A távoli múlt kronológiája. Abszolút geokronológia

A távoli múlt kronológiája

Alexander Markov,
Biológiai Tudományok Doktora, Senior Kutató, Paleontológiai Intézet, Orosz Tudományos Akadémia

  • Relatív geokronológia
  • Paleomágneses adatok
  • Abszolút geokronológia

Abszolút geokronológia

Az abszolút időpontokat sokkal később "felfüggesztették" a geokronológiai léptékbe, amikor a radiometrikus, majd az abszolút kor meghatározására más módszerek jelentek meg. Ezek a módszerek egy másik egyházmegyéhez kapcsolódnak – a kémikusok és a fizikusok a megfelelő elemzéseket végzik, nem pedig a paleontológusok geológusai. Az elemzések drágák és összetettek, és ritkán végeznek. Igen, és nem kell őket gyakran csinálni. Elég, ha minden egyes stratigrafikus határpontot pontosan meg kell adni, akkor a "normális", vagyis a relatív növény-állatvilág meghatározott korát több millió évig egyszerűen lefordítani, így a népszerű tudományos publikációk olvasói kedvelik.

A probléma az, hogy mindezek a fizikai-kémiai módszerek még nem nagyon pontosak. Itt van, amit Szergej Viktorovich Meyen, az egyik legnagyobb orosz rétegtulajdonos 1986-ban írta a "Knowledge-Power" folyóiratban:

"A harmincas évek elején, az egyik leghitelesebb stratigrafikus iránymutatásban azt mondták, hogy a földkéreg korának kiszámításának különböző módszerei szerint 40 millióról 7 milliárd évre nyerik.Az ilyen számok elterjedése természetesen leértékelné őket. "

De még inkább indikatív egy másik idézet:

"Most már tudjuk, hogy az egész Phanerozoik körülbelül 570 millió évig tartott … a Paleozoik kezdetének mérési hibája tíz-tizenöt millió év."

Valójában a 80-as évek minta szerinti skálája szerint a proterozoikus és paleozoikus határok abszolút korát 570 mA-re becsülték, ami várhatóan 15 mA-nél, vagyis 555-585 Ma-nál volt.

A 2004-es minta skála (lásd a Paleozoikus Era Globális Geokronológiai Skála előző szakaszát) 542, plusz vagy mínusz 1 millió évvel kezdődik. Így, ha figyelembe vesszük a jelenlegi skálát helyesnek, el kell ismernünk, hogy 1986-ban a hiba nem 10-15, hanem 28 millió év volt! Az abszolút geokronológia két évtizedes intenzív fejlődésének köszönhetően a korai kambriumok alsó határa egyforma (a modern fogalmaknak megfelelően) átterjedt az egész kora kambriai korszak időtartamára.

Ugyanakkor tudomásul kell vennünk, hogy a korai kambria paleontológiájának tanulmányozása a szokásos módon folytatódott, a kambria kambrijum maradt, az archaeocyták – archeocyták, és őszintén szólva a kambriai szakemberek sem melegek, sem hidegek ezekből a perturbációkból.De most úgy gondolom, hogy az olvasó számára könnyebb megérteni, hogy a paleontológusok miért bíznak a korszakok, korszakok, korok, horizontok és vonalvezetések, mint a hírhedt "évmilliók".

És mégis honnan származnak ezek a milliók?*

A módszerek meghatározása abszolút kora a legszélesebb körben használt úgynevezett radiometrikus módszerek, amely a radioaktív izotópok bomlási sebességének állandóságán alapul (lásd a táblázatot).

Míg egy anyag folyékony állapotban van (például folyékony magma), kémiai összetétele megváltoztatható: keverés történik, diffúzió történik, sok komponens elpárologhat, stb. De amikor az ásvány megköt, viszonylag zárt rendszerként viselkedik. Ez azt jelenti, hogy a benne lévő radioaktív izotópok nem mossák ki, és nem párolognak belőle, és csökkenésük csak a bomlás miatt fordul elő, amely ismert állandó ütemben fordul elő. Minden bomlástermék ideálisan szintén ásványianyagban maradnak. Sajnálatos módon egy ilyen "ideális" a természetben nem sokkal több, mint egy ideális gáz vagy teljesen fekete test.

Ha az újonnan kialakított sziklában kezdetben nincsenek atomok – ennek az izotópnak a bomlási termékei (vagy ha tudjukhányan voltak ott); ha az izotóp atomjai és a bomlástermékei valójában nem mossák ki, nem párolognak és kívülről nem hatolnak be, akkor pontosan meghatározhatjuk a szikla korát az izotóp és termékei tömegarányának mérésével. Nem kell tudni az izotóp kezdeti tartalmát a sziklában. Például, ha az izotóp bomlási aránya 1: 1 a sziklában, és az izotóp felezési ideje 1 millió év, és ha alapos okkal feltételezhető, hogy a kőzetben nem volt kezdeti bomlási termék, akkor ez a fajta 1 millió évvel ezelőtt alakult ki .

Minél hosszabb a felezési idő, annál idősebb geológiai események megfelelő radiometrikus módszerrel keltezhetők. Ha az izotóp gyorsan lebomlik (mint 14C), a minta túlságosan kevés maradt az eredeti izotóptól a pontos elemzéshez. Éppen ellenkezőleg, ha az izotóp nagyon lassan bomlik, addig nem használható fel fiatal üledékek, mivel túl kevés a bomlástermékek halmozódtak fel benne. (N. V. Koronovsky, A. F. Yakushova, abszolút geokronológia)

Valójában minden sokkal bonyolultabb.Általában nagyon nehéz megbecsülni az adott izotóp bomlási termékeinek kőzetében lévő kezdeti tartalmat. Például a kálium-argon módszer (amely egyébként a legfontosabb stratigrafikus határok legmagasabb szintjét alkalmazta) a rendkívül kényelmes körülményen alapul, amelyet az argon általában megolvad az olvadt kőzetekből. Az ásvány kristályosodása során azonban az argon kívülről csapdába kerülhet. Hogyan lehet megkülönböztetni ezt az argont az izotóp bomlása során keletkezettől? 40K? Elmélkedhetünk abból a feltevésből, hogy a befogott argon ugyanolyan arányú izotópokkal rendelkezik 40Ar /36Ar, mint egy modern légkörben. Az összeg mérése 36Ar, akkor kiszámíthatja a "tiszta" radiogén argon mennyiségét 40Ar. Mindazonáltal a fent említett feltevés nem mindig indokolt …

Mindegyik radiometriai módszer előnye és hátránya. Például az urán-ólom módszer hátránya az ásványok ritka előfordulása meglehetősen magas urántartalommal; a kálium-argon hiánya – a már edzett ásványból képződő argon szivárgásának nagy valószínűsége van.

Ennek eredményeként minden egyes radiometriai módszer gyakran hibás társkeresést eredményez. Ezért a tudósok ugyanazt a réteget igyekeznek naprakésszé tenni több független módszerrel. Ha az eredmények többé-kevésbé egybeesnek, mindenki megkönnyebbülést sürget. Ha nem, folytassák a lehetséges hibaforrások szigorú keresését és a különféle bonyolult módosítások kidolgozását. Sajnálatos módon egy másik taktika is előfordult: több, már megszerzett időpont közül választották a leginkább a kutatók véleményét, és a többi kiadás során célul tűzték ki a "kompromittáló anyagot".

A radiokarbon-módszert széles körben használják a legöregebb (legfeljebb 100 ezer évnél régebbi) üledék abszolút életkorának meghatározására, különösen a benne maradt szerves anyagok esetében. Radioaktív szén izotóp 14C a felső légkörben keletkezik a nitrogénmagok kozmikus sugár neutronokkal történő bombázásának eredményeként: 14N + n -> 14C + p. szén 14C oxidálódik 14CO2 és a légkörbe terjesztik. A növények használják 14CO2 a fotoszintézis során a szerves anyagok előállításához szokásos szén-dioxiddal együtt. Ennek eredményeképpen az arány 14C /12C élő szervezetekben ugyanaz, mint a légkörben (kb-12). A szervezet halála után a szén beáramlása leáll (a rendszer feltételesen lezáródik, mint a megkeményedett ásvány esetében), és állandó aránya csökken az arányban 14C /12C a radioaktív izotóp bomlása miatt 14C.

A radiokarbon-módszer alkalmazása azonban számos nehézséggel szembesül. A burkolt szerves anyagokat külső szénnel lehet szennyezni, mint az "ősi" (alacsony arányban 14C), így és "fiatal". Ennek eredményeként vannak "megfiatalítási hibák" és "öregedési hibák". Ezen kívül az arány 14C /12C a légkörben nem állandó. Például az emberi tevékenységek, különösen a nukleáris fegyverek vizsgálata nagymértékben befolyásolja ezt az értéket. Az oktatás üteme 14C a légkör felső rétegeiben a kozmikus és a napsugárzás intenzitásától függ, ezek változó értékek. arány 14C /12C a CO összes koncentrációjától függ.2 olyan légkörben, amely szintén hajlamos megváltozni. Mindezen természetes ingadozások azonban nem túl nagyok az amplitúdóban, és bizonyos fokú pontossággal figyelembe vehetők.Egy nagyon komoly probléma csak a külföldi szénnel való mintavétel lehetősége.

Lumineszcens módszerek Az abszolút társkeresés egyes közös ásványi anyagok (például kvarc és földpát) képességén alapul, hogy felhalmozódjanak az ionizáló sugárzás energiája, majd bizonyos körülmények között gyorsan fény formájában adják. Az ionizáló sugárzás nem csak a térből érkezik hozzánk, hanem a radioaktív elemek bomlása során is sziklák keletkeznek. A sugárzás hatására a kristály egyes elektronjai különleges izgalomba kerülnek. Minél nagyobb repedések és más hibák a kristályban, annál nagyobb az ilyen transzformációra alkalmas elektronok száma. Miközben a kristály (például homokszemcsék) csendesen fekszik egy sötét, hűvös helyen (például egy másik homokszemcsés réteg alatt), a fokozatosan növekvő "túlzott" elektronok száma növekszik, az energia felhalmozódik.

Ha egy ilyen kristályt egy bizonyos ingerlésnek vetünk alá (500 fokos fűtött vagy éppen csak megvilágított), akkor gyorsan felengedi a felhalmozott energiát fény formájában. Ugyanakkor a gerjesztett elektronok megnyugodnak és visszatérnek a megfelelő pályára, és a "fényes kronométer" visszaáll.A kibocsátott fény mennyiségének mérésével meghatározható, hogy a kristály mennyi ideig hagyta nyugodtan feküdni a fent említett sötét, hűvös helyen, miután utoljára hasonló hatású izzításnak volt kitéve (a fényt vagy a fűtést). A lumineszcens társkereső eljárások ezen alapulnak: termolumineszcens és optikai lumineszcens (az optikailag stimulált lumineszcencia módszere). A termolumineszcens eljárást először a 20. század közepén használták fel a régészek az égetett kerámia korának meghatározására (ez nagyon kényelmes, mivel a fénykronométert biztosan visszaállítják a tüzelés során).

Valójában a kristály nem kronométerként működik, hanem doziméterként. A kristály által "felhalmozódott" fény mennyisége nem mutatja magát az időt, hanem a kristály által kapott besugárzás teljes dózisát. By the way, termolumineszcens dózismérők léteznek és széles körben használatosak. A kristályok ezen tulajdonságának az abszolút társkereséshez való felhasználása azon a feltételezésen alapul, hogy a kristály helyén a sugárzási háttér állandósult. Például Csernobil környékén, a régészeti leletek lumineszcens keltezésének elvégzéséhez elég értelmetlen foglalkozás.

A lumineszcens módszerek lehetővé teszik a 100-200.000 éves időskorú minták kitöltését, és ideális esetben hiba esetén legfeljebb 10% lehet. De ez, mint mindig, csak "ideális". A kristály által felhalmozott fény mennyiségét számos tényező befolyásolja, elsősorban a kristály szerkezete, a kristályrácsban lévő hibák száma és természetesen a kristály elhelyezkedésének helye (vagy helyei). Ez a szint nem csak az emberi tevékenység, hanem egyéb okok miatt is megváltozhat – például a kristálynak a felszín alatti vízzel való rendszeres érintkezésének köszönhetően. A barlangi üledékek korának meghatározásában felmerülő nehézségek azzal a ténnyel is összefügghetnek, hogy nem mindig lehet pontosan meghatározni, hogy a barlang primitív lakói által "az utcán" mely homokszemeket vetettek alá a mennyezetről.

Elektron-paramágneses vagy elektron-spin rezonancia módszer Ugyancsak olyan változásokon alapul, amelyek fokozatosan felhalmozódnak egy kristályban a sugárzás hatása alatt. Csak ebben az esetben nem a "gerjesztett" elektronok számáról beszélünk, amelyek "megnyugtatják" a fénykibocsátást, de a megváltozott centrifugálással rendelkező elektronok számáról.Az ilyen elektronok számának meghatározásához a fizikusok rezonáns módszereket alkalmaznak, vagyis egy oszcilláló rendszert (ebben az esetben egy kristályt) alkalmaznak egy periodikus külső befolyásolásra (pl. Váltakozó mágneses mezőbe), és megfigyeljék azt a választ, amelyet a rendszer akkor ad, amikor a külső befolyásolási frekvencia megközelíti a frekvenciák valamelyikét a rendszer természetes rezgései. Egy egyszerű paleontológus vagy régész számára ez a bölcsesség teljesen érthetetlen. Minden kérdés – a fizikusoknak, kérem. By the way, azt állítják, hogy a módszer lehetővé teszi társkereső minták legfeljebb két millió évig, a legjobb a karbonát kőzetek, és nagyon jó meghatározni a kora a fog zománc.

Számos fizikai-kémiai abszolút társkereső módszer van korlátozva. Példaként, aminosav módszer azzal a ténnyel, hogy a "bal" aminosavak, amelyekből az összes élő szervezet fehérjéi épülnek, a halál után fokozatosan racemizálódnak, vagyis "jobb" és "bal" formák keverékévé válnak. Az eljárás csak olyan nagyon jó tárolási mintákra alkalmazható, amelyekben elegendő mennyiségű primer szerves anyagot tartanak fenn.További nehézség, hogy a racemizáció sebessége a hőmérséklet függvénye. Ezért például a mérsékelt szélességi területekből származó minták esetében a módszer körülbelül 20-30 ezer éves felbontású, de csak a fiatal (legfeljebb 2 millió évnél régebbi) üledékek esetében alkalmazható; a poláris régiókban a módszer lehetővé teszi régebbi minták (5-6 millió évig) való megfelelést, de kisebb pontossággal (100 ezer évnyi hiba esetén).

Az egyik legősibb fák a fenyő, Kaliforniában (USA) nő. Több mint 4000 éves (fotó: home.austarnet.com.au)

Dendrokronológiai módszer vagy rengeteg gyűrűvel, régészek nagy becsben tartásával. Ez a módszer lehetővé teszi, hogy csak a legfiatalabb betéteket (legfeljebb 5-8 ezer éves korig), de nagyon nagy pontossággal, egy évig! Csak akkor kell elegendő mennyiségű fát találni az ásatásban. A legtöbb fatörzsben az éves gyűrű alakul ki, amelynek szélessége az adott év időjárási körülményeitől függően változik. A széles és keskeny gyűrűk jellegzetes "spektrumai" azonosak az adott terület minden fáinál, egyidejűleg nőnek. A dendrokronológia szakemberei a mai naptól a múltig terjedő dendrokronológiai skálák. Nagyon hosszú életű fák segítenek ebben.A napjainkig fennmaradt fák közül a legidősebb volt a 4844 év, amikor 1965-ben lebontották (ez a dendrokronológia történetének egyik legszomorúbb eseménye). A bolygó legöregebb élő faja 4789 éves. Ez a fenyő (Pinus longaevanövekszik Kaliforniában.

Sajnálatos módon az időjárás a Föld különböző részein nagyon eltérő, és ha Kanadának meleg nyara van (és a fák vastag éves gyűrűket képeznek), akkor Szibériában ugyanazon a nyáron hideg lesz, és az éves gyűrűk vékonyak lesznek. Ezért minden régió esetében külön dendrokronológiai skálákat kell összeállítani.

A dendrokronológiai módszer csak olyan területeken alkalmazható, ahol az éghajlat (szezonalitás, hőmérséklet vagy csapadék) erős szezonálisan változik – egyébként nincs egyértelmű éves gyűrű. Ezenkívül a talaj összetétele hozzá kell járulnia a fa jó megőrzéséhez, és a vizsgált régészeti kultúráknak széleskörűen kell hasznosítaniuk a fát a gazdaságban.

Élő fa kora meghatározható, nem vágva, vékony fa oszlopok fúrásával (fénykép www.geo.arizona.edu és medias.obs-mip.fr)

A dendrokronológiai és radiokarbon módszerek jó eredményeket adhatnak.Az évenkénti gyűrűk nemcsak az adott év időjárási viszonyaiban rejlő emlékezőket, hanem a szintek kisebb mértékű megváltozása miatt 14A gyűrűtől a gyűrűig lehetséges megítélni az izotóp tartalmának ingadozását a légkörben. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy jelentősen javítsuk a rádiófrekvenciás társkeresés pontosságát, és további adatforrást biztosítsunk a dendrokronikus korrelációhoz (ez lehetővé teszi éves gyűrűk korrelációját nemcsak szélességük, hanem tartalom szerint is 14C). Számos régióban megbízható dendrokronológiai skálák képesek 8-9 ezer évvel a múltra, rádióhullám kalibrálással, akár 13 ezer évvel és ennél is tovább.

Ez az ábra azt mutatja be, hogyan történik a dendrokronológiai korreláció (az uts.cc.utexas.edu kép)

A molekuláris órák módszere. A paleontológiában, mint említettük, a tudományos cikkek relatív dátumainak prevalenciája jellegzetes, míg az abszolút időpontok főként olyan népszerű megismétlésekben találhatók meg, amelyekben az újságírók több millió év alatt kérik az olvasókat, fordítanak korszakokat, horogsorokat és szubstage-okat a geokronológiai skálán. Egy másik dolog – tudományos cikkek a genetikáról és a molekuláris biológiáról.Az abszolút időpontok gyakran ott vannak: "az emberek és a csimpánzok 5-8 millió évvel ezelőtt eltértek", "a rizs és a köles közös ősből származik, aki 30-60 millió évvel ezelőtt élt" (lásd , 2005. december 22. és így tovább).

A genetika, a molekuláris biológia és a biológia egyéb "nem paleontológiai" ágaiban található modern cikkekben szereplő abszolút randevúk nagy része részben vagy egészben a "molekuláris órák" elvén alapul.

A modern biológia evolúciós gondolatokon alapul, amelyek legelterjedtebb formájukban a darwini divergencia-rendszer (lásd az ábrát) képviselik.

A klasszikus Darwini divergens séma egy olyan fa formája, amelynek ágai egyszer megosztottak, soha többé nem fognak összeolvadni (Macevolution.narod.ru ábra)

Az élet a Földön közös eredetű, amint azt a genetikai kód egységessége és az élő sejtek más alapvető rendszerei bizonyítják. Úgy gondolják, hogy egy élő sejt egy alkalommal keletkezett, és ettől az első sejtből minden élőlény származott. Az élet fejlődésének történetét különböző faágakkal rendelkező fa formájában lehet képviselni. Ebből következik, hogy függetlenül attól, hogy milyen két élőlény faj, amit a múltban valamikor előfordulhatunk, ők voltak közös ősei (őshonos fajok), amelyekből időben "elszálltak".Az esetek túlnyomó többségében az ősi fosszilis maradványait nem lehet megtalálni a fosszilis rekord fosszilis nyilvántartásában (és ha megtalálható, akkor bizonyítani kell, hogy ő ősi, nem egy második unokatestvére).

Hogyan kell tehát meghatározni egy közös ős élettartamát, és (ami körülbelül ugyanaz) az ebből származó organizmusok leszármazott csoportjainak megjelenési idejét?

A "molekuláris óraszabály" szerint semleges (nem hasznos és nem káros) mutációk felhalmozódnak a genomban megközelítőleg állandó sebességgel, hacsak nincs különösebb ok arra, hogy ezt a folyamatot felgyorsítsuk vagy lelassítsuk. A mutációk felhalmozódásának mértéke természetesen a különböző organizmuscsoportokban változik (például a baktériumok sokkal gyorsabban mutatódnak, mint a többsejtűeké), de ezeket a különbségeket elvben figyelembe lehet venni. Néhány konkrét példával, ha ez lehetséges, a "molekuláris órát" kalibrálták. Például az izlandiak egy népének DNS-molekuláit hasonlították össze, ahol minden ember ismeri az őseit 1000 évvel ezelőtt, az első telepesektől kezdve. Így meg lehetett állapítani, hogy hány mutáció van átlagosan DNS egységben rögzítve (vagy bizonyos számú generációra)személyesen. Sok esetben a "molekuláris órát" állítják be és a fosszilis rekord szerint

A molekuláris órák módszere rendkívül pontatlan, mivel a mutációk felhalmozódásának mértéke nemcsak a szervezetcsoporttól függ, hanem sok más tényezőtől is függ (például a transzpozonok és vírusok aktivitásától, a genomban való bőségükről). Ezért e módszer alapján csak nagyon közelítő becsléseket tudunk készíteni az evolúciós vonalak divergenciájának idejéről. A konfidenciaintervallum felső és alsó határa fele és még több lehet. A genetika aktívan dolgozik a módszer tökéletesítésén.

Az abszolút geokronológia legtöbb módszere pontatlansága egyáltalán nem indokolja, hogy teljes mértékben tagadja a paleontológia, az evolúciós biológia és a régészet abszolút társkereső pontosságát (mint például Fomenko do kreacionista és követője). E módszerek fő ereje, hogy sokan közülük. Az esetek túlnyomó többségében ugyanakkor hasonló eredményeket adnak, amelyek egyébként jól egyeznek a relatív geokronológia adataival (az alsó rétegek idősebbek, mint a felsőek stb.).Ha ez nem így lenne, akkor semmit sem lehetett mondani! Olyan, mint a hajó kronométerek: ha egyedül van, lehetetlen megállapítani, mikor hazudik; ha kettő – már lehet megérteni, hogy egyikük hazudik, akkor nem tisztázott, hogy melyik kettő; Nos, ha három vagy több van, szinte mindig megtalálhatja a pontos időt.

Ezért jó tudományos tanulmányoknál a tárgyak korát több önálló módszerrel próbálják meghatározni. Ha megsérti ezt a szabályt, az eredmény ellentmondásosnak tűnik a legtöbb szakértő szemében.

Lásd még:
1) N. V. Koronovsky, A. F. Yakushova. Relatív geokronológia.
2) E.N. Chernykh. A régészet biokosikus "órája".
3) V.A. Dergachev. Radiokarbon kronométer.
4) S.S. Lazarev. Az "idő" fogalma és a földkéreg földtani feljegyzése.
5) Ismeretterjesztő módszerek a tudományban.


* A cikk szerzője nem abszolút geokronológiai módszerek szakértője. Éppen ellenkezőleg: paleontológus. Ezért a következő szöveget nem szabad a radiometrikus, lumineszcens és egyéb módszerek hiteles útmutatójaként tekinteni, hanem egy egyszerű paleontológus kétségbeesett kísérletévé téve az egész fizikai és kémiai zaumi megértését, amelynek segítségével a kedvenc kambriai és ordoviói "milliószor" év.A szerző nagyon hálás lenne a szakértőknek a módosítások és megjegyzések tekintetében.


Like this post? Please share to your friends:
A távoli múlt kronológiája ">
Vélemény, hozzászólás?

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