高中地球科学/地质年代尺度
"很长时间" 是多少年？我们通常以小时或天来表达时间，20 或 30 年当然感觉很长。想象一下，如果你需要思考一百万年、一亿年，甚至几十亿年。这些超乎寻常的时间跨度似乎难以置信，但它们正是科学家用来描述地球的时间跨度。
地球已有 46 亿年的历史。像大峡谷和密西西比河这样的地方存在了这么长时间吗？还是它们是在更近的时候形成的？巨型落基山脉是什么时候形成的，恐龙是什么时候在地球上漫步的？要回答这些问题，你必须思考数百万甚至数十亿年前的时间。
历史地质学家是研究地球过去历史的科学家。他们研究地球上留下的线索，以了解两件事：地球上事件发生的顺序，以及这些事件发生的时间。例如，他们已经了解到密西西比河是在大峡谷开始形成后的几百万年才形成的。他们还断定恐龙在地球上生活了大约 2 亿年。
科学家们已经将地质年代尺度整合在一起，以描述过去4 1⁄2十亿年地球上主要事件的顺序和持续时间。地质年代尺度上列出的事件示例包括植物生命首次出现在地球上、动物生命首次出现在地球上、地球山脉的形成，以及恐龙的灭绝。
你将了解一些历史地质学家用来描述地球过去的一些科学原理。你还会了解一些科学家用来了解过去的线索，并向你展示地质年代尺度的样子。
在你完成本课之前，请考虑以下问题。确保你能回答每个问题。它们将帮助你更好地理解本课。
- 什么是化石，化石是如何形成的？
- 沉积岩是如何形成的？
- 沉积岩是在哪些地方形成的？
- 如何确定岩层的相对和绝对年龄？
你需要理解的第一个关于地质时间的原理是，自然规律永远不变。这意味着描述事物运行方式的规律，在数十亿年前和今天是一样的。例如，水在 0°C 时结冰。这条规律一直都是真的，将来也永远都是真的。了解自然规律可以帮助你思考地球的过去，因为它为你提供了关于很久以前事物是如何发生的线索。这意味着我们可以用现在的过程来解释过去。想象一下，你在岩石中发现了化石。自然规律说，海洋动物必须生活在海里。这条规律从未改变，所以岩石一定是在海边形成的。这块岩石可能已有数百万年的历史，但其中的化石对我们来说是它如何形成的线索。
现在想象一下，你在一个非常干燥的地方发现了一个带有海洋动物化石的岩石，并且离海很远。怎么会这样呢？记住，自然规律永远不会改变。因此，化石意味着这块岩石肯定是在海边形成的。这告诉你，即使这个区域现在很干燥，它曾经一定是在水下。像这样的线索帮助科学家们了解到地球表面的特征已经改变了很多次。曾经被温暖海洋覆盖的地方现在可能变得寒冷干燥。现在有高山的地方可能曾经是低矮平坦的地面。这些变化需要数百万年才能发生，但它们今天仍在缓慢地进行着。你目前居住的地方在遥远的未来可能看起来大不相同。
岩石中的线索帮助科学家们拼凑出地球上地方是如何变化的。科学家们在 18 世纪和 19 世纪注意到，世界各地相似的沉积岩层包含相似的化石。他们使用相对年代测定将岩层从最古老到最年轻排序。在相对年代测定过程中，科学家们没有确定化石的确切年龄，但他们确实了解了哪些化石比其他化石更古老或更年轻。他们发现，较古老岩石中的化石不同于较年轻岩石中的化石。例如，较古老的岩层只包含爬行动物化石，但较年轻的岩层可能还包含哺乳动物化石。
科学家们将地球历史划分为几个时间段，在此期间，化石显示出地球上生活着类似的生物。他们给每个时间段起了个名字，以帮助他们跟踪地球是如何变化的。例如，一个有很多恐龙生活的时期叫做侏罗纪。我们从被称为奥陶纪的时间段中发现了地球上第一批绿色植物的化石。许多最早给地球上的时间段命名的科学家来自欧洲。因此，他们使用的许多名称都来自他们在欧洲学习的城镇或其他当地地方。
将岩层从最古老到最年轻排序是创建地质年代尺度的第一步。它展示了地球上的生命变化的顺序。它还向我们展示了某些地区在气候或环境类型方面的变化。然而，早期的地质年代尺度只显示了事件的顺序。它没有显示出事件发生的实际年份。随着 19 世纪后期放射性发现的出现，科学家们能够测量不同岩石的实际年龄（以年为单位）。通过测量岩石中放射性元素的含量，科学家们能够使用绝对年代测定为地质年代尺度上的每个时间段给出年龄。例如，他们现在能够断定侏罗纪始于大约 2 亿年前，持续了大约 5500 万年。
今天，地质年代尺度被划分为被称为宙的主要时间段。宙可以进一步划分为称为纪的较小时间段，每个纪又划分为世。图 12.1 显示了地质年代尺度的样子。我们现在生活在显生宙、新生代和第四纪。有时，世还会被进一步划分为期，但它们通常只被称为“早”或“晚”，例如“晚侏罗世”或“早白垩世”。请注意，地质时间的段落没有被划分为相等数量的年份。相反，它们被划分为地球上化石记录表明存在类似生物的时间段。
最早了解地质时间的科学家之一是詹姆斯·赫顿。在 18 世纪后期，他周游英国，研究沉积岩及其化石。他认为，今天在地球上起作用的相同过程形成了过去的岩石和化石。他知道这些过程需要很长时间，所以岩石一定是在数百万年的时间里形成的。在赫顿之前，大多数人认为地球只有几千年的历史。他的工作帮助我们理解了自然规律永远不会改变，地球非常古老。他有时被称为“地质学之父”。
地质年代尺度通常用地球生命如何变化的插图来显示。它有时还包括地球上的重大事件，例如主要山脉的形成或恐龙的灭绝。图 12.2 展示了看待地质年代尺度的另一种方式。它展示了地球环境和生命形式是如何变化的。
- 地球非常古老，研究地球的过去需要我们思考数百万甚至数十亿年前的时间。科学家们使用地质年代尺度来说明地球上事件发生的顺序。
- 在地质年代尺度建立之前，科学家们观察到化石从最古老到最年轻的沉积岩层发生了变化。他们使用相对年代测定将地球的过去划分为几个时间段，在此期间地球上存在着相似的生物。
- 后来，科学家们使用绝对年代测定来确定事件发生的实际年份。地质年代尺度被划分为宙、纪、世和期。
- 地球有多古老？
- 为什么早期的地质年代尺度没有包含事件发生的具体年份？
- 恐龙在大约6600万年前灭绝。恐龙生活在哪个地质年代的最后一个时期？
- 科学家是否可以使用研究地球历史的相同原理来研究其他行星的历史？
- 假设你在犹他州的山区远足，发现了一个生活在海底的动物化石。你了解到保存化石的岩石来自密西西比纪。犹他州密西西比纪的环境是怎样的？
- 为什么沉积岩比变质岩或岩浆岩更适合确定岩石的相对年龄？
- 在岩石中更容易找到什么：古老海洋生物化石还是古老陆地生物化石？
- 绝对年代测定
- 用来确定某件事发生多久以前的方法。
- 灭绝
- 当一种生物完全消失的时候。
- 化石
- 过去生命的遗骸，例如骨骼、贝壳或其他坚硬部位；也可能包括过去生命的证据，例如足迹或叶片印痕。
- 地质年代尺度
- 一个展示地球过去的时序图。
- 相对年代测定方法
- 用于确定地球历史上地质事件发生的顺序。
- 地球上的生命是如何从一个地质年代跨越到下一个地质年代的？
- 生命何时首次出现在地球上？
- 地球上哪些条件是生物存活所必需的？