Тема 5. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ В НАУКАХ О ЗЕМЛЕ

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ 5.1. Пространственно-временной изоморфизм 5.2. Относительная геохронология 5.3. Абсолютная геохронологическая шкала 5.4. Магнитная геохронологическая шкала 5.5. Прошлое, настоящее, будущее

5.1. Пространственно- временной изоморфизм В любой области науки проблема пространства- времени всегда является центральной В зависимости от того, как она решается, определяется наше видение мира и подход к решению конкретных задач теории и практики Общие представления: Обычное естественное для восприятия человека трехмерное пространство, обычная перспектива – уменьшение размеров предметов в направлении от наблюдателя 5.1. Пространственно- временной изоморфизм

Геология (и геофизика) сформировалась на классических представлениях о категориях пространства-времени, т. е. на тех, что были заложены еще эллинами и оформлены И. Ньютоном. «Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью... Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным» [И. Ньютон]. Общие представления: Обратная перспектива. Часто даётся в иконах, чтобы показать, что не мы разглядываем святых, а они разглядывают нас. Стрела наблюдателя повёрнута на 2π. Мир становится другим 5.1. Пространственно- временной изоморфизм

В середине XVIII века Н. Стенон сформулировал главный принцип стратиграфического расчленения выше/ниже позже/раньше Пространственно-временное тождество Н. Стенона: Принцип Н. Стенона декларирует пространственно-временной изоморфизм, т.е. правомерность подмены временных и пространственных терминов Рис Схема обнажения горных пород 1 – пески и песчаники; 2 – глины; 3 – известняки; 4 – галька с песком. Вначале возник слой 1, далее на нём – слой 2, потом – 3 и, наконец, – слой 4

5.1. Пространственно- временной изоморфизм Пространственно-временное тождество Н. Стенона: Это тождество легло в основу современной стратиграфии, геохронологии и картирования В геологии построены специальные опорные разрезы, выполняющие роль эталонов и позволяющие воссоздавать геологическую историю отдельных регионов и Земли в целом Эта история «нанизана» на временную шкалу последовательности событий В обычном понимании времени, как протяженности, геологические шкалы можно назвать псевдо временными Одинаковость событий не означает их совпадения во времени

5.1. Пространственно- временной изоморфизм Общий вывод: Можно констатировать, что события-часы пишут свой циферблат в пространстве Время как бы «вмораживается» в него, материализуясь в горных породах, минералах, остатках животных и растений, в древних храмах, городах и т.п. Становясь прошлым, события-часы останавливаются, перестают «тикать»

5.2. Относительная геохронология Общие положения: В основе относительной геохронологической шкалы лежит тождество Н. Стенона, развитое в работах английского геодезиста и геолога У. Смита (1769–1839 гг.) как принцип суперпозиции Если поверхность Земли в какой-либо точке принять за нуль временной шкалы, т.е. за настоящее, то в направлении к центру Земли стрела времени будет повернута в прошлое, а по радиусу от центра – из прошлого в будущее В геологии все стратиграфические описания разрезов принято производить снизу вверх, имея в виду общую концепцию о единой и необратимой стреле времени из прошлого в будущее

5.2. Относительная геохронология Общие положения: Стратиграфическая шкала – это шкала событийная, но построена она на событиях уникальных Это шкала, в которой время не имеет размерности и числового выражения, это шкала последовательности событий, сменяющих друг друга в направлении от прошлого к будущему

5.2. Относительная геохронология Общие положения: Рисунок разреза горных пород в обнажении

5.2. Относительная геохронология Общие положения: Образец записей в полевой книжке с разрезом естественного обнажения горных пород

5.2. Относительная геохронология Общие положения: Образец записей в полевой книжке с разрезом естественного обнажения горных пород

5.2. Относительная геохронология Таблица 5. Стратиграфическая и геохронологическая шкалы (МСШ) Эонотема (эон)** Эратема (эра)Система (период) Отдел (эпоха)Возраст (начало эпох), млн. лет Фанерозой KZ Q Q IV 1-2 Q III Q II QIQI N N3N3 5 N1N1 24 P P3P3 36 P2P2 55 P1P1 62 MZ K K2K2 96 K1K1 138 J J3J3 166 J2J2 184 J1J1 209 T T3T3 231 T2T2 240 T1T1 246

5.2. Относительная геохронология Таблица 5. Стратиграфическая и геохронологическая шкалы (МСШ) ФанерозойPZ P P2257 P1287 C C3301 C2317 C1354 D D3371 D2381 D1410 S S2419 S1438 O O3450 O2474 O1504 Є Є3518 Є2542 Є1571 PR 2 PR PR 1 RV 680± ± ±100 AR 2 AR AR

5.2. Относительная геохронология Таблица 5. Стратиграфическая и геохронологическая шкалы (МСШ) Начала эпох округлены до целых чисел и от N 2 до PR даны по работе [1]. Для криптозоя – по работе [5] ** AR+PR – криптозой (или докембрий)

5.2. Относительная геохронология Общие положения: Концепция естественности стратиграфических шкал означает их соответствие определенным этапам развития разномасштабных экосистем, выражающееся в корреляции палеонтологических, литологических, тектонических и других признаков, характеризующих разрезы и регионы. Концепция искусственности стратиграфических шкал – принцип приоритета. («Концепцию стратотипа» – типового разреза)

5.2. Относительная геохронология Общий вывод: В основе относительной геохронологии лежит принцип суперпозиции, оформленный Н. Стеноном в виде тождества, определяющего изоморфизм пространства и времени

5.3. «Абсолютная» геохронологическая шкала Общие положения: В абсолютной геохронологической шкале время измеряется в физических единицах, но обычно не в единицах стандартной размерности, секундах, а в годах, тысячах и миллионах лет. Эта шкала дает не последовательность событий, а либо их временной интервал, либо возраст, отсчитываемый от настоящего, т.е. от момента оценки расчетных параметров. Идея, заложенная в методах оценки протяженности геологических событий и возраста пород, основана на знании скорости тех геологических процессов, которые принимаются за часы

5.3. «Абсолютная» геохронологическая шкала «Радиоактивные часы»: 1. Есть некий радиоактивный изотоп А, принимаемый за материнский элемент. 2. Выбирается в радиоактивном ряду некий изотоп В, представляющий собой один из дочерних элементов. В качестве В может быть выбран и конечный устойчивый продукт ряда (уже не распадающийся). Например, в качестве элементов А и В могут быть приняты: 238 U 206 Pb; 232 Th 208 Pb; 40 К 40 Ar и т.п.

5.3. «Абсолютная» геохронологическая шкала «Радиоактивные часы»: 3. Известно уравнение распада А = А 0 е – t (5.1) А – оставшееся в породе (наблюдаемое) количество материнского элемента на момент измерений t; A 0 – начальное количество материнского элемента на момент времени t = 0; – постоянная распада (экспериментально установленная для всех используемых при геологических датировках изотопов). А = (А + В)е – t (5.2) е t = 1 + В/А; t = (1/ ln(1 + B/A) (5.3) t = (1/ ) ln ( Pb/ 238 U) (5.4)

5.3. «Абсолютная» геохронологическая шкала «Радиоактивные часы»: Условие радиоактивного равновесия, для которого и написано уравнение распада (5.1) Определяется не возраст породы, а время образования отношения А/В Постулируется, что А- и В-содержащие минералы возникли одновременно с породой, а не являются эпигенетичными Принципиальные допущения:

5.3. «Абсолютная» геохронологическая шкала Общий вывод: Понятие возраста геологических объектов может быть правильно понято и использовано только тогда, когда за ним стоит четкая генетическая схема

5.4. Магнитная геохронологическая шкала Основные понятия: Минералы-магнетики – минералы, в которых внешнее магнитное поле ориентирует магнитные моменты атомов и молекул Стратон – стратиграфическая единица Ивенты – события наименьшей протяженности, характеризующиеся сменой ориентации магнитного поля Земли

5.4. Магнитная геохронологическая шкала Общая характеристика: В основе шкалы лежат следующие два обстоятельства: Вариации магнитного поля Земли, связанные с периодичностью смены магнитных полюсов Существование природных минералов–магнетиков, которые при застывании магматических расплавов или в процессе раннего диагенеза первичных жидких илов, образуясь на начальной стадии этих процессов, способны ориентироваться в магнитном поле Земли и сохранять эту ориентацию как «вмороженную» информацию о магнитных меридианах своего времени

5.4. Магнитная геохронологическая шкала Общая характеристика: По быстро накапливающимся осадкам установлено, что изменение знака магнитного поля Земли происходит с периодом в несколько тысяч лет. Прямое и обратное чередование намагниченности пород в различных разрезах мира позволило выделить по ним магнитные стратоны от эонов до так называемых ивент (эпизодов) Рис.5.2. Хронологическая геомагнитная шкала В кружках показаны номера магнитных аномалий. Черные линии – периоды прямой полярности геомагнитного поля

5.4. Магнитная геохронологическая шкала Общий вывод: Синтез палеомагнитных данных по различным районам мира и для разных типов пород и осадков позволил построить макет магнито стратиграфической шкалы фанерозоя Направления дальнейшей разработки шкалы магнитной полярности связаны с решением общих проблем магнитостратиграфии

5.5. Прошлое, настоящее и будущее Общая постановка вопроса: В геологии всякие датировки неотделимы от событий Евклидово пространство, которое использует геология, и шкала геологического времени не являются абсолютными (независимыми) Нельзя измерить ход часов без измерения пространства Наши временные представления складываются из понятий прошлого, настоящего и будущего Связь времени с пространством была научно оформлена лишь в начале ХХ века

5.5. Прошлое, настоящее и будущее Общая постановка вопроса: Прошлое – это время, связанное с пространством. Можно предположить, что оно имеет градиентную размерность, фиксируя то, что можно назвать временной напряжённостью (Е t ) Е t = grad t (5.5) В нашем случае «остановившееся» время t выполняет функции потенциала поля Величина grad t показывает ту «силу», с которой пространство поглощало время

5.5. Прошлое, настоящее и будущее Общая постановка вопроса: Следуя базовым представлениям теории поля, мы можем записать: = – D grad t (5.6) В этой фундаментальной формуле – время без пространства («поток» времени из будущего, с) D – пространство без времени – настоящее (м) grad t – прошлое (с/м) стрела времени направлена из будущего в прошлое

5.5. Прошлое, настоящее и будущее Общая постановка вопроса: Из прошлого направлен вектор временной напряжённости пространства

5.5. Прошлое, настоящее и будущее Общая постановка вопроса: Рис.5.3. Схема взаимоотношения прошлого и будущего Z – глубина слоев t – датировки подошвы каждого слоя По Н. Стенону t 1 < t 2 < t 3, если даты отсчитываются снизу вверх, т.е. по порядку напластования Е = – grad t Например, Е 1-2 =(t 1 –t 2 )/ Z 1-2 – «поток» времени из будущего

5.5. Прошлое, настоящее и будущее Общие выводы: Будущее – это время без пространства (чувственное ничто) Настоящее – пространство без времени (чувственная пустота) Прошлое – единое пространство-время (материя) Пространство поглощает время, материализуя его в прошлое Не исключена дехронизация прошлого, т.е. его разрушение с образованием абсолютного времени и абсолютного пространства Смерть прошлого рождает новое будущее