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相對定年

相對測年（Relative dating）是確定過去事件的相對順序（即某一物體相比於另一物體的年齡），而非確定它們的絕對年齡（即估計年齡）的科學。在地質學中，岩石或表層沉積物、化石和岩性可用於對各地層柱進行相互對比。在20世紀早期發現可提供絕對日期的放射性定年法之前，考古學家和地質學家都採用相對定年來確定材料的地質年代，雖然它只能確定一系列事件發生的「次序」，而不能測定事件發生的「時間」，但仍不失是一種有用的技術。生物地層學的相對測年法不僅是古生物學的首選方法，在某些方面，也是更準確的一種方法[1]。疊覆律是17世紀至20世紀初地質學中觀察到的「相對測年」的總結結果，該定律指出，較老的地層將比較新的地層更深。

猶他州東南科羅拉多高原地區二疊紀至侏羅紀地層為原初水平律和疊覆律的極好示例，這是相對測年中使用的兩個重要概念。地層構成了廣泛分布在保護區內許多著名的突出岩層，如卡皮特爾沙岩國家公園和峽谷地國家公園。自上而下：納瓦霍砂岩圓形棕褐色穹丘、分層的紅色卡耶塔岩層組、垂直節理的紅色溫蓋特砂岩峭壁、紫色的欽勒層斜坡、淺紅色層狀孟科匹岩層和白色分層的卡特勒層砂岩。圖片來自猶他州格倫峽谷國家娛樂區。

地質學

1800年左右，威廉·史密斯發現了岩層中化石出現的規律。在挖掘英格蘭西南部薩默塞特煤炭運河（Somerset Coal Canal）期間，他發現岩層中化石出現在的順序總是相同。當繼續從事測量員工作時，他在英格蘭各地發現了同樣的情況。他還發現某些動物只出現在某些層序上，而且在整個英格蘭，它們都處在同一層序中。正是這一發現，使史密斯能夠辨別出岩石形成的順序。16年後，他發表了一幅展示出不同地質年代岩石的英格蘭地質圖。

相對測年原理

18世紀地質學首次作為一門自然科學出現時，就發展出了相對年代測定方法。今天，地質學家仍使用以下原則作為提供地質史和地質事件時間信息的手段。

均變論

「均變論」指出，現今觀察到的正在改變地殼形態的作用，也同樣以基本相同的方式作用於整個地質年代[2]。18世紀蘇格蘭醫生和地質學家詹姆斯·赫頓提出的一個地質學基本原則是「現在是過去的鑰匙」，用赫頓的話說：「地球過去的歷史必須用現在發生的事情來解釋」[3]。

截切原理

「截切原理」涉及橫切侵入。在地質學中，當火成岩侵入體穿過沉積岩地層時，可以確定火成岩侵入體比沉積岩年輕。有許多種不同類型的侵入體，包括岩株、岩蓋、岩磐、岩床和岩脈。

橫切關係

 
橫切關係可用於確定岩層和其他地質構造的相對年齡。解釋：A–被一道逆斷層切割的褶皺岩層；B–大侵入（穿過A層）；C–岩層的侵蝕角度不整合沉積（A層與B層）； D–岩脈（穿過A、B和C層）；E–更年輕的岩層（覆蓋了C層和D層）；F–正斷層（穿過A、B、C和E層）。

「橫切關係原理」適用於斷層構造與所穿過岩層的年齡先後關係。因此，如果發現斷層只穿透某些地層而非其頂部的地層，則被穿過的地層比斷層更老，而未被切割的地層則一定比斷層更年輕。在這些情況下找到關鍵層可能有助於確定斷層是正斷層還是逆斷層[4]。

包體和成分

「包裹體和成分原理」解釋，對於沉積岩，如果在地層中發現包裹體（或碎屑），則包裹體必定比包含它們的地層更古老。例如，在沉積岩中，來自較老地層的礫石被撕裂並包裹在較新地層中是很常見的；在火成岩中發現的「捕虜岩」也屬於這種情況。這些異物被岩漿或熔岩流收集、併入，隨後在基質中冷卻。因此，捕虜岩比包含它們的岩石更古老。

原初水平律

「原初水平律」原理表明，沉積物的堆積基本上呈現為水平層。對各種環境下現代海洋和非海洋沉積物的觀察支持了這一概論（雖然「交錯層」為傾斜的，但交錯層單元的總體方向是水平的）.[4].

疊加

「疊覆律」表明，在構造未受到干擾的原始層序中，沉積岩層比其下方的年輕，比上方的更古老。地層經歷的唯一干擾就是生物擾動，動物和/或植物在地層中移動物體，但這一作用尚不足使層序位置發生改變。該原理將沉積層視為垂直時間線的形式，即部分或完整地記錄了從最低到最高沉積層所經歷的時間[4]。

生物群演替

「動物群演替原理」是依據沉積岩中所出現的化石。由於生物生存於全世界同一時代，它們的出現或（有時）消失可用於提供所在地層的相對年齡。該原理是威廉·史密斯在查爾斯·達爾文進化論發表前近一百年所提出，演替原理的發展完全獨立於進化思想。然而，考慮到化石石化的不確定性，受棲息地橫向變化（沉積地層中的岩相變化）引起的化石類型局域化，以及並非所有化石都能被發現於全球同一時代內，因此，這一原理變得相當複雜[5]。

側向連續律

 
側向連續律原理示意圖

「側向連續律」規定沉積層最初朝各個方向橫向延伸；換句話說，它們是側向連續的。因此，其他各方面相似，但現在被山谷或其他侵蝕特徵隔開的岩石，可以假定最初是連續的。

沉積層不會無限延伸；相反，可以看到界限，並受到沉積物規模、類型以及沉積盆地大小和形狀的制約。沉積物會繼續移動至某一區域，並最終堆積下來。但隨着遠離源頭的沉積物數量減少，沉積層將變得越來越薄

由於搬送介質沒有足夠的能量來搬運粗粒材料，因此，粗顆粒材料一般不會移動。取而代之的是，輸送介質中最後沉澱在終點的將是粒度最細的顆粒，並呈現出從粗顆粒到細粒度材料的橫向過渡過程。地層內沉積物的這種橫向變化稱之為沉積相。

如果有充足的沉積材料，它將會一直堆積至沉積盆地的邊緣。通常，沉積盆地位於與正在形成中的沉積物非常不同的岩石中，沉積層的橫向界限將以岩石類型的突變為標誌。

火成岩包裹體

熔融包裹體是被困於晶體中的小熔岩包塊或「團塊」，而這些晶體則在形成火成岩的岩漿中生長。在很多方面，它們類似於流體包裹體。熔融包裹體通常很小–大多數直徑都小於100微米（一微米是千分之一毫米，或約0.00004英寸）。然而，它們能提供豐富的的有用信息。利用顯微觀察和一系列微量化學分析技術，地球化學家和火成岩學家們可從熔融包裹體中獲得一系列有用的信息。熔融包裹體的兩種最常見用途是研究特定岩漿系統歷史早期存在的岩漿成分。這是因為包裹體可以起到「化石」的作用—在這些早期熔體被後來的火成作用改變前，就將其捕獲並封存。此外，由於它們被困在高壓下，許多熔融包裹體還提供了有關驅動火山爆發的揮發性元素（如水、二氧化碳、硫和氯）含量的重要信息。

英國冶金學家「亨利·克利夫頓·索爾比」（Henry Clifton Sorby）是首位記錄晶體中微小熔融包裹體之人，近年來，先進化學分析技術的發展推動了熔體包裹體的研究。二戰後的幾十年來，前蘇聯在熔融包裹體的研究方面一直居於領先水平（索博列夫和科斯秋克，1975年），並開發了在顯微鏡下加熱熔融包裹體的方法，因此，可以直接觀察它們的變化。

儘管體積很小，但熔融包裹體可能含有多種不同的成分，包括玻璃（代表快速冷卻淬火的岩漿）、小晶體和單獨的富蒸汽氣泡。它們出現於在火成岩中發現的大多數晶體中，常見的礦物有石英、長石、橄欖石和輝石。熔融包裹體的形成似乎是岩漿中礦物結晶的正常部分，它們可以在火山及深成岩中找到。

包含的碎片

「包塊律」是地質學中的一種相對測年方法，從本質上說，該定律表明，岩石中的碎屑比岩石本身更古老[6]。捕虜岩就是一則示例，它是原岩的碎塊，由於頂蝕作用而落入到岩漿中。另一則例子是衍生化石，這是一種被從較老地層中侵蝕出來並重新沉積到較年輕地層中的化石[7]。

這是對查爾斯·萊爾在1830年至1833年多卷的《地質學原理》中所闡述原始「包裹體和成分原理」的重述。該原理指出，對於沉積岩，如果在地層中發現包裹體（或碎屑），則包裹體必定比包含它們的地層更古老。例如，在沉積岩中，較新地層中常見到來自較老地層的破裂礫石，而火成岩中的捕虜體也是這種情況，這些異物被岩漿或熔岩流裹入，隨後在基質中冷卻。因此，捕虜體比包含它們的岩石更古老...

行星學

主條目：行星科學 § 行星地質學

相對測年用於測定地球以外太陽系天體上的事件順序，幾十年來，行星科學家一直用它來解釋太陽系中天體的發展，特別是在絕大多數缺乏表面樣本的情況下。許多相同的原則也適用。例如，如果一道山谷形成於撞擊坑內，則山谷一定比隕石坑年輕。

隕石坑在相對測年中非常有用，一般來說，行星表面越年輕，隕石坑就越少。如果掌握到足夠精度的長期隕坑形成率，則可僅根據隕石坑數，就能了解粗略的絕對日期。然而，目前對地月系統以外的隕石坑形成率尚知之甚少[8]。

考古學

考古學中的相關測年方法與地質學中應用的一些方法相類似，類型學原理可與地質學中的生物地層學方法相比較。

另請查看

  • 常規
    • 一致性，來自獨立、無關聯來源的證據可「匯聚」到強有力的結論上

參考文獻

  1. ^ Stanley, Steven M. Earth System History. New York: W.H. Freeman and Company. 1999: 167–169. ISBN 0-7167-2882-6. 
  2. ^ Reijer Hooykaas, Natural Law and Divine Miracle: The Principle of Uniformity in Geology, Biology, and Theology 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2017-01-19., Leiden: EJ Brill, 1963.
  3. ^ Levin, Harold L. The earth through time 9th. Hoboken, N.J.: J. Wiley. 2010: 18. ISBN 978-0-470-38774-0. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Olsen, Paul E. Steno's Principles of Stratigraphy. Dinosaurs and the History of Life. Columbia University. 2001 [2009-03-14]. （原始內容存檔於2008-05-09）. 
  5. ^ As recounted in Simon Winchester, The Map that Changed the World (New York: HarperCollins, 2001), pp. 59–91.
  6. ^ See "Reading Rocks by Wesleyan University" 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2011-05-14. retrieved May 8, 2011
  7. ^ D. Armstrong, F. Mugglestone, R. Richards and F. Stratton, OCR AS and A2 Geology, Pearson Education Limited, 2008, p. 276 ISBN 978-0-435-69211-7
  8. ^ Hartmann, William K. Moons & Planets 4th. Belmont: Wadsworth Publishing Company. 1999: 258. ISBN 0-534-54630-7. 

引文

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