العمليات الجيولوجية القديمة لتحديد الأعمار المطلقة

:عمليات التجوية في الجيولوجيا قديماً

خلال الثلث الأول من القرن العشرين، تم استكشاف العديد من كرونومتر التجوية المتقادم حالياً، والأكثر شهرة كانت محاولة تقدير مدة فترات العصر الجليدي البليستوسيني من خلال أعماق نمو التربة، في الغرب الأوسط الأمريكي، تم قياس سماكة مناطق (gumbotil)، ومناطق ترشيح الكربونات في الترسبات الجليدية، حتى التي تم وضعها خلال كل مرحلة من المراحل الجليدية الأربعة، وبناءً على النسبة المباشرة بين السُمك والوقت، تم تحديد الفترات الثلاثة بين الجليدية على أنها أطول من زمن ما بعد العصر الجليدي بواسطة عوامل جيولوجية معينة (3، 6، 8).

ومن أجل تحويل هذه العوامل النسبية إلى أعمار مطلقة، يتطلب تقديراً بالسنوات لطول ما بعد العصر الجليدي زمن، عندما اقترحت أدلة معينة أن يكون 25000 سنة رقماً مناسباً، أصبحت العوامل سنوات (وهي 75000 و 150.000 و 200000 سنة)، وإذا افترضنا أن الزمن الجليدي والوقت غير الجليدي متساويان تقريباً، فإن عصر البليستوسين استمر حوالي مليون سنة.

يُستخدم كرونومتر واحد فقط للتجوية على نطاق واسع في الوقت الحاضر، وسجلها الزمني هو طبقة الترطيب الرقيقة على سطح القطع الأثرية من حجر السج، على الرغم من عدم ظهور طبقة ترطيب على القطع الأثرية من الصوان والعقيق الأكثر شيوعاً، إلا أن حجر السج منتشر بدرجة كافية بحيث يكون لهذه الطريقة تطبيق واسع.

في بيئة معينة، يتم وصف عملية ترطيب حجر السج نظرياً بالمعادلة (D = Kt1 / 2)، حيث (D) هي سماكة حافة الترطيب، و(K) هي خاصية ثابتة للبيئة، و(t) هو الوقت منذ أن تم فحص السطح مكشوفة حديثاً، تم تأكيد هذه العلاقة من خلال التجارب المعملية عند 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت)، وقياسات الحافة على القطع الأثرية المصنوعة من حجر السج الموجودة في التسلسلات المؤرخة بالكربون 14، تشير التجربة العملية إلى أن الثابت K يعتمد كلياً تقريباً على درجة الحرارة وأن الرطوبة على ما يبدو ليس لها أهمية.

وسواء في قبر مصري جاف أو مدفون في تربة استوائية رطبة، يبدو أن قطعة من حجر السج لها سطح مشبع بطبقة جزيئية من الماء، وبالتالي فإن مفتاح التأريخ المطلق للسبج هو تقييم (K) لدرجات حرارة مختلفة، إن الأعمار تتبع المعادلة أعلاه بشرط أن تكون هناك معرفة دقيقة بتاريخ درجة حرارة العينة، حتى بدون هذه المعرفة، فإن حواف الترطيب مفيدة للتأريخ النسبي في منطقة مناخ موحد.

ومثل معظم الكرونومتر المطلق، فإن التأريخ الزجاجي له مشاكله وقيوده، لذلك يجب تجنب العينات التي تعرضت للنار أو للتآكل الشديد، علاوة على ذلك فإن القطع الأثرية التي أعيد استخدامها بشكل متكرر لا تعطي الأعمار المقابلة لطبقة الثقافة، تلك التي تم العثور عليها فيهاK ولكن بدلاً من ذلك لوقت سابق، عندما تم تشكيلها، وأخيراً هناك مشكلة تتمثل في أن الطبقات قد تتقشر إلى ما بعد 40 ميكرو متر (0.004 سم أو 0.002 بوصة) من السماكة، أي أكثر من 50000 سنة في العمر، من الحكمة في هذا الصدد قياس عدة شرائح من نفس العينة، ويوصى بهذا الإجراء بغض النظر عن العمر.

عمليات التراكم في الجيولوجيا:

إن الرواسب في المسطحات المائية السابقة أو الحالية، الملح المذاب في المحيط والفلور في العظام، هي ثلاثة أنواع من التراكمات الطبيعية ومؤشرات الوقت المحتملة، لتكون بمثابة مقاييس جغرافية يجب أن تكون السجلات كاملة ومعدلات التراكم معروفة.

ربما يشتمل الجزء الحفري من العمود الجيولوجي على 122000 متر من الصخور الرسوبية إذا تم اختيار أقصى سمك من جميع أنحاء العالم، وخلال أواخر القرن التاسع عشر، بذلت محاولات لتقدير الوقت الذي تشكلت خلاله بافتراض متوسط ​​معدل الترسيب، ونظراً لوجود تنوع كبير بين المعدلات المفترضة، كان نطاق التقديرات كبيراً أيضاً؛ أي من 2.4 مليار سنة إلى أقل من 3 ملايين سنة، وعلى الرغم من هذا الانتشار الهائل، شعر معظم الجيولوجيين أن الوقت في مئات الملايين من السنين كان ضرورياً لتفسير السجل الرسوبي.

فإذا كان العمود الجيولوجي يتكون بالكامل من طبقات سنوية، فإنه سيكون من السهل تحديد مدته، وقد تراكمت الرواسب في الصخور الرسوبية المحدودة بهذه الطريقة، ويقال إنها متفاوتة؛ لذلك يُطلق على الرواسب التي تبلغ قيمتها سنة واحدة اسم فارف، وهي تشتمل بشكل عام على صفيحتين في السنة.

رواسب فارف Varves:

تنشأ رواسب (Varves) استجابة للتغيرات الموسمية، ويتكون تكوين قشتالة نيومكسيكو على سبيل المثال، من طبقات متناوبة من الجبس والكالسيت، قد تعكس دورة درجة حرارة سنوية في المياه شديدة الملوحة التي ترسبت منها المعادن، في المناخات الرطبة والمعتدلة تكون رواسب البحيرة المتجمعة في الصيف أكثر ثراءً في المواد العضوية من تلك التي تستقر خلال فصل الشتاء، وتظهر هذه الميزة بشكل جميل في التقدم الموسمي للأحافير النباتية الدقيقة الموجودة في الصخر الزيتي في (Oensingen، Switz).

وفي الصخر الزيتي السميك في وايومنغ وكولورادو في الولايات المتحدة، لم يتم تحديد النباتات جيداً، ولكن يبدو أن الطبقات المتناوبة في الثراء العضوي تنقل نفس الدورة الموسمية، تحتوي هذه الصخور المسماة بـ (Green River Shales) أيضاً على أحافير وفيرة من أسماك المياه العذبة التي تؤكد الترسب في البحيرة، كما يبلغ سمكها أكثر من 792 متر رأسي، نظراً لأن متوسط ​​سمك الفارف يبلغ حوالي 0.015 سم (0.006 بوصة)، يُعتقد أن البحيرة موجودة منذ أكثر من 5 ملايين سنة.

كل من الأمثلة المذكورة أعلاه لها تسلسل زمني عائم؛ أي سجل زمني قابل للفك تم إنهاءه منذ فترة طويلة، ففي السويد على النقيض من ذلك، كان من الممكن ربط التسلسل الزمني المتغير للجليد بالوقت الحاضر، وبالتالي إنشاء تقنية مواعدة مطلقة حقاً، وعندما يكون من الممكن إجراء مقارنات مع التأريخ بالكربون المشع وهناك اتفاق عام على ذلك.

أفكار الجيولوجيين عن العظام الأحفورية:

في وقت مبكر من عام 1844، ادعى كيميائي إنجليزي يُدعى ميدلتون أن العظام الأحفورية تحتوي على الفلور بما يتناسب مع العصور القديمة، وهذه الفكرة سليمة من حيث المبدأ، بشرط أن تظل جميع المتغيرات الطبيعية الأخرى ثابتة، وتختلف نفاذية التربة وهطول الأمطار ودرجة الحرارة وتركيز الفلور في المياه الجوفية باختلاف الوقت والمكان، لذلك فإن التأريخ بالفلور ليس الإجراء البسيط الذي تصوره ميدلتون.

ومع ذلك فإن فكرة أن هيدروكسيباتيت في العظام المدفونة يخضع لتغيير تدريجي إلى فلوراباتيت فكرة صحيحة، في منطقة محدودة، حيث يوجد تناسق في المناخ والتربة، يكون مدى إضافة الفلور على الأقل مقياساً للعمر النسبي، وقد تم استخدامه بنجاح ملحوظ في تأريخ بقايا أسلاف بشرية معينة، كل من خدعة بلتداون على سبيل المثال والدفن التدخلي لهيكل جالي هيل العظمي، تم كشفهما جزئياً بواسطة قياسات الفلور، تم استكمالها بتحليل اليورانيوم الذي يشبه الفلور في زيادته مع مرور الوقت، والنيتروجين الذي يتناقص مع اضمحلال بروتين العظام.

يمكن معايرة تغيرات الفلورين إذا تم العثور على عينات العظام في تسلسل مؤرخ إشعاعياً، ومع ذلك فإن الشروط التي تحكم امتصاص الفلورين متغيرة للغاية حتى على مسافات قصيرة، لدرجة أنه من الخطر استخدام محتوى الفلور كمقياس كرونومتر مطلق يتجاوز بكثير موقع المعايرة نفسه، باختصار إن التأريخ بالفلور ليس الآن، وربما لن يكون أبداً كرونومتر مطلق، حتى عند استخدامها في التأريخ النسبي، هناك حاجة إلى العديد من تحليلات الفلور على عينات متنوعة، ويجب استكمالها بقياسات اليورانيوم والنيتروجين لإثبات الثقة في الاستنتاجات الزمنية.

الاختلافات الجيومغناطيسية لتحديد الأعمار المطلقة:

استناداً إلى ثلاثة قرون من القياس المباشر، من المعروف أن المجال المغناطيسي للأرض يتغير ببطء في كل من شدته واتجاهه، في الواقع يبدو أن التغيير كان هو القاعدة في كل ماضي الأرض، وتوفر المعادن المغناطيسية في الصخور (وفي مواد الطين المحروق) سجلًا للتغييرات القديمة، لأنها أخذت المجال المغناطيسي الموجود في وقت إنشائها أو وضعها.

تم اكتشاف الانعكاسات القطبية في الأصل في صخور الحمم البركانية، ومنذ ذلك الحين لوحظت في قلب أعماق البحار، ففي كلتا الحالتين يتم إضافة البعد الزمني من خلال طرق القياس الإشعاعي المطبقة على نفس المواد التي تظهر الانعكاسات، ومن المهم معرفة أن البوتاسيوم  الأرجون هو أكثر الكرونومتر استخداماً، وقد تم اقتراح مقياس زمني قطبية مغناطيسية (أو مغناطيسية قديمة) على طول خط المقياس الزمني الجيولوجي تسمى التقسيمات الزمنية فترات أو فترات.

ثم من بعد ذلك قم الجيولوجيين بوضع ما يسمى بالمواعدة غير الإشعاعية، فبالإضافة إلى التحلل الإشعاعي، تم التحقيق في العديد من العمليات الأخرى لفائدتها المحتملة في التأريخ المطلق لعمر الأرض، ولسوء الحظ  تحدث جميعها بمعدلات تفتقر إلى الاتساق العالمي للانحلال الإشعاعي، لكن في بعض الأحيان يمكن الحفاظ على المراقبة البشرية لفترة كافية لقياس معدلات التغيير الحالية، ولكن ليس من المؤكد على الإطلاق لأسباب مسبقة ما إذا كانت هذه المعدلات تمثل الماضي.