kambru został wyznaczony w Nowej Fundlandii. Większość istotnych jednostek geologicznych posiada swoje stratotypy dostępne dla każdego badacza.

Nazwa ordowik pochodzi od walijskiego plemienia Ordowików i została oficjalnie wprowadzona podczas Międzynarodowego Kongresu Geologicznego w 1960 roku. Po raz pierwszy zaproponowano ją już w 1879 roku, częściowo aby rozwiązać konflikt dotyczący wydzielenia kambru i syluru, wcześniej już opisany. Charakterystyczne czarne łupki graptolitowe typowe dla ordowiku i jego granicy z sylurem, występujące w wielu miejscach na świecie, pozwalały łatwo rozpoznać granicę ordowiku. Pierwsze pojawienie się wymarłych planktonicznych kolonii graptolitów (wymarłe kolonijne półstrunowce) mogło być wyznacznikiem dolnej granicy ordowiku, jednak to konodonty (aparaty szczękowe wymarłych półstrunowców) okazały się grupą, która pozwalała na lepszą korelację granicy i najwcześniejsze występowanie konodonta z rodzaju lapetognathus wyznacza początek ordowiku.

Sylurski okres został nazwany, podobnie jak ordowik, od celtyckiego plemienia zamieszkującego Walię, stawiającego zaciekły opór rzymskim najeźdźcom. Obecny zasięg sylury obejmuje tylko najwyższą część jego pierwotnego wydzielenia w 1839 roku przez R. Murchinsona. Świat organiczny odradzał się po masowym wymieraniu z końca ordowiku. Początek syluru wyznacza pojawienie się graptolita Akidograptus ascensus.

Okres dewoński nazwany został od odsłonięć morskich skał tego wieku w hrabstwie Devon, w południowej Anglii, w których występowały odmienne skamieniałości korali w stosunku do występujących w starszych i młodszych skałach. Jednak znacznie lepiej wykształcony obszar występowania dewonu znaleziono w Ardenach i Reńskich Górach Łupkowych. Równowiekowe utwory lądowe opisane zostały w północnej Anglii i przyjęła się ich nazwa Old Red Sandstone, obecnie często określana jako facja oldredu. Granice dewonu wyznacza najwcześniejsze pojawienie się graptolita Monograptus uniformis. Rozpoznanie granicy w miejscach, gdzie nie występują graptolity, ułatwia zapis znaczących zmian w zespołach konodontowych i wyraźne wahania krzywej trwałych izotopów węgla.

Nazwa karbon była pierwszą wyróżnioną dla okresu geologicznego. Pochodzi od łacińskiej nazwy węgla – carbo ponieważ ówcześnie uważano, że węgiel tworzył się tylko w karbonie. Dziś wiemy, że chociaż węgiel występuje również w innych okresach, w karbonie tworzy największe i najszerzej rozprzestrzenione złoża. Granica dewonu i karbonu podkreślona jest ogólnoświatową regresją (wycofywaniem się) mórz i globalnym wymieraniem. Początkowo granica była wyróżniona na podstawie zony amonitowej, następnie została określona pojawieniem się konodonta Siphonodella sulcata, co nieznacznie cofnęło ją w czasie. W przyszłości mogą nastąpić dalsze modyfikacje tej granicy.

Chociaż nazwa perm pochodzi od miasta Perm w Rosji, została również wyróżniona przez brytyjskiego badacza na podstawie występujących tam morskich osadów. W Europie Zachodniej perm to głównie lądowe lub ewaporacyjne osady, ubogie w faunę pozwalającą na tworzenie szczegółowych wydzieleń, dlatego jego nazwa pochodzi od znacznie bogatszych w skamieniałości utworów na zachodnim przedpolu Uralu. Granica systemu wyznaczona została na podstawie trzech pięter fuzulinowych (fuzuliny to wymarła grupa otwornic) i trzech rodzin amonitowatych. Do datowania wykorzystuje się również poziomy konodontowe o szerokim rozprzestrzenieniu, które znajdują się tuż poniżej samej granicy.

Nazwa trias pochodzi od greckiego trias oznaczającego trójdzielność. Okres ten wyróżniony został w rejonach, gdzie wyraźnie zaznacza się jego trójdzielność i chociaż nie wszędzie jest tak wykształcony, jego tradycyjna nazwa używana jest do dziś. Dolna granica triasu jest jednocześnie końcem ery paleozoicznej. Zaznaczyła się katastroficznymi zmianami środowiska, wymarło wtedy prawie 80% rodzajów morskich organizmów. Początek triasu to odżywanie przyrody po katastrofach z końca permu i granice wyznacza pierwsze pojawienie się konodonta Hindeodus parvus.

System jurajski nazwany został od francusko-szwajcarskich gór Jura, gdzie został po raz pierwszy opisany. Można spotkać się z tradycyjnymi nazwami poszczególnych epok jury, nie stosowanymi w obecnej tabeli stratygraficznej: dolnej – jura czarna, lias; środkowej – jura brunatna, dogger; górna – jura biała, malm. Dolna granica jury związana jest z przemianami, jakie nastąpiły po kolejnym światowym kryzysie z końca triasu. Masowo wyginęło wtedy wiele morskich organizmów, między innymi konodonty, tak przydatne w stratygrafii

starszych systemów oraz wiele grup amonitowatych. Po uściśleniu zasięgu, granicę ostatecznie wyznaczono pojawieniem się amonita Psiloceras spelae, które pokrywa się z zakończeniem triasowego kryzysu.

Nazwa kredy pochodzi od łacińskiej creta i odnosiła się do węglanowych skał odsłoniętych między innymi u wybrzeży Anglii w klifie Dovru. Koniec jury wiązał się z regresją mórz i silnym prowincjonalizmem, dlatego nie ma skamieniałości, która pozwoliłaby na szeroką korelację tej granicy. Dla ułatwienia jej ustalenia wykorzystuje się kilka wskaźników: pojawienie się amonita Berriasella jacobi, poziom kalpionelli oraz poziom paleomagnetyczny M19n.

Paleogen pochodzi od greckiego palaios, co oznacza stary w przeciwieństwie do nazwy neogen, gdzie neo oznacza nowy. Do rangi systemu paleogen wprowadzony został w 1991 roku. Rozpoczyna się globalną katastrofą, upadkiem bolidu, wyginięciem dinozaurów, amonitów, licznych planktonicznych organizmów i wielu innych grup zwierząt. Granice wyznaczają pozostałości po upadku bolidu.

Dolną granicę neogenu wyznacza poziomu paleomagnetyczny C6Cn.2n, zdarzenie ochłodzenia klimatu zapisane w krzywej trwałych izotopów tlenu, które jest skorelowane i prawdopodobnie spowodowane przez czynniki orbitalnych cykli wyznaczonych w cyklach Milankowicza. Sam cykl jest precyzyjnie datowany na 23,03 mln lat temu

Czwartorzęd jest unikatowym i kontrowersyjnym okresem. Związany jest z ostatnią epoką lodowcową. Chociaż bardzo wielu badaczy zajmuje się tym okresem, do tej pory nie udało się ustalić ścisłego wyznacznika granicy czwartorzędu. Są dwie możliwości wyznaczenia granicy, jedna oparta jest na dramatycznych zmianach środowisk zapisanych w różnych regionach, druga natomiast, wiekowo nieco młodsza, na precyzyjnym datowaniu na bazie poziomu polaryzacji biegunów magnetycznych. Problem ten nie został rozwiązany na ostatnim Międzynarodowym Kongresie Geologicznym.

Na zakończenie opisu historii poszczególnych okresów powrócę do prekambru, który mimo że nie ma rangi formalnej jednostki, jest jednak często używany. Nie występują w nim zróżnicowane i dobrze zachowane skamieniałości, nieznana jest konfiguracja kontynentów i dominują liczne metamorficzne i tektoniczne zaburzenia. Do wyznaczenia wieku poszczególnych przemian stosuje się radiometryczne metody badawcze. Pozwoliły one również na dokładne datowania młodszych osadów i ustalenie szczegółowego czasu trwania poszczególnych zdarzeń.

Jak można datować skały?

Metody absolutnego datowania skał opierają się na rozpadzie promieniotwórczych izotopów, które zmieniają się

w inny pierwiastek lub izotop. Tempo rozpadu jest charakterystyczne dla poszczególnych izotopów i nie ulega ono

zmianie, dlatego jest tak dobrym narzędziem datowania. Jednymi z bardziej znanych metod opartych na zjawisku

naturalnego rozpadu izotopów promieniotwórczych są metody: rubidowo-strontowa (87Rb→ 87Sr), argonowo-potasowa (40K→ 40Ar i 40Ca) czy często stosowana również w archeologii metoda radiowęgla oparta na zaniku radioaktywnego izotopu 14C. Tempo rozpadu określa się za pomocą połowicznego rozpadu izotopu – kiedy połowa atomów ulegnie rozpadowi na atomy potomne. Przykładowo tempo rozpadu izotopu węgla 14C w azot wynosi 5370 lat, uranu 237U w ołów 4,5 mld lat. Uzyskane wyniki mogą być obarczone błędem wynikającym z wielu czynników takich jak zanieczyszczenie skały powodujące dodanie lub ubytek izotopów, metamorfizm, który zaburza określenie wieku, dając często odczyt momentu przeobrażenia skały, a nie jej powstania. Dlatego datowania bezwzględne podaje się z oznaczeniem zakresu błędu.

Należy pamiętać, iż stosowanie metody bezwzględnego określania wieku skał opartej na zasadzie rozpadu promieniotwórczego ogranicza się do skał magmowych, niekiedy również do skał metamorficznych. Pozostają liczne sekwencje skał osadowych, w których stosujemy wciąż dawne metody badawcze, jednak nawet tam można wykorzystywać najnowszą metodologię badawczą. Zmiany położenia biegunów Ziemi znajdują swój zapis w magmowych i niektórych osadowych skałach. Na tej podstawie wyróżniono dobrze datowane epoki paleomagnetyczne. Odmienna jest metoda oparta na zmianie stosunku trwałych izotopów strontu (87Sr/86Sr), które występują w węglanowych szkieletach różnych grup skamieniałości. Dla poszczególnych pięter geologicznych wykreślone zostały krzywe wartości stosunku izotopów strontu, wykorzystane do określania

wieku osadów przez dopasowanie wyników próbki do konkretnego miejsca na krzywej. Podobne krzywe zostały

wykreślone dla stosunków innych trwałych izotopów, które również ułatwiają datowanie.

Naukowcy starają się coraz dokładniej określać wiek badanych skał, dlatego wraz z postępem naszej wiedzy zmieniają się wartości określające dokładny wiek poszczególnych granic. Jednak pomimo pewnych zmian wprowadzonych na przestrzeni ostatnich lat w tabeli stratygraficznej, jest to stabilna w swych podstawach i odnosząca się do najdawniejszej tradycji struktura, dlatego nie powinniśmy obawiać się poważnych zmian, które mogłyby być wprowadzone na kolejnym Międzynarodowym Kongresie Geologicznym.

Literatura:

„„1. Makowski, H., (Red.) 1977. Geologia historyczna. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa.

„„2. Orłowski, S. (Red.) 1986. Przewodnik do ćwiczeń z geologii historycznej. Wydawnictwa Geologiczne,

Warszawa.

„„3. Orłowski, S., Szulczewski, M.1990. Geologia historyczna. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa.

„„4. Ogg, J.G., Ogg, G., Gradstein, F.M. (Eds.) 2008. The Concise Geologic Time Scale. Cambridge University

Press, Cambridge.

„„5. Andel, T.H. 1997. Nowe spojrzenie na starą planetę zmienne oblicze Ziemi. Wydawnictwo Naukowe PWN,

Warszawa.

„„6. International Commission on Stratigraphy http://www.stratigraphy.org


Źródło tekstu (pdf do ściągnięcia)

Wykop

Korzystanie z serwisu oznacza akceptację Regulaminu. Copyright – 1999-2017 INTERIA.PL , wszystkie prawa zastrzeżone.