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恐龙世界/相对年代

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地质学家可以很容易地比较一个峡谷、一个州或一个大陆的沉积岩层,并确定哪些层更古老,哪些层更年轻。

经过数百年的观察,我们才能够解释每个大陆上岩石的相对年龄,而且还有很多工作要做!

地质学家通过遵循一些关于沉积岩形成的原理来做出许多解释。古生物学家通过追踪岩石层中的化石来完善岩石的相对年龄估计。

基本原理

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绝对年代不同,我们可以简单地测量一些东西并分配一个数字,对于相对年代,我们依赖一系列的原则和假设,这些原则和假设帮助我们将事件和样本排序。

均变论

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均变论是说,地球上今天发生的物理、化学和基本规律,在过去也同样发生。一些地质学家说:“现在是过去的钥匙”。如果我们研究古代的石灰岩,我们需要去看看现代的沉积环境,这些环境会形成方解石和文石矿物。如果我们研究古代的砂岩,我们需要去看看现代的河流和海滩。

均变论不是定律。一些远古存在的动物、植物和化学环境似乎与我们今天所拥有的环境大不相同,并且可能导致出现奇特的岩石。但总的来说,我们认为物理和化学细节保持不变。


叠置律

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一般来说,古老的沉积岩在底部,年轻的沉积岩在顶部。

如果你在办公桌附近有一大堆邮件、笔记本或书籍,你可能最近读过最上面的那一本。

这种情况发生在正常的沉积和层状岩石形成过程中。

  • 考虑一下岩石堆,它有
    • 底部是砂岩,
    • 中间是一组层状火山灰层,
    • 最上面是煤。
  • 我们可以解释说,这种沉积环境随着时间的推移而发生变化,
    • 从一个沙质地区,
    • 到一个经常受到火山喷发的地区,
    • 到一个充满茂密森林和植物的地区。

叠置律不是定律,只是一个逻辑。一些沉积特征的形成方式不同。比如珊瑚礁,它将动物制造的方解石堆积在彼此之上,形成一个不断增长的巨大堆。这更像是你房间里的一堆衣服:你上个月穿的那件衬衫可能在最下面。昨天穿的袜子可能在地板上。在这种情况下,叠置律不仅仅指的是材料的**高度**,还指的是它距离沉积核心的位置。

注意:流经地表的岩浆岩或轻轻地落在地表上的火山灰层可以形成很好的层状结构,**确实**遵循叠置律。但并不是所有的岩浆岩都像这样!

原始水平性和侧向连续性

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沉积物通常在变成岩石之前会扩散得很远很平坦。

  • 考虑一下大盐湖底部的泥土,或者古代的邦纳维尔湖。
    • 这层泥土可能只有几毫米厚,
    • 但它会扩散很长一段距离,
    • 高程变化很小。
  • 考虑一下密西西比河洪水期间散布的沙子,或者侏罗纪时期河流中的沙子。
    • 一场大洪水产生的沙子可能只有几厘米厚,
    • 但它会散布到很远的地方,
    • 高程变化很小。

我们称之为河流周围的“泛滥平原”的区域,更有可能收集到可以变成岩石的沉积物,因为这是一个沉积的区域。相比之下,河流本身是一个很小的区域,而且经常侵蚀物质。

我们可以使用这两个规则做出两个实用的解释。

  • 首先,如果我们看到以很大角度倾斜的沉积岩单元,我们可以退后一步说:“我敢打赌,当这些沉积层**最初**形成时,每一层都基本上是平坦的。”
  • 其次,我们可以看到,或者我们可以猜测,即使在中间被一些植物覆盖,岩石层也应该在很远的地方可见。

我们所说的沉积岩“层”是什么意思?

  • 这取决于我们正在研究什么!
  • 在校园的弗雷德里克·阿尔伯特·萨顿大楼里,你可以看到化石鱼和化石叶子的展示。这些展示的框架是用显示着薄薄的泥土层的岩石板制作的。每一层薄薄的泥土层都有侧向连续性,并且具有原始水平性。
  • 我们也可以通过在地图上追踪古代石灰岩团块的露头来绘制邦纳维尔湖的海岸线。这可能是一层厚一米的岩石,向各个方向延伸数十英里。

寻找石油和自然资源的科学家需要最先进的技术来考虑沉积岩层。这是一个很好的解释沉积岩层的页面,这些岩层并不完全平坦,但仍然延伸得很远。

同样,流经地表的岩浆岩或轻轻地落在地表上的火山灰层可以形成很好的层状结构,**确实**遵循原始水平性和侧向连续性。但岩浆岩很狡猾,有自己的规则!

生物群演替

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这条规则就像叠置律,但它是针对生命的。

如果你正在看沉积层组成的岩壁,

  • 底部层的化石应该代表很久以前死亡的动物。
  • 顶部层的化石应该代表不太久以前生活的动物!

如果一种动物曾经生活在世界各地,然后灭绝了,我们可以用它的化石来判断哪些岩石是相对更古老或更年轻的。

如果我们用化石来重建动物的序列(A,然后是 B,然后是 C),我们可以用这些动物来比较岩石(也许你只发现了 A 和 C,但你现在知道了它们的相对年龄)。

穿插关系

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古代沉积岩在我们可以看到它们的时候通常已经变得很乱了!

事件、特征,甚至其他岩石可以破坏、扰乱或切割沉积层。为了使切割特征存在,被破坏的层(们)必须先存在!这可以帮助确定顺序,或者在某些记录中识别出缺失的时间段。


包含关系

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如果我在沉积岩 B 的一层中发现一块岩石 A,那么岩石 A 一定更古老。岩石 A 必须在岩石 B 包含它的碎片之前就已经存在了!

包含原理帮助地球科学家在过去十年中极大地推进了绝对年代测定。

  • 对数百万年前的岩石进行绝对年代测定的最佳方法需要在火成岩过程中形成的矿物颗粒。
    • 然而,这些矿物质非常耐用,因此来自海滩环境的砂岩可能包含许多这样的颗粒。
    • 锆石是一种超级耐用的矿物质,我们可以非常精确地测量其中的原子。
  • 根据包含原理,在砂岩中发现的锆石颗粒比沙子停止移动并开始变成岩石的那一天更古老。
    • 如果我们对一颗锆石进行测定,得到 2 亿年的年龄,我们就知道砂岩层不可能比 2 亿年更古老。但是它年轻多少?不知道!
    • 如果我们对二十颗锆石颗粒进行测定,得到一系列年龄,我们可以更好地推测沉积层的形成时间。

结合观察

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注意!!

  • 喷出火成岩不一定遵循沉积岩的规则,但有时它们可以遵循。
  • 侵入火成岩和变质岩不必遵循沉积岩的任何规则。





如果地质学家发现了新恐龙的化石,他们需要确定这些化石的年代。

考虑一下即使要进行良好的推测,所有必要的观察结果!

想象三个人在一条河流附近勘探岩石。

  • 在左岸,站在最古老岩石上的是谁?我们可以使用叠覆原理吗?
  • 我们可以应用原始水平性来解释这些岩石最初更平坦,只是由于地球运动才倾斜到这个角度。
  • 横向连续性告诉我们,河右边的岩石应该与河左边的岩石相连。但是!如果存在断层导致这些岩石发生位移,我们可能在这里看不到它,因为河流可能会掩盖它。


指示化石

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一些化石很容易在相隔很远的岩层之间进行对比。标准包括

  • 动物(或植物,或孢子等)在同一时间生活在非常遥远的地方。
  • 动物的化石保存得很好。
  • 动物化石的形状使其易于与不同时期生活的动物区分开来。
  • 动物的特定种类分布广泛,但很快就灭绝了,然后进化出新的、形状不同的种类,这些种类也迅速传播并灭绝。

一些最好的指示化石是菊石,它们是已灭绝的类似乌贼的动物,具有螺旋形的贝壳,被分成气室。

菊石迅速进化出形状独特的贝壳,形成了丰富的、独特的化石。

菊石很容易死亡,然后很容易增加多样性,并且生活在世界各地。

缺点是菊石只生活在海洋中,因此对陆地栖息地的岩石的相对年代测定没有帮助。

这里有一个3D 模型,展示了一块菊石化石贝壳。

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