Viac

14.1: Relatívne zoznamovanie - Geovedy


Relatívne datovanie je proces určovania, či je jedna hornina alebo geologická udalosť staršia alebo mladšia ako iná, bez toho, aby poznali ich konkrétny vek - t. j. pred koľkými rokmi sa objekt formoval. Princípy relatívneho času sú jednoduché, dokonca zrejmé už teraz, ale vedci ich všeobecne akceptovali až po vedeckej revolúcii 17. a 18. storočia [3]. James Hutton (pozri kapitolu 1) si uvedomil, že geologické procesy sú pomalé a jeho predstavy o uniformitarizmu (t. J. „Súčasnosť je kľúčom k minulosti“) poskytli základ pre interpretáciu hornín Zeme pomocou vedeckých princípov.

Princípy relatívneho zoznámenia

Stratigrafia je štúdium vrstevnatých usadených hornín. Táto časť pojednáva o princípoch relatívneho času používaných v celej geológii, ale sú obzvlášť užitočné v stratigrafii.

Princíp superpozície: V inak nerušenom slede sedimentárnych vrstiev alebo vrstiev hornín sú vrstvy na dne najstaršie a vrstvy nad nimi sú mladšie.

Princíp pôvodnej horizontality: Zhora uložené horniny, napríklad sedimenty a lávové prúdy, sa ukladajú vodorovne. Výnimka z tohto princípu je na okraji povodí, kde môžu vrstvy mierne klesať dole do povodia.

Princíp laterálnej kontinuity: V depozičnej panve sú vrstvy súvislé vo všetkých smeroch, až kým sa na okraji tejto panvy nezriedkajú. Samozrejme, všetky vrstvy nakoniec skončia, a to buď narazením na geografickú bariéru, napríklad na vyvýšeninu, alebo keď proces usadzovania siaha príliš ďaleko od jeho zdroja, buď zdroja sedimentov, alebo sopky. Straty, ktoré sú rozrezané kaňonom, neskôr zostávajú súvislé na oboch stranách kaňonu.

Princíp prierezových vzťahov: Deformačné udalosti, ako sú záhyby, chyby a magmatické vniknutie, ktoré sa tiahnu cez skaly, sú mladšie ako skaly, ktoré prerezávajú.

Princíp I.vylúčenia: Keď jeden skalný útvar obsahuje kúsky alebo inklúzie inej horniny, zahrnutá hornina je staršia ako hornina hostiteľa.

Princíp fosílneho dedičstva: Evolúcia priniesla sled jedinečných fosílií, ktoré korelujú s jednotkami geologickej časovej škály. Zostavy fosílií obsiahnutých vo vrstvách sú jedinečné dobe, ktorú prežili, a možno ich použiť na korelovanie hornín rovnakého veku v širokom geografickom rozšírení. Zostavy fosílií označujú skupiny niekoľkých jedinečných fosílií vyskytujúcich sa spolu.

Príklad Grand Canyonu

Stratigrafické princípy ilustruje Grand Canyon v Arizone. Fotografia zobrazuje vrstvy hornín nad sebou v poradí, od najstarších v dolnej časti po najmladšie v hornej časti, na základe princípu superpozície. Prevažujúcou bielou vrstvou tesne pod okrajom kaňonu je pieskovec Coconino. Táto vrstva je priečne súvislá, aj keď zasahujúci kaňon oddeľuje jej výbežky. Horninové vrstvy vykazujú princíp bočnej kontinuity, pretože sa nachádzajú na oboch stranách Veľkého kaňonu vytesaného riekou Colorado.

Diagram s názvom „Tri sady skál Grand Canyon“ zobrazuje prierez skál exponovaných na stenách Grand Canyonu a ilustruje princíp prierezových vzťahov, superpozície a pôvodnej horizontality. V najnižších častiach Veľkého kaňonu sa nachádzajú najstaršie sedimentárne útvary, na dne s vyvretými a metamorfovanými horninami. Princíp prierezových vzťahov ukazuje postupnosť týchto udalostí. Metamorfná bahno (# 16) je najstarší skalný útvar a prienik do žuly (# 17) je mladší. Ako je vidieť na obrázku, ostatné vrstvy na stenách Grand Canyonu sú očíslované v opačnom poradí, pričom číslo 15 je najstaršou a číslo 1 najmladšou [4]. To ilustruje princíp superpozície. Región Grand Canyon leží na Colorado Plateau, ktorá sa vyznačuje horizontálnymi alebo takmer horizontálnymi vrstvami, ktoré sa riadia princípom pôvodnej horizontality. Tieto horninové vrstvy boli sotva narušené pôvodnou depozíciou, s výnimkou rozsiahleho regionálneho nárastu.

Fotografie Grand Canyonu tu zobrazujú vrstvy, ktoré boli pôvodne uložené v plochej vrstve na vrchole starších vyvretých a metamorfovaných „suterénnych“ hornín, podľa pôvodného princípu horizontality. Pretože tvorba suterénnych hornín a depozícia nadložných vrstiev nie je kontinuálna, ale je narušená udalosťami metamorfózy, vniknutia a erózie, kontakt medzi vrstvami a starším suterénom sa nazýva nesúlad. Nesúlad predstavuje obdobie, počas ktorého nenastala depozícia alebo erózia odstránila horninu, ktorá bola uložená, takže na danom mieste neexistujú žiadne horniny, ktoré by predstavovali udalosti histórie Zeme počas daného časového obdobia. Nezhody sa objavujú v prierezoch a stratigrafických stĺpcoch ako vlnovky medzi formáciami. O nezhodách sa hovorí v ďalšej časti.

Nezhody

Existujú tri typy nezhôd, nezhoda, nezhoda a uhlová nezhoda. K nesúladu dôjde, keď sa usadená hornina ukladá na vrchole vyvretých a metamorfovaných hornín, ako je to v prípade kontaktu medzi vrstvami a základnými horninami na dne Veľkého kaňonu.

Vrstvy v Grand Canyone predstavujú striedajúce sa morské prehrešky a regresy, pri ktorých hladina mora po milióny rokov stúpala a klesala. Keď bola hladina mora vysoká, vytvorili sa morské vrstvy. Po poklese hladiny mora bola zem vystavená erózii, ktorá spôsobila nesúlad. V priereze Veľkého kaňonu je táto erózia zobrazená ako silné vlnovky medzi rôznymi očíslovanými vrstvami. Toto je typ nezhody, ktorý sa nazýva a nesúlad, kde došlo buď k neukladaniu, alebo k erózii. Inými slovami, vrstvy hornín, ktoré by mohli byť prítomné, absentujú. Čas, ktorý by mohli predstavovať tieto vrstvy, je namiesto toho predstavovaný nesúladom. Diskonformity sú nezhody, ktoré sa vyskytujú medzi paralelnými vrstvami vrstiev, čo naznačuje buď obdobie bez usadzovania, alebo erózie.

Fanerozoické vrstvy sú vo väčšine Grand Canyonu vodorovné. V blízkosti spodných horizontálnych vrstiev však prevládajú naklonené vrstvy. Toto sa označuje ako veľká nezhoda a je príkladom uhlová nezhoda. Spodné vrstvy boli naklonené tektonickými procesmi, ktoré narušili ich pôvodnú horizontálnosť a spôsobili eróziu vrstiev. Neskôr sa na naklonené vrstvy ukladali vodorovné vrstvy, ktoré vytvárali uhlovú nezhodu.

Tu sú tri grafické ilustrácie troch typov nezhody.

Nesúlad, kde je prerušenie alebo stratigrafická absencia medzi vrstvami v inak paralelnom slede vrstiev.

Nesúlad, kde sa sedimentárne vrstvy ukladajú na kryštalických (vyvretých alebo metamorfovaných) horninách.

Uhlová nezhoda, kde sú sedimentárne vrstvy uložené na teréne vyvinutom na sedimentárnych vrstvách, ktoré boli deformované nakláňaním, skladaním a / alebo zlomením. aby už neboli vodorovné.

Uplatňovanie zásad relatívneho zoznámenia

V blokovom diagrame možno postupnosť geologických udalostí určiť pomocou princípov relatívneho datovania a známych vlastností magmatických, sedimentárnych, metamorfovaných hornín (pozri kapitolu 4, kapitolu 5 a kapitolu 6). Postupnosť sa začína zloženou metamorfovanou rulou na dne. Potom sa rula vyrezáva a premiestňuje pomocou poruchy označenej ako A. Rula aj chyba A sú vyrezané vyvretým granitickým vniknutím zvaným batholith B; jeho nepravidelný obrys naznačuje, že ide o magmatický granitický vniknutie vložený ako magma do ruly. Keďže batolith B rozrezáva ruly aj zlom A, je batolith B mladší ako ostatné dva skalné útvary. Ďalej boli ruly, chyba A a batolit B erodované a vytvorili nezhodu, ako je to znázornené vlnovkou. Táto nesúlad bol vlastne starodávnym krajinným povrchom, na ktorý sa usadená hornina C následne ukladala možno morským prehreškom. Ďalej magmatická čadičová hrádza D prerezala všetky horniny okrem usadenej horniny E. To ukazuje, že medzi usadenými horninami C a E je nesúlad. Vrchol hrádze D je v úrovni s vrcholom vrstvy C, čo potvrdzuje, že erózia sploštila krajinu. pred nanesením vrstvy E vytvára nesúlad medzi horninami D a E. Porucha F sa pretína cez všetky staršie horniny B, C a E a vytvára zlomový bod, ktorým je nízky hrebeň na ľavej hornej strane diagram. Poslednými udalosťami ovplyvňujúcimi túto oblasť sú súčasné procesy erózie, ktoré pracujú na povrchu krajiny, zaokrúhľujú okraj zlomového úbytku a vytvárajú modernú krajinu v hornej časti diagramu.

Referencie

3. Whewell, W. Dejiny induktívnych vied: od najstaršej po súčasnú dobu. (J.W. Parker, 1837).

4. Elston, D. P., Billingsley, G. H. & Young, R. A. Geológia Grand Canyonu v severnej Arizone (s vodcami rieky Colorado): Lees Ferry do Pierce Ferry v Arizone. 115(Amer Geophysical Union, 1989).


Ako funguje zoznamka s uhlíkom-14

Pravdepodobne ste už videli alebo čítali správy o fascinujúcich starodávnych artefaktoch. Pri archeologickom výkope sa odkryje kus dreveného nástroja a archeológ zistí, že je starý 5 000 rokov. Detská múmia sa nachádza vysoko v Andách a archeológ tvrdí, že dieťa žilo pred viac ako 2 000 rokmi. Ako vedia vedci, aký starý je predmet alebo ľudské pozostatky? Aké metódy používajú a ako tieto metódy fungujú? V tomto článku sa budeme venovať predovšetkým metódam, pomocou ktorých vedci používajú rádioaktivitu na určenie veku objektov uhlík-14 zoznamka.

Datovanie uhlíkom-14 je spôsob, ako určiť vek určitých archeologických artefaktov biologického pôvodu až do veku asi 50 000 rokov. Používa sa na datovanie vecí, ako sú kosti, látky, drevo a rastlinné vlákna, ktoré boli vytvorené v relatívne nedávnej minulosti ľudskou činnosťou.

Kozmické lúče vstúpiť do zemskej atmosféry v hojnom počte každý deň. Napríklad každého človeka každú hodinu zasiahne asi pol milióna kozmických lúčov. Nie je nezvyčajné, že kozmický lúč narazí na atóm v atmosfére, čím vznikne sekundárny kozmický lúč vo forme energetického neutrónu a tieto energetické neutróny sa zrazia s atómami dusíka. Pri zrážke neutrónov sa atóm dusíka-14 (sedem protónov, sedem neutrónov) zmení na atóm uhlíka-14 (šesť protónov, osem neutrónov) a atóm vodíka (jeden protón, nulové neutróny). Uhlík-14 je rádioaktívny s polčasom rozpadu asi 5 700 rokov.

Viac informácií o kozmickom žiarení a polčase rozpadu, ako aj o procese rádioaktívneho rozpadu nájdete v časti Ako funguje jadrové žiarenie.

Uhlík-14 v živých veciach

Atómy uhlíka-14, ktoré vytvárajú kozmické lúče, sa kombinujú s kyslíkom a vytvára oxid uhličitý, ktorý rastliny prirodzene absorbujú a fotosyntézou sa zabudovávajú do rastlinných vlákien. Zvieratá a ľudia jedia rastliny a prijímajú tiež uhlík-14. Pomer normálneho uhlíka (uhlík-12) k uhlíku-14 vo vzduchu a vo všetkých živých organizmoch je v danom okamihu takmer konštantný. Možno jeden z bilióna atómov uhlíka je uhlík-14. Atómy uhlíka-14 sa vždy rozpadajú, ale sú konštantnou rýchlosťou nahradzované novými atómami uhlíka-14. V tomto okamihu má vaše telo určité percento atómov uhlíka-14 a všetky živé rastliny a zvieratá majú rovnaké percento.

Hneď ako živý organizmus zomrie, prestane prijímať nový uhlík. Pomer uhlíka-12 k uhlíku-14 v okamihu smrti je rovnaký ako u každého iného živého tvora, ale uhlík-14 sa rozpadá a nie je nahradený. Uhlík-14 sa rozpadá so svojím polčasom 5 700 rokov, zatiaľ čo množstvo uhlíka-12 zostáva vo vzorke konštantné. Pri pohľade na pomer uhlíka-12 ku uhlíku-14 vo vzorke a jeho porovnanie s pomerom v živom organizme je možné pomerne presne určiť vek predtým živého tvora.

Vzorec na výpočet veku vzorky pomocou datovania uhlíkom-14 je:

T = [ln (Nf / No) / (-0,693)] x t1 / 2

t = [ln (Nf/ No) / (-0,693)] x t1/2

kde ln je prirodzený logaritmus, Nf/ No je percento uhlíka-14 vo vzorke v porovnaní s množstvom v živom tkanive at1/2 je polčas uhlíka-14 (5 700 rokov).

Keby ste teda mali fosíliu, ktorá mala 10 percent uhlíka-14 v porovnaní so živou vzorkou, potom by táto fosília bola:

t = [ln (0,10) / (-0,693)] x 5 700 rokov

t = [(-2,303) / (-0,693)] x 5 700 rokov

T = 18 940 rokov

Pretože polčas rozpadu uhlíka-14 je 5 700 rokov, je spoľahlivý iba na datovanie objektov do veku asi 60 000 rokov. Princíp datovania uhlíkom-14 však platí aj pre ďalšie izotopy. Draslík-40 je ďalší rádioaktívny prvok, ktorý sa prirodzene nachádza vo vašom tele, a má polčas rozpadu 1,3 miliardy rokov. Medzi ďalšie užitočné rádioizotopy pre rádioaktívne datovanie patria urán -235 (polčas = 704 miliónov rokov), urán -238 (polčas = 4,5 miliárd rokov), tórium-232 (polčas = 14 miliárd rokov) a rubídium-87 ( polčas = 49 miliárd rokov).

Použitie rôznych rádioizotopov umožňuje datovanie biologických a geologických vzoriek s vysokou mierou presnosti. Rádioizotopové datovanie však nemusí v budúcnosti tak dobre fungovať. Čokoľvek, čo zomrie po 40. rokoch 20. storočia, keď jadrové bomby, jadrové reaktory a jadrové testy na otvorenom priestranstve začali meniť veci, bude ťažké dodnes presne uviesť.