Физическая экология. Геохронология. Геохроностратиграфическая шкала. Занятие 7

Геологическая стратиграфия
Экспериментальную основу сравнения возрастов в геологии предоставляет стратиграфия. Стратиграфия – это определение относительного возраста по послойному отложению пород, она применима к осадочным породам и не распространяется на метаморфические породы.
Сэр (1848), Чарлз Лайель (Sir Charles Lyell; 1797 - 1875), основоположник современной геологии и, по определению словаря Брокгауза и Ефрона, «один из самых выдающихся учёных XIX столетия».
Современная стратиграфия построена на основе совмещения слоев со сходными биологическими останками (закон соответствия Гексли). Границы периодов определяются сменой глобально доминирующих видов.

Стратиграфия - закон суперпозиции
Пример: стратиграфия берегового разреза северного берега Изфьорда, Норвегия. По закону суперпозиции, в отсутствии сдвигов и перемешивания, нижележащие слои старше, чем расположенные выше.
Стратиграфия – это определение относительного возраста. Стратиграфический принцип в простейшей формулировке звучит так: глубже, значит древнее (закон Стено).

Биостратиграфия
Археоциаты – маркеры нижнекембрийских слоев
Трилобиты – вымерли на границе триасского периода
Динозавры – вымерли на границе третичного периода
Границы периодов стратиграфической шкалы определяются сменой доминирующих видов. Биологические маркеры тщательно отбираются: они жестко привязаны ко времени, когда были наиболее распространены и быстро эволюционировали.

Геохронология до радиохронологии
1899 г. Дж. Джоли. Определил возраста океана по скорости растворения соли из подстилающих литосферных пород - 90,0 млн. лет. В 1963 г. расчеты с учетом гидрологического цикла дали диапазон от 1300 до 2500 млн. лет.
1899 г. Лорд Кельвин. Возраст Земли по остыванию проводящей сферы от температуры затвердевания до современного потока тепла. Результат - 20,0 млн. лет.
1904 г. Э. Резерфорд. Первый после открытия радиоактивности метод, основанный на накоплении 4He после альфа-распада в радиоактивных минералах. Метод практически не реализован из-за быстрой капиллярной диффузии гелия.
1911 г. Артур Холмс впервые выполнил датирование горных пород на основе содержания в них урана и свинца.

Геохроностратиграфия
Разработка и применение методов радиоактивного датирования позволили дать определения абсолютного возраста стратиграфических границ и перейти к хроностратиграфической шкале. При этом, термин «абсолютный возраст» не означает, что он известен с абсолютной точностью: он постоянно уточняется. Последний этап обобщен в хроностратиграфической шкале 2010 г. Она обсуждается ниже без детализации, более подробно ее можно найти на геологическом сайте
http://stratigraphy.org
Геология – стратон, хронология – период.

Биостратиграфическая шкала

Шкала эонов
Эон, (греч. век, эпоха) самым крупный геологический промежуток. Криптозой, т.е. эра скрытой жизни, этап эволюции земной коры до 540 млн. лет в прошлое. Время от этого момента до нынешнего момента входит в фанерозой, т.е. время явной жизни.

http://dx.doi.org/10.1089/ast.2017.1674
Границы появления жизни на Земле

Изотопные сдвиги углерода

Эдиакарская фауна
В 1947 в местечке Эдиакара в Южной Австралии была найдена и описана богатая фауна бесскелетных организмов, получившая название эдиакарской с датировкой 620–600 млн. лет назад . Позднее ее нашли еще в нескольких районах мира (Намибия, Ньюфаундленд, Китай). Самое же богатое (многие тысячи особей, несколько десятков видов) известно в России, на Белом море и называется Вендским.

Кембрийский «взрыв»
Кембрийская биологическая революция или радиация живого характеризовалась массовым появлением скелетных форм жизни. В геологии она проявляется мощными кальциевыми отложениями (сланцы Беджес, Канада). При этом, число бесскелетных видов Кембрия даже больше, чем в предшествующем Венде, но их относительное число уже очень мало.
Гипотеза планктонных ракообразных.

Шкала Фанерозоя
Фанерозойский эон состоит из трех эр (или эпох): палеозойской (древней жизни), мезозойской (промежуточной жизни) и кайнозойской (молодой жизни).
Экологические катастрофы фанерозоя

Граница Палеозой – Мезозой
Граница Палеозой – Мезозой, иначе называемая Пермь– Триасс (P – Tr), датируется 225 – 250 млн. лет назад. Крупнейшая катастрофа биосферы. Характеризуется вымиранием 90% морских и 70% наземных семейств древней фауны. Исчезло 96 % морских и 73 % наземных видов позвоночных. Катастрофа стала единственным известным массовым вымиранием насекомых, вымерло около 57 % родов и 83 % видов этого класса.
Возраст вымирания совпадает с геологическим возрастом сибирского траппа (вулканического разлива), результата величайшего извержения в истории Земли. Объем вулканических базальтов составил от 2-х до 5-и млн. кубических км, их толщина в районе Норильска составляет 3700 м.
Плато Путарана

Граница Мезозой – Кайнозой
Разделяет Меловой (Cretaceous) и Третичный (Tertiary) периоды (K – T граница). Датируется 67 млн. лет назад. Знаменита вымиранием динозавров, но кроме них исчезло большинство аммонитов, гастропод, форамонифера, кораллов. Не испытали заметного воздействия насекомые, змеи и млекопитающие. Схема иллюстрирует смену доминирующих видов на К – Т границе.
Кайнозой
Цветковые и Опылители + общественные Плацентарные
сосудистые растения насекомые позвоночные + птицы
---------------------------------------------------------------------------------------------- К – Т граница
Голосеменные Тараканы, цикады, скорпионы Археозавры
растения
Мезозой

Гипотеза катастрофического удара (импакта)
В 1960-х в пограничных мел-кайнозой отложениях Губбио (Италия) в слое глины с возрастом 67 млн. лет обнаружена концентрация иридия (Ir) в 20 раз превышающая его среднее содержание в земной коре. Впоследствии иридиевые аномалии на K-T границе были найдены по всему миру. Протяженность периода накопления этих осадков невелика - не более 10 тыс. лет. В земной коре иридий редок, однако, в железных метеоритах его в 104 раз больше.
Уолтер Альварец (W. Alvarez, 1980) предположил, что иридиевая аномалия есть следствие падения крупного астероида. Наблюдаемую среднюю глобальную концентрацию иридия 6,3·10-8 г·см-2 может обеспечить глобальное выпадение массой 320 тыс. тонн Ir. Астероидная гипотеза требуется тело диаметром около
10 км и массой 1010 т. Воронка от падения на сушу имела бы диметром около 100 км (претендентом на эту роль считают кратер Чиксулуб вблизи Юкатанского полуострова в Мексиканском заливе).

Биологи против импакта
На рубеже мезозоя и кайнозоя действительно происходило вымирание отдельных таксонов высокого ранга, в большинстве же случаев вымиранием были охвачены родовая и видовая группы и значительно в меньшей степени — семейственная.
В большинстве случаев вымирание не было внезапным, в разных группах процесс шел с разной скоростью. Весь процесс перестройки мезозойской биосферы на кайнозойскую растянулся от 80 до 60 млн. лет в прошлое. Считать этот процесс катастрофическим нет никаких оснований. Такие события в ряде групп происходили в течение фанерозоя неоднократно.
Все явления на K-T границе нельзя объяснить какой-либо одной причиной. Судя по всему на каждую биологическую группу действовал комплекс абиотических и биотических факторов, огромную роль играло единство всей биосферы, каждое сильное нарушение которой вызывало цепную реакцию.

Четвертичный период – современный этап геологической истории Земли