Окаменелости также являются полезными указателями. Идеальной для датирования эпохи является окаменелость, характеризующаяся повсеместным распространением и быстрым эволюционированием. Например, трилобиты широко используются для датирования кембрийского периода. На Земле существовало много разновидностей трилобитов, одни из них развивались раньше, другие позже; вымирали они тоже в разное время. Любой камень, который содержит определенную комбинацию этих окаменелостей, должен был сформироваться в определенном промежутке времени, когда жили эти существа. Исчезновение многих видов окаменелостей после массовых вымираний тоже является хорошим ориентиром.
Рис. 2.2. Геологическая шкала времени представляет собой иерархическую последовательность разных периодов. Границы между ними определяются различными маркерами, включая исчезновения видов.
Еще один современный указатель – слабое магнитное поле, характерное для некоторых пород. Остаточный магнетизм пород вулканического происхождения показывает, каким было направление магнитного поля Земли во время затвердевания этих пород. К счастью для геологов, северный и южный магнитные полюса планеты много раз менялись местами за ее историю. Периоды нормального и обратного магнетизма различаются по длительности, поэтому они образуют характерную картину, которую можно использовать для сопоставления последовательностей пород со всего мира.
С помощью таких указателей геологи могут расположить последовательности пород в нужном месте на стратиграфической шкале. Они также сравнивают последовательности пород одного и того же возраста по всему миру и выбирают те из них, которые являются наиболее полными, имеют четко выраженные слои залегания и содержат наиболее полезные окаменелости. Так выбираются «разрез» и «точка» глобального стратотипа границы между геологическими периодами или вбивается «золотой гвоздь» для этой границы (см. главу 9).
Радиометрическое датирование
Правильно расположить последовательности пород на стратиграфической шкале – это еще полдела. Нужно сопоставить каждую последовательность со своей хронологической датой. Лучшим способом для определения возраста горных пород является радиометрическое датирование, основанное на распаде радиоактивных изотопов.
Естественные часы, используемые геологами, представляют собой «период полураспада» этих изотопов – время, которое требуется для того, чтобы половина ядер в образце распалась. Допустим, период полураспада некоторого элемента составляет 100 лет, а у нас есть миллион атомов этого изотопа; тогда через 100 лет останется только половина атомов, а еще через сто лет – половина от этой половины, то есть одна четверть. Таким образом с течением времени порода будет содержать меньше атомов исходного радиоактивного изотопа и больше атомов тех изотопов, на которые этот исходный изотоп распадается.
Геологическое датирование осуществляется с помощью достаточно распространенных радиоактивных изотопов, которые имеют очень долгий период полураспада, сопоставимый с возрастом самих пород. Можно использовать семейства изотопов урана и тория, которые в итоге распадаются на свинец. Наиболее распространенным элементом является уран-238 с периодом полураспада 4,5 миллиарда лет, результатом которого становится свинец-206. Хорошей точностью радиометрического датирования считается 0,25 %, когда возраст определяется с точностью до 250 000 лет для событий, происшедших 100 миллионов лет назад. Полученные таким образом даты позволили геологам провести точную хронологическую калибровку для ряда точек на геологической шкале времени.
Каким бы действенным ни был метод радиометрического датирования, у него есть важное ограничение: с его помощью нельзя определить точную дату отложения осадочных пород. Но даже здесь можно добиться определенных успехов, учитывая, что потоки лавы моложе, чем породы, по которым они протекали, и старше, чем осадочные породы, осевшие сверху. Лава – магматическая порода, подходящая для радиометрического датирования, и ее вполне можно использовать для определения хронологического возраста.
Иерархия датирования
Когда создавалась геологическая шкала времени, ученые датировали начало кембрийского периода по окаменелостям, свидетельствующим о наличии жизни. Все, что было раньше, назвали «докембрий». Позднее геологи нашли следы жизни и в докембрийской эре, но не стали сдвигать границу между кембрием и докембрием. Эта граница теперь отмечает появление животных с твердым панцирем.