В 1650 году ирландский архиепископ Джеймс Ашшер сложил годы жизни библейских патриархов и объявил, что мир сотворён вечером 22 октября 4004 года до нашей эры. Через двести лет физик Уильям Томсон (лорд Кельвин) рассчитал, сколько времени нужно раскалённой Земле, чтобы остыть до нынешней температуры, и получил десятки миллионов лет. Дарвину для эволюции этого не хватало, и он считал расчёт Кельвина одним из самых серьёзных возражений против своей теории. Спор решило открытие радиоактивности: Земле около 4,54 миллиарда лет. Как это узнали и как геологи датируют каждый слой с окаменелостями — тема этой статьи.
Это тринадцатая статья серии о разделе 6 кодификатора ЕГЭ-2027 (хаб серии) и вторая — об элементе 6.4. В ней — геохронологическая шкала, история Земли в масштабе одного года, относительное и абсолютное датирование, другие природные часы, история определения возраста Земли, климат и геология эр. В конце — что спрашивают на ЕГЭ, раздел для олимпиад и двенадцать заданий с разбором. Что происходило с жизнью в каждую эру — в следующей статье, «Развитие жизни по эрам».
- Геохронологическая шкала
- История Земли за один год
- Относительный возраст: слои и руководящие ископаемые
- Абсолютный возраст: радиоактивные часы
- Другие природные часы
- Как узнали возраст Земли
- Климат и геология эр
- Что спрашивают на ЕГЭ
- Для олимпиад
- Задания с разбором
- Литература
Геохронологическая шкала
Определение. Геохронология — наука о возрасте горных пород и последовательности событий в истории Земли. Геохронологическая шкала — деление истории Земли на промежутки, выделенные по смене горных пород и населявших Землю организмов.
Единицы шкалы вложены друг в друга, как год, месяц и день: эон делится на эры, эра — на периоды, период — на эпохи. Границы проводят по резким сменам ископаемых — обычно по массовым вымираниям, — поэтому названия эр говорят о жизни: палеозой — «эра древней жизни», мезозой — «средней», кайнозой — «новой». Последние 539 млн лет, от начала кембрия, объединяют в фанерозой — эон «явной жизни», когда появились организмы со скелетом, хорошо сохраняющиеся в ископаемом виде. Всё, что было до него, называют докембрием; он занимает почти 90 % истории Земли.
| Эон | Эра | Периоды | Время, млн лет назад |
|---|---|---|---|
| Фанерозой | Кайнозойская | палеогеновый, неогеновый, четвертичный (антропогеновый) | 66 — наше время |
| Фанерозой | Мезозойская | триасовый, юрский, меловой | 252–66 |
| Фанерозой | Палеозойская | кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный (карбон), пермский | 539–252 |
| Протерозой | Протерозойская | последний период — вендский (эдиакарский) | 2500–539 |
| Архей | Архейская | — | 4000–2500 |
| Катархей (гадей) | — | — | 4600–4000 |
В школьных учебниках встречаются другие даты, например начало палеозоя 570 млн лет назад: шкалу постоянно уточняют, и Международная комиссия по стратиграфии публикует её новые версии. На экзамене не требуют точных дат, но нужно знать порядок эр и периодов и примерный масштаб. Порядок периодов палеозоя помогает запомнить фраза по первым буквам: «Как Однажды Слон Дошёл К Пальме» — кембрий, ордовик, силур, девон, карбон, пермь.
- 4600Образование Земли; катархей (гадей) — океан, первые минералы
- 4000Архей: первые прокариоты, строматолиты, фотосинтез
- 2500Протерозой: накопление кислорода, эукариоты, многоклеточность
- 635Венд (эдиакарий) — последний период протерозоя: эдиакарская фауна
- 539Палеозой: кембрий — массовое появление животных со скелетом
- 485Ордовик
- 444Силур: выход растений на сушу
- 419Девон: первые наземные позвоночные
- 359Карбон (каменноугольный)
- 299Пермь
- 252Мезозой: триас — первые динозавры и млекопитающие
- 201Юра
- 145Мел: первые цветковые
- 66Кайнозой: палеоген — расцвет млекопитающих
- 23Неоген
- 2,6Антропоген (четвертичный): оледенения, человек
- катархей и архей
- протерозой
- палеозой
- мезозой
- кайнозой
- числа — начало, млн лет назад
История Земли за один год
Миллиарды лет трудно представить. Американский астроном Карл Саган предложил сжать историю в один календарный год: Земля образовалась в полночь 1 января, сейчас — полночь 31 декабря. Тогда одни сутки соответствуют примерно 12,4 млн лет, а одна секунда — примерно 144 годам.
| Событие | Сколько лет назад | Дата «года Земли» |
|---|---|---|
| Древнейшие следы жизни | около 3,7 млрд | 9 марта |
| Начало накопления кислорода в атмосфере | около 2,4 млрд | 22 июня |
| Первые эукариоты | около 1,8 млрд | 9 августа |
| Первые многоклеточные водоросли | около 1 млрд | 8 октября |
| Начало кембрия, массовое появление животных со скелетом | 539 млн | 18 ноября |
| Растения выходят на сушу | около 470 млн | 24 ноября |
| Первые наземные позвоночные | около 375 млн | 1 декабря |
| Первые динозавры и млекопитающие | 230–215 млн | 13–14 декабря |
| Первые цветковые растения | около 130 млн | 21 декабря |
| Вымирание динозавров | 66 млн | 26 декабря |
| Первые предки человека, отделившиеся от предков шимпанзе | около 7 млн | 31 декабря, около 10:30 |
| Человек разумный | около 300 тыс. | 31 декабря, 23:25 |
| Земледелие | около 10 тыс. | за минуту с небольшим до полуночи |
Из «календаря» видно главное: больше половины истории жизни — это история микроорганизмов. Животные, которых можно увидеть без микроскопа, существуют лишь последние полтора «месяца», а вся история человечества укладывается в последние минуты года.
Относительный возраст: слои и руководящие ископаемые
Относительный возраст отвечает на вопрос «что раньше, что позже», не называя чисел. Основы метода заложил в 1669 году датский естествоиспытатель Николай Стенон, изучая горы Тосканы.
- Принцип последовательного напластования. В ненарушенной толще осадочных пород каждый слой моложе того, на котором лежит: нижние слои древнее верхних.
- Принцип первичной горизонтальности. Осадки откладываются горизонтально; наклонённые и смятые в складки слои были деформированы позже.
- Принцип секущих отношений. Жила магмы или разлом, пересекающие слои, моложе этих слоёв.
Но как сопоставить слои в разных местах, например в Англии и на Урале? В начале XIX века английский землемер Уильям Смит, прокладывая каналы, заметил, что каждый слой содержит свой набор окаменелостей, и по ним можно узнать один и тот же слой за сотни километров. Так возник метод руководящих ископаемых.
Определение. Руководящие ископаемые — остатки организмов, по которым определяют относительный возраст слоёв. Хороший руководящий вид: 1) существовал недолго (быстро эволюционировал и вымер); 2) был широко распространён; 3) многочислен и хорошо сохраняется (имел твёрдый скелет); 4) легко узнаваем.
| Группа | Для каких отложений | Почему подходит |
|---|---|---|
| Трилобиты | кембрий — ордовик | быстрая смена видов, твёрдый панцирь, широкое распространение в морях |
| Граптолиты | ордовик — силур | планктонные колониальные животные: расселялись течениями по всему океану |
| Аммониты | девон — мел, особенно юра и мел | виды сменялись за сотни тысяч лет; раковина с узором перегородок, по которому различают виды |
| Фораминиферы | от кембрия до наших дней, особенно мел и кайнозой | микроскопические, миллионы раковинок в небольшой пробе — удобно при бурении скважин |
| Пыльца и споры растений | от силура до наших дней | огромное количество, прочная оболочка, разносится ветром на большие расстояния |
Метод руководящих ископаемых работает потому, что эволюция необратима: однажды вымерший вид больше не появляется, и последовательность форм в слоях всюду одна и та же. Это одновременно и доказательство эволюции: ни разу не нашли слоя, где трилобиты лежали бы вместе с остатками млекопитающих.
Абсолютный возраст: радиоактивные часы
Абсолютный возраст выражается в годах. Главный метод его определения — радиометрический (радиоизотопный); его идею высказал Эрнест Резерфорд в 1905 году. Некоторые изотопы химических элементов неустойчивы и самопроизвольно распадаются, превращаясь в другие (дочерние) изотопы. Скорость распада постоянна и не зависит от температуры, давления, химического состояния вещества.
Определение. Период полураспада (T½) — время, за которое распадается половина имеющихся атомов радиоактивного изотопа. За один период полураспада остаётся 1/2 исходного количества, за два — 1/4, за три — 1/8, за n периодов — (1/2)n.
Когда минерал кристаллизуется из магмы, в него входит радиоактивный изотоп, а дочерние атомы начинают накапливаться внутри кристалла. Измерив отношение дочерних атомов к исходным, можно рассчитать, сколько периодов полураспада прошло. Например, если в минерале осталась 1/4 исходного калия-40, прошло два периода полураспада, то есть 2 × 1,25 = 2,5 млрд лет.
| Метод | Распад | Период полураспада | Что датируют |
|---|---|---|---|
| Радиоуглеродный | углерод-14 → азот-14 | 5730 лет | остатки организмов — древесина, кости, ткани — возрастом до 50 тыс. лет |
| Калий-аргоновый | калий-40 → аргон-40 | 1,25 млрд лет | вулканические породы и пепел возрастом от десятков тысяч до миллиардов лет |
| Уран-свинцовый | уран-238 → свинец-206 | 4,47 млрд лет | кристаллы циркона возрастом от миллиона до 4,5 млрд лет |
| Рубидий-стронциевый | рубидий-87 → стронций-87 | около 49 млрд лет | самые древние породы, метеориты |
Радиоуглеродный метод устроен иначе: в атмосфере углерод-14 постоянно образуется под действием космических лучей, и живой организм, обмениваясь углеродом со средой, содержит его в той же доле, что и атмосфера. После смерти обмен прекращается, и углерод-14 распадается. Метод предложил Уиллард Либби в 1949 году (Нобелевская премия 1960 года); проверяя его, он датировал деревянные предметы из египетских гробниц, возраст которых был известен по историческим документам, и получил совпадение.
Частая ошибка. Радиоуглеродным методом нельзя определить возраст динозавров: за 66 млн лет углерод-14 распался практически полностью — прошло более 11 тысяч периодов полураспада. Возраст окаменелостей определяют по вулканическим слоям выше и ниже них калий-аргоновым или уран-свинцовым методом.
Как датируют окаменелость в осадочной породе? Осадочные породы состоят из обломков более древних пород, и их радиометрический возраст — это возраст обломков, а не слоя. Поэтому датируют прослои вулканического пепла: он кристаллизуется в момент извержения. Если окаменелость лежит между двумя пепловыми слоями возрастом 75,2 и 74,6 млн лет, её возраст — между ними.
Другие природные часы
| Метод | На чём основан | Глубина во времени |
|---|---|---|
| Дендрохронология | подсчёт годичных колец деревьев; рисунок широких и узких колец, отражающий влажные и засушливые годы, позволяет «сшивать» живые деревья, брёвна старых построек и древесину из болот в непрерывную шкалу | около 14 тыс. лет |
| Ленточные глины | в приледниковых озёрах за год откладываются два слоя: светлый летний песчанистый и тёмный зимний глинистый; шведский геолог Герард де Геер с 1880-х годов подсчитывал такие слои | десятки тысяч лет |
| Ледяные керны | в ледниках Антарктиды и Гренландии каждый год откладывается слой снега; пузырьки воздуха в нём — образцы древней атмосферы | до 800 тыс. лет (керн с купола C в Антарктиде); на российской станции «Восток» — около 420 тыс. лет |
| Палеомагнитный | магнитное поле Земли многократно меняло направление; минералы застывающих лав и осадков «запоминают» его; последовательность смен известна и датирована | сотни миллионов лет |
Независимые методы проверяют друг друга. Например, радиоуглеродные даты сверяют с годичными кольцами, и оказалось, что содержание углерода-14 в атмосфере в прошлом немного менялось; теперь даты пересчитывают по калибровочным кривым. Именно согласие многих независимых часов делает геохронологическую шкалу надёжной.
Как узнали возраст Земли
| Кто и когда | Метод | Результат |
|---|---|---|
| Дж. Ашшер, 1650 | подсчёт поколений по Библии | около 6 тыс. лет |
| Ж. Бюффон, 1778 | скорость остывания раскалённых железных шаров, пересчитанная на размер Земли | около 75 тыс. лет |
| Ч. Дарвин, 1859 | скорость размыва меловых отложений на юге Англии | около 300 млн лет только на размыв одной долины |
| У. Томсон (лорд Кельвин), 1862–1897 | остывание Земли от расплавленного состояния | от 20 до 400 млн лет, позже — 20–40 млн лет |
| Дж. Джоли, 1899 | скорость накопления соли в океане | около 90 млн лет |
| А. Холмс, 1913 | уран-свинцовый метод | древнейшие породы — около 1,6 млрд лет |
| К. Паттерсон, 1956 | изотопы свинца в метеоритах, образовавшихся одновременно с Землёй | 4,55 млрд лет — значение, принятое до сих пор |
Почему ошибся Кельвин, один из величайших физиков XIX века? Он не знал о радиоактивности: распад урана, тория и калия постоянно выделяет тепло в недрах Земли, и она остывает гораздо медленнее. Кроме того, Земля остывает не только через неподвижные породы, как считал Кельвин, но и перемешиванием вещества в мантии. Самые древние земные минералы — кристаллы циркона из Западной Австралии — имеют возраст около 4,4 млрд лет; самые древние сохранившиеся породы — гнейсы Акаста в Канаде — около 4 млрд лет.
Спор о возрасте Земли связан и с другим спором — о том, как она менялась. Жорж Кювье объяснял смену фаун в слоях катастрофами, после которых местность заселялась заново (теория катастроф). Чарлз Лайель утверждал, что Земля менялась медленно, под действием тех же сил, что и сейчас, — ветра, воды, вулканов (униформизм); его книга сильно повлияла на Дарвина. Современная геология соединяет оба взгляда: большую часть времени изменения идут медленно, но в истории Земли были и настоящие катастрофы — падения астероидов, гигантские извержения, приводившие к массовым вымираниям.
Климат и геология эр
Эволюция жизни шла на фоне меняющейся планеты: материки соединялись и расходились, климат то теплел, то холодал, менялся состав атмосферы. Эти изменения — один из главных факторов отбора в масштабе эр.
| Эра | Материки и горы | Климат и атмосфера |
|---|---|---|
| Архей | образование первых участков континентальной коры | Солнце светило на 25–30 % слабее, но парниковые газы поддерживали жидкий океан; кислорода в атмосфере не было |
| Протерозой | около 1,1 млрд лет назад — суперконтинент Родиния, позже распавшийся | накопление кислорода около 2,4 млрд лет назад и первое оледенение; 720–635 млн лет назад — глобальные оледенения («Земля-снежок»), после которых появилась эдиакарская фауна |
| Палеозой | к концу эры все материки слились в суперконтинент Пангею; горообразование, в том числе Урал | тёплые мелкие моря; оледенения в конце ордовика и в конце карбона — перми; в карбоне содержание кислорода в атмосфере достигало около 30 %, и появились гигантские насекомые (стрекозы с размахом крыльев около 70 см); пермь — засушливая |
| Мезозой | распад Пангеи с начала юры, образование Атлантического океана | тёплый ровный климат без полярных ледяных шапок; высокий уровень моря; в меловом периоде из раковинок водорослей накопился мел |
| Кайнозой | Индия столкнулась с Азией — выросли Гималаи; около 3 млн лет назад поднялся Панамский перешеек | постепенное похолодание: около 34 млн лет назад образовался ледниковый щит Антарктиды; в четвертичном периоде — чередование оледенений и потеплений |
Ледниковый период на Земле — не исключение, а повторяющееся состояние: мы и сейчас живём в межледниковье четвертичного оледенения. О том, как эти изменения отразились на растениях и животных, — в статье «Развитие жизни по эрам», о кризисах на границах эр — в статье «Массовые вымирания».
Что спрашивают на ЕГЭ
Геохронология входит в элемент 6.4. Её проверяют линии 17 и 19 (последовательность эр и периодов, соответствие «период — эра»), 20, 26; в расчётных вариантах линии 26 встречаются задачи на период полураспада.
Что чаще всего путают.
- Порядок эр: катархей (гадей) → архей → протерозой → палеозой → мезозой → кайнозой.
- Порядок периодов палеозоя: кембрий → ордовик → силур → девон → карбон → пермь; мезозоя: триас → юра → мел; кайнозоя: палеоген → неоген → антропоген.
- Венд — последний период протерозоя, а не палеозоя.
- Относительный возраст — по слоям и руководящим ископаемым («раньше — позже»); абсолютный — в годах, по радиоактивному распаду.
- Радиоуглеродный метод — только до 50 тыс. лет; динозавров и трилобитов им не датируют.
- Руководящее ископаемое — вид, существовавший недолго, но широко распространённый, а не «самый древний» и не «живое ископаемое».
Для тренировки — тема 6.4 в тренажёре ЕГЭ по биологии.
Для олимпиад
Почему цирконы — лучшие часы
Минерал циркон (ZrSiO4) при кристаллизации легко включает уран, заменяющий цирконий в решётке, но почти не принимает свинец. Поэтому весь свинец в цирконе — продукт распада урана, и начальное количество свинца можно не учитывать. Кроме того, в цирконе работают двое часов сразу: уран-238 → свинец-206 и уран-235 → свинец-207 с разными периодами полураспада. Если оба дают одинаковый возраст, значит, кристалл не терял свинец и дата надёжна. Циркон очень прочен и переживает разрушение породы, поэтому зёрна возрастом 4,4 млрд лет сохранились в более молодых песчаниках.
Атомные бомбы и радиоуглерод
Испытания ядерного оружия в 1950–1960-х годах почти удвоили содержание углерода-14 в атмосфере; после запрета наземных испытаний в 1963 году оно постепенно снижается. Этот «бомбовый пик» превратился в точные часы для последних десятилетий: по углероду-14 в эмали зубов и в хрусталике глаза определяют год рождения человека, а по углероду-14 в ДНК клеток мозга выяснили, обновляются ли нейроны во взрослом мозге. А сжигание ископаемого топлива, где углерода-14 нет, наоборот, разбавляет атмосферный углерод «старым» и сбивает радиоуглеродные часы.
Задания с разбором
Задание 1. Работа с текстом (линия 17)
Прочитайте текст. Выберите три предложения, в которых описаны методы определения абсолютного возраста.
(1) Нижние слои осадочных пород древнее верхних. (2) Возраст вулканического пепла определяют по отношению аргона-40 к калию-40. (3) По годичным кольцам деревьев построена непрерывная шкала на тысячи лет. (4) Слой с аммонитами юрского периода моложе слоя с трилобитами. (5) Возраст древесины из раскопок определяют по содержанию углерода-14. (6) Жила магмы, пересекающая слои, моложе этих слоёв.
Разбор
Абсолютный возраст в годах дают 2, 3, 5. Предложения 1, 4, 6 описывают принципы определения относительного возраста.
Ответ: 235.
Задание 2. Установите соответствие (линия 19)
Установите соответствие между периодом и эрой: 1) палеозойская; 2) мезозойская; 3) кайнозойская.
| Период | Эра |
|---|---|
| А) кембрийский | 1) палеозойская 2) мезозойская 3) кайнозойская |
| Б) юрский | |
| В) девонский | |
| Г) меловой | |
| Д) неогеновый | |
| Е) пермский |
Разбор
Палеозой — кембрий, девон, пермь (А, В, Е); мезозой — юра, мел (Б, Г); кайнозой — неоген (Д).
Ответ: 121231.
Задание 3. Установите последовательность (линия 19)
Установите последовательность периодов палеозойской эры, начиная с самого раннего: 1) каменноугольный; 2) кембрийский; 3) девонский; 4) пермский; 5) ордовикский; 6) силурийский.
Разбор
Кембрий (2) → ордовик (5) → силур (6) → девон (3) → карбон (1) → пермь (4).
Ответ: 256314.
Задание 4. Работа с таблицей (линия 20)
Проанализируйте таблицу и заполните пустые ячейки, используя элементы из списка.
| Метод | Принцип | Возраст образцов |
|---|---|---|
| радиоуглеродный | распад углерода-14 | (А) |
| (Б) | распад калия-40 с образованием аргона-40 | от десятков тысяч до миллиардов лет |
| дендрохронологический | (В) | до 14 тысяч лет |
Список: 1) до 50 тысяч лет; 2) калий-аргоновый; 3) подсчёт годичных колец деревьев; 4) руководящих ископаемых; 5) до 4,5 млрд лет; 6) подсчёт годовых слоёв ленточных глин; 7) уран-свинцовый; 8) смена направления магнитного поля.
Разбор
А — радиоуглеродный метод применим до 50 тысяч лет (1); Б — калий-аргоновый (2); В — дендрохронология основана на годичных кольцах (3).
Ответ: 123.
Задание 5. Анализ данных (линия 21)
В таблице — доля углерода-14, оставшаяся в образце древесины, в зависимости от времени после гибели дерева.
| Время, лет | Осталось углерода-14, % от исходного |
|---|---|
| 0 | 100 |
| 5730 | 50 |
| 11 460 | 25 |
| 17 190 | 12,5 |
| 22 920 | 6,25 |
Выберите все утверждения, которые можно сформулировать на основании этих данных.
- Каждые 5730 лет количество углерода-14 уменьшается вдвое.
- Через 11 460 лет в образце остаётся четверть исходного углерода-14.
- Скорость распада углерода-14 зависит от температуры.
- За 22 920 лет распалось более 90 % исходного углерода-14.
- Радиоуглеродным методом можно определить возраст динозавров.
Разбор
Верно 1, 2, 4 (распалось 100 − 6,25 = 93,75 %). О температуре (3) таблица ничего не говорит (на самом деле скорость распада от неё не зависит); 5 неверно — за 66 млн лет углерод-14 распадается практически полностью.
Ответ: 124.
Задание 6. Анализ опыта (линии 22–23)
Проверяя радиоуглеродный метод, У. Либби измерил содержание углерода-14 в образцах древесины, возраст которых был известен по историческим документам и годичным кольцам: из гробниц египетских фараонов, из древнеримских построек, из ствола секвойи. Зачем нужны образцы известного возраста? Какая переменная в опыте независимая, какая зависимая? Что показало бы систематическое расхождение рассчитанного и известного возраста у самых старых образцов?
Разбор
- Образцы известного возраста — контроль: по ним проверяют, верно ли метод определяет возраст, прежде чем применять его к образцам неизвестного возраста.
- Независимая переменная — известный возраст образца; зависимая — измеренная доля углерода-14 (и рассчитанный по ней возраст).
- Систематическое расхождение означало бы, что не выполняется одно из допущений метода, например содержание углерода-14 в атмосфере в прошлом было не таким, как сейчас; тогда нужна поправка — калибровка по образцам известного возраста (так и поступают, используя годичные кольца).
Задание 7. Найдите ошибки (линия 24)
Найдите три ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.
(1) История Земли делится на эоны, эры и периоды. (2) Палеозойская эра началась раньше протерозойской. (3) В ненарушенной толще осадочных пород нижние слои древнее верхних. (4) Руководящими ископаемыми служат виды, существовавшие на Земле сотни миллионов лет без изменений. (5) Период полураспада — время, за которое распадается половина атомов радиоактивного изотопа. (6) Возраст динозавров определяют радиоуглеродным методом.
Разбор
- 2 — палеозойская эра наступила после протерозойской.
- 4 — руководящие ископаемые — виды, существовавшие недолго, но широко распространённые; «живые ископаемые» для этого не годятся.
- 6 — возраст остатков динозавров определяют по вулканическим слоям калий-аргоновым или уран-свинцовым методом; радиоуглеродный метод применим только до 50 тысяч лет.
Задание 8. Обобщение знаний с расчётом (линия 26)
В кристалле вулканической породы осталось 25 % исходного количества калия-40 (период полураспада 1,25 млрд лет). Определите возраст породы. Почему для этой породы не подходит радиоуглеродный метод? Какие допущения лежат в основе расчёта?
Разбор
- 25 % = (1/2)2 — прошло два периода полураспада: 2 × 1,25 = 2,5 млрд лет.
- Углерод-14 при периоде полураспада 5730 лет за такое время распадается полностью; кроме того, порода не обменивалась углеродом с атмосферой, как живой организм.
- Допущения: скорость распада постоянна; при кристаллизации в минерале не было аргона-40 (газ уходил из расплава); кристалл не терял и не получал калий и аргон после образования.
Задание 9. Обобщение знаний (линия 26)
Объясните, почему трилобиты и аммониты служат хорошими руководящими ископаемыми, а латимерия и гинкго — нет.
Разбор
- Руководящее ископаемое позволяет сопоставить слои одного возраста в разных местах; для этого вид должен существовать недолго, чтобы указывать на узкий промежуток времени.
- Трилобиты и аммониты быстро эволюционировали: их виды сменяли друг друга за сотни тысяч — миллионы лет; они были многочисленны, широко распространены в морях и имели твёрдый скелет, хорошо сохраняющийся в ископаемом виде.
- Латимерия и гинкго — «живые ископаемые»: их группы почти не менялись десятки и сотни миллионов лет, поэтому их остатки не позволяют отличить слои разного возраста.
Задание 10. Обобщение знаний (линия 26)
Почему палеонтологи определяют возраст окаменелостей не по самой осадочной породе, в которой они лежат, а по прослоям вулканического пепла выше и ниже них?
Разбор
- Радиометрические часы «запускаются», когда минерал кристаллизуется и в нём начинают накапливаться продукты распада.
- Осадочная порода состоит из обломков более древних пород; минералы обломков образовались задолго до накопления слоя, и их возраст больше возраста окаменелости.
- Вулканический пепел кристаллизуется в момент извержения, поэтому его возраст — это возраст слоя; окаменелость между двумя пепловыми прослоями моложе нижнего и древнее верхнего.
Задание 11 (олимпиадное). Ошибка Кельвина
Кельвин рассчитал возраст Земли по скорости потери тепла через земную кору, предположив, что Земля была расплавленной, а затем остывала без внутренних источников тепла и путём теплопроводности. Назовите два его допущения, которые оказались неверными, и объясните, как каждое из них занижало возраст. Почему расчёт Кельвина был важен для споров о теории Дарвина?
Разбор
1) Внутренние источники тепла существуют: распад урана, тория и калия выделяет тепло, поэтому Земля теряет тепло медленнее, и для нынешнего теплового потока нужно больше времени. 2) Тепло переносится не только теплопроводностью неподвижных пород, но и перемешиванием (конвекцией) вещества мантии, которая доставляет тепло к поверхности; тогда высокий поток тепла у поверхности совместим с большим возрастом. Значение спора: естественный отбор действует медленно, и для образования всего разнообразия жизни нужны сотни миллионов лет; малый возраст Земли по Кельвину считался доводом против теории Дарвина, а открытие радиоактивности это возражение сняло.
Задание 12 (олимпиадное). Уран-свинцовые часы
В кристалле циркона на 10 атомов урана-238 приходится 2 атома свинца-206 (весь свинец — продукт распада урана). Период полураспада урана-238 — 4,47 млрд лет. Определите возраст кристалла (log21,2 ≈ 0,263). Почему для расчёта важно, что циркон при кристаллизации не включает свинец?
Разбор
Исходно было 10 + 2 = 12 атомов урана, осталось 10, то есть 10/12 = (1/2)n, откуда n = log21,2 ≈ 0,263 периода полураспада; возраст ≈ 0,263 × 4,47 ≈ 1,18 млрд лет. Если бы в кристалле исходно был свинец, часть свинца-206 не была бы продуктом распада, и рассчитанный возраст оказался бы завышен; циркон отторгает свинец при кристаллизации, поэтому начальный свинец можно не учитывать.
Литература
- Короновский Н. В. Общая геология. 2-е изд. М.: КДУ, 2006.
- Яблоков А. В., Юсуфов А. Г. Эволюционное учение. 6-е изд. М.: Высшая школа, 2006.
- Еськов К. Ю. История Земли и жизни на ней. М.: МИРОС — МАИК «Наука/Интерпериодика», 2000.
- Gradstein F. M. et al. (eds.) Geologic Time Scale 2020. Amsterdam: Elsevier, 2020.
- Patterson C. Age of meteorites and the earth // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1956. Vol. 10. P. 230–237.
- Libby W. F. Radiocarbon Dating. Chicago: University of Chicago Press, 1952.
Обсуждение
Загружаем обсуждение…