Tässä artikkelissa kuvataan geologisen aika-asteikon historiaa. Periaatteet määritteli ensimmäisen kerran Nicolaus Steno 1600-luvun lopulla. Steno väitti, että kalliokerrokset (tai kerrostumat) kerrostuvat peräkkäin ja että kukin edustaa "siivua" ajasta.

Steno muotoili superpositioperiaatteen. Sen mukaan mikä tahansa kerrostuma on todennäköisesti vanhempi kuin sen yläpuolella olevat kerrostumat ja nuorempi kuin sen alapuolella olevat kerrostumat. Periaate on yksinkertainen, mutta sen soveltaminen todellisiin kiviin on monimutkaista niiden historian vuoksi. 1700-luvulla geologit ymmärsivät, että:

Kerrosjaksot olivat usein erodoituneet, vääristyneet, kallistuneet tai jopa ylösalaisin laskeutumisen jälkeen;
Eri alueille samaan aikaan kerrostuneet kerrokset voivat näyttää täysin erilaisilta;
Minkä tahansa alueen kerrostumat edustivat vain osaa maapallon pitkästä historiasta.

Ensimmäiset vakavat yritykset laatia historiallisen geologian aikaskaala, jota voitaisiin soveltaa kaikkialla maapallolla, tehtiin 1700-luvun lopulla. Vaikuttavin näistä varhaisista yrityksistä oli Abraham Wernerin ja muiden johtama. He jakoivat maankuoren kivet neljään eri tyyppiin: Primääri-, sekundääri-, tertiääri- ja kvartäärikiviin. Teorian mukaan kukin kivilaji muodostui maapallon historian tietyn ajanjakson aikana. Oli mahdollista puhua "tertiäärikaudesta" sekä "tertiäärikivistä". Tertiääri (nykyisin paleoseeni-plioseeni) ja kvartääri (nykyisin pleistoseeni-holoseeni) olivat geologisten ajanjaksojen niminä käytössä vielä pitkälle 2000-luvulle asti.

Wernerillä oli ajatus, että kaikki kivet olivat syntyneet yhdessä valtavassa tulvassa. Tätä kutsutaan neptunistiseksi teoriaksi. Merkittävä muutos ajattelussa tapahtui, kun James Hutton luki Edinburghin kuninkaallisessa seurassa maalis- ja huhtikuussa 1785 teoksensa Theory of the Earth; or, an Investigation of the Laws Observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land Upon the Globe (Maapallon maan koostumuksessa, hajoamisessa ja palautumisessa havaittavien lakien tutkimus). James Huttonista tuli noissa käsittelyissä "modernin geologian perustaja". Hutton esitti, että maapallon sisus oli kuuma ja että tämä kuumuus oli moottori, joka ajoi uuden kiven syntyä. Ilma ja vesi eroosioivat maata ja laskeutuivat kerrostumina mereen; kuumuus lujitti sitten sedimentin kiveksi ja nosti sen ylöspäin uusiksi maiksi. Tätä teoriaa kutsuttiin plutonistiseksi vastakohtana tulviin suuntautuneelle teorialle.

William Smith, Georges Cuvier ja muut aloittivat 1800-luvun alussa kerrostumien tunnistamisen niiden sisältämien fossiilien perusteella. Geologit pystyivät jakamaan maapallon historiaa tarkemmin. Jos kaksi kerrostumaa (vaikka ne olisivat kuinka kaukana toisistaan tai koostumukseltaan erilaisia) sisälsivät samoja fossiileja, oli todennäköistä, että ne olivat syntyneet samaan aikaan. Euroopan kerrostumien ja fossiilien yksityiskohtaiset tutkimukset vuosina 1820-1850 tuottivat geologisten kausien järjestyksen, jota käytetään yhä nykyäänkin. Cuvierin mielestä monet maapallon geologiset piirteet voitiin selittää katastrofaalisilla tapahtumilla, jotka olivat aiheuttaneet monien eläinlajien sukupuuttoon kuolemisen. Uransa aikana Cuvier alkoi uskoa, ettei ollut tapahtunut vain yhtä katastrofia, vaan useita, jotka johtivat erilaisten faunojen peräkkäisyyteen.

Brittiläiset geologit olivat aktiivisimpia 1800-luvulla. Kambrialainen (Walesin roomalainen nimi) sekä Ordovikialainen ja Silurilainen, jotka on nimetty muinaisten walesilaisten heimojen mukaan, olivat walesilaisten kivien määrittelemiä ajanjaksoja. "Devon" oli nimetty englantilaisen Devonin kreivikunnan mukaan, ja nimi "Carboniferous" oli yksinkertaisesti muunnos nimestä "the Coal Measures", joka oli brittiläisten geologien vanha termi samalle kerrostumakokonaisuudelle. Permiläinen" nimettiin Venäjän Permin mukaan, koska skotlantilainen geologi Roderick Murchison määritteli sen käyttäen kyseisen alueen kerrostumia. Brittiläiset geologit olivat myös vastuussa kausien ryhmittelystä aikakausiin ja tertiäärisen ja kvartäärisen kauden jakamisesta aikakausiin. Yleensä kaudet nimettiin sellaisten paikkojen mukaan, joissa kivet olivat helposti nähtävissä.

Geologit ja paleontologit perustivat geologisen taulukon eri kerrostumien ja fossiilien suhteelliseen sijaintiin. He arvioivat aikaskaaloja eri prosessien nopeuksien tutkimisen perusteella. He arvioivat sään, eroosion, sedimentaation ja sen, kuinka kauan kesti muuttaa sedimentti kovaksi kiveksi. Radioaktiivisuuden löytäminen vuonna 1896 ja sen geologiset sovellukset radiometrisen ajoituksen avulla tapahtuivat 1900-luvun alkupuoliskolla. Se mahdollisti kivien absoluuttisen ajoituksen ja maapallon iän selvittämisen.

Kansainvälinen stratigrafiakomissio pyrkii määrittelemään tarkasti, milloin geologiset kaudet alkavat ja päättyvät ja missä parhaat esimerkit ovat. Niitä kutsutaan nimellä Global BoundaryStratotype Sections and Points(GSSP).

Periaatteet, rajaukset ja lisät menetelmät

Stenon ja muiden varhaisten tutkijoiden periaatteet — kuten superpositio, inkluusiot, ja cross-cutting relationships — muodostavat edelleen stratigrafian perustan. Näitä täydentävät nykyaikaiset korrelaatio- ja ajoitusmenetelmät:

Biostratigrafia: indeksi- tai oppilajiin perustuva kerrostumien samankaltaisuuden tunnistaminen fossiilien avulla.
Magnetostratigrafia: paleomagnetismin avulla voidaan korreloida ja ajoittaa kerrostumia maapallon magneettikentän vaihtelujen perusteella.
Chemostratigrafia: isotooppimuutokset (esim. hiilen, hapen isotoopit) tarjoavat rajamerkkejä ja ympäristösignaaleja.
Radiometrinen ajoitus: eri menetelmät (esim. U–Pb, Ar–Ar, K–Ar, Rb–Sr ja nuoremmissa kerrostumissa 14C) antavat absoluuttisia ikälukemia, joita käytetään suhteellisten kausien kalibrointiin.

Aikajako ja terminologia

Geologinen aika-asteikko jakautuu hierarkkisesti: eonit, ajanjaksot (era), kaudet (period), ajanjaksot (epoch) ja iät (age). On tärkeää erottaa kronostratigrafia (kivikerrostumien ajallinen järjestys) ja kronologia (ajan mittaaminen). Nimet annetaan usein paikannimien mukaan — siksi monet varhaiset yksiköt kantavat brittiläisiä tai venäläisiä paikannimiä.

Keskeiset historialliset käännekohdat

1800-luvun fossiilitutkimus ja 1900-luvun radiometria muuttivat käsitystä maapallon iästä ja ajoituksesta. 1900-luvulla kehitetty radiometrinen ajoitus osoitti, että maapallo on noin 4,54 miljardia vuotta vanha. 1900-luvun puolivälistä lähtien levyntektoniikan hyväksyminen selitti monia aiemmin hämmentäneitä piirteitä — kerrosten siirtymistä, muuttumista ja laajojen ympäristömuutosten syitä.

Rajat ja standardit – GSSP ja nykyaikainen yhdenmukaistus

Kuten tekstissä mainitaan, Kansainvälinen stratigrafiakomissio (ICS) ja sen työryhmät määrittelevät kansainväliset rajat, usein käyttäen Global Boundary Stratotype Sections and Points (GSSP) -kohteita. GSSP:t ovat käytännössä "tynkyriviä", joissa rajakohta on erityisen hyvin näkyvissä ja perusteltu monimenetelmällä. Prekambrian aikakausissa käytetään myös GSSA-menetelmää (Global Standard Stratigraphic Age), kun kiveytymät eivät tarjoa selkeitä stratotyyppikohtia.

Massasukupuutot ja rajamerkit

Monia geologisia rajakohtia erottaa globaali biologinen tai ympäristöllinen muutos, kuten massasukupuutto. Tunnetuimpia esimerkkejä ovat mm. Permin lopun suuri massa-autiokauden (end-Permian) tapahtuma ja mesotsooiskauden lopun tapahtuma, joka tunnetaan yleisemmin K–Pg-rajana (Kreeta–Paleogeenin raja) ja jonka yhteydessä asteroidin törmäys ja ilmastolliset seuraukset johtivat dinosaurusten romahdukseen. Tällaiset tapahtumat näkyvät kerrostumissa esimerkiksi fossiilirekisterissä, isotooppipoikkeamina ja tiettyinä sedimentaarisina merkkeinä (esim. iridiumkerrokset).

Ajanjaksojen jatkuva päivitys

Geologinen aika-asteikko ei ole staattinen: se päivitetään säännöllisesti, kun uusia radiometrisia analyyseja, parempia tuntomerkkejä tai uusia GSSP-ehdokkaita hyväksytään. ICS julkaisee päivityksiä ja virallisia kaavioita, joilla suhteelliset yksiköt saadaan numeerisesti ajoitetuiksi. Tämä tarkoittaa, että eri aikakausien alkamistai päättymisajat voivat tarkentua ajan myötä.

Yhteenveto

Geologisen aika-asteikon kehitys on yhdistelmä havaintoihin perustuvaa stratigrafiaa, fossiilitutkimusta, teoreettista ajattelua (kuten Huttonin ja Stenon ideat) sekä modernia mittaustekniikkaa, kuten radiometriaa ja isotooppianalyysejä. Nykyaikainen aikaskaala perustuu moniin rinnakkaisiin todisteisiin ja kansainväliseen yhteistyöhön, jonka käytännön ilmentymänä toimivat GSSP:t ja ICS:n viralliset määrittelyt. Tätä järjestelmää täydennetään ja tarkennetaan edelleen tutkimuksen myötä.

Maapallon historiaa kartoitettu 24 tuntiin

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mikä on geologinen aikaskaala?

V: Geologinen aika-asteikko on järjestelmä, jota käytetään mittaamaan ja luokittelemaan maapallon kivien ja fossiilien historiaa. Se jakaa maapallon historian eri ajanjaksoihin, aikakausiin ja epookkeihin eri kerrostumien ja fossiilien suhteellisen sijainnin perusteella.

K: Kuka ehdotti ensimmäisenä geologisen aika-asteikon periaatteita?

V: Nicolaus Steno ehdotti ensimmäisenä geologisen aika-asteikon periaatteita 1600-luvun lopulla. Hän väitti, että kalliokerrokset (tai kerrostumat) kerrostuvat peräkkäin ja että kukin edustaa "siivua" ajasta. Hän muotoili myös niin sanotun Stenon superpositioperiaatteen, jonka mukaan mikä tahansa kerrostuma on todennäköisesti vanhempi kuin sen yläpuolella olevat kerrokset ja nuorempi kuin sen alapuolella olevat kerrokset.

K: Mitä teoriaa Abraham Werner ehdotti kivistä?

V: Abraham Werner ehdotti teoriaa, jonka mukaan kaikki kivet olivat syntyneet yhden valtavan tulvan seurauksena, ja tätä teoriaa kutsuttiin neptunistiseksi teoriaksi.

K: Kuka esitti vaihtoehtoisen ajatuksen siitä, miten maa muodostuu?

V: James Hutton esitti vaihtoehtoisen ajatuksen siitä, miten maa muodostuu, teoksessaan Theory of the Earth; or, an Investigation of the Laws Observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land Upon the Globe ennen Edinburghin kuninkaallista yhdistystä vuonna 1785. Hänen plutonistisen teoriansa mukaan ilma ja vesi eroosioivat maata ja se kerrostui meressä; lämpö lujitti sedimentin kiveksi ja nosti sen ylöspäin uusiksi maiksi.

K: Minkä tekniikan William Smith kehitti kerrostumien tunnistamiseksi?

V: William Smith oli uranuurtaja tekniikassa, jolla kerrostumat voitiin tunnistaa niiden fossiilipitoisuuden perusteella. Tutkimalla kerrostumien jaksoja hän tajusi, että niiden avulla voitiin määrittää, milloin tietyt tapahtumat tapahtuivat maapallon historiassa.

K: Miten radiometrinen ajoitus auttoi geologisen ymmärryksen tarkentamisessa?

V: Radiometrinen ajoitus auttoi tarkentamaan geologista ymmärrystä antamalla kiville absoluuttisia päivämääriä, joiden avulla tutkijat pystyivät tarkemmin arvioimaan, milloin tietyt tapahtumat ovat tapahtuneet maapallon historiassa, kuten milloin happi ilmestyi ilmakehään tai milloin planeetan eliöiden seksuaalinen lisääntyminen kehittyi.