Największych trudności przysparza geologowi‑detektywowi odpowiedź na pytanie, kiedy dana skała powstała albo kiedy dany proces miał miejsce. W tym celu stosuje się datowanie, czyli próbę określenia wieku skały, osadu bądź zdarzenia.  Z kolei w praktyce terenowej bardziej powszechne jest datowanie względne, w którym w oparciu o następstwo skał lub form rzeźby można stwierdzić, która z nich jest starsza, a która młodsza.

Zatem wiek skał i zdarzeń geologicznych zostaje określony wiekiem względnym lub bezwzględnym w zależności od metody, którą się posługiwano. Wiek względny jest  w praktyce terenowej bardziej powszechny. To wiek, który ustala się dla danego zjawiska lub skały na podstawie odniesienia do innych zjawisk. Można wtedy stwierdzić, która z nich jest starsza, a która młodsza.

Wiek bezwzględny to czas, który upłynął od danego zjawiska aż do teraz. Podaje się go w latach.  Precyzyjne wydatowanie i określenie wieku (np. w tysiącach lat) jest niezwykle skomplikowane i wymaga szeregu analiz laboratoryjnych i matematyczno‑fizycznych. Pozwala jednak na przypisanie dość konkretnej daty skałom lub zdarzeniom geologicznym.

RwQt1WnwflXv5

Grafika przedstawia datowanie względne i bezwzględne. Na środku ustawione na sobie są różne skały. Datowanie względne polega na określeniu, które są najstarsze, a które najmłodsze. Natomiast datowanie bezwzględne polega na określeniu dokładnego wieku np. na samym dole skały mają 140 plus minus 10 milionów lat a na samym górze 120 plus minus 5 milionów lat.

Metody określania wieku względnego

Istnieje wiele metod określenia wieku względnego, są to m.in. metoda litologiczna oraz paleontologiczna.

Metoda litologiczna

Pozwala na określenie wieku warstw skalnych lub zdarzeń na podstawie ich wzajemnego ułożenia wynikającego z ich sekwencji, przecięcia lub erozji. Metoda ta opiera się na czterech prawach.

• Zasada superpozycji zakłada, że warstwy skalne są ułożone chronologicznie jedna pod drugą (powierzchniowa warstwa jest najmłodsza).

• Zasada ciągłości obocznej oznacza, że materiał tworzący warstwy rozciąga się na powierzchni ziemi poziomo we wszystkich kierunkach. W przypadku braku ciągłości jakiejś warstwy zakłada się erozję lub deformację tektoniczną.

• Zasada pierwotnego poziomego położenia zakłada, że każda warstwa skał osadowych, która powstała, zalegała poziomo.

• Zasada przecinania twierdzi, że deformacje, warstwy lub inne struktury są młodsze od skał, które je obejmują.

Cztery zasady w metodzie litologicznej - galeria rycin

RRSHB0A1OTC74

Ilustracja prezentuje zasadę superpozycji. Na ilustracji jest profil gleby z kolejnymi warstwami. Górna warstwa - zielona - to dzisiejsza powierzchnia. Kolejne warstwy są w odcieniach brązu. Warstwy najmłodsze są u góry przekroju, ich wiek rośnie w dół.

RUzth7xwGFhTm

Ilustracja przedstawia przekrój przez warstwy gleby. Warstwy układają się na skos. Na środku schematu jest zagłębienie. Przechodzi przez warstwy, ale nie narusza ich układu po lewej i prawej stronie od zagłębienia.

RdOhRodBDWikg

Ilustracja przedstawia zasadę pierwotnego poziomego położenia. Na ilustracji jest zbiornik wodny, w górnej części pływają ryby. Pod nimi przez zbiornik poprowadzono cztery poziome linie.

RyV9jMEr8afDt

Ilustracja prezentuje zasadę przecinania. Na ilustracji w górnej części jest aktywny wulkan, pod nim przez warstwy ziemi zaznaczono komin magmy. Warstwy ziemi po prawej stronie wulkanu, na pewnej głębokości, są przesunięte względem siebie. Magmę oznaczono literą A, pierwszą warstwę ziemi literą B, granicę pierwszej i drugiej warstwy literą C, literą D przesunięcie, literą E warstwy poniżej warstwy B. A zdarzenie najmłodsze, E zdarzenie najstarsze.

Metoda paleontologiczna

Metoda ta opiera się na występowaniu w skałach określonych skamieniałości, głównie przewodnich.

Skamieniałości są to zachowane w skałach w różnej formie szczątki roślin i zwierząt oraz ślady działalności organizmów. Powstają w wyniku procesu fosylizacjifosylizacjafosylizacji. Najlepsze warunki do powstawania skamieniałości panują w zbiornikach wodnych z dużym tempem sedymentacji. Gwałtowne przysypanie organizmów osadami zapobiega rozpuszczaniu i kruszeniu ich szkieletu oraz chroni przed niszczeniem powodowanym przez aktywność innych organizmów. Szybkie zagrzebanie szczątków umożliwia zachowanie się w całości szkieletów zwierząt.

Dużo trudniej skamieniałości zachowują się w środowisku lądowym, gdzie są narażone na niszczącą działalność wiatru, deszczu oraz wahania temperatur. Szczątki organizmów lądowych najczęściej zachowują się w osadach bagiennych, jeziornych, czyli tam, gdzie wpływ niszczących czynników zewnętrznych jest mniejszy.

Skamieniałościami przewodnimi nazywamy skamieniałości tych rodzajów i gatunków roślin lub zwierząt, które żyły w krótkim odcinku dziejów Ziemi, miały szerokie rozprzestrzenienie geograficzne, występują powszechnie w skałach powstałych w różnych warunkach. Ważne jest to, aby były łatwe do rozpoznania.

Każdemu okresowi dziejów Ziemi odpowiadają skamieniałości przewodnie, dzięki którym możemy określić wiek względny skał. Wiedza na temat występowania poszczególnych organizmów w danym czasie pozwala na określenie wieku danej skały. Dzięki obecności skamieniałości w skałach osadowych można odtwarzać warunki środowiska, jakie panowały na danym obszarze, a także ich zmienność w czasie powstawania skamieniałości.

Wyróżniamy skamieniałości przewodnie: 

• kambru – trylobity,

• ordowiku – trylobity i graptolity,

• syluru – trylobity, graptolity i ramienionogi,

• dewonu – ramienionogi, głowonogi (goniatyty, klimenie) i konodonty,

• karbonu – ramienionogi, głowonogi (klimenie), konodonty oraz otwornice,

• permu – amonity, ramienionogi i otwornice,

• triasu – amonity, małże i ramienionogi,

• jury – amonity,

• kredy – amonity, belemnity, małże i otwornice.

R1M12hyRefq0d

Zdjęcie przedstawia skamieniałość - trylobita. Na powierzchni skały jest wypukła skamieniałość. Ciało trylobita jest owalne, ma poprzeczne segmenty.

Metody określania wieku bezwzględnego

Wiek bezwzględny najczęściej określany jest za pomocą metody izotopowej, dendrochronologicznej oraz sedymentologicznej. Stanowią one bardziej precyzyjne metody oszacowania wieku skał, dlatego często na nich opierają się prace paleontologiczne, archeologiczne oraz geologiczne.

Metoda izotopowa

Metoda ta wykorzystuje rozpad izotopówizotopizotopów promieniotwórczych pierwiastków, który prowadzi do powstania izotopów niepromieniotwórczych. Każdy pierwiastek ma określony czas rozpadu połowicznegoczas rozpadu połowicznegoczas rozpadu połowicznego, więc znając ten okres, można go odnieść do obecnego stanu ilości izotopu i dzięki temu określić wiek skały. W tej metodzie wykorzystuje się metody:

• uranowo‑ołowiową, wykorzystującą izotop uranu Indeks górny 238²³⁸U, którego rozpad połowiczny wynosi aż 4,5 miliarda lat. Metoda ta pozwala na datowanie zdarzeń bardzo odległych w czasie geologicznym;

• radiowęglową, wykorzystującą izotop węgla Indeks górny 14¹⁴C. Stosunek tego węgla w organizmach jest stały, dopiero po śmierci zawartość izotopowa zaczyna maleć. Po 5 570 latach owego izotopu jest już tylko połowa. Ta metoda pozwala na określenie wieku roślin i zwierząt, których fragmenty występują w skałach, liczących maksymalnie 60 tysięcy lat.

Metoda dendrochronologiczna

Pozwala na określenie wieku zjawiska przyrodniczego na podstawie rocznych przyrostów słojów drzew. Każde drzewo co roku wytwarza nowy słój, co skutkuje przyrostem jego pnia. Zliczenie słojów w pniu drzewa pozwala na określenie czasu, w którym drzewo rosło. Gęstość rozmieszczenia słojów drzewa informuje  o warunkach klimatycznych zachodzących w przeszłości. Metoda ta jest używana do badań paleoklimatu ze względu na zakres czasu do 10 tysięcy lat.

ROUzVhwzP6Asr

Ilustracja przedstawia przekrój poprzeczny pnia drzewa. Przekrój tworzą okręgi - słoje od najmniejszego do największego o różnej szerokości przyrostu rocznego. Zewnętrzny słój wskazuje na przyrost w ostatnim roku.

Co roku przyrost słojów składa się z dwóch warstw: wiosennej i letniej. Tę metodę można najlepiej wykorzystać w klimacie umiarkowanym, w którym przyrosty wiosenne oraz letnie wyraźnie różnią się między sobą. W okresie wiosennym komórki budujące słoje są duże, jasne i posiadają cienkie ściany. W lecie słoje są zbudowane z mniejszych komórek, znacznie ciemniejszych, o grubszych ścianach. Dzieje się tak z powodu niedostatku wody. Roczne przyrosty dla poszczególnych lat także mogą bardzo różnić się między sobą – tłumaczy się to różnymi warunkami klimatycznymi (głównie chodzi o opady i warunki termiczne).

Za pomocą szczątek roślin, np. kawałka pnia znajdującego się w osadach, można również określić wiek bezwzględny tej warstwy skalnej. Badając szczątki pnia drzewa z wykorzystaniem metody izotopowej (radiowęglowej), uzyskuje się informację o wieku bezwzględnym osadu.

Metoda sedymentologiczna

W tej metodzie można określić wiek osadów w zbiornikach wodnych przez badanie rocznego tempa przyrostu osadów. Szacuje się, że w zbiornikach morskich tempo sedymentacjisedymentacjasedymentacji wynosi 1 mm na 100 lat. Znając grubość osadzania się materiału na dnie, można określić, kiedy dany osad powstał. Tak oszacowany wiek jest jednak bardzo  orientacyjny, ponieważ w innych warunkach zachodzących w przeszłości osady mogły akumulować się szybciej.