Przeszłość Ziemi bada się na podstawie obserwacji terenu oraz datowania skał i skamieniałości. Wydarzenia z przeszłości mogą być umiejscowione na osi czasu względnie i bezwzględnie – w zależność od wykorzystanej metody.

Spis tematów (kliknij, aby przejść do wyboru tematów)


Wnętrze Ziemi

VII Metody badań historii Ziemi

Ziemia powstała prawdopodobnie około 4,6-4,5 mld lat temu, około 100 mln lat po rozpoczęciu tworzenia się Układu Słonecznego. Sam sposób uformowania Ziemi i przyczyna tego procesu, pozostają nie do końca poznaną tajemnicą.

Badaniem przeszłości Ziemi zajmuje się dział geologii zwany geologią historyczną. W jej skład wchodzą:

  • paleontologia – nauka o organizmach żywych z przeszłości.
  • stratygrafia – nauka o wieku skał i ich występowaniu w przeszłości.
  • paleogeografia – nauka o warunkach geograficznych panujących na Ziemi w przeszłości.

Brak jest metod pozwalających faktycznie i szczegółowo dowieść konkretnych wydarzeń w przeszłości geologicznej. Postrzeganie przeszłości oparte jest przede wszystkim na:

  • Zasadzie aktualizmu geologicznego – procesy rzeźbotwórcze zachodzące na powierzchni ziemi i pod ziemią w przeszłości, są analogiczne do tych samych procesów zachodzących współcześnie. Obserwując więc współczesne procesy, można wnioskować na temat zdarzeń historycznych.
  • Badaniach skał i ich ułożenia.
  • Odnajdywaniu szczątków zakopanych w Ziemi.
  • Wnioskowanie na podstawie współczesnej rzeźby terenu.

1. Metody datowania wydarzeń geologicznych

Kluczem do zbudowania wiedzy o historii Ziemi jest określenie wieku skał i skamieniałości. Umożliwia to mechanizm datowania, który pozwala podzielić wiek na:

  • wiek względny – pozwala określić, czy skała (skamieniałość) jest starsza czy młodsza od innych.
  • wiek bezwzględny – pozwala stwierdzić mniej lub bardziej precyzyjny wiek danej skały lub skamieniałości.

2. Metody datowania względnego

Metoda stratygraficzna – służy do określania wieku skał, na podstawie ich wzajemnego ułożenia. Zgodnie z zasadą superpozycji (nadległości warstwy), skały położone bliżej powierzchni Ziemi są młodsze od skał zalegających głębiej. Metoda ta napotyka jednak problem, jeżeli doszło do zaburzenia naturalnej struktury skał np. w wyniku uskoków tektonicznych lub w wyniku intruzji magmowych.

Warstwowy układ skał – skały leżące wyżej są młodsze od skał leżących niżej

Źródło: https://gdziebytudalej.pl/wp-content/uploads/2015/04/07.-Wida%C4%87-warstwowy-uk%C5%82ad-ska%C5%82..jpg

Metoda tektoniczna – zajmuje się badaniem niezgodności ułożenia skał. Umożliwia określenie chronologii wydarzeń według dwóch zasad:

  • deformacja skał jest młodsza od najmłodszych ze skał, które objęła. Skały zostały więc najpierw osadzone, a dopiero później zdeformowane.
  • intruzje magmowe są młodsze od skał, które przecinają. Skały zostały więc najpierw osadzone, a dopiero później nastąpiła do nich intruzja magmy.

Skały z widoczną intruzjami magmowymi (czarne linie)

Źródło: https://i.pinimg.com/originals/9d/49/ac/9d49ac9f9716cd54a7e7924557c316b4.jpg

Metoda morfologiczna – prosta metoda datowania, polegająca na analizie ukształtowania terenu i poszukiwaniu śladów zachodzących procesów rzeźbotwórczych. Charakterystyczne formy rzeźby terenu (dolina rzeczna, morena polodowcowa) świadczą o zaistnieniu konkretnych procesów rzeźbotwórczych. Słabością metody jest ograniczona zdolność do rozpoznania obiektów wraz z upływem czasu, który prowadzi do ich zaniku.

Metoda palinologiczna – opiera się na analizie znalezionych w skałach pyłków roślinnych. Rodzaj i ilość pyłków (wśród których wyróżnia się także pyłki przewodnie – typowe dla danych okresów), pozwala na określenie wieku skał otaczających.

Metoda paleontologiczna – pozwala datować wiek na podstawie obecności w skałach określonych szczątek roślin i zwierząt zwanych skamieniałościami lub śladami, które organizmy żywe po sobie pozostawiły. Szczególnie istotne w tej metodzie są tak zwane skamieniałości przewodnie, tzn. takie szczątki, które cechują się krótkim czasem życia, ale występują powszechnie przy określonych warunkach życia i są łatwe w identyfikacji. Osobniki takie pełnią rolę swoistych markerów geologicznych, tzn. ich występowanie jednoznacznie dowodzi określanej ery geologicznej (wieku) skał otaczających. Tylko niewielka grupa gatunków (najczęściej wyposażona w pancerz lub muszlę) przetrwała do naszych czasów w formie skamieniałości. Najważniejszymi są amonity (skamieniałości przewodnie ery mezozoicznej) i trylobity (skamieniałości przewodnie ery paleozoicznej).

Amonity (z lewej) i trylobit (z prawej)

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/31/Ammonite_e_trilobite.jpg

Wybrane skamieniałości przewodnie epok historycznych:

– trylobity, graptolity i brachiopody – Paleozoik
– amonity, belemnity, dinozaury – Mezozoik
– ślimaki, małże, ssaki – Kenozoik

Proces powstawania skamieniałości jest dość złożony. Oparty na zasadzie stopniowego sprasowania szczątków pierwotnie przykrytych przez osady, a następnie ich odsłonięcia w wyniku działań erozyjnych.

Mechanizm powstawania skamieniałości

Źródło: https://zywaplaneta.pl/wp-content/uploads/2018/12/Schemat-powstawania-skamienialosci-498×800.jpg

3. Metody datowania bezwzględnego

Metoda izotopowa opiera się na naturalnym rozpadzie izotopów promieniotwórczych wybranych pierwiastków, w wyniku których powstają pierwiastki niepromieniotwórcze. Kluczowym aspektem jest okres połowicznego rozpadu, czyli czas po którym pozostaje jedynie połowa pierwotnego izotopu. Znając ten czas dla różnych pierwiastków, można określić wiek skały, w której badane są pierwiastki. W obrębie tej metody wyróżnia się liczne metody szczegółowe, na przykład:

  • Metodę uranowo-ołowiową – opartą na wykorzystaniu izotopu uranu 238U. Ulega on rozpadowi do izotopu ołowiu 206Pb. Czas połowicznego rozpadu tego izotopu to aż 4,5 mld lat. Służy więc do datowania najdawniejszych zdarzeń.
  • Metodę uranowo-torową – datowanie przeprowadza się na podstawie porównania zawartości izotopów uranu 234U i toru 230U, które ulegają ostatecznemu rozpadowi do izotopów ołowiu. W procesie wykorzystywana jest właściwość pobierania przez organizmy żywe izotopów uranu rozpuszczonego w wodzie. Z tego powodu metoda nadaje się do datowania raf koralowych, skał wapiennych czy nacieków jaskiń. Zasięg czasowy to maksymalnie 350 tys. lat.
  • Metodę potasowo-argonową – opierającą się na pomiarze ilości argonu 40Ar i potasu 40K w skałach. Argon będący efektem połowicznego rozpadu potasu, ulega uwięzieniu w skale w trakcie jej formowania. Dzięki temu można obliczyć czas zachodzący między formowaniem skały się a wykonaniem badania. Metoda doskonale nadaje się do badania skał wulkanicznych starszych niż 100 tys. lat.
  • Metodę radiowęglową 14C – wykorzystuje izotop węgla 14C (ulega rozpadowi po śmierci organizmu w którym się znajdował), tymczasem w organizmach znajduje się też węgiel 12C (który jest stabilny i dalej się nie rozpada). Czas rozpadu połowy jąder atomów węgla 14C wynosi 5740 lat. Porównanie proporcji węgli 14C i 12C pozwala z dość dobrym przybliżeniem ustalać wiek obiektów takich jak kości, skóra, drewno. Niestety zasięg datowania tą metodą jest ograniczony do maksymalnie 40-60 tys. lat wstecz. Służy do określania wieku szczątków organizmów żywych i otaczających ich skał, w których te szczątki odnaleziono.

Wykres rozpadu węgla 14C.

Źródło: https://bnd.ibe.edu.pl/public/files/media/fizyka/datowani4.png

Metoda dendrochronologiczna opiera się na przyrostach słojów drzew, które przyrastają corocznie (jeden słój na rok). Zliczanie słojów umożliwia obliczenie wieku znalezionego pnia. Ponadto analiza szerokości i gęstości słojów, pozwala uzyskać informacje temat warunków klimatyczno-pogodowych w danym roku. Metoda ma bardzo krótki zakres czasowy – około 10 000 lat i dotyczy głównie archeologii i klimatologii.

Słoje widoczne w pniu drzewa

Źródło: https://ocdn.eu/zapytaj/MDA_/84d08372-a536-4890-a9b7-32c8ec955020.jpeg

Metoda sedymentologiczna – bada odkładające się w zbiorniku wodnym (jeziorze) osady i tempo ich rocznego przyrostu. Na podstawie grubości osadu i tempa jego odkładania (sedymentacji) można ustalić, kiedy zaczął powstawać. Metoda ma jednak charakter orientacyjny.

Metoda termoluminescencji – metoda oparta na wykorzystaniu magazynowania energii światła. Niektóre minerały świecą po podgrzaniu, a starsze – świecą mocniej od młodszych. Na podstawie intensywności świecenia możliwe jest określeniu wieku skał do około 1 mln lat wstecz. Metoda wykorzystuje fakt, że świecenie odnosi się do ostatniego epizodu ekspozycji na światło, a więc najczęściej momentu tworzenia się skały.

Skały świecące po podgrzaniu

Źródło: https://lh3.googleusercontent.com/proxy/kowjvJhTZxp_F8o9OT0t_n7Y2u7RSwuogIxZbNFmHi2ktlcwuIlov2oBmRj35bmjzH-48gSNU5grzPwAdIhRX9MvgGYKNwH-DuvxmF8_e7egmcCjmOy6qpukYg6cuId0Cb8yVhcq

Metoda tefrochronologiczna – wiek osadów w tej metodzie określany jest na podstawie identyfikacji warstw popiołów wulkanicznych, pochodzących z wybuchów wulkanów o znanej już chronologii. Poszczególne warstwy popiołu mają specyficzny skład chemiczny, umożliwiający ich identyfikację. Zaletą metody jest powszechność występowania tefry – wulkany propagują popiół na tysiące kilometrów, osadzając się także na dnach zbiorników wodnych.


Metoda warwochronoligczna – wykorzystuje odkładające się na dnie zbiorników (jezior i mórz) warwy w czasie zlodowacenia – na przedpolu lądolodu. W czasie wiosny i lata, gdy lądolód topił się, dostarczana do zbiorników była nowa warstwa materiału osadowego – skał z wnętrza lądolodu np. piasku (jasna warwa), z kolei zimą opadał materiał ilasty (ciemna warwa). Grubość warw pozwala określić warunki termiczne okresów letnich. Metoda umożliwia opisywanie zachowania lądolodu w trakcie jego obecności na danym obszarze i datowanie konkretnych osadów w warwach.