Dzieje ziemi

Odtwarzanie dziejów Ziemi nie jest łatwe. Dziedzina nauki, która zajmuje się tym problemem, to geologia historyczna. Jej zadaniem jest badanie rozmieszczenia lądów i mórz w poszczególnych wycinkach czasowych przeszłości, odtwarzanie warunków środowiska oraz określanie wieku zdarzeń geologicznych. Istnieje wiele „dokumentów”, które ułatwiają odczytanie historii Ziemi. Możemy do nich zaliczyć rodzaj i sposób ułożenia skał, formy terenu, a także skamieniałości. Przykładano występowanie pokryw bazaltowych może świadczyć o istnieniu na danym obszarze zjawisk wulkanicznych, pokłady wapieni świadczą o istnieniu głębokich mórz, a soli kamiennej czy gipsu o istnieniu płytkich mórz w suchym, gorącym klimacie. Biorąc zaś pod uwagę formę terenu, na przykład terasy rzeczne mogą świadczyć o zmianie podstawy erozyjnej rzeki. Bardzo ważne dla odtwarzania dziejów Ziemi są skamieniałości. Skamieniałości to zachowane do naszych czasów szczątki dawnych organizmów, organizmów także ślady ich działalności, takie jak na przykład tropy. Wśród nich największe znaczenie mają tak zwane skamieniałości przewodnie. Są to takie organizmy, które jako gatunki żyły, biorąc pod uwagę czas geologiczny, bardzo krótko, ale występowały na stosunkowo dużym obszarze.

Aby odtworzyć dzieje Ziemi, należy znać sposoby na wiarygodne datowanie skał. Istnieje wiele metod, które można podzielić na dwie grupy: metody pozwalające określić wiek względny oraz określające wiek bezwzględny. Ustalenie wieku względnego pozwala ocenić, czy skały odsłonięte w dwóch oddalonych od siebie miejscach od siebie miejscach utworzyły się w tym samym czasie, czy też jedne z nich są starsze, a drugie młodsze. Analiza wieku bezwzględnego pozwala określić w latach, kiedy dane zdarzenie z przeszłości geologicznej zaszło.



WIEK WZGLĘDNY WIEK BEZWZGLĘDNY
Metoda stratygraficzna
Wiek skał określa się na podstawie wzajemnego ułożenia warstw skalnych. W badaniach wykorzystuje ona między innymi zasadę superpozycji, która mówi o tym, że w niezaburzonych utworach skalnych warstwy leżące wyżej są młode od warstw leżących pod nimi. Wszelkie żyły skał magmowych, przecinające serie skalne muszą być od nich młodsze. Zdarza się także, że na obszarach, których występują zaburzenia tektoniczne wiek zaburzeń jest młodszy niż wiek skał nimi objętych. Metoda ta najlepiej sprawdza się na małych obszarach, gdzie występują takie same zespoły warstw. Największe problemy z określaniem wieku skał występują wtedy, gdy są pofałdowane i zaburzone.

Metoda paleontologiczna
Wiek skał określa się na podstawie występujących w nich skamieniałości. Metoda opiera się na zasadzie, że takie same skamieniałości występują w skałach tego samego wieku i powstały w tych samych warunkach. Dzięki porównywaniu skamieniałości ustala się wiek różnych warstw skalnych. Szczególnie ważną rolę w tej metodzie pełnią skamieniałości przewodnie. Dzięki nim ustala się kolejność warstw skalnych, nawet jeżeli porządek ułożenia warstw został silnie zaburzony. Do skamieniałości przewodnich możemy zaliczyć między innymi trylobity (kambr) i amonity (mezozoik).

Metoda fizykochemiczna
Polega na określeniu wieku skał, minerałów, pozostałości organicznych (kości, muszle) na podstawie ich własności fizykochemicznych. Wyróżnia się tutaj metody izotopowe, trackową, termoluminescencji i inne.
Metody izotopowe – jądro atomowe każdego pierwiastka składa się z neuronów i protonów. Liczba protonów (liczba atomowa) determinuje cechy chemiczne pierwiastka. Liczba neutronów może być zmienna, dzięki czemu istnieją izotopy (odmiany pierwiastka) o niemal identycznych cechach chemicznych, lecz o różnych masach atomowych. Jeżeli izotop ulega rozpadowi i zmienia się w inny pierwiastek lub izotop mówimy, że jest promieniotwórczy. Izotopy promieniotwórcze podlegają samorzutnemu rozpadowi ze stałą prędkością. Rozpad ten przebiega w różnych okresach czasu dla różnych pierwiastków. Przyjęto, aby tempo rozpadu promieniotwórczego wyrażać w postaci okresu połowicznego rozpadu. Przy czym przez okres połowicznego rozpadu rozumiemy okres czasu, w którym połowa pierwiastka promieniotwórczego ulega rozpadowi. Metoda izotopowa polega na oznaczaniu w skale zawartości pierwiastka promieniotwórczego produktu jego rozpadu, a następnie po uwzględnieniu okresu połowicznego rozpadu danego pierwiastka na obliczeniu, jaki czas minął od jego powstania. Do badań bierze się między innymi takie pierwiastki promieniotwórcze, jak uran, tor czy potas (U238, U235, Tr232, K40, C14)
Metoda sedymentologiczna
Wiek ustala się na podstawie szybkości gromadzenia się osadów (np. dla iłów warstwowych jasna i ciemna warstwa odpowiada rocznemu przyrostowi osadu).


Zmiany świata organicznego, masowe wymieranie starych i pojawianie się nowych gatunków roślin i zwierząt, stały się podstawą do podziału dziejów Ziemi na eony, ery, okresy i inne, mniejsze jednostki czasu geologicznego.


Era Okres Czas w mln lat Świat organiczny Ruchy górotwórcze


Kenozoiczna
Czwartorzęd
2 Świat organiczny coraz bardziej podobny do współczesnego, wymieranie wielkich ssaków.



Fałdowanie alpejskie

Trzeciorzęd
65 Pojawiają się naczelne ssaki dużych rozmiarów. Rozkwit ptaków i ssaków.



Mezozoiczna
Kreda
135 Wymarcie dinozaurów, pierwsze rośliny kwiatowe i drobne ssaki lądowe.

Jura
205 Wielki rozkwit dinozaurów. Wyodrębnienie się z gadów archeopteryksa – pierwszego ptaka.
Trias 250 Pierwsze ssaki morskie.





Paleozoiczna
Perm
290 Drzewa nagonasienne zastępują drzewiaste paprocie. Wielkie pustynie.


Fałdowanie hercyńskie

Karbon

355 Rozległe bagienne lasy drzewiastych paproci, skrzypów i widłaków, z których powstał węgiel. Rozkwit płazów, z których rozwinęły się gady.
Dewon 410 Pierwsze owady i płazy.

Sylur
438 Życie wychodzi na ląd, w bagiennych strefach przybrzeżnych rozwijają się proste rośliny i pojawiają się ryby.

Fałdowanie kaledońskie

Ordowik
510 Obfita fauna morska, pierwsze skorupiaki i podobne do ryb kręgowce.

Kambr
570 Lądy są nagie, a w morzach występują mięczaki chronione pancerzykami.
Kilkukrotne ruchy górotwórcze i częste wybuchy wulkanów



Fałdowanie się skorupy ziemskiej

Proterozoiczna


Archaiczna


3100
5mld Zwierzęta bezszkieletowe, pierścienice, meduzy.
Bakterie
Glony
Sinice
Najstarsze ślady życia.

Opierając się na metodach izotopowych stwierdzono, że najstarsze skały skorupy ziemskiej mają ponad 4 mld lat (4,03 mld lat). Znaleziono je nad rzeką Acasta w kanadyjskich Terytoriach Północno – Zachodnich. Pozwala to sądzić, że nasza planeta powstała około 4,5 mld lat temu. Niewątpliwie najważniejszym wydarzeniem w tych 4,5 mld lat było pojawienie się życia. Pierwotna atmosfera ziemska składała się z dwutlenku węgla, azotu, pary wodnej, a także metanu i amoniaku oraz śladowych ilości tlenu. Z substancji tych w środowisku wodnym pod wpływem światła i wyładowań elektrycznych tworzyły się coraz bardziej złożone związki organiczne, z których następnie rozwinęło się życie. Życie organiczne powstało na Ziemi stosunkowo szybko. Najstarsze ślady żywych organizmów, jakie przetrwały do naszych czasów, znaleziono na Grenlandii. Pochodzące sprzed 3,8 mld lat okazy należą do bardzo prostych organizmów, przypominających współcześnie żyjące bakterie. Przez kolejne ponad 3 mld w skałach brak jest wyraźnych śladów rozwoju życia. Stąd przedział czasu obejmujący erę archaiczną i proterozoiczną (łączne razem jako prekambr) określa się mianem okresu życia skrytego. Przez około 600 mln lat zwierzęta dokonywały ważnego „wynalazku” – wytworzyły twarde części szkieletowe służące po części do ochrony, a po części jako miejsca przyczepu mięśni, co pozwoliło rozwinąć nowe sposoby odżywiania się i poruszania. Dzięki szkieletom zwierzęta te mogły zachować się w skałach jako skamieniałości. „Masowe” pojawienie się dużych skamieniałości około 550 mln temu pozwoliło na wyznaczenie granicy między prekambrem a fanerozoikiem, czyli okresem życia jawnego. W fanerozoiku życie na Ziemi wiele razy znalazło się „na zakręcie”. Takimi zdarzeniami były okresy wielkich wymierań, podczas których krótkim czasie znaczna liczba gatunków zwierząt i roślin ginęła, a następnie była zastępowana przez nowe. Największe z wielkich wymierań miały miejsce 248 i 65 mln lat temu. Wydarzenia te stanowiły naturalne granice pozwalające na podział fanerozoiku na trzy następujące po sobie ery: paleozoiczną, mezozoiczną i kenozoiczną – nazwy te oznaczają stare, pośrednie i nowe życie.

Prekambr
Trwał około 4 mld lat i obejmuje najdłuższy okres w dziejach Ziemi. W jego trakcie uformowała się skorupa ziemska. Jej zastygnięcie zachodziło bardzo powoli i towarzyszyły mu silne wybuchy wulkanów i wylewy lawy. Doprowadziło to do utworzenia się skał magmowych. Po uformowaniu się skorupy ziemskiej, gdy temperatura powierzchni Ziemi spadła poniżej 100oC, para wodna zawarta w atmosferze skropliła się, w efekcie czego zaczęły padać obfite i długotrwałe deszcze. Dały one początek dzisiejszej hydrosferze. Przez cały prekambr występowały także silne ruchy górotwórcze, podczas których skały magmowe i osadowe pradawnych cykli sedymentacyjnych zostały silnie zmetamorfizowane. Najstarsze ruchy fałdowe, które znamy, ustały 2,6 mld lat temu i zakończyły erę archaiczną. W erze proterozoicznej rozpoczął się nowy wielki cykl procesów sedymentacyjnych sedymentacyjnych fałdowań, połączonych na wielką skalę z magmatyzmem magmatyzmem metamorfizmem. Zakończył się on około 1,6 mld lat temu. W ich wyniku z zalążków współczesnych kontynentów, powstałych w erze archaicznej, utworzyły się znacznie większe jednostki strukturalne, zwane platformami. Platformy są to sztywne i silnie skonsolidowane struktury stanowiące jądra większych jednostek geologicznych, a nawet całego kontynentu. Obecnie zwykle są przykryte niewielkiej miąższości pokrywą utworów młodszych, a miejsca, gdzie odsłaniają się na powierzchni, określa się jako tarcze. W Europie największą jednostkę zbudowaną za skał prekambru stanowi Platforma Wschodnioeuropejska, która obejmuje między innymi obszar północno – wschodniej Polski. W jej obrębie wyróżnia się tarczę bałtycką (fennoskandzką) oraz tarczę ukraińską. Również w innych rejonach świata utwory prekambru występują na powierzchni. Na przykład w Azji występują tarcze syberyjska i chińska, w Ameryce Północnej tarcza kanadyjska, a na półkuli południowej tarcze brazylijska, środkowoafrykańska i australijska. W skałach prekambryjskich spotyka się niemało cennych surowców mineralnych. Powstało wówczas wiele rud żelaza, złota, miedzi i uranu, których wydobycie ma obecnie światowe znaczenie. Pojawienie się życia organicznego przypada na okres 3,8-4 mld lat temu. Pierwsze organizmy były prawdopodobnie cudzożywne i odżywiały się w środowisku beztlenowym powszechnie dostępną materią organiczną. Pierwszymi organizmami korzystającymi z innego, w zasadzie niewyczerpanego źródła energii – promieni słonecznych – były sinice, które opanowały zdolność fotosyntezy. Najstarsze skamieniałości sinic zostały opisane z Australii. Ich wiek ocenia się na około 3,5 mld lat. Około 2,8 mld lat temu sinice zaczęły rozwijać się na wielką skalę, tworząc masywne struktury wapienne, zwane stromatolitami. Masowy rozwój sinic doprowadził do zasadniczej zmiany składu ziemskiej atmosfery, powodując jej wzbogacenie w tlen, będący ubocznym produktem fotosyntezy. Około 1,5 mld lat temu pojawiły się pierwsze współczesne organizmy jednokomórkowe, nazywane eukariota, w ogólnym planie przypominające komórki wchodzące w skład naszego ciała. Pierwsze wielokomórkowe organizmy roślinne, zaliczane do glonów, znane są ze skał liczących 1,4-1,3 mld lat. Pod koniec prekambru (około 700 mld lat temu) pojawiły się zwierzęta tkankowe: jamochłony i pierścienice. W prekambrze na Ziemi zaznaczyły się dwa zlodowacenia: pierwsze około 2,3 mld lat temu i drugie 950 mld lat temu. Przypuszcza się, że pod koniec prekambru na Ziemi istniał jeden wielki kontynent oblany morzami.

Era paleozoiczna
Rozpoczęła się około 550 mln lat temu. Skały ery paleozoicznej dość wyraźnie różnią się od prekambryjskich. Przeważają w nich bowiem skały osadowe, w których występują liczne skamieniałości. W erze paleozoicznej dwukrotnie następowały silne ruchy górotwórcze: starsze – kaledońskie i młodsze – hercyńskie. Orogeneza kaledońska rozpoczęła się pod koniec syluru i zakończyła się na początku dewonu. W Europie wypiętrzyły się wówczas między innymi Góry Skandynawskie, Szkockie, Grampian i częściowo Góry Świętokrzyskie oraz Sudety. Kolejne fałdowanie, zwane orogenezą hercyńską, miało miejsce na przełomie karbonu i permu. Doprowadziło do wypiętrzenia pasa, który ciągnie się w Europie od południowej Anglii i Bretanii po Masyw Centralny, Reńskie Góry Łupkowe, Masyw Czeski, Sudety i Góry Świętokrzyskie. Podczas tych ruchów zostały wypiętrzone również Góry Ural, Ałtaj, Atlas, Appalachy Appalachy Wielkie Góry wododziałowe. Ruchom górotwórczym towarzyszyła silna działalność wulkaniczna. Sprzyjało to powstawaniu licznych złóż cyny, cynku, ołowiu i miedzi. W związku z fałdowaniem hercyńskim zaszły duże zmiany granic lądów i mórz. Na wyłonionych w karbonie rozległych bagniskach bagniskach ciepłym i wilgotnym klimacie rozwinęły się wielkie lasy drzewiastych paproci, skrzypów i widłaków. Widłaków ich szczątków, w warunkach beztlenowych, powstały pokłady węgla kamiennego. W permie, w warunkach suchego i gorącego klimatu, w wysychających zbiornikach morskich powstawały łupki miedzionośne, pokłady soli kamiennej, potasowej i gipsu.

Na początku ery paleozoicznej obserwuje się rozwój zwierząt bezkręgowych, takich jak: trylobity, ramienionogi, ślimaki, archeocjaty, graptolity. Z kręgowców najwcześniej pojawiły się ryby (sylur), bardzo jednak różniące się od dzisiejszych. Były to ryby pancerne. Z nich dewonie wyodrębniły się ryby dwudyszne, oddychające zarówno skrzelami jak i pęcherzem, który stanowił zalążek płuc. Z ryb tych rozwinęły się pierwsze zwierzęta lądowe – płazy, zwane stegocefalami. W erze paleozoicznej pojawiły się również pierwsze gady, które największy rozwój osiągnęły w erze mezozoicznej. Wśród zwierząt lądowych obok płazów i gadów zaczynają rozwijać się owady. W sylurze pojawiają się pierwsze rośliny lądowe (psylofity). Pod koniec dewonu pojawiają się pierwsze rośliny nagonasienne i paprotniki, których największy rozwój przypada na karbon. W tym okresie występowały już także pierwsze drzewa szpilkowe. Pod koniec ery paleozoicznej doszło do połączenia wszystkich kontynentów w jeden super kontynent, zwany Pangeą.

Era mezozoiczna
Rozpoczęła się 248 lat temu. W triasie na obszarze Europy, podobnie jak w permie, panował gorący i suchy klimat. Lecz już w środkowym triasie rozpoczął się ponowny zalew morza, który przybrał wielkie rozmiary w następnym okresie jurajskim. Morza zalały tak znaczne obszary lądu, że zachowały się tylko wyższe jego części w postaci wysp. Na przełomie jury i kredy miały miejsce niezbyt silne ruchy górotwórcze (faza kimeryjska – wczesna faza orogenezy alpejskiej), dzięki czemu nastąpiło wycofanie się mórz. Jednakże w połowie okresu kredowego nastąpił ponowny zalew morski, jeden z największych w dziejach naszego globu. W okresie kredowym nastąpiły pierwsze fazy (laramijska) właściwej orogenezy alpejskiej, która miała największe nasilenie na początku ery kenozoicznej. W mezozoiku doszło do rozpadu Pangei i zaczęły tworzyć się oceany: Atlantycki i Indyjski.

W triasie nastąpił wielki rozwój roślin iglastych. Na kredę przypada rozwój roślin okrytonasiennych, wymiera natomiast wiele nagonasiennych. Świat organiczny mezozoiku kojarzymy głównie z panowaniem gadów. Opanowały one środowisko lądowe, wodne i powietrzne. Pierwszymi latającymi kręgowcami były pterozaury. Fruwały one na długo przed ptakami i ssakami (nietoperzami). Spośród 120 dotąd opisanych gatunków najmniejszy nie był większy od wróbla, największy zaś osiągał rozpiętość skrzydeł 12 m (więcej niż myśliwiec F-16). Niektóre z gadów, przypominając postawę dwunożną, dały początek charakterystycznym dla mezozoiku dinozaurom. W środowisku morskim żyły małże, koralowce i głowonogi. Te ostatnie były liczne reprezentowane przez amonity i belemnity, które zaliczamy do skamieniałości przewodnich ery mezozoicznej. Pojawiły się także pierwsze prymitywne ssaki, a w kredzie z dinozaurów wyodrębniły się pierwsze ptaki, które początkowo były uzębione. Pod koniec mezozoiku już żuły ssaki łożyskowe i w dalszym ciągu trwał rozwój ptaków.

Era kenozoiczna
Rozpoczęła się około 65 mld lat temu i trwa do dziś. W trzeciorzędzie trwały nadal potężne alpejskie ruchy górotwórcze, zapoczątkowane pod koniec ery mezozoicznej. W ich wyniku zostały wypiętrzone między innymi Alpy, Karpaty, Pireneje, Apeniny, Góry Dynarskie w Europie, Andy i Kordyliery w Ameryce, Himalaje, Kaukaz w Azji i Atlas w Afryce. Znaczącym zmianom uległ także świat organizmów żywych. Rozwinęły się ptaki oraz ssaki, które sukcesywnie osiągnęły coraz większe rozmiary. Jednym z nich był mastodont (praprzodek słoni). Miejsce mezozoicznych głowonogów zajęły natomiast ślimaki, małże, jeżowce, gąbki otwornice i ryby. W przypadku roślin najważniejszą rolę zaczęły odgrywać rośliny okrytozalążkowe, czyli kwiatowe. W związku z dość ciepłym klimatem, który panował w trzeciorzędzie, rozwijała się bujna roślinność. Roślinność jej szczątków powstały złoża węgla brunatnego. Najmłodszy okres historii Ziemi, czwartorzęd, rozpoczął się około 2 mld lat temu. Obejmuje on dwa podokresy: plejstocen i holocen. W plejstocenie nastąpiło znaczne oziębienie klimatu, które przyczyniło się do rozwoju wielkich zlodowaceń na obszarze Europy, Azji i Ameryki Północnej. Lądolód co najmniej czterokrotnie nasuwał się na te obszary. Zmiany klimatu przyczyniły się do wyginięcia w Europie mastodontów, nosorożców i hipopotamów, hipopotamów ich miejsce zajęły mamuty, niedźwiedzie jaskiniowe i nosorożce włochate, które z kolei wymarły pod koniec epoki lodowej. Około 18 miesięcy temu rozpoczął się trwający do dziś holocen. Z jego początkiem wiąże się powstanie Morza Bałtyckiego. Najpierw było to wielkie lodowe jezioro u krawędzi cofającego się lądolodu, które następnie uzyskało połączenie z Morzem Północnym. Ważnym wydarzeniem w rozwoju świata organicznego było pojawienie się na przełomie trzeciorzędu i czwartorzędu (około 3 mld lat temu), na gorących afrykańskich równinach, człowieka. Człowiek współczesny (Homo sapiens) pojawił się natomiast około 100 000 lat temu. Jego stopniowy rozwój i rozprzestrzenienie na wszystkie lądy spowodowały znaczące zmiany w środowisku przyrodniczym i przyczepiły się do tego, że obecnie ma on wpływ na wiele naturalnych procesów, które zachodzą na powierzchni naszej planety.