Ta članek opisuje zgodovino geološke časovne lestvice. Načela je prvi postavil Nicolaus Steno konec 17. stoletja. Steno je trdil, da se plasti kamnin (ali plasti) odlagajo zaporedoma in da vsaka predstavlja "delček" časa.

Steno je oblikoval načelo superpozicije. Ta pravi, da je vsaka plast verjetno starejša od plasti nad njo in mlajša od plasti pod njo. To načelo je preprosto, vendar je njegova uporaba pri resničnih kamninah zapletena zaradi njihove zgodovine. V 18. stoletju so geologi spoznali, da:

Zaporedja plasti so bila po odlaganju pogosto erodirana, popačena, nagnjena ali celo obrnjena;
Na različnih območjih so lahko plasti, položene ob istem času, videti povsem drugače;
Plasti na določenem območju predstavljajo le del dolge zgodovine Zemlje.

Prvi resni poskusi oblikovanja časovne lestvice zgodovinske geologije, ki bi jo bilo mogoče uporabiti kjer koli na Zemlji, so se zgodili konec 18. stoletja. Najbolj vpliven med temi zgodnjimi poskusi so vodili Abraham Werner in drugi. Kamnine zemeljske skorje so razdelili na štiri vrste: primarne, sekundarne, terciarne in kvartarne. Vsaka vrsta kamnin je po tej teoriji nastala v določenem obdobju zemeljske zgodovine. Tako je bilo mogoče govoriti o "terciarnem obdobju" in o "terciarnih kamninah". Terciar (zdaj paleocen-pliocen) in kvartar (zdaj pleistocen-holocen) sta se kot imeni geoloških obdobij uporabljala še v 21. stoletju.

Werner je menil, da so vse kamnine nastale v enem samem velikem poplavnem valu. To se imenuje neptunska teorija. Do velikega premika v razmišljanju je prišlo, ko je James Hutton marca in aprila 1785 pred Kraljevo družbo v Edinburgu prebral svojo Teorijo Zemlje ali raziskavo zakonov, ki jih je mogoče opaziti pri sestavi, raztapljanju in obnavljanju zemlje na Zemlji. James Hutton je ob tem branju postal "utemeljitelj sodobne geologije". Hutton je menil, da je notranjost Zemlje vroča in da je ta vročina gonilo, ki poganja nastajanje novih kamnin. Zrak in voda sta erodirala zemljo in jo v obliki plasti odlagala v morje; vročina je nato sedimente utrdila v kamen in jih dvignila v nove pokrajine. Ta teorija se je v nasprotju s teorijo, usmerjeno v poplave, imenovala plutonistična.

Identifikacijo plasti po fosilih, ki jih vsebujejo, so v začetku 19. stoletja uvedli William Smith, Georges Cuvier in drugi. Geologi so lahko natančneje razdelili zgodovino Zemlje. Če sta dve plasti (čeprav oddaljeni v prostoru ali različni po sestavi) vsebovali enake fosile, je bila velika verjetnost, da sta nastali istočasno. Podrobne študije plasti in fosilov v Evropi med letoma 1820 in 1850 so dale zaporedje geoloških obdobij, ki se uporablja še danes. Cuvier je menil, da je mogoče številne geološke značilnosti Zemlje razložiti s katastrofičnimi dogodki, ki so povzročili izumrtje številnih živalskih vrst. Cuvier je tekom svoje kariere prišel do prepričanja, da ni šlo za eno samo katastrofo, temveč za več katastrof, ki so povzročile zaporedje različnih živalskih vrst.

Britanski geologi so bili najbolj dejavni v 19. stoletju. Kambrij (rimsko ime za Wales) ter ordovik in silur, poimenovana po starodavnih valižanskih plemenih, so bila obdobja, ki so jih določale valižanske kamnine. "Devonik" je bil poimenovan po angleški grofiji Devon, ime "karbonski" pa je bilo preprosto prilagoditev imena "premogovnik", starega izraza britanskih geologov za isti sklop plasti. Perm je bil poimenovan po Permu v Rusiji, ker ga je na podlagi plasti v tej regiji opredelil škotski geolog Roderick Murchison. Britanski geologi so bili odgovorni tudi za združevanje obdobij v dobe in delitev terciarja in kvartarja na epohe. Na splošno so obdobja poimenovali po krajih, kjer so bile kamnine dobro vidne.

Geologi in paleontologi so geološko tabelo sestavili na podlagi relativnega položaja različnih plasti in fosilov. Časovno lestvico so ocenili na podlagi preučevanja hitrosti različnih procesov. Ocenjevali so vremenske vplive, erozijo, sedimentacijo in čas, ki je bil potreben, da se sediment spremeni v trdno kamnino. Odkritje radioaktivnosti leta 1896 in njena geološka uporaba z radiometričnim datiranjem sta se zgodila v prvi polovici 20. stoletja. To je omogočilo absolutno datiranje kamnin in odkritje starosti Zemlje.

Mednarodna komisija za stratigrafijo si prizadeva natančno opredeliti, kdaj se geološka obdobja začnejo in končajo ter kje so najboljši primeri. Imenujejo se globalni mejnistratotipski odseki in točke (GSSP).

Temeljna načela in dodatna pravila stratigrafije

Poleg načela superpozicije so ključna še druga preprosta, a pomembna načela, ki omogočajo razumevanje zapletenih geoloških zaporedij:

Načelo prvotne horizontalnosti – plasti se na začetku večinoma odlagajo vodoravno.
Načelo lateralne kontinuitete – plasti se lahko širijo na velike razdalje in so sprva kontinuirane, čeprav jih kasneje lahko pretrgajo erozija ali tektonika.
Navzkrižno presekajoča načela – geološke strukture, ki razrežejo druge enote (npr. žile, prelomi), so mlajše od enot, ki jih presekajo.
Faunalna sukcesija – vrstni zaporedni pojavi fosilov so stalni skozi čas in omogočajo korelacijo med geografskimi območji.
Inkluzije in kontaktne spremembe – kos kamnine v drugi kamnini je starejši od gostujoče kamnine; termično "opečenje" ob kontaktnem metamorfizmu označuje relativni časovni odnos.

Metode datiranja: relativno in absolutno

Stratigrafija temelji na dveh glavnih vrstah datiranja:

Relativno datiranje – ugotavljanje zaporedja dogodkov (kaj je starejše in kaj mlajše) z uporabo načel, korelacij fosilov (biostratigrafija), litoloških podobnosti (litostratigrafija), magnetnih zabeležk (magnetostratigrafija) in kemijskih signatur (chemostratigrafija).
Absolutno datiranje – merjenje časa v letih preko radiometričnih metod (npr. izotopske metode, kot so uran-žveplova, kalij-argon, 40Ar/39Ar, ter radiokarbonsko datiranje za mlajše vzorce). Odkritje radioaktivnosti je omogočilo kvantitativno določitev starosti mnogih kamnin in s tem postavilo temelje za natančno kronologijo Zemlje.

Standardizacija: vloga ICS in GSSP

Mednarodna komisija za stratigrafijo (ICS) koordinira formalno časovno lestvico. Za enotno določanje mej obdobij in njihovih začetkov uporablja predvsem globalne mejnistratotipske odseke in točke (GSSP), pogosto imenovane tudi "zlati klin" (golden spike). GSSP je natančno določen odsek kamnin v svetu, kjer je jasno opredeljen mejnik (npr. prva pojavitev določene fosilne vrste ali znak v magnetnem/referenčnem zapisu), ki predstavlja začetek neke enote (epohe, obdobja ali starostnega intervala).

Ključni mejniki v razvoju časovne lestvice

Koncept zaporednih plasti in načel, ki jih je uvedel Nicolaus Steno (konec 17. stoletja).
Konflikt med neptunizmom (Werner) in plutonizmom; James Hutton (1785) je utemeljil notranje zemeljske procese in neprekinjeno delovanje procesov skozi čas.
Uvedba faunalne sukcesije in sistematična biostratigrafija (William Smith in drugi, začetek 19. stoletja).
Razvoj pojmov geoloških obdobij in njihova poimenovanja na osnovi tipičnih lokalitet (19. stoletje; kambrij, ordovik, devon, karbon, perm ipd.).
Uvedba ideje o izumrtjih in katastrofah (Georges Cuvier) ter kasnejše združevanje uniformitarističnih in katastrofističnih razlag v sodobno interpretacijo sprememb v biosferi.
Odkritje radioaktivnosti (1896) in razvoj radiometričnega datiranja v začetku 20. stoletja – to je omogočilo določitev absolutnih starosti in določitev starosti Zemlje v milijardah let.
V 20. stoletju in pozneje – uveljavitev paleomagnetnih, chemostratigrafskih in astrohronskih metod ter formalna internacionalizacija in stalne revizije geološke časovne lestvice s strani ICS.
Sodobne izboljšave: natančne izotopske metode (visoka resolucija U–Pb datiranja, 40Ar/39Ar), digitalizacija podatkov, globalne korelacijske mreže in GSSP odločitve.

Pomen in uporaba geološke časovne lestvice

Geološka časovna lestvica je temelj za paleontologijo, geologijo, paleoklimatologijo, rudarstvo, iskanje energetskih virov in arheologijo. Omogoča sinhronizacijo dogodkov (npr. vulkanskih izbruhov, morskih transgresij, izumrtij) in interpretacijo dolgočasovnih sprememb v Zemljini zgodovini. Z razvojem metod korelacije in natančnega datiranja se lestvica nenehno prispeva in natančneje opredeljuje mejne dogodke v geološki preteklosti.

Sodobni izzivi in prihodnost

Čeprav je osnovna struktura geološke časovne lestvice dobro vzpostavljena, so nenehni izzivi pri natančnem postavljanju mej (zlasti za starodavne odseke z slabšimi arhivi), pri interpretaciji dogodkov z lokalnimi variacijami ter pri združevanju podatkov iz različnih metod. Napredek v metodah visoko natančnega datiranja, izboljšane globalne baze podatkov, napredna statistika in interdisciplinarno delo (geokemija, geofizika, paleobiologija) omogočajo, da se lestvica še naprej izpopolnjuje in postaja vse bolj podrobna in enotna.

Geološka časovna lestvica je torej rezultat dolgega zgodovinskega procesa od osnovnih opazovanj navadnih kamnin do sodobnih mednarodno usklajenih standardov. Spremljanje novih odkritij in izboljšav v metodah je ključno za njeno natančno in uporabno delovanje tudi v prihodnje.

Zemljepis zgodovine Zemlje v 24 urah

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je geološka časovna lestvica?

O: Geološka časovna lestvica je sistem, ki se uporablja za merjenje in razvrščanje zgodovine zemeljskih kamnin in fosilov. Na podlagi relativnega položaja različnih plasti in fosilov deli Zemljino zgodovino na različna obdobja, obdobja in epohe.

V: Kdo je prvi predlagal načela geološke časovne lestvice?

O: Nicolaus Steno je bil prvi, ki je konec 17. stoletja predlagal načela geološke časovne lestvice. Trdil je, da se plasti kamnin (ali plasti) odlagajo zaporedoma in da vsaka predstavlja "delček" časa. Oblikoval je tudi tako imenovano Stenovo načelo superpozicije, ki pravi, da je vsaka plast verjetno starejša od plasti nad njo in mlajša od plasti pod njo.

V: Katero teorijo o kamninah je predlagal Abraham Werner?

O: Abraham Werner je predlagal teorijo, da so vse kamnine nastale v enem samem velikem potopu, ki se imenuje neptunska teorija.

V: Kdo je predstavil alternativno idejo o tem, kako se oblikuje kopno?

O: James Hutton je leta 1785 pred Kraljevo družbo v Edinburgu predstavil alternativno idejo o tem, kako se oblikuje zemlja, s svojo Teorijo Zemlje ali raziskavo zakonov, ki jih je mogoče opazovati pri sestavi, raztapljanju in obnavljanju zemlje na Zemlji (Theory of the Earth; or, an Investigation of the Laws Observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land Upon the Globe). Njegova plutonistična teorija je predvidevala, da zemljo erodirata zrak in voda ter jo v obliki plasti odlagata v morju; vročina nato sedimente utrdi v kamen in jih dvigne v nove pokrajine.

V: Katero tehniko je William Smith uvedel za določanje plasti?

O: William Smith je bil pionir tehnike prepoznavanja plasti po vsebnosti fosilov. S preučevanjem zaporedja plasti je ugotovil, da jih je mogoče uporabiti za določanje časa, ko so se v zgodovini Zemlje zgodili določeni dogodki.

V: Kako je radiometrično datiranje pripomoglo k boljšemu razumevanju geologije?

O: Radiometrično datiranje je pomagalo izboljšati geološko razumevanje z zagotavljanjem absolutnih datumov za kamnine, ki so znanstvenikom omogočili natančnejšo oceno, kdaj so se v zgodovini Zemlje zgodili določeni dogodki, na primer kdaj se je v našem ozračju pojavil kisik ali kdaj se je med organizmi na našem planetu razvilo spolno razmnoževanje.