高中地球科學/地質年代尺度
"很長時間" 是多少年？我們通常以小時或天來表達時間，20 或 30 年當然感覺很長。想象一下，如果你需要思考一百萬年、一億年，甚至幾十億年。這些超乎尋常的時間跨度似乎難以置信，但它們正是科學家用來描述地球的時間跨度。
地球已有 46 億年的歷史。像大峽谷和密西西比河這樣的地方存在了這麼長時間嗎？還是它們是在更近的時候形成的？巨型落基山脈是什麼時候形成的，恐龍是什麼時候在地球上漫步的？要回答這些問題，你必須思考數百萬甚至數十億年前的時間。
歷史地質學家是研究地球過去歷史的科學家。他們研究地球上留下的線索，以瞭解兩件事：地球上事件發生的順序，以及這些事件發生的時間。例如，他們已經瞭解到密西西比河是在大峽谷開始形成後的幾百萬年才形成的。他們還斷定恐龍在地球上生活了大約 2 億年。
科學家們已經將地質年代尺度整合在一起，以描述過去4 1⁄2十億年地球上主要事件的順序和持續時間。地質年代尺度上列出的事件示例包括植物生命首次出現在地球上、動物生命首次出現在地球上、地球山脈的形成，以及恐龍的滅絕。
你將瞭解一些歷史地質學家用來描述地球過去的一些科學原理。你還會了解一些科學家用來了解過去的線索，並向你展示地質年代尺度的樣子。
在你完成本課之前，請考慮以下問題。確保你能回答每個問題。它們將幫助你更好地理解本課。
- 什麼是化石，化石是如何形成的？
- 沉積岩是如何形成的？
- 沉積岩是在哪些地方形成的？
- 如何確定岩層的相對和絕對年齡？
你需要理解的第一個關於地質時間的原理是，自然規律永遠不變。這意味著描述事物執行方式的規律，在數十億年前和今天是一樣的。例如，水在 0°C 時結冰。這條規律一直都是真的，將來也永遠都是真的。瞭解自然規律可以幫助你思考地球的過去，因為它為你提供了關於很久以前事物是如何發生的線索。這意味著我們可以用現在的過程來解釋過去。想象一下，你在岩石中發現了化石。自然規律說，海洋動物必須生活在海里。這條規律從未改變，所以岩石一定是在海邊形成的。這塊岩石可能已有數百萬年的歷史，但其中的化石對我們來說是它如何形成的線索。
現在想象一下，你在一個非常乾燥的地方發現了一個帶有海洋動物化石的岩石，並且離海很遠。怎麼會這樣呢？記住，自然規律永遠不會改變。因此，化石意味著這塊岩石肯定是在海邊形成的。這告訴你，即使這個區域現在很乾燥，它曾經一定是在水下。像這樣的線索幫助科學家們瞭解到地球表面的特徵已經改變了很多次。曾經被溫暖海洋覆蓋的地方現在可能變得寒冷乾燥。現在有高山的地方可能曾經是低矮平坦的地面。這些變化需要數百萬年才能發生，但它們今天仍在緩慢地進行著。你目前居住的地方在遙遠的未來可能看起來大不相同。
岩石中的線索幫助科學家們拼湊出地球上地方是如何變化的。科學家們在 18 世紀和 19 世紀注意到，世界各地相似的沉積岩層包含相似的化石。他們使用相對年代測定將岩層從最古老到最年輕排序。在相對年代測定過程中，科學家們沒有確定化石的確切年齡，但他們確實瞭解了哪些化石比其他化石更古老或更年輕。他們發現，較古老岩石中的化石不同於較年輕岩石中的化石。例如，較古老的岩層只包含爬行動物化石，但較年輕的岩層可能還包含哺乳動物化石。
科學家們將地球歷史劃分為幾個時間段，在此期間，化石顯示出地球上生活著類似的生物。他們給每個時間段起了個名字，以幫助他們跟蹤地球是如何變化的。例如，一個有很多恐龍生活的時期叫做侏羅紀。我們從被稱為奧陶紀的時間段中發現了地球上第一批綠色植物的化石。許多最早給地球上的時間段命名的科學家來自歐洲。因此，他們使用的許多名稱都來自他們在歐洲學習的城鎮或其他當地地方。
將岩層從最古老到最年輕排序是建立地質年代尺度的第一步。它展示了地球上的生命變化的順序。它還向我們展示了某些地區在氣候或環境型別方面的變化。然而，早期的地質年代尺度只顯示了事件的順序。它沒有顯示出事件發生的實際年份。隨著 19 世紀後期放射性發現的出現，科學家們能夠測量不同岩石的實際年齡（以年為單位）。透過測量岩石中放射性元素的含量，科學家們能夠使用絕對年代測定為地質年代尺度上的每個時間段給出年齡。例如，他們現在能夠斷定侏羅紀始於大約 2 億年前，持續了大約 5500 萬年。
今天，地質年代尺度被劃分為被稱為宙的主要時間段。宙可以進一步劃分為稱為紀的較小時間段，每個紀又劃分為世。圖 12.1 顯示了地質年代尺度的樣子。我們現在生活在顯生宙、新生代和第四紀。有時，世還會被進一步劃分為期，但它們通常只被稱為“早”或“晚”，例如“晚侏羅世”或“早白堊世”。請注意，地質時間的段落沒有被劃分為相等數量的年份。相反，它們被劃分為地球上化石記錄表明存在類似生物的時間段。
最早了解地質時間的科學家之一是詹姆斯·赫頓。在 18 世紀後期，他周遊英國，研究沉積岩及其化石。他認為，今天在地球上起作用的相同過程形成了過去的岩石和化石。他知道這些過程需要很長時間，所以岩石一定是在數百萬年的時間裡形成的。在赫頓之前，大多數人認為地球只有幾千年的歷史。他的工作幫助我們理解了自然規律永遠不會改變，地球非常古老。他有時被稱為“地質學之父”。
地質年代尺度通常用地球生命如何變化的插圖來顯示。它有時還包括地球上的重大事件，例如主要山脈的形成或恐龍的滅絕。圖 12.2 展示了看待地質年代尺度的另一種方式。它展示了地球環境和生命形式是如何變化的。
- 地球非常古老，研究地球的過去需要我們思考數百萬甚至數十億年前的時間。科學家們使用地質年代尺度來說明地球上事件發生的順序。
- 在地質年代尺度建立之前，科學家們觀察到化石從最古老到最年輕的沉積岩層發生了變化。他們使用相對年代測定將地球的過去劃分為幾個時間段，在此期間地球上存在著相似的生物。
- 後來，科學家們使用絕對年代測定來確定事件發生的實際年份。地質年代尺度被劃分為宙、紀、世和期。
- 地球有多古老？
- 為什麼早期的地質年代尺度沒有包含事件發生的具體年份？
- 恐龍在大約6600萬年前滅絕。恐龍生活在哪個地質年代的最後一個時期？
- 科學家是否可以使用研究地球歷史的相同原理來研究其他行星的歷史？
- 假設你在猶他州的山區遠足，發現了一個生活在海底的動物化石。你瞭解到儲存化石的岩石來自密西西比紀。猶他州密西西比紀的環境是怎樣的？
- 為什麼沉積岩比變質岩或岩漿岩更適合確定岩石的相對年齡？
- 在岩石中更容易找到什麼：古老海洋生物化石還是古老陸地生物化石？
- 絕對年代測定
- 用來確定某件事發生多久以前的方法。
- 滅絕
- 當一種生物完全消失的時候。
- 化石
- 過去生命的遺骸，例如骨骼、貝殼或其他堅硬部位；也可能包括過去生命的證據，例如足跡或葉片印痕。
- 地質年代尺度
- 一個展示地球過去的時序圖。
- 相對年代測定方法
- 用於確定地球歷史上地質事件發生的順序。
- 地球上的生命是如何從一個地質年代跨越到下一個地質年代的？
- 生命何時首次出現在地球上？
- 地球上哪些條件是生物存活所必需的？