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今天的地質學終於有了自己的天文時鐘——旋回地層學

說到旋回地層學(cyclostratigraphy), 字面上的意義是與地層相關, 可是在旋回地層學定義上卻是以天文軌道週期為時間尺度來具體測量地質年代。 蒙了嗎?這樣, 不妨先問一個大家都思考過的問題——時間是什麼?

對於這個問題, 不同的人有不同的答案。

對於物理學家而言, 時間是絕對的, 也是相對的。

經典的牛頓力學把時間計算為一個描述運動的參量, 在牛頓力學裡面, 過去和未來的時間參量是反演對稱的, 它是絕對的。

而愛因斯坦進一步拓展了牛頓的時空觀, 在愛因斯坦的物理世界裡, 時間是相對的。

對於哲學家而言,

時間和空間無非是感性的主觀形式(康得)。

對於生物學家而言, 時間是造化的大手, 它直接地造成了物種的更迭、變遷(達爾文)。

而對於地質學家而言, 時間是和空間緊密相連的, 在地質學中, 時間往往都是用空間概念去描述的——“原始地層總是上新下老”、“不同的時代有不同的地層, 相同時代有相同或相近的地層”、“只有哪些目前可以觀察到彼此相鄰的相區才能原生地疊置在一起”(即地層學三定律, 最早由丹麥學者尼古拉斯·斯丹諾於1669年提出)。

地層學三定律把地質學的時間和空間的概念聯立在了一起。根據三定律之一的“化石層序律”,地質學家們把對時間的描述轉變為了對地層所含化石的確定和對比,從而建立了全球統一的地質時間座標——地質年代表,讓地質學中的時間描述變得直觀而實用。然而無論是地層學三定律還是地質年代表,發展到這個時候,地質學上的時間概念還是由相對的概念發展來的,它所依據的參考系並不絕對,所以通過這樣的方法描述出來的地質時間並不精確。

但是隨著科學技術的進一步發展,地質學中又發展出了生物地層方法,根據地層中發現的化石確定地層的年代

和放射性同位素地質年代確定技術,通過地層中的放射性同位素測年技術確定地層的年代

他們讓地質學的時間座標擁有了絕對的概念——數字年齡,並把這個單位定為百萬年Ma。

然而百萬年這樣的時間單位,既不像物理學依據天體系統的運動來描述時間,也不像生物學一樣通過描述生物的演化以及自然的變遷來描述時間,它在描述時間上的精度還不夠高,地質學家們需要一個更精確的坐標系。

二十世紀初,米蘭科維奇提出,地球的軌道變化決定了太陽光照量的大小,北緯65度附近夏季太陽光照量的變化正是第四紀冰川旋回的主因。簡單來說,他闡明了天體運行的軌道週期力可以影響地球的氣候和沉積情況。這樣一來,地質學就和天文掛鉤在了一起。

無論是在遠古農耕時期,人類對日曆節氣的劃分中,還是在近代牛頓的經典物理學裡,天體的運動都是一個精確而絕對的參考系。有了米蘭科維奇的這個發現,地質時間座標就也像物理學一樣有了一個更好的參考坐標系——天體系統。

於是乎,旋回地層學應運而生。或者更準確地說,軌道旋回地層學應運而生。看到這裡,大家也就都明白了,旋回地層學是利用天文和地質的關係來描述地質時間的一門科學。它研究的是天文軌道週期力和地層序列之間的關係。它利用軌道力驅動形成的沉積旋回記錄,建立了精確度更高的地質年代表。

旋回地層學最早在1988年由A.G.Fischer正式提出,是地層學的一個分支,它在地層年代劃分上有著極高的解析度。發展到如今,雖然只有幾十年的時間,卻已經在地層學上發揮了重要的作用,成為了地層學的一個重要的分支,而且還在持續不斷地發展中。

具體到使用上,在野外判別地層旋回的時間,需要首先在野外發現的露頭良好的地層剖面,隨後對剖面的各個岩層進行詳細描述,進而進行旋回劃分;之後對地表剖面和地下測井資料進行譜分析計算,確定頻譜成分和主要旋回的堆積速率,之後進行數位濾波得出高解析度旋回曲線,用來進行高解析度地層劃分;最後同國際地質年表對比,就可以估算出旋回的具體年齡了。

-End-

地層學三定律把地質學的時間和空間的概念聯立在了一起。根據三定律之一的“化石層序律”,地質學家們把對時間的描述轉變為了對地層所含化石的確定和對比,從而建立了全球統一的地質時間座標——地質年代表,讓地質學中的時間描述變得直觀而實用。然而無論是地層學三定律還是地質年代表,發展到這個時候,地質學上的時間概念還是由相對的概念發展來的,它所依據的參考系並不絕對,所以通過這樣的方法描述出來的地質時間並不精確。

但是隨著科學技術的進一步發展,地質學中又發展出了生物地層方法,根據地層中發現的化石確定地層的年代

和放射性同位素地質年代確定技術,通過地層中的放射性同位素測年技術確定地層的年代

他們讓地質學的時間座標擁有了絕對的概念——數字年齡,並把這個單位定為百萬年Ma。

然而百萬年這樣的時間單位,既不像物理學依據天體系統的運動來描述時間,也不像生物學一樣通過描述生物的演化以及自然的變遷來描述時間,它在描述時間上的精度還不夠高,地質學家們需要一個更精確的坐標系。

二十世紀初,米蘭科維奇提出,地球的軌道變化決定了太陽光照量的大小,北緯65度附近夏季太陽光照量的變化正是第四紀冰川旋回的主因。簡單來說,他闡明了天體運行的軌道週期力可以影響地球的氣候和沉積情況。這樣一來,地質學就和天文掛鉤在了一起。

無論是在遠古農耕時期,人類對日曆節氣的劃分中,還是在近代牛頓的經典物理學裡,天體的運動都是一個精確而絕對的參考系。有了米蘭科維奇的這個發現,地質時間座標就也像物理學一樣有了一個更好的參考坐標系——天體系統。

於是乎,旋回地層學應運而生。或者更準確地說,軌道旋回地層學應運而生。看到這裡,大家也就都明白了,旋回地層學是利用天文和地質的關係來描述地質時間的一門科學。它研究的是天文軌道週期力和地層序列之間的關係。它利用軌道力驅動形成的沉積旋回記錄,建立了精確度更高的地質年代表。

旋回地層學最早在1988年由A.G.Fischer正式提出,是地層學的一個分支,它在地層年代劃分上有著極高的解析度。發展到如今,雖然只有幾十年的時間,卻已經在地層學上發揮了重要的作用,成為了地層學的一個重要的分支,而且還在持續不斷地發展中。

具體到使用上,在野外判別地層旋回的時間,需要首先在野外發現的露頭良好的地層剖面,隨後對剖面的各個岩層進行詳細描述,進而進行旋回劃分;之後對地表剖面和地下測井資料進行譜分析計算,確定頻譜成分和主要旋回的堆積速率,之後進行數位濾波得出高解析度旋回曲線,用來進行高解析度地層劃分;最後同國際地質年表對比,就可以估算出旋回的具體年齡了。

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