История Земли и методы ее изучения

Картину эволюционного процесса от его начала до наших дней воссоздает наука о древней жизни палеонтология. Ученые-палеонтологи прослеживают отдаленные во времени эпохи по окаменевшим остаткам организмов прошлого, сохранившимся в земных пластах. Геологические пласты, поэтому, можно образно назвать страницами и главами каменной летописи истории Земли. Но можно и точно определить их возраст, а вместе с тем и возраст ископаемых остатков, заключенных в этих пластах?

Методы геохронологии. Существуют разнообразные методы определения возраста ископаемых остатков и слоев горных пород. Все они делятся на относительные и абсолютные. Методы относительной геохронологии исходят из представления о том, что более поверхностный слой всегда моложе лежащего под ним. Учитывается и тот факт, что для каждой геохронологической эпохи характерен свой определенный облик – специфический набор животных и растений. На основании изучения последовательности напластования слоев геологического разреза составляется схема расположения слоев (стратиграфическая карта) данного района. Палеонтологические данные позволяют выявить одинаковые или близкие вида в слоях различных геологических разрезов разных стран и континентов. На основании сходства ископаемых форм делается вывод о синхронности слоев, содержащих так называемые руководящие ископаемые, т.е. об их принадлежности к одному и тому же времени.

Методы абсолютной геохронологии основывается на естественной радиоактивности некоторых химических элементов. Впервые предложил использовать это явление как эталон времени Пьер Кюри. Строгое постоянство скорости радиоактивного распада привело к мысли о разработке единой точной хронологической шкалы истории Земли. Позже этот вопрос разрабатывали Э. Резерфорд и другие ученые.

Для определения абсолютного возраста используют «долгоживущие» радиоактивные изотопы, пригодные для изучения возраста древнейших слоев Земли. Скорость распада радиоактивного изотопа выражается периодом полураспада. Это время, в течение которого любое исходное количество атомов уменьшается вдвое. Зная период полураспада соответствующего изотопа и измерив соотношение количества радиоактивного изотопа и продуктов его распада, можно определить возраст той или иной породы. Например, период полураспада урана-238 равен 4,498 млрд лет. Килограмм урана, в каких бы горных породах он ни залегал, через 100 млн лет дает 13 г свинца и 2 г гелия. Следовательно, чем больше в горной породе свинца, тем она и пласт, ее включающий, древнее. Таков принцип действия «радиоактивных часов». Рассмотренный пример иллюстрирует старейший метод изотопной геохронологии – свинцовый. Он назван так потому, что возраст пород определяется по накоплению свинца при распаде урана и тория. В результате радиоактивного распада урана-238 возникает свинец-206, уран-235, свинец-207 и при распаде тория-232 - свинец-208.

В зависимости от конечного продукта радиоактивного распада разработаны и другие методы изотопной геохронологии: гелиевый, углеродный, калий-аргоновый.

Для определения геологического возраста до 50 тысяч лет широко применяется радиоуглеродный метод. Он основан на том, что под действием космической радиации в атмосфере Земли азот превращается в радиоактивный изотоп углерода ¹⁴С, с периодом полураспада 5750 лет. В живых организмах вследствие постоянного обмена со средой концентрация радиоактивного изотопа углерода постоянна, тогда как после смерти и прекращения обмена веществ радиоактивный изотоп ¹⁴С начинает разлагаться. Зная период полураспада, можно весьма точно определить возраст органических остатков: угля, веток, торфа, костей. Этим методом датируются эпохи оледенения, этапы человеческой цивилизации и т.д.

В последние годы успешно разрабатывается дендрохронологический метод. Изучив влияние погодных условий на прирост годичных колец на древесине, биологи выяснили, что чередование колец низкого и высокого прироста дает неповторимую картину района, можно с точностью до года датировать любой кусок древесины. Таким образом, например, советские археологи точно датируют возраст древесины, использовавшейся на строительство древнего Новгорода.

Подобно годичным кольцам деревьев, отражают суточные, сезонные и годовые циклы линии роста кораллов. У этих морских беспозвоночных внешняя часть скелета покрыта тонким известковым слоем, называемым эпитекой. При хорошей сохранности на эпитеке видны четкие кольца – результат периодического изменения скорости отложения карбоната кальция. Эти образования группируются в пояса. Американский палеонтолог Дж.Уэлс доказал (1963), что кольцевые линии и пояса на эпитеке кораллов представляют собой суточные и годовые образования. Исследуя современные виды рифообразующих кораллов, он насчитал в их годовом поясе около 360 линий, т.е. каждая линия соответствовала приросту за один день. Интересно, что у кораллов, живших примерно 370 млн лет назад, в годовом поясе насчитывается от 385 до 399 линий. На основании этого Дж. Уэллс пришел к заключению, что количество дней в году в то далекое геологическое время было больше, чем в нашу эпоху. Действительно, как показывают астрономические вычисления и палеонтологические данные, Земля вращалась быстрее и продолжительность суток, поэтому, составляла примерно 22 часа. Зная последовательность появления тех или иных организмов и возраст различных слоев земной коры, ученые в общих чертах составили хронологию истории нашей планеты и описали развитие жизни на ней.

Календарь истории Земли. История Земли разделяется на длительные промежутки времени – эры. Эры подразделяются на периоды, периоды на эпохи, эпохи на века.

Разделение на эры и периоды не случайно. Окончание одной эры и начало другой знаменовалось существенными преобразованиями лика Земли, изменением соотношений суши иморя, интенсивными горообразовательными процессами.

Названия эр греческого происхождения: катархей – ниже древнейшего, архей – древнейший, протерозой - - первичная жизнь, палеозой – древняя жизнь, мезозой – средняя жизнь, кайнозой – новая жизнь.