Historia Ziemi

Badaniem nad dziejami Ziemi i jej wieku zajmuje się nauka zwana geologią historyczna. W zakresie jej zainteresowań jest odtworzenie przeszłości geologicznej, zmian klimatu, jak również ewolucja życia na Ziemi. Poznanie historii danego obszaru polega na odtworzeniu procesów i zmian, które na nim zachodziły. Określeniem wieku warstw skalnych na podstawie wzajemnego ich ułożenia zajmuje się nauka nazywana stratygrafią, natomiast nauka, która bada szczątki organizmów roślinnych i zwierzęcych żyjących w dawnych epokach geologicznych to paleontologia. Przy odtwarzaniu przeszłości geologicznej stosuje się zasadę aktualizmu geologicznego, w myśl której przyjmuje się, że mechanizm powstawania procesów geologicznych był w przeszłości taki sam jak procesów współczesnych. Skały są więc świadectwem ówczesnych warunków panujących na Ziemi, a struktury tektoniczne  dokumentacją ruchów skorupy ziemskiej. Wiek bezwzględny skał jest to czas, jaki minął od ich powstania. Wiek bezwzględny określa się kilkoma metodami, z których najbardziej rozpowszechniona jest metoda radiometryczna. Wykorzystuje ona właściwości pierwiastków promieniotwórczych. Każdy z izotopów ma określony czas, po którym połowa jego atomów ulega rozpadowi na atomy pierwiastków potomnych. Jest to tzw. czas połowicznego rozpadu. Proporcje między ilością pierwiastka promieniotwórczego, a ilością produktów jego rozpadu, przy znanym okresie połowicznego rozpadu i wyznaczonej jego stałej, wskazują liczbę lat, które upłynęły od momentu krystalizacji skały. W skałach magmowych rozpad pierwiastków promieniotwórczych rozpoczyna się z chwilą krystalizacji minerałów z magmy. Najczęściej bada się w skale zawartość izotopu uranu 238 (238U), dla którego okres połowicznego rozpadu wynosi 4,5 mld lat. Wiek młodszych skał osadowych zawierających szczątki organiczne można oznaczyć za pomocą badań zawartości izotopu węgla 14C. Żywe organizmy przyswajają promieniotwórczy izotop węgla 14C, który powstaje w górnych warstwach atmosfery. Stosunek ilości tego izotopu, do pozostałych izotopów węgla w żyjącym organizmie jest stały. Po śmierci organizmu, izotopu tego ubywa w szybszym tempie. Do analizy rozpadu izotopu węgla 14C nadaje się najlepiej węgiel drzewny, torf, oraz kości. W badaniach geologicznych powszechnie stosuje się określanie wieku względnego skał, czyli wieku podanego w porównaniu do wieku innych skał. Ustala się, które skały tworzyły się wcześniej, a które później, m.in. na podstawie ich wzajemnego ułożenia  Uznaje się, że w obszarach o budowie płytowej lub lekko zaburzonej skały osadowe leżące wyżej, są młodsze od skał leżących niżej. Przyjmuje się również, że na obszarach zaburzonych tektonicznie, wiek zaburzeń jest młodszy niż wiek skał nimi objętych. W poznaniu dziejów Ziemi pomagają skamieniałości, czyli zachowane w skałach szczątki organizmów roślinnych i zwierzęcych pochodzące z minionych okresów geologicznych. Porównywanie skamieniałości jest podstawą do określenia wieku różnych pokładów skał. Ustala się które zwierzęta i rośliny żyły wcześniej, a które później. Niektóre zwierzęta występowały bardzo powszechnie w pewnych epokach geologicznych, dlatego ich szczątki są charakterystyczne dla poszczególnych warstw. Skamieniałości takie nazywamy skamieniałościami przewodnimi. Na ich podstawie określa się wiek względny skał. Do skamieniałości przewodnich zalicza się skamieniałości tylko tych organizmów, które jako gatunki pojawiły się na krótko, lecz występowały licznie. Inną metodą wyznaczania wieku skał jest metoda dendrochronologiczna. Polega ona na badaniu przyrostu słojów drzew. Liczba ta zmienia się z roku na rok, w zależności od warunków klimatycznych panujących na danym obszarze, a także od aktywności Słońca.

Historia naszej planety

Mechanizm powstania naszej planety, jak i całego układu słonecznego nie jest jeszcze do końca wyjaśniony. Obecnie uważa się, że Słońce powstało z zagęszczenia kosmicznej chmury pyłowo-gazowej, natomiast planety układu słonecznego z pozostałości tej chmury. Energia wytworzona z kondensacji materii spowodowała rozgrzanie tych planet, oraz ich częściowe, bądź całkowite upłynnienie. Podobnie było z Ziemią, która podobnie jak i cały Układ Słoneczny powstała ok. 4,5 mld lat temu. Skorupa ziemska była początkowo bardzo cienka i składała się ze skał bazaltowych. Nie było hydrosfery, a atmosferę tworzyły: tlen, dwutlenek węgla, siarkowodór i inne związki. Procesy wulkaniczne doprowadziły do wydostania się magmy na powierzchnię ziemi i formację skał granitowych. Zapoczątkowało to tworzenie się granitowej skorupy ziemskiej. Kiedy temperatura na powierzchni naszej planety obniżyła się poniżej 100°C para wodna mogła już ulegać kondensacji. W przeciągu pierwszych 4 mld lat na Ziemi gromadziła się woda, która była produktem aktywności wulkanicznej. Początkowo zbiorniki wodne były płytkie i ciepłe, lecz stopniowo powiększały one swoją powierzchnię. Wody na naszej planecie miały wtedy silny kwaśny odczyn, a ich właściwości były zbliżone do  występujących współcześnie wód termalnych. W wyniku reakcji chemicznych następowało stopniowe osłabianie kwaśnego odczynu wód morskich. Na skutek działalności organizmów roślinnych znaczna część azotu, który występował w morzach pod postacią amoniaku przedostała się do atmosfery. Do wody morskiej przedostawały się pierwiastki chemiczne, z których tworzyły się związki soli. Powstanie skał osadowych spowodowało kolejne zmiany układu naszej planety. Niektóre z nich uległy przeobrażeniu. Powiększeniu uległ obszar zbudowany ze skorupy kontynentalnej.

Dzieje Ziemi podzielone zostały na pięć er, natomiast ery dzieli się z kolei na okresy. Era archaiczna i proterozoiczna są czasem nazywane prekambrem. Nazewnictwo er wywodzi się z języka grackiego (archaios- starożytny, proteros- pierwszy, palaios- dawny, mezos- środkowy, oraz kainas- nowy). Nazwy okresów natomiast pochodzą najczęściej od miejscowości, bądź obszarów na kuli ziemskiej, gdzie po raz pierwszy geolodzy poznali skały danego okresu np. miasto Perm we Francji, czy Jura na granicy Szwajcarii i Francji. Niektóre okresy swe nazwy zawdzięczają charakterystycznym skałom (np. kreda, czy karbon). Czas trwania poszczególnych er jest niejednakowy. Najdłużej przebiegały dwie najstarsze ery: archaiczna i proterozoiczna, które trwały ok. 4 mld lat.

W prekambrze formowała się skorupa ziemska. Kilkakrotnie występowały silne ruchy górotwórcze, którym towarzyszyły trzęsienia ziemi. Pasma górskie, które powstały w tej erze zostały zniszczone a na ich miejscu zaczęły formować się dzisiejsze tarcze (kanadyjska, gujańska, brazylijska, południowoafrykańska, bałtycka, chińska, australijska) i platformy, stanowiące najstarsze fragmenty kontynentów. Typowymi skałami występującymi w prekambrze były gnejsy, granity, oraz łupki krystaliczne. W skałach prekambryjskich występuje wiele złóż mineralnych pochodzenia magmowego i metamorficznego, np. złota (Kanada, Syberia), żelaza (Krzywy Róg), czy miedzi (Jezioro Górne). Na terenie Polski skały prekambryjskie występują tylko w Sudetach. Najstarsze z nich to gnejsy znajdujące się w Górach Sowich. W prekambrze kształtowała się atmosfera i prawdopodobnie padały już pierwsze deszcze. Istnieją dowody występowania pierwszych zlodowaceń i zmienności klimatu. Pierwotnymi formami życia, jakie rozwinęło się na naszej planecie były bakterie, które dały początek pierwszym skałom osadowym. Następnie powstały prymitywne rośliny, oraz prymitywne zwierzęta morskie. Istniały wówczas glony, jamochłony, pierścienice i gąbki. Ponieważ organizmy te nie posiadały szkieletów praktycznie nie zachowały się ich ślady, czy szczątki. Skały w których mogłyby przetrwać ich ślady uległy znacznym przeobrażeniom w późniejszych epokach geologicznych. Pod koniec prekambru pojawiły się pierwsze organizmy wielokomórkowe, potrafiące się rozmnażać płciowo.

Era paleozoiczna trwała ok. 370 mln lat i odznaczała się silnymi ruchami górotwórczymi kaledońskimi i hercyńskimi. Objęły one swym zasięgiem ówczesne obszary położone na pograniczu platform i oceanów. Orogenezom towarzyszyła silna działalność magmowa, powstało wiele intruzji granitowych, np. na obszarze Alp, Tatr, czy Karkonoszy. Tworzyły się złoża kruszców cyny, cynku, ołowiu, miedzi. Powstawały także liczne pokłady węgla kamiennego. W paleozoiku morze wielokrotnie objęło swoim zasięgiem platformy prekambryjskie. Wykształciła się osadowa pokrywa tych platform zwana platformą paleozoiczną. W okresach pomiędzy kolejnymi  się orogenezami tworzyły się na dnie zbiorników wodnych skały osadowe, w których znajdują się liczne skamieniałości. Pojawiły się liczne zwierzęta: skorupiaki, małże, czy stawonogi. W morzach tworzyły się pierwsze rafy koralowe.  Lądy zaczęły porastać lasy i zasiedlać pierwsze zwierzęta lądowe (pająki, płazy).

Era mezozoiczna trwała ok. 165 mln lat. Wystąpiły wówczas silne transgresje morskie, co doprowadziło do wytworzenia się pokrywy osadowej. Pod koniec ery mezozoicznej nastąpiły silne ruchy górotwórcze, których maksymalne natężenie przypadło na okres ery następnej. Prawie wszystkie ówczesne kontynenty znalazły się w strefie klimatu ciepłego.  Powstał Ocean Atlantycki w obecnych kształtach, który oddzielił Amerykę od Europy i Afryki. Uformowaną w paleozoiku Eurazję oddzielał od Afryki, Płw. Arabskiego i Płw. Indyjskiego wielki Ocean Tetydy. W erze mezozoicznej pojawiły się pierwsze ssaki, pierwsi przedstawiciele ptaków. Nastąpił wówczas wielki rozwój fauny uskorupionej, w tym amonitów i belemnitów, stanowiących skamieniałości przewodnie. W tym czasie zaznaczyło się panowanie gadów lądowych, morskich i latających. Bogata fauna morska przyczyniła się do powstania pokładów skał wapiennych. Pod koniec ery mezozoicznej wyginęły wielkie gady lądowe (dinozaury) i wielkie głowonogi (amonity) oraz wiele innych gatunków. Masowe wypadki wyginięcia zwierząt na naszej planecie zdarzały się wielokrotnie. Współczesna nauka próbuje wyjaśnić owe nagłe, katastroficzne wymarcia. Istnieje wiele koncepcji tłumaczących wyginięcie pewnych gatunków zwierząt w różnych okresach. Uważa się, że dinozaury wymarły wskutek ochłodzenia klimatu spowodowanego prawdopodobnie uderzeniem meteorytu lub na skutek innego czynnika kosmicznego.

Era kenozoiczna rozpoczęła się 65 mln lat temu i trwa do dzisiaj. Dzieli się ona na dwa okresy trzeciorzęd i czwartorzęd. Dzieje Ziemi dawniej dzielono na pierwszorzęd, drugorzęd, trzeciorzęd, i czwartorzęd. Nazwy trzeciorzęd i czwartorzęd są pozostałością po tym podziale. W trzeciorzędzie nastąpiły potężne ruchy górotwórcze, które wypiętrzyły najwyższe pasma górskie naszej planety. Była to orogeneza alpejska. Powstały wówczas Alpy, Karpaty, Pireneje, Apeniny, Andy, czy największe góry świata - Himalaje. Na początku ery kenozoicznej klimat na Ziemi był cieplejszy o 10°C, niż obecnie. Pod koniec trzeciorzędu układ lądów i mórz był już zbliżony do współczesnego. W trzeciorzędzie nastąpił ogromny rozwój fauny, zaczęły dominować ssaki. Już na początku trzeciorzędu pojawiły się ssaki naczelne: małpiatki i małpy. Później wykształciły się małpy człekokształtne i pierwsze formy ludzkie. W czwartorzędzie następowały znaczne wahania klimatu. W starszym czwartorzędzie plejstocenie w Europie na Półwyspie Skandynawskim i w Ameryce Północnej na Labradorze czterokrotnie miały miejsce silne zlodowacenia typu kontynentalnego. Zlodowacenia te spowodowały obniżenie się poziomu mórz i wielokrotne łączenie się lądów pomostami (np. Azji z Ameryką). Okresy glacjalne wymusiły nieustanne przesuwanie się stref roślinności. Zginęło wtedy wiele gatunków roślin i zwierząt. Na przełomie trzeciorzędu i czwartorzędu, pod koniec zlodowaceń plejstoceńskich na Ziemi pojawił się człowiek. Było to ok. 35.000 lat temu. W plejstocenie wykształciły się także zwierzęta przystosowane do życia w surowym klimacie, np. mamuty, nosorożce włochate, czy ogromne niedźwiedzie jaskiniowe. Okresem następującym po plejstocenie był holocen. Wtedy rozpoczął się proces ocieplenia klimatu (interglacjał). Trwa on do dziś. Jest to bardzo krótki okres w dziejach naszej planety. Liczy on zaledwie kilkanaście tysięcy lat. Wtedy właśnie pojawiły się pierwsze cywilizacje ludzkie. Człowiek udomowił zwierzęta i zaczął w znacznym stopniu przekształcać środowisko Ziemi.

Podział dziejów Ziemi: