Vairāk

14.1: Relatīvā iepazīšanās - ģeozinātnes


Relatīvās iepazīšanās ir process, pēc kura tiek noteikts, vai viens akmens vai ģeoloģiskais notikums ir vecāks vai jaunāks par citu, nezinot to konkrēto vecumu - t.i., pirms cik gadiem objekts tika izveidots. Relatīvā laika principi ir vienkārši, pat tagad acīmredzami, bet zinātnieki tos vispārpieņēma tikai 17. un 18. gadsimta zinātniskajā revolūcijā [3]. Džeimss Hatons (sk. 1. nodaļu) apzinājās, ka ģeoloģiskie procesi ir lēni, un viņa idejas par uniformitarismu (t.i., “tagadne ir pagātnes atslēga”) deva pamatu Zemes iežu interpretācijai, izmantojot zinātniskus principus.

Relatīvās iepazīšanās principi

Stratigrāfija ir slāņu nogulumu iežu izpēte. Šajā sadaļā ir apspriesti relatīvā laika principi, kas izmantoti visā ģeoloģijā, taču tie ir īpaši noderīgi stratigrāfijā.

Superpozīcijas princips: Citādi netraucētā nogulumu slāņu jeb iežu slāņu secībā apakšā esošie slāņi ir vecākie, bet virs tiem - jaunāki.

Sākotnējā horizontāluma princips: No augšas nogulsnējušos iežu slāņi, piemēram, nogulsnes un lavas plūsmas, sākotnēji ir novietoti horizontāli. Izņēmums no šī principa ir baseinu malās, kur slāņi var nedaudz nogāzties baseinā.

Sānu nepārtrauktības princips: Depozīcijas baseinā slāņi ir nepārtraukti visos virzienos, līdz tie izplūst šī baseina malā. Protams, visi slāņi galu galā beidzas, vai nu atsitoties pret ģeogrāfisko barjeru, piemēram, kalnu grēdu, vai arī tad, kad nogulsnēšanās process sniedzas pārāk tālu no tā, vai nu nogulumu avota, vai vulkāna. Slāņi, kurus sagriež kanjons, vēlāk paliek nepārtraukti abās kanjona pusēs.

Transversālo attiecību princips: Deformācijas notikumi, piemēram, krokas, bojājumi un magmatiskie ielaušanās, kas šķērso akmeņus, ir jaunāki par akmeņiem, kuriem tie šķērso.

I principssecinājumi: Kad vienā iežu veidojumā ir citas iežas gabali vai ieslēgumi, iekļautā ieža ir vecāka par saimniekakmens.

Princips fosilās pēctecības: Evolūcija ir radījusi virkni unikālu fosiliju, kas korelē ar ģeoloģiskā laika skalas vienībām. Slāņos esošo fosiliju kopas ir unikālas attiecībā uz to dzīves laiku, un tās var izmantot, lai korelētu viena vecuma klintis plašā ģeogrāfiskā izplatībā. Fosiliju kopas attiecas uz vairāku unikālu fosiliju grupām, kas notiek kopā.

Lielā kanjona piemērs

Arizonas Lielais kanjons ilustrē stratigrāfiskos principus. Fotoattēlā ir redzami klinšu slāņi viens pēc otra, sākot no vecākā apakšā līdz jaunākajam augšpusē, pamatojoties uz superpozīcijas principu. Dominējošais baltais slānis tieši zem kanjona apļa ir Kokonīno smilšakmens. Šis slānis ir sāniski nepārtraukts, kaut arī iejauktais kanjons atdala tā atsegumus. Akmens slāņiem piemīt sānu nepārtrauktības princips, jo tie ir atrodami abās Lielā kanjona pusēs, kuru izcirsta Kolorādo upe.

Diagrammā ar nosaukumu “Lielā kanjona trīs iežu kopas” ir redzams klinšu šķērsgriezums, kas atsegti uz Lielā kanjona sienām, un tas ilustrē šķērsgriezuma attiecību, superpozīcijas un oriģinālo horizontālumu principu. Lielā kanjona zemākajās daļās atrodas senākie nogulumu veidojumi, kuru apakšā ir magmatiskie un metamorfie ieži. Transversālu attiecību princips parāda šo notikumu secību. Metamorfā slānis (# 16) ir vecākais klinšu veidojums, un šķērsgriezuma granīta ielaušanās (# 17) ir jaunāka. Kā redzams attēlā, pārējie slāņi uz Lielā kanjona sienām ir numurēti apgrieztā secībā ar # 15 ir vecākais un # 1 jaunākais [4]. Tas ilustrē superpozīcijas principu. Lielā kanjona reģions atrodas Kolorādo plato, kam raksturīgi horizontāli vai gandrīz horizontāli slāņi, kas ievēro sākotnējās horizontālības principu. Šos klinšu slāņus to sākotnējā nogulsnēšanās gandrīz nav traucējusi, izņemot plašu reģionālo pacēlumu.

Lielā kanjona fotoattēlā šeit ir redzami slāņi, kas sākotnēji tika novietoti plakanā slānī virs vecākajiem magmatiskajiem un metamorfajiem “pagraba” akmeņiem, ievērojot sākotnējo horizontāluma principu. Tā kā pagraba iežu veidošanās un pārklājošo slāņu nogulsnēšanās nav nepārtraukta, bet to pārtrauc metamorfisma, ielaušanās un erozijas notikumi, kontakts starp slāņiem un vecāko pagrabu tiek saukts par neatbilstība. Neatbilstība apzīmē periodu, kurā nenotika nogulsnēšanās vai erozija novērsa nogulsnējušos iežu, tāpēc šajā vietā nav tādu iežu, kas atspoguļotu Zemes vēstures notikumus šajā laika posmā. Neatbilstības parādās šķērsgriezumos un stratigrāfiskajās kolonnās kā viļņotas līnijas starp veidojumiem. Neatbilstības tiek aplūkotas nākamajā sadaļā.

Neatbilstības

Ir trīs neatbilstību veidi: neatbilstība, neatbilstība un leņķiskā neatbilstība. Neatbilstība rodas, ja nogulsnes ieži tiek nogulsnēti uz magmatisko un metamorfo iežu virsotnēm, kā tas ir gadījumā ar kontaktu starp slāņiem un pagraba iežiem Lielā kanjona apakšā.

Lielā kanjona slāņi atspoguļo pārmaiņus jūras pārkāpumus un regresijas, kur jūras līmenis miljoniem gadu laikā pieauga un pazeminājās. Kad jūras līmenis bija augsts, veidojās jūras slāņi. Kad jūras līmenis nokrita, zeme tika pakļauta erozijai, radot neatbilstību. Lielā kanjona šķērsgriezumā šī erozija ir parādīta kā smagas viļņotas līnijas starp dažādiem numurētajiem slāņiem. Tas ir neatbilstības veids, ko sauc par a neatbilstība, kur notika vai nu neizklāšanās, vai erozija. Citiem vārdiem sakot, klints slāņu, kas varēja būt klāt, nav. Laiku, kuru varēja attēlot šādi slāņi, tā vietā norāda neatbilstība. Neatbilstības ir neatbilstības, kas rodas starp paralēliem slāņu slāņiem, kas norāda vai nu periodu, kad nav nogulsnēšanās, vai eroziju.

Phanerozoic slāņi lielākajā daļā Lielā kanjona ir horizontāli. Tomēr apakšējā horizontālā slāņa tuvumā atrodas slīpi slāņi. Tas ir pazīstams kā Lielā neatbilstība, un tas ir leņķiskā neatbilstība. Zemākos slāņus saslēja tektoniskie procesi, kas izjauca to sākotnējo horizontālumu un izraisīja slāņu eroziju. Vēlāk horizontālie slāņi tika noglabāti virs slīpa slāņiem, radot leņķisko neatbilstību.

Šeit ir trīs trīs neatbilstības veidu grafiskas ilustrācijas.

Neatbilstība, kur ir pārrāvums vai stratigrāfiska neesamība starp slāņiem citādi paralēlā slāņu secībā.

Neatbilstība, kur nogulsnes slāņi tiek nogulsnēti uz kristāliskiem (magmatiskiem vai metamorfiem) iežiem.

Leņķiskā neatbilstība, kur nogulšņu slāņi tiek noglabāti uz reljefa, kas izveidojies uz nogulumu slāņiem, kuri ir deformējušies, noliekoties, locot un / vai bojājot. lai tie vairs nebūtu horizontāli.

Relatīvo iepazīšanās principu piemērošana

Bloka diagrammā ģeoloģisko notikumu secību var noteikt, izmantojot magmatisko, nogulumu, metamorfo iežu relatīvās datēšanas principus un zināmās īpašības (sk. 4. nodaļas 5. nodaļu un 6. nodaļu). Secība sākas ar salocītu metamorfu gneisu apakšā. Pēc tam gneiss tiek sagriezts un pārvietots ar bojājumu, kas apzīmēts ar A. Ganiss un vaina A tiek sagriezta ar magmatisko granīta ielaušanos, ko sauc par batolītu B; tā neregulārā kontūra liek domāt, ka tā ir magmatiska granīta ielaušanās, kas kā magma ir ievietota gneisā. Tā kā batolīts B sagriež gan gneisu, gan vainu A, batolīts B ir jaunāks par abiem pārējiem iežu veidojumiem. Pēc tam gneiss, vaina A un batolīts B tika iedragāti, veidojot neatbilstību, kā parādīts viļņainajā līnijā. Šī neatbilstība faktiski bija sena ainavas virsma, uz kuras pēc tam, iespējams, jūras pārkāpuma dēļ, nogulsnējās C ​​klints. Pēc tam magmatiskais bazaltais aizsprosts D izgriež visus iežus, izņemot nogulumu iežu E. Tas parāda, ka starp nogulumu iežiem C un E ir neatbilstība. D aizsprosta virsotne ir vienā līmenī ar C slāņa virsmu, kas nosaka, ka erozija saplacināja ainavu pirms E slāņa nogulsnēšanās, radot neatbilstību starp D un E ieži. F kļūme pārgriež visus vecākos B, C un E iežus, radot bojājuma līkni, kas ir zemā kores slāņa augšējā kreisajā pusē. diagramma. Pēdējie notikumi, kas ietekmē šo teritoriju, ir pašreizējie erozijas procesi, kas darbojas uz zemes virsmas, noapaļojot bojājuma laukuma malu un veidojot moderno ainavu diagrammas augšdaļā.

Atsauces

3. Whewell, W. Induktīvo zinātņu vēsture: no agrākajiem līdz mūsdienām. (Dž. Pārkers, 1837).

4. Elstons, D. P., Billingslijs, G. H. un Jangs, R. A. Lielā kanjona ģeoloģija, Arizonas ziemeļdaļa (ar Kolorādo upes ceļvežiem): Lēžu prāmis uz Pjēra prāmi, Arizona. 115, (Amer Geophysical Union, 1989).


Kā darbojas Carbon-14 iepazīšanās

Jūs, iespējams, esat redzējuši vai lasījuši ziņu stāstus par aizraujošajiem senajiem artefaktiem. Arheoloģiskajā izrakumā tiek atklāts koka instrumenta gabals, un arheologs uzskata, ka tam ir 5000 gadu. Bērnu mūmija atrodas Andos augstu, un arheologs saka, ka bērns dzīvoja vairāk nekā pirms 2000 gadiem. Kā zinātnieki zina, cik vecs ir kāds objekts vai cilvēka mirstīgās atliekas? Kādas metodes viņi izmanto un kā šīs metodes darbojas? Šajā rakstā mēs pārbaudīsim metodes, ar kurām zinātnieki izmanto radioaktivitāti, lai noteiktu objektu vecumu, īpaši oglekļa-14 datēšana.

Oglekļa-14 datēšana ir veids, kā noteikt noteiktu arheoloģisko artefaktu vecumu, kuru izcelsme ir līdz aptuveni 50 000 gadu. To izmanto datēšanā, piemēram, kaulu, auduma, koka un augu šķiedrās, kuras samērā nesenā pagātnē radīja cilvēku darbība.

Kosmiskie stari katru dienu ieejiet zemes atmosfērā lielā skaitā. Piemēram, katru cilvēku katru stundu ietekmē aptuveni pusmiljons kosmisko staru. Nereti kosmiskais stars saduras ar atomu atmosfērā, radot sekundāru kosmisko staru enerģētiskā neitrona formā, un šie enerģētiskie neitroni saduras ar slāpekļa atomiem. Neitronam saduroties, slāpekļa-14 (septiņi protoni, septiņi neitroni) atoms pārvēršas par oglekļa-14 atomu (seši protoni, astoņi neitroni) un ūdeņraža atomu (viens protons, nulle neitronu). Carbon-14 ir radioaktīvs, tā pussabrukšanas periods ir aptuveni 5700 gadi.

Plašāku informāciju par kosmiskajiem stariem un pussabrukšanas periodu, kā arī radioaktīvās sabrukšanas procesu skatiet rakstā Kā darbojas kodolstarojums.

Ogleklis-14 dzīvās būtnēs

Oglekļa-14 atomi, ko rada kosmiskie stari, kopā ar skābekli veido oglekļa dioksīdu, kuru augi dabiski absorbē un fotosintēzes ceļā iekļauj augu šķiedrās. Dzīvnieki un cilvēki ēd augus un uzņem arī oglekli-14. Normālā oglekļa (oglekļa-12) un oglekļa-14 attiecība gaisā un visās dzīvajās būtnēs jebkurā laikā ir gandrīz nemainīga. Varbūt viens triljonā oglekļa atomu ir ogleklis-14. Oglekļa-14 atomi vienmēr sabrūk, bet tos nemainīgā ātrumā aizstāj ar jauniem oglekļa-14 atomiem. Šajā brīdī jūsu ķermenī ir noteikts oglekļa-14 atomu procentuālais daudzums, un visiem dzīvajiem augiem un dzīvniekiem ir vienāds procents.

Tiklīdz dzīvs organisms nomirst, tas pārstāj uzņemt jaunu oglekli. Oglekļa-12 un oglekļa-14 attiecība nāves brīdī ir tāda pati kā jebkura cita dzīvā būtne, bet oglekļa-14 sadalās un netiek aizstāts. Ogleklis-14 sabrūk ar tā pussabrukšanas periodu 5700 gadu, savukārt oglekļa-12 daudzums paraugā paliek nemainīgs. Apskatot oglekļa-12 un oglekļa-14 attiecību paraugā un salīdzinot to ar attiecību dzīvā organismā, ir iespējams diezgan precīzi noteikt kādreiz dzīvas būtnes vecumu.

Formula, lai aprēķinātu parauga vecumu pēc oglekļa-14 datēšanas, ir šāda:

T = [ln (Nf / Nē) / (-0,693)] x t1 / 2

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

kur ln ir dabiskais logaritms, Nf/ No ir oglekļa-14 procentuālais daudzums paraugā, salīdzinot ar daudzumu dzīvajos audos, un t1/2 ir oglekļa-14 pussabrukšanas periods (5700 gadi).

Tātad, ja jums būtu fosilija, kurā ir 10 procenti oglekļa-14, salīdzinot ar dzīvo paraugu, tad šī fosilija būtu:

t = [ln (0,10) / (-0,693)] x 5700 gadi

t = [(-2,303) / (-0,693)] x 5700 gadi

T = 18 940 gadus vecs

Tā kā oglekļa-14 pussabrukšanas periods ir 5700 gadi, tas ir uzticams tikai objektu datēšanai līdz aptuveni 60 000 gadu vecumam. Tomēr oglekļa-14 datēšanas princips attiecas arī uz citiem izotopiem. Kālijs-40 ir vēl viens radioaktīvs elements, kas dabiski atrodams jūsu ķermenī, un tā pussabrukšanas periods ir 1,3 miljardi gadu. Citi noderīgi radioaktīvās datēšanas radioizotopi ir urāns -235 (pussabrukšanas periods = 704 miljoni gadu), urāns -238 (pussabrukšanas periods = 4,5 miljardi gadu), torijs-232 (pusperiods = 14 miljardi gadu) un rubīdijs-87 ( pusperiods = 49 miljardi gadu).

Dažādu radioizotopu izmantošana ļauj datēt bioloģiskos un ģeoloģiskos paraugus ar augstu precizitātes pakāpi. Tomēr radioizotopu datēšana nākotnē var nedarboties tik labi. Viss, kas iet bojā pēc 1940. gadiem, kad kodolbumbas, kodolreaktori un brīvdabas kodolizmēģinājumi sāka mainīt lietas, būs grūtāk precīzi datējami.