 |
 |
| Rysunek 11.9: Skamieniały ząb rekina (po lewej) i współczesne zęby rekina (po prawej). | |
Rysunek 11.10: Skamielina Tyrannosaurus rex przypominająca żywy organizm.
Chociaż dziś może się to wydawać oczywiste, większość ludzi w tamtych czasach nie wierzyła, że skamieniałości były kiedyś częścią żywych stworzeń. Powodem było to, że skamieniałości małży, ślimaków i innych zwierząt morskich znajdowano w wysokich górach, kilometry od oceanu. Dwie szkoły myślenia wyjaśniły te skamieniałości. Niektórzy pisarze religijni wierzyli, że skorupy zostały zmyte podczas biblijnego potopu. Ale to wyjaśnienie nie mogło tłumaczyć faktu, że skamieniałości znajdowano nie tylko na górach, ale także w górach, w skałach wydobytych z głębi pod powierzchnią Ziemi. Szukając alternatywnego wyjaśnienia, inni pisarze zaproponowali, że skamieniałości powstały wewnątrz skał w wyniku działania tajemniczych sił. Innymi słowy, skamieniałe muszle, kości i zęby nigdy nie były częścią żywej istoty!
Steno miał inne pomysły. Dla Steno bliskie podobieństwo między skamielinami a współczesnymi organizmami było niemożliwe do zignorowania. Zamiast odwoływać się do sił nadprzyrodzonych w celu wyjaśnienia skamieniałości, Steno doszedł do wniosku, że skamieniałości były kiedyś częściami żywych stworzeń. Następnie starał się wyjaśnić, w jaki sposób skamieniałe muszle morskie można znaleźć w skałach położonych daleko od oceanu. Tak jak w przypadku Tyrannosaurusa rexa Rysunek 11.10, skamieniałości przypominają żywe organizmy.
Nadkładanie warstw skalnych
Steno najpierw zaproponował, że jeśli skała zawiera skamieniałości zwierząt morskich, to powstała ona z osadów, które osadziły się na dnie morza. Te skały zostały następnie wypiętrzone, aby stać się górami. Opierając się na tych założeniach, Steno wysnuł niezwykłą serię przypuszczeń, które są obecnie znane jako prawa Steno.
Pierwotna poziomość
Ponieważ osady są osadzane pod wodą, będą tworzyć płaskie, poziome warstwy (rysunek 11.11). Jeśli skała osadowa jest nachylona, warstwa została nachylona po jej uformowaniu.
Ciągłość boczna
Sedymenty były deponowane w ciągłych arkuszach, które obejmowały zbiornik wodny, w którym zostały zdeponowane. Kiedy dolina przecina warstwy osadowe, można założyć, że skały po obu stronach doliny były pierwotnie ciągłe.
Superpozycja
Skały osadowe są osadzane jedna na drugiej. Dlatego najmłodsze warstwy znajdują się na górze, a najstarsze na dole sekwencji.
Zależności poprzeczne
Formacja skalna lub powierzchnia, która przecina inne warstwy skalne jest młodsza niż warstwy skalne, które narusza. Na przykład, jeśli intruzja iglasta przechodzi przez serię skał metamorficznych, intruzja musi być młodsza niż skały metamorficzne, które przecina (Rysunek 11.12).
Wielki Kanion stanowi doskonałą ilustrację praw Steno. Na rysunku 11.13 pokazano wiele poziomych warstw skał osadowych, które tworzą kanion. Ładnie ilustruje to zasadę pierwotnej horyzontalności. Najmłodsze warstwy skalne znajdują się w górnej części kanionu, a najstarsze w dolnej, co opisuje prawo superpozycji. Wyróżniające się warstwy skalne, takie jak Kaibab Limestone, mogą być dopasowane do siebie na całej szerokości kanionu. Wiemy, że te warstwy skalne były kiedyś połączone, co opisuje reguła ciągłości poprzecznej. W końcu rzeka Kolorado przecina wszystkie warstwy skał osadowych, tworząc kanion. Opierając się na zasadzie zależności poprzecznych, rzeka musi być młodsza niż wszystkie warstwy skalne, które przecina.
Ryc. 11.13: Wielki Kanion, z wapieniem Kaibab widocznym na szczycie kanionu.
Określanie względnego wieku skał
Względny wiek skały to jej wiek w porównaniu z innymi skałami. Jeśli znasz wiek względny dwóch warstw skalnych, wiesz, która jest starsza, a która młodsza, ale nie wiesz, ile lat mają te warstwy w latach. W niektórych przypadkach bardzo trudno jest określić sekwencję zdarzeń, które prowadzą do powstania danej formacji. Weźmy za przykład Rysunek 11.14:
Rysunek 11.14: Przekrój warstw osadowych: (A-C) intruzja iglasta, (D) przekrój poprzeczny, (E) uskok.
Zasada relacji przekrojowych mówi, że uskok lub intruzja jest młodsza od skał, które przecina. Uskok oznaczony literą „E” przecina wszystkie trzy warstwy skał osadowych (A, B i C), a także intruzję (D). Zatem uskok ten musi być najmłodszą formacją, która jest widoczna. Intruzja (D) przecina trzy warstwy skał osadowych, więc musi być młodsza od tych warstw.
Zasada superpozycji mówi, że najstarsze jednostki skał osadowych znajdują się na dole, a najmłodsze na górze. Na tej podstawie warstwa C jest najstarsza, a po niej B i A. Zatem pełna sekwencja zdarzeń wygląda następująco:
- Powstała warstwa C.
- Powstała warstwa B.
- Powstała warstwa A.
- Gdy warstwy A-B-C były obecne, utworzyła się intruzja D.
- Intruzja D przecięła warstwy A-C.
- Utworzył się uskok E, przesuwając skały od A do C i intruzję D.
- Wystąpiło wietrzenie i erozja, tworząc warstwę gleby na wierzchu warstwy A.
Niezgodności w warstwach skalnych
Steno odkrył zasady określania względnego wieku pokładów skalnych, ale nie miał dobrego zrozumienia, jak długo trwało formowanie się tych formacji skalnych. W tamtych czasach większość Europejczyków wierzyła, że Ziemia ma około 6000 lat, a liczba ta opierała się na szacowanym czasie trwania wydarzeń opisanych w Biblii. Jednym z pierwszych, którzy zakwestionowali tę skalę czasową, był szkocki geolog James Hutton (1726-1797). Często określany jako twórca nowoczesnej geologii, Hutton sformułował filozofię zwaną uniformitarianizmem: Teraźniejszość jest kluczem do przeszłości. Zgodnie z uniformitarianizmem te same procesy, które widzimy wokół siebie dzisiaj, działały również w przeszłości. Na przykład, jeśli erozja i osadzanie zachodzą teraz powoli, to prawdopodobnie zachodziły zawsze powoli.
Hutton odkrył miejsca, gdzie pokłady skał osadowych leżą na zerodowanej powierzchni. Taka formacja nazywana jest unconformity, czyli szczeliną w warstwach skalnych, gdzie część skał została wyerodowana. Hutton zrekonstruował sekwencję wydarzeń, które doprowadziły do powstania takiej formacji. Na przykład, rozważ słynne unconformity w Siccar Point, na wybrzeżu Szkocji (Rysunek 11.15).
Rysunek 11.15: Unconformity Huttona na wybrzeżu Szkocji.
Na podstawie ryciny 15 można wnioskować o co najmniej dziewięciu wydarzeniach geologicznych:
- Seria osadów odkłada się na dnie oceanu.
- Osady twardnieją w skały osadowe.
- Skały osadowe są wypiętrzane i przechylane, odsłaniając je ponad powierzchnią oceanu.
- Przechylone pokłady są erodowane przez deszcz, lód i wiatr, tworząc nieregularną powierzchnię.
- Morze przykrywa erodowane warstwy skał osadowych.
- Nowe warstwy osadowe są osadzane.
- Nowe warstwy twardnieją w skałę osadową.
- Warstwy te są pochylone.
- Powstaje wypiętrzenie, odsłaniając nowe skały osadowe ponad powierzchnią oceanu.
Hutton zdał sobie sprawę, że potrzebny jest ogromny okres czasu, by uwzględnić powtarzające się epizody osadzania, formowania skał, wypiętrzania i erozji, które doprowadziły do powstania niezgodności, jak ta w Siccar Point. Hutton zdał sobie sprawę, że wiek Ziemi nie powinien być mierzony w tysiącach lat, lecz w milionach lat.
Pasowanie warstw skalnych
Superpozycja i przekrój są pomocne, gdy skały dotykają się nawzajem, lecz są bezużyteczne, gdy skały są oddalone od siebie o kilometry, a nawet kontynenty. Trzy rodzaje wskazówek pomagają geologom dopasować warstwy skalne na dużych odległościach. Pierwszą z nich jest fakt, że niektóre formacje skał osadowych rozciągają się na ogromne odległości i są rozpoznawalne na rozległych obszarach. Na przykład, formacja Pierre Shale może być rozpoznana na całych Wielkich Równinach, od Nowego Meksyku po Północną Dakotę. Słynne White Cliffs of Dover w południowo-zachodniej Anglii mogą być dopasowane do podobnych białych klifów w Danii i Niemczech.
Drugą wskazówką może być obecność kluczowego łóżka, lub szczególnie charakterystycznej warstwy skały, która może być rozpoznana na dużym obszarze. Płynące wulkaniczne popioły są często przydatne jako kluczowe złoża, ponieważ są powszechne i łatwe do zidentyfikowania. Prawdopodobnie najbardziej znanym przykładem złoża kluczowego jest warstwa gliny znajdująca się na granicy między okresem kredowym a trzeciorzędem, czyli w czasie, gdy wyginęły dinozaury (rysunek 11.16). Ta cienka warstwa osadów, o grubości zaledwie kilku centymetrów, zawiera duże stężenie pierwiastka irydu. Iryd jest rzadki na Ziemi, ale powszechny w asteroidach. W 1980 r. zespół naukowców kierowany przez Luisa Alvareza i jego syna Waltera zaproponował, że ogromna asteroida uderzyła w Ziemię około 66 milionów lat temu, powodując pożary lasów, kwaśne deszcze i zmiany klimatyczne, które unicestwiły dinozaury.
Ryc. 11.17: Geologiczna skala czasu.
Trzeci rodzaj wskazówek, które pomagają naukowcom porównywać różne warstwy skalne, to skamieniałości wskaźnikowe. Przypomnijmy, że skamieniałości wskaźnikowe to szczątki organizmów, które były szeroko rozpowszechnione, ale istniały tylko przez stosunkowo krótki okres czasu. Jeśli dwie jednostki skalne zawierają ten sam typ skamieniałości wskaźnikowej, ich wiek jest prawdopodobnie bardzo podobny.
Podczas zbierania skamieniałości z całego świata naukowcy zauważyli, że skały w różnym wieku zawierają charakterystyczne typy skamieniałości. Wzorzec ten doprowadził do stworzenia geologicznej skali czasu i pomógł zainspirować teorię ewolucji Darwina (rysunek 11.17).
Każda era, okres i epoka geologicznej skali czasu jest określona przez skamieniałości, które pojawiły się w tym czasie. Na przykład skały paleozoiczne zwykle zawierają skamieniałości trylobitów, ramienionogów i krynoidów. Obecność kości dinozaurów wskazuje, że skała pochodzi z ery mezozoicznej, a konkretny typ dinozaura pozwala zidentyfikować skałę jako triasową, jurajską lub kredową. Era kenozoiczna jest również znana jako era ssaków, a okres czwartorzędu reprezentuje czas, kiedy pierwsi ludzie rozprzestrzenili się po Ziemi.
Podsumowanie lekcji
Nicholas Steno po raz pierwszy sformułował zasady, które pozwalają naukowcom określić względny wiek skał w XVII wieku. Steno stwierdził, że skały osadowe powstają w ciągłych, poziomych warstwach, z młodszymi warstwami na wierzchu starszych. Sto lat później James Hutton odkrył prawo zależności poprzecznych: uskok lub intruzja iglasta jest młodsza niż skały, które przecina. Hutton jako pierwszy zdał sobie sprawę z ogromnej ilości czasu potrzebnego do stworzenia niekonformizmu, czyli miejsca, w którym skały osadowe leżą nad zerodowaną powierzchnią.
Inne metody wchodzą w grę, gdy porównujemy warstwy skalne oddzielone od siebie dużą odległością. Wiele formacji skał osadowych jest dużych i można je rozpoznać w całym regionie. Wyróżniające się warstwy skalne, zwane pokładami kluczowymi, są również przydatne do korelacji jednostek skalnych. Skamieniałości, zwłaszcza skamieniałości wskaźnikowe, są najbardziej użytecznym sposobem porównywania różnych warstw skalnych. Zmiany skamieniałości w czasie doprowadziły do rozwoju geologicznej skali czasu.
Pytania sprawdzające
- W XV wieku rolnik znalazł skałę, która wygląda dokładnie jak muszla małża. Co rolnik prawdopodobnie wywnioskował na temat tego, jak skamielina się tam znalazła?
- Które z praw Steno ilustruje każdy z poniższych obrazków na rysunku 11.18?
- Jaka jest kolejność jednostek skalnych na rysunku 11.19, od najstarszej do najmłodszej?
- Jakiego rodzaju formację geologiczną przedstawia wychodnia na rysunku 11.20 i jaką sekwencję zdarzeń reprezentuje?
- Trzy wychodnie na rysunku 11.21 są od siebie bardzo oddalone. Based on what you see, which fossil is an index fossil, and why?
Ryc. 11.18: Ilustracja praw Steno.
Rysunek 11.19: Sekwencja jednostek skalnych.
Rysunek 11.20: Wychodek.
Rysunek 11.21: Skamieniałości.
Słownictwo
związki przekrojowe Jedna z zasad Steno, która mówi, że intruzja lub uskok jest młodszy niż skały, które przecina. geologiczna skala czasu Podział historii Ziemi na bloki czasowe wyróżnione na podstawie wydarzeń geologicznych i ewolucyjnych. złoże kluczowe Wyróżniająca się, rozległa warstwa skalna, która powstała w jednym czasie. ciągłość boczna Jedna z zasad Stena, która mówi, że warstwa skał osadowych rozciąga się na boki tak szeroko, jak niecka, w której powstała. original horizontality Jedna z zasad Steno, która mówi, że warstwy osadowe były poziome lub płasko leżące w czasie, gdy były deponowane. relative age Wiek obiektu w porównaniu z wiekiem innych obiektów. superposition Jedna z zasad Steno, która mówi, że w sekwencji warstw skał osadowych najstarsza warstwa znajduje się na dole, a najmłodsza na górze. unconformity Granica między skałami o bardzo różnym wieku. Unconformities are often marked by an erosional surface. uniformitarianism The idea that the geologic processes that shape the land today have acted in basically the same way throughout Earth’s history.
Punkty do rozważenia
- W czasach Nicholasa Steno, dlaczego większość ludzi nie wierzyła, że skamieniałości są szczątkami starożytnych organizmów?
- Jak Steno wyjaśnił obecność skamieniałości morskich w wysokich górach?
- Jakie znaczenie miały unconformities dla Jamesa Huttona?
- Jak można określić względny wiek dwóch warstw skalnych, które są od siebie bardzo odległe?
.