Planeta Ziemia liczy sobie 4,5 miliarda lat. Przez ten czas przeszła tysiące zmian: uformowała się skorupa ziemska, miejsce miały liczne ruchy górotwórcze i zderzenia z obiektami kosmicznymi, powstała atmosfera, a następnie oceany. Natomiast 3,5 miliarda lat temu na Ziemi pojawiły się pierwsze formy życia. W dzisiejszych czasach możemy odtworzyć dokładnie dzieje Ziemi z zachowaniem porządku chronologicznego, istnieje szereg różnych metod, którymi można się posługiwać w badaniu przeszłości naszej planety.

Badaniem dziejów Ziemi zajmuje się nauka o nazwie geologia historyczna, która bada między innymi rozmieszczenie dawnych lądów i mórz, zmiany klimatu i ewolucję życia na Ziemi. W odczytaniu historii Ziemi pomagają nam rozmieszczone skały na różnych poziomach, skamieniałości oraz formy terenów: rzeki, jeziora, góry, morza itd. Przykładowo pokrywy bazaltowe mogą świadczyć o istnieniu na danym obszarze wulkanów, pokłady wapieni świadczą o istnieniu głębokich mórz, a soli kamiennej o istnieniu płytkich mórz w suchym i gorącym klimacie. Geologia historyczna bazuje na powszechnie przyjętej zasadzie aktualizmu geologicznego. Mówi ona, że teraźniejszość jest kluczem do przeszłości. W praktyce oznacza to, że wszelkie procesy mające obecnie miejsce na Ziemi i kształtujące jej powierzchnię (procesy endogeniczne i egzogeniczne) miały miejsce również w przeszłości.
Istnieje wiele metod odtwarzania dziejów ziemi. Można je podzielić na dwie grupy:

• metody pozwalające określić wiek względny,

• metody pozwalające określić wiek bezwzględny.

Wiek względny jest to wiek obiektów geologicznych (czyli miedzy innymi deformacji tektonicznych, skał) oraz zdarzeń w odniesieniu do innych obiektów geologicznych. Określanie wieku względnego ustala, które elementy i zdarzenia są starsze, a które młodsze. Tego wieku nie podaje się w latach. Do tej grupy zaliczane są metody: klasyczna litostratygrafia, stratygraficznego następstwa zdarzeń, magnetostratygrafia (która opiera się na pierwotnym namagnesowaniu niektórych mineralnych ziarn), allostratygrafia (która wykorzystuje nieciągłości skalnych ośrodków), stratygrafia sekwencyjna (analizuje sekwecje osadowych skał), stratygrafia sejsmiczna (wykorzystuje wyniki badań sejsmicznych skał), ekostratygraficzna (wykorzystuje zmiany kopalnych ekosystemów), pedostratygrafia (opiera się na wynikach z kopalni gleby), paleontologiczna (bada pozostałości w skałach różnych skamieniałości przewodnich), chemostratygrafia (wykorzystuje zawartość w skałach niektórych pierwiastków chemicznych), metoda stratygraficzna, metoda biostratygrafii, metoda palinologiczna, metoda radiometryczna oraz metoda kationowa. Natomiast wiek bezwzględny jest to wiek skał lub zdarzeń geologicznych, który możemy wyrazić w latach, które upłynęły od danego zdarzenia do dziś. Do grupy z wiekiem bezwzględnym zaliczamy metody badań: radiometryczne (izotopowe), warwowe, pól plechroicznych, dendrochronologiczne, tefrochronologiczne, termoluminescencji.

Przedstawię teraz najpopularniejsze techniki odtwarzania dziejów Ziemi.

A. Metody względnego datowania

• Metoda stratygraficzna

(http://www.mc.maricopa.edu/dept/d10/asb/archaeology/dating/datingtech.html); Profil F jest najmłodszy, natomiast profil A- najstarszy

Działa według prawa superpropozycji, które mówi, że warstwa położona niżej musi być starsza od warstwy spoczywającej wyżej, przez co tak samo można rozumieć, że skamieniałości lub inne znaleziska, również skały znalezione w niższej warstwie są starsze od tych znalezionych w warstwie wyższej. Trzeba również brać pod uwagę, iż bardzo często układ tych warstw jest zaburzony poprzez późniejszą działalność człowieka oraz działalność przyrody, wiatru, morza (np. erozje). Metoda ta najlepiej sprawdza się na małych obszarach, gdzie występują takie same zespoły warstw. Największe kłopoty z określaniem wieku skał zawartych w tych warstwach, występują wtedy, kiedy są zaburzone i pofałdowane.

Metoda stratygraficzna opiera się na kilku warunkach, które stanowią klucz do określania chronologii wydarzeń. Pierwszy warunek mówi, że młodsze warstwy zalegają na starszych warstwach. Drugi zakłada, że w przypadku osadzania się różnych rodzajów szczątków, pyłów itp. na dnie zbiornika morskiego, początkowo odbywało się poziomo. W związku z tym osady ułożone były równolegle do powierzchni dna. Z czasem, na skutek działania różnego rodzaju czynników, mogło dojść do zaburzenia tego pierwotnego układu. Kolejny warunek mówi, że wszystkie procesy, które w jakiś sposób zaburzyły pierwotne ułożenie warstw w każdym przypadku są młodsze niż procesy prowadzące do uformowania tych warstw. Ostatni warunek głosi, iż osady, które formowały się na powierzchni terenu w odległej przeszłości, pokrywały bardzo rozległe tereny. Obecnie bardzo często są one poprzecinane innymi utworami, co świadczy o tym, że zaburzenie ciągłości nastąpiło później niż powstanie warstwy osadowej.

• Metoda biostratygrafii

Określa się ją również mianem metody skamieniałości przewodnich. Skamieniałości przewodnie to szczątki albo ślady organizmów roślinnych lub zwierzęcych, żyjących w minionych epokach geologicznych. W pewnym czasie były bardzo rozpowszechnione, ale też szybko wyginęły, w ten sposób stają się one charakterystycznym znakiem danego okresu i pozwalają określić jak stara jest dana skała. Najlepiej zachowane skamieniałościami to mięczaki oraz inne organizmy bezkręgowe, które wyposażone były w skorupy. Zakopane w osadzie szczątki obumarłego organizmu są przykrywane przez kolejne warstwy, co ogranicza dostęp powietrza, które jest sprawcą procesów rozkładowych. W ten sposób zostaje zahamowany rozkład organizmu – szczątki zostają zakonserwowane. Podwyższone ciśnienie sprawia, że ulegają one przekształceniu w skamielinę. Przyczynia się do tego również przenikająca z wyższych warstw woda. Z wody wytracają się rozpuszczone w niej związki mineralne i stopniowo wypełniają ubytki np. w obrębie muszli.
Istnieją jednak przeszkody stojące na drodze pozornie prostego procesu jakim jest powstawanie skamieniałości. Obumarłe szczątki padają często łupem zwierząt padlinożernych. Żeby zatem mogło dojść do zachowania szczątków na bardzo długi czas, muszą one zostać szybko zakopane w osadzie, przez co nie będą widoczne dla potencjalnych konsumentów.
Do najbardziej rozpowszechnionych skamieniałości przewodnich należą amonity. W celu określania wieku skał metodą biostratygrafii sporządzony został specjalny katalog, zestawiający wszystkie skamieniałości przewodnie poszczególnych okresów. Pozwala to na łatwe zastosowanie niniejszej metody.

Amonit;  (http://muzeum.wnoz.us.edu.pl/images/amonit.jpg)

• Metoda palinologiczna (analiza pyłkowa)

Polega na analizowaniu zachowanych pyłków roślinnych. Tak jak szczątki organiczne zachowały się one w osadach skalnych. Rozpoznaje się ziarna pyłku i zarodniki roślin w pokładach torfu, węgla, w iłach i innych utworach geologicznych  Pyłki dostarczają nam informacji na temat szaty roślinnej występującej w danym okresie. To pozwala nam natomiast wnioskować o panującym wówczas klimacie. Metoda ta ma ponadto zastosowanie w geologii poszukiwawczej i archeologii.

(www.pasieka.pszczoly.pl); Obraz pyłkowy miodu wrzosowego –pyłek w tetradach)

• Metoda magnetostratygrafii

Inna nazwa tej metody to metoda paleomagnetycza. Wykorzystuje ona to, że Ziemia wytwarza pole magnetyczne. Bieguny nie są stałe, zmieniają swoje położenie (w dziejach naszej planety dochodziło nawet do przemagnesowania). Bada się pole magnetyczne zapisane w skałach zawierających żelazo (są to głównie skały magmowe). Pozwala to na określenie pola magnetycznego Ziemi w momencie zastygania lawy. Skały są grupowane w jednostki stratygraficzne na podstawie podobieństwa ich właściwości magnetycznych. Informacje te są bardzo ważne i cenne, umożliwiają określanie względnego wieku skał. Polarność pierwotnego kierunku namagnesowania może być normalna (w momencie utrwalenia namagnesowania północny biegun magnetyczny znajdował się w pobliżu północnego bieguna geograficznego), lub odwrotna. Zapis pola magnetycznego można korelować z globalną geomagnetyczną skalą polarności (Geomagnetic Polarity Time Scale). Jest ona kompletnie opracowana dla ostatnich 165 mln lat. Podstawową jednostką magnetostratygraficzną jest magnetozona.

(http://www.wsipnet.pl/dane/obrazki/obudowy/rozdzialy/94/1274/47_6.gif); Pole magnetyczne wytwarzane przez Ziemię

• Metoda kationowa

Polega na pomiarze stosunku ilości kationów potasu i wapnia (ruchliwych kationów) do ilości kationów tytanu (nieruchliwych kationów). Ten stosunek z czasem spada, ponieważ kationy ruchliwe są łatwiej rozpuszczalne. Najlepiej ta metoda sprawdza się w warunkach pustynnych. Posłużyła między innymi do datowania rytów naskalnych w Kalifornii i Australii.

(http://www.zwoje-scrolls.com/zwoje27/c25.jpg); Ryty naskalne

B. Metody bezwzględnego datowania

• Metoda radiometryczna

W przyrodzie te same pierwiastki występują w wielu odmianach. Określenie pierwiastka danym symbolem chemicznym jest determinowane przez liczbę protonów w jego jądrze. Ilość neutronów jest natomiast zmienna. Odmiany pierwiastka różniące się tylko liczbą neutronów to izotopy. Niektóre z izotopów są promieniotwórcze i ulegają rozpadowi, który odbywa się w stałym tempie, definiowanym przez czas połowicznego rozpadu: po upływie tego czasu połowa jąder ulega rozpadowi. Badając pozostałą w organizmie liczbę jąder promieniotwórczego izotopu, możemy obliczyć łatwo ile rozpadów zaszło i co za tym idzie jaki jest wiek danej substancji. Najczęściej stosowane do tego celu są rubid- 87, tor- 232, uran- 238, potas- 40, uran-235, węgiel- 14. Pierwiastki o dużym czasie połowicznego rozpadu jak na przykład rubid są wykorzystywane do datowania bardzo starych obiektów (a więc wydarzeń z odległej przeszłości Ziemi), natomiast pierwiastki o małym czasie połowicznego rozpadu dostarczają nam informacji o stosunkowo nowych wydarzeniach w dziejach naszej planety.

http://www.mc.maricopa.edu/dept/d10/asb/archaeology/dating/datingtech.html

• Metoda termoluminesencji

Niektóre minerały podgrzane do bardzo wysokiej temperatury (ok. 500 stopni Celcjusza) zaczynają świecić. Energia, która jest emitowana została wcześniej nagromadzona w minerale – jest to energia promienia jonizującego Słońca. Datowanie metodą termoluminesencji polega na zmierzeniu termolominesencji, czyli ilości światła wypromieniowanego z badanego podgrzanego materiału. Przyjęto, że im więcej energii świetlnej jest emitowane przez minerał, tym dłużej ją wcześniej gromadził, zatem tym starszy jest jego wiek.

Substancje termoluminescencyjne;  (http://www.matint.pl/image/add/termoluminescencyjne/termoluminescencyjne-g.jpg)

• Metoda dendrochronologiczna

To stosunkowo prosto metoda: bazuje ona na analizie rocznych przyrostów słojów drzew. Ta metoda przydaje się przede wszystkim w klimacie umiarkowanym, w którym przyrosty wiosenne oraz letnie różnią się między sobą. Co roku przyrost słojów składa się z dwóch przyrostów: wiosennego i letniego. W okresie wiosennym komórki budujące słoje są duże, jasne i posiadają cienkie ściany. W lecie natomiast, w warunkach niedostatku wody, słoje są zbudowane z komórek znacznie ciemniejszych, o grubszych ścianach i ogólnie mniejszych. Roczne przyrosty dla poszczególnych lat także różnią się między sobą, co tłumaczy się  niejednakowymi warunkami klimatycznymi (zwłaszcza opadowe i termiczne). Zestawiając ze sobą z wielu lat przyrostów drzew, otrzymano tak zwaną skalę dendrochronologiczną. Na jej podstawie określa się precyzyjnie wiek próbek drewna (dokładniej niż za pomocą radioaktywnego węgla C-14). Metoda dendochronologiczna najczęściej wykorzystywana jest w badaniach archeologicznych. Metoda dendochronologiczna znajduje również zastosowanie na przykład w kryminalistyce.

http://lasymiejskie.waw.pl/src/gfx/sloje.gif

• Metoda warwochronologii

Jest bardzo podobna do metody dendrochronologicznej, z tą różnicą, że zamiast słojów drzew wykorzystuje się osady jeziorne, lodowcowe itd. Warstwa podłoża, warwa, składa się z dwóch części: ciemniejszej i jaśniejszej. Jaśniejsza część pochodzi z okresu letniego i budują ją głównie muły oraz piaski. Ciemniejsza natomiast utworzona została w zimie z materiału ilastego. Posługując się skalą warwochronologiczną, która jest analogiczna do dendrochronologicznej, możliwe jest określenie wieku bezwzględnego osadów.

• Metoda lichenometrii

Oparta jest na analizie porostów. Organizmy te porastają nagą skałę w stałym tempie (w określonych warunkach klimatycznych). Znając zatem to tempo w konkretnych warunkach i analizując stopień pokrycia skał przez porosty, można wyciągnąć wniosek, kiedy skały te poddane były działaniu czynników zewnętrznych. Najczęściej wykorzystywanym do datowania tą metodą porostem jest tzw. wzorzec geograficzny (skorupiasty porost, tworzący duże, zielonożółte płaty).

(http://www.disat.unimib.it/comiglacio/images/Aspicilia.jpg)

Wszystkie powyższe metody są tylko pomiarem (mniej lub bardziej szacunkowym) upływającego czasu. Dany wynik pomiaru, przez ograniczenia metodologiczne, nie zawsze odpowiada wynikowi jaki był w rzeczywistości, jednak i tak jest cennym źródłem informacji o Ziemi, ale nie należy także zapominać, że technika badań rozwija się w dużym tempie.

Bibliografia:

• Encyklopedia Popularna PWN, Warszawa 1996

• www.wikipedia.pl

• www.bryk.pl

• www.portalwiedzy.onet.pl/

• www.mc.maricopa.edu

Autor opracowania:

Aleksandra Kurowska