Последние достижения в области геохронологии, или датирования горных пород, позволяют геологам измерять радиоактивный распад и присваивать очень точные абсолютные возрасты геологическим событиям. В другом исследовании ученые обнаружили в изотопах доказательства внезапного перехода к примитивной тектонике плит, датируемой примерно 3,8 миллиарда лет назад. Это открытие предполагает, что к тому времени, по крайней мере в одном месте на планете, началась простая форма субдукции. А окруженное деревьями африканское озеро позволило получить данные о магнитном поле Земли за последние 150 000 лет.
От возникновения жизни до массовых вымираний Земля прошла через невероятные изменения за свои 4,6 миллиарда лет. Как исследователи могут отслеживать, что и когда происходило, имея такую долгую историю?
Система, на которой остановились многие ученые, — это Международная геологическая шкала времени (изложенная здесь в Международной хроностратиграфической таблице ), которая делит геологическое время на пять единиц. От самой длинной до самой короткой и точной, эти единицы — эоны, эры, эпохи, периоды и века.
Различные этапы геологического времени «определяются видимыми изменениями в палеонтологической летописи», по словам Жаклин Гилл, доцента палеоэкологии и экологии растений в Университете штата Мэн. Ископаемые остатки являются удобным инструментом в этой работе по датированию по нескольким причинам. Во-первых, жизнь, вероятно, существовала около 90% существования Земли , поэтому история Земли идет параллельно с историей жизни. Ископаемые также полезны, потому что изменения в палеонтологической летописи отражают изменения в экологии, то есть отношения между живыми существами и их средой. Эти изменения в экологии Земли, как правило, отражают основные события в истории планеты, сообщает livescience.com.
Одним из важных моментов в геологическом времени был переход от мезозойской эры к кайнозойской эре около 65 миллионов лет назад. Изменение было вызвано ударом астероида, который в конечном итоге убил нептичьих динозавров.
Международная хроностратиграфическая карта 2020 года. Международная комиссия по стратиграфии, stratigraphy.org
Вам необязательно иметь в руках машину времени, чтобы оценить масштабы изменений между мезозойской и кайнозойской эрами. Тщательного изучения слоя горных пород может быть достаточно, чтобы помочь исследователю выяснить его возраст. Например, тот самый удар, что, как считается, положил конец мезозойской эре и положил начало кайнозойской эре, отмечен слоем, содержащим необычно высокие уровни иридия, который гораздо чаще встречается в метеоритах, чем в земной коре.
Другие изменения в соотношениях минералов и элементов также могут служить доказательством бурной истории Земли. Например, чуть более 5 миллионов лет назад тектоническая активность закрыла Гибралтарский пролив, в конечном итоге вызвав сокращение Средиземного моря и резкий рост его минерального состава. Это событие произошло в мессинский период и ознаменовало конец миоценовой эпохи и начало плиоценовой эпохи, около 5,3 миллионов лет назад.
По словам Карла Вегманна, доцента геологии в Университете штата Северная Каролина, «отложения соли и гипса в настоящее время наблюдаются во многих странах, окружающих Средиземноморье, и сейчас они выходят на поверхность в виде скальных пород над современным уровнем моря» из-за тектонической активности за миллионы лет, прошедших с тех пор, как это произошло в последний раз.
Различные слои горных пород, отложившиеся с течением времени в каньоне-слоте в штате Юта, можно увидеть в национальном памятнике Гранд-Стэркейс-Эскаланте. Shutterstock
Последние достижения в области геохронологии, или датирования горных пород, позволяют геологам измерять радиоактивный распад и присваивать очень точные абсолютные возрасты геологическим событиям. Для этого геохронологи вычисляют возраст горных пород, сравнивая пропорции определенных изотопов или элементов, имеющих в своих ядрах иное количество нейтронов, чем обычно. Все эти подходы складываются вместе, как пазл, чтобы дать исследователям общий язык для обсуждения далекого прошлого.
Смотрите также... Перед новым, 2026 годом, марсоход Curiosity почти завершил исследование горы Шарп Процесс адаптации космонавтов к земной гравитации после длительного пребывания в космосе |
Геологическая шкала времени — это научный инструмент, но это также артефакт истории. Объективное измерение таких свойств, как радиоактивный распад, может подсказать исследователям, когда образовались слои горных пород, но именно ученые, которые часто опираются на работу своих предшественников, должны решить, как нарезать и разбить данные на геологические временные рамки. Один из самых спорных вопросов в хроностратиграфии — как определить наше собственное время.
«Голоцен — это своего рода произвольная эпоха», — сказал Гилл. Эпоха голоцена началась около 12 000 лет назад, когда Земля начала нагреваться после последнего ледникового периода. Но, по словам Гилла, конец этого ледникового периода, даже несмотря на то, что он совпал с переходом в новую эпоху, не имеет большего геологического значения, чем конец ледниковых периодов до него.
Даже сегодня ученые все еще называют новые временные окна, включая век Чибани, названный в честь японской префектуры, где были найдены отложения, определяющие этот возраст. Многие ученые и другие утверждают, что недавнее влияние человека на планету заслуживает объявления новой эпохи, антропоцена, в то время как другие ученые говорят, что капиталоцен более точно передает социальные системы, которые так сильно повлияли на планету со времен промышленной революции.
Могут ли камни расти? Чтобы объяснить, как и почему, давайте сначала поговорим о другом важном вопросе: что такое камень?
Камень — это набор минералов. Минерал — это монокристалл, состоящий из таких элементов, как кремний, кислород и углерод. Минерал становится камнем, когда присутствуют несколько кристаллов, независимо от того, состоит ли камень из множества различных видов минералов или они все одного вида.
Когда вода вытекает на поверхность в горячих источниках, таких как Мамонтовы горячие источники в Йеллоустонском национальном парке (показаны здесь), вырастают огромные травертиновые образования. Джим Пико, Служба национальных парков
В пещерах камни растут, потому что вода, текущая по стенам или капающая с потолка, оставляет минералы вдоль стен или пола пещеры. Пещерные камни обычно состоят из минералов, таких как кальцит, арагонит, опал, халцедон и другие. Камни, образованные этой капающей водой, называются сталактитами, когда они растут с потолка, и сталагмитами, когда они растут с пола.
В так называемом Кукольном театре в национальном парке Карлсбадские пещеры растёт огромная коллекция сталактитов и колонн из соломы. NPS Photo/Питер Джонс
Камень, называемый травертином, растет в источниках, где вода течет из-под земли на поверхность. Огромные травертиновые образования часто встречаются вокруг горячих источников, потому что теплая вода содержит больше минералов, чем холодная. Знаменитому Мамонтовому горячему источнику в Йеллоустонском национальном парке всего около 8000 лет, но его травертиновые отложения имеют толщину 239 футов (73 метра) и покрывают более 1,5 квадратных миль (4 квадратных километра) земли.
Некоторые породы растут, когда растворенные металлы выпадают в осадок из морской или пресной воды. Эти так называемые конкреции, как марганцевые конкреции, показанные здесь, находятся на дне каждого океана. Нильс Бренке, CeNak
Вода также содержит растворенные металлы, которые могут «выпадать в осадок» из морской или пресной воды, образуя камни. Эти камни называются конкрециями или узелками. Конкреции марганца, железа, меди, никеля и кобальта встречаются на дне каждого океана. Они формируются слой за слоем, как жемчужина. (Технически жемчуг — это камни, хотя его производят устрицы). Каждый слой делает конкрецию немного больше.
Конкреции марганца растут очень медленно, обычно менее 0,3 дюйма (1 сантиметра) за миллион лет. Поскольку они растут так медленно, некоторые из самых крупных конкреций могут иметь возраст 10 миллионов лет. Конкреции металла также растут в пресной воде, обычно когда вода протекает через скалы и оставляет после себя отложения металлических минералов, такие как мрамор Моки на американском юго-западе. Конкреции металла были обнаружены даже на Марсе.
На Марсе были обнаружены металлические конкреции, подобные этим микроскопическим сферическим зернам, называемым «черникой». НАСА
Метаморфические породы, которые были нагреты, подвергнуты давлению или и тому, и другому, могут стать прочнее (их сложнее сломать) и тяжелее. Метаморфические породы — один из трех основных типов пород; два других — магматические и осадочные породы. Минералы в исходной породе трансформируются под воздействием тепла и давления (иногда также вырастают новые минералы). Метаморфические породы приобретают прочность, когда тепло и давление заставляют их минералы крепче сцепляться друг с другом. Кроме того, плотность породы может увеличиться, если она подвергается давлению — упаковке того же количества материала в меньшее пространство (объем). «Это заставляет кусок метаморфической породы казаться тяжелее, чем кусок исходной породы того же размера», — сказал BlackEagle.
Крошечные кристаллы, обнаруженные в Южной Африке, содержат свидетельства внезапного изменения поверхности планеты 3,8 миллиарда лет назад.
Эти кристаллы, каждый из которых не больше песчинки, показывают, что примерно в то время земная кора раскололась и начала двигаться — это было предшественником процесса, известного как тектоника плит.
По словам ведущего автора исследования Наджи Драбон, профессора наук о Земле и планетах Гарвардского университета, полученные результаты дают представление об эволюции Земли как планеты и могут помочь ответить на вопросы о потенциальных связях между тектоникой плит и эволюцией жизни.
В настоящее время куски пазла жесткой коры плавают в вязком, горячем океане магмы в мантии, среднем слое Земли. Эти куски коры трутся друг о друга, ныряют друг под друга в так называемых зонах субдукции и толкают друг друга вверх, создавая горы и океанические хребты, выковывая вулканы и вызывая землетрясения, которые регулярно сотрясают планету. Погружение тектонических плит также производит новые породы в зонах субдукции, которые взаимодействуют с атмосферой, поглощая углекислый газ. Этот процесс делает атмосферу более гостеприимной для жизни и сохраняет климат более стабильным.
Но так было не всегда. Когда Земля была молодой и горячей, в течение Гадейского эона (4,6–4 млрд лет назад), планета сначала была покрыта океаном магмы, а затем, по мере остывания планеты, твердой каменной поверхностью.
Когда именно эта поверхность треснула и ее части начали двигаться, является предметом жарких споров. Некоторые исследования оценивают, что тектоника плит началась всего 800 миллионов лет назад, в то время как другие предполагают, что этой системе не менее 2 миллиардов лет.
Кристалл циркона красно-золотистого цвета. Shutterstock
Но поскольку планета постоянно перерабатывает свою кору в мантию, на поверхности почти нет древних пород, которые могли бы помочь разрешить спор. До этого исследования породы возрастом от 2,5 миллиарда до 4 миллиардов лет составляли лишь 5% пород на поверхности. А ранее 4 миллиардов лет не сохранилось никаких пород.
Все изменилось в 2018 году, когда Драбон и ее коллеги обнаружили кристаллы циркона в пласте зеленого песчаника в Южной Африке, в горном хребте Барбертон Гринстоун. Команда обнаружила 33 циркона, возраст которых варьировался от 4,1 млрд до 3,3 млрд лет.
В новом исследовании, опубликованном 21 апреля 2025 года в журнале AGU Advances, группа проанализировала различные изотопы, или варианты элементов с различным числом нейтронов, в древних цирконах, а также во многих цирконах из других времен и мест на Земле.
Смотрите также... Немного о кошках: история одомашнивания и интересные факты о поведении домашних питомцев |
В изотопах ученые обнаружили доказательства внезапного перехода к примитивной тектонике плит, датируемой примерно 3,8 миллиарда лет назад. Это открытие предполагает, что к тому времени, по крайней мере в одном месте на планете, началась простая форма субдукции. Произошло ли это в глобальном масштабе, до сих пор не определено, и вполне вероятно, что «действительно эффективный двигатель плит, движущихся друг против друга», который существует сегодня, еще не появился.
Изотопный анализ таких элементов, как кислород, ниобий и уран, также показал, что породы с поверхности содержали воду уже 3,8 миллиарда лет назад, что говорит о том, что цирконы когда-то были заперты в океанической коре, погребенной в первобытном морском дне. А экстраполяция самых ранних образцов, возрастом 4,1 миллиарда лет, предполагает, что планета имела твердую кору не позднее 4,2 миллиарда лет назад.
Это означало бы, что магматическое море Земли сохранялось только до позднего хадея. Раньше люди думали, что Земля была просто покрыта магматическим океаном до 3,6 миллиарда лет назад. Новое исследование намекает на то, что океан расплавленной лавы на Земле существовал максимум несколько сотен миллионов лет, прежде чем образовалась твердая кора.
Так что же вызвало этот переход? Одна из теорий заключается в том, что тектоника плит просто возникла, когда Земля достаточно остыла. Также возможно, что, подобно десертной ложке, раскалывающей хрустящую верхушку крем-брюле, массивные космические камни могли врезаться в Землю и раздробить ее кору. Еще один интригующий вопрос касается того, способствовал ли переход Земли к ранней тектонике плит развитию жизни.
В то время как ранние ископаемые свидетельства жизни на Земле датируются примерно 3,5 миллиардами лет назад , химические сигнатуры биологических процессов, обнаруженные в соотношении изотопов углерода, еще старше. Некоторые из них можно найти еще 3,8 миллиарда лет назад — примерно в то же время, когда возникла ранняя тектоника плит.
150 000-летняя история магнитного поля Земли раскрывает тайны климата, который существовал в то время, когда первые люди расселялись из Африки. Эти данные проливают свет на климат, в котором жили древние люди, когда они расселялись из Африки.
Окруженное деревьями африканское озеро позволило получить данные о магнитном поле Земли за последние 150 000 лет.
Керн породы и осадка, пробуренный со дна озера Чала, живописного кратерного озера на границе Танзании и Кении, содержит записи колебаний магнитного поля планеты. Этот камень также содержит ценную информацию о климате за последние 150 000 лет, когда современные люди мигрировали из Африки на Аравийский полуостров и далее в Европу и Азию.
«Предпринимаются попытки понять, какие условия заставили людей покинуть Африку и заселить остальную часть Евразии», — говорит Анита Ди Кьяра, палеомагнетик из Национального института геофизики и вулканологии Италии в Риме. Однако, чтобы использовать древние записи осадочных пород для реконструкции прошлого климата, «нам нужны эпохи. Нам нужен способ датировать эти осадки».
Вот тут-то и появляются изменения в магнитном поле Земли. Когда формируются горные породы, они фиксируют запись магнитного поля с помощью небольших магнитных кристаллов, которые выравниваются с полем в это время. Большинство этих записей горных пород поступают из районов вблизи полюсов, где эти сигналы сильнее.
Ученые пробурили образцы со дна озера Чала (на фото выше), чтобы получить сведения о климате Земли за последние 150 000 лет. Jacek_Sopotnicki
Ученые, такие как Ди Кьяра, могут сравнивать магнитные изменения в слоях горных пород из одного места, например, озера Чала, со слоями по всему миру, где исследователи уже знают, сколько лет горным породам. Они также могут использовать слои в породе из известных событий для калибровки данных. Например, керн из озера Чала включает слой пепла из супервулкана Тоба, который извергался в Индонезии 74 000 лет назад.
Озеро Чала — это особое место для получения таких данных, сказал Ди Кьяра. Это кратерное озеро, питаемое стоком с окружающих скал и лесов, а не из крупных ручьев или рек. Это означает, что слои на дне озера не перемешиваются разовыми событиями, такими как наводнения. Вместо этого слои аккуратно сложены, сезон за сезоном.
Исследователи обнаружили шесть магнитных экскурсий — временных, иногда локализованных колебаний магнитного поля — в 150 000-летней летописи, о чем они сообщили в апреле в журнале Geochemistry, Geophysics, Geosystems. Одна из них была аномалией, не наблюдавшейся больше нигде в летописи горных пород. Такие экскурсии могут быть вызваны хаотической циркуляцией во внутреннем ядре Земли или взаимодействиями между твердым внутренним ядром и жидким внешним ядром.
Магнитная экскурсия, вероятно, осталась бы незамеченной для древних жителей Восточной Африки, но сегодня колебания магнитного поля имеют большое значение. Это потому, что магнитное поле защищает планету от солнечного ветра, потока заряженных частиц от Солнца. Более слабое поле означает больше сбоев в работе коммуникаций и электронного оборудования из-за этих частиц.
Исторические данные также помогут исследователям предсказать, как будет вести себя магнитное поле.
Смотрите также... HTML, CSS-шпаргалка с примерами - тег IMG, figure и picture. Адаптирование, форматирование, эффекты Полный список обработчиков событий HTML / Javascript с примерами |
