Chapter 8 - Clocks in rocks
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(從地層紀錄重建過去的地質活動歷史)
● Unconformities（不整合） – gaps in the record
(地質紀錄中存在年代的不連續)
●Types of Unconformities ● disconformity（假整合） ● angular unconformity (交角不整合) ● nonconformity (非整合):不整合面，上層地層覆
● faults（斷層）
● intrusions（侵入構造）
Cross-cutting relationships
ALeabharlann Baidu example
• Geologic history deduced from cross-cutting relationship
2. Geologic time scale: relative ages 地質時間表:相對年代
太古宙 Archean
紀 PERIOD
第四紀 Quaternary
第三紀 Tertiary
白堊紀 Cretaceous 侏羅紀 Jurassic 三疊紀 Triassic 二疊紀 Permian
世 EPOCH
全新世 Holocene 更新世 Pleistocene
上新世 Pliocene 中新世 Miocene 漸新世 Oligocene 始新世 Eocene 古新世 Paleocene
-
距今大約年代 (百萬年) MILLION YEARS
現代Today--0.01 0.01--1.8 1.8--5 5--24 24--35 35--57 57--65 65--144 144--206 206--251 251--300
石炭紀 Carboniferous
-
300--354
泥盆紀 Devonian
Angular unconformity
地質年代表 Geologic time scale
1. Reconstructing geologic history from the stratigraphic record
● Cross-cutting relationships
（橫切關係）
fossils are the same
age.
III
Outcrop A I II
Some of the fossils found in outcrop A are the same as fossils found in outcrop B, some distance away.
Outcrop B
蓋在變質岩或火成岩上
Unconformities (不整合)
• 地質記錄中有年代缺失 • 上層水平地層覆蓋在已侵蝕的水平地層上。
• 不整合不止說明了地質事件的時間，也說明了地
質事件的動力
Disconformity
Angular Unconformity
• 交角不整合 • 上層地層覆蓋在已侵蝕的傾斜地層上。
II
Layers with the same
fossils are the same
age.
III
由露頭A與B可建立 地層層序如右圖
Stratigraphic succession
Younger rocks I
II
III Older rocks
1. Reconstructing geologic history from the stratigraphic record
•(地質學家藉由研究岩石中的地質記錄來了解過去的地質活動)
• These clocks can be used to measure the duration
of geologic processes and cycles of the Earth system.
(岩石中的地質記錄可用來測量地質活動及地球系統循環所持續的時間)
-
志留紀 Silurian
-
奧陶紀 Ordovician
-
寒武紀 Cambrian
-
-
354--409 409--439 439--510 510--543
543--2,500
-
2,500--4,600
放射性定年
3. Measuring absolute time with radioactive clocks (利用放射性元素定絕對年代)
(同位素定年的方法)
● uranium-lead (鈾-鉛)
● potassium-argon(鉀-氬)
● rubidium-strontium(銣-鍶)
● carbon-nitrogen(碳-氮)
Atomic structure of matter
• 原子的結構
– 原子核
• 質子 與中子
– 電子
Rubidium-87 nucleus Strontium-87 nucleus
Neutrons
Protons
Electron
A neutron decays, ejecting an electron…
Rubidium-87 nucleus Strontium-87 nucleus
Neutrons
Protons
Electron
A neutron decays, ejecting an electron…
…and producing a proton, which changes the atom.
Outcrop B
II
III
Outcrop A I II
Some of the fossils found in outcrop A are the same as fossils found in outcrop B, some distance away.
Outcrop B
II
Layers with the same
Outcrop A（露頭A）
Outcrop B（露頭B）
I II
II III
Outcrop A I II
Outcrop B II III
Outcrop A I II
Outcrop B II III
Outcrop A I II
Some of the fossils found in outcrop A are the same as fossils found in outcrop B, some distance away.
• Geologists refer to both relative age and absolute
age.
(地質學家定年的方式包括相對年代與絕對年代)
Lecture Outline 1. Reconstructing geologic history from the
stratigraphic record (從地層的記錄重建地質歷史) 2. Geologic time scale: relative ages(地質時間表:相對年代) 3. Measuring absolute time with radioactive clocks
地球年代的計時
– 物理、化學 • 秒以下
– 其他 • 秒、分、小時
– 地質 • 長時間、百萬年
1. Reconstructing geologic history from the stratigraphic record
由地層紀錄重建地質歷史
● 地層學（stratigraphy) :描述、比對與區分沈積岩中的地層
Chapter 8
Clocks in rocks: Timing the Geologic Record
岩石中的”時鐘”:地質記 錄的計時
About the Clocks in Rocks
• Geologists have uncovered deep time by studying
the “clocks in rocks.”
– 絕對年代，放射性定年
利用化石
• 殼、牙齒、骨頭、植物、動物足跡
古生物（Paleontology)
• 1793，William Smith，利用化石來做地層 的相對定年，定出化石地層層序(faunal succession)
Original horizontality and superposition
● Divisions of geologic time
● eon (宙) ● era (代) ● periods (紀) ● epochs（世)
（ 冥 古 宙 ）
宙 EON
代 ERA
新生代 Cenozoic
顯生宙 Phanerozoic
中生代 Mesozoic
古生代 Paleozoic
元古宙 Proterozoic
● Principles of stratigraphy (地層學原理的三大原則) ● original horizontality (沉積水平定律：地層最早沈積時是水平沈積的) ● superposition (疊置定律：越下層的地層越老，越上層的地層越年輕) ● faunal succession (生物續替定律:不同地層中含有不同化石族群，這些 化石族群依一定的順序第次的出現在世界各地的地層 中)
Grotzinger • Jordan • Press • Siever
Understanding Earth
Fifth Edition
Chapter 8: CLOCKS IN ROCKS Timing the Geologic Record
Copyright © 2007 by W. H. Freeman and Company
Types of radioactive decay
Example: Rubidium-Strontium
Neutrons (中子) Protons(質子)
Electron(電子)
Rubidium-87 nucleus
Neutrons
Protons
Electron
A neutron decays, ejecting an electron… (當一個中子衰減,會釋放出一個電子)
利用地層
• 如果知道泥100年沈積10公尺，則100公 尺厚的泥岩需1000萬年來沈積。
• 但我們無法單由地層來確定年代，因為：
– 地層沈積速率會改變 – 兩次不同沈積間的年代不知有多長 – 遠隔於兩地的地層不能用來比對
瞭解地球演化過程與地球發展歷史的 研究方法
• 19世紀時
– 相對年代
• 現代
(絕對年代與放射性元素定年)
4. Geologic time scale: absolute ages
(地質時間表:絕對年代)
5. Timing the Earth system（地球系統的計時）
某些地質事件可以直接 量測時間，如河水的漲 落，冰川的移動； 某些可利用歷史的紀錄 來幫助量測。 但更長的地質事件則需 要岩石的紀錄來量測。
Original horizontality and superposition
sedimentation in lake or sea
Original horizontality and superposition
Sediments are deposited in horizontal layers and slowly change into rock.
• 原子數
– 原子核中質子的數目
• 原子量
– 質子與中子的質量和 – 同位素
• 相同的質子數，不同的中子數，形成不同的原子量
Types of radioactive decay (同 位素衰減的形式)
◎ Alpha emission ◎ Beta emission ◎ Electron capture
● Isotopic dating theory
(同位素定年理論)
● radioactive atoms
(放射性原子)
● parent-daughter
● half-life (半衰期)
3. Measuring absolute time with radioactive clocks
● Isotopic dating methods
Original horizontality and superposition
Younger Older
Example: Marble Canyon, Arizona
Original horizontality and superposition
Younger Older
Left undisturbed, the youngest layers always remain above the oldest.
● Unconformities（不整合） – gaps in the record
(地質紀錄中存在年代的不連續)
●Types of Unconformities ● disconformity（假整合） ● angular unconformity (交角不整合) ● nonconformity (非整合):不整合面，上層地層覆
● faults（斷層）
● intrusions（侵入構造）
Cross-cutting relationships
ALeabharlann Baidu example
• Geologic history deduced from cross-cutting relationship
2. Geologic time scale: relative ages 地質時間表:相對年代
太古宙 Archean
紀 PERIOD
第四紀 Quaternary
第三紀 Tertiary
白堊紀 Cretaceous 侏羅紀 Jurassic 三疊紀 Triassic 二疊紀 Permian
世 EPOCH
全新世 Holocene 更新世 Pleistocene
上新世 Pliocene 中新世 Miocene 漸新世 Oligocene 始新世 Eocene 古新世 Paleocene
-
距今大約年代 (百萬年) MILLION YEARS
現代Today--0.01 0.01--1.8 1.8--5 5--24 24--35 35--57 57--65 65--144 144--206 206--251 251--300
石炭紀 Carboniferous
-
300--354
泥盆紀 Devonian
Angular unconformity
地質年代表 Geologic time scale
1. Reconstructing geologic history from the stratigraphic record
● Cross-cutting relationships
（橫切關係）
fossils are the same
age.
III
Outcrop A I II
Some of the fossils found in outcrop A are the same as fossils found in outcrop B, some distance away.
Outcrop B
蓋在變質岩或火成岩上
Unconformities (不整合)
• 地質記錄中有年代缺失 • 上層水平地層覆蓋在已侵蝕的水平地層上。
• 不整合不止說明了地質事件的時間，也說明了地
質事件的動力
Disconformity
Angular Unconformity
• 交角不整合 • 上層地層覆蓋在已侵蝕的傾斜地層上。
II
Layers with the same
fossils are the same
age.
III
由露頭A與B可建立 地層層序如右圖
Stratigraphic succession
Younger rocks I
II
III Older rocks
1. Reconstructing geologic history from the stratigraphic record
•(地質學家藉由研究岩石中的地質記錄來了解過去的地質活動)
• These clocks can be used to measure the duration
of geologic processes and cycles of the Earth system.
(岩石中的地質記錄可用來測量地質活動及地球系統循環所持續的時間)
-
志留紀 Silurian
-
奧陶紀 Ordovician
-
寒武紀 Cambrian
-
-
354--409 409--439 439--510 510--543
543--2,500
-
2,500--4,600
放射性定年
3. Measuring absolute time with radioactive clocks (利用放射性元素定絕對年代)
(同位素定年的方法)
● uranium-lead (鈾-鉛)
● potassium-argon(鉀-氬)
● rubidium-strontium(銣-鍶)
● carbon-nitrogen(碳-氮)
Atomic structure of matter
• 原子的結構
– 原子核
• 質子 與中子
– 電子
Rubidium-87 nucleus Strontium-87 nucleus
Neutrons
Protons
Electron
A neutron decays, ejecting an electron…
Rubidium-87 nucleus Strontium-87 nucleus
Neutrons
Protons
Electron
A neutron decays, ejecting an electron…
…and producing a proton, which changes the atom.
Outcrop B
II
III
Outcrop A I II
Some of the fossils found in outcrop A are the same as fossils found in outcrop B, some distance away.
Outcrop B
II
Layers with the same
Outcrop A（露頭A）
Outcrop B（露頭B）
I II
II III
Outcrop A I II
Outcrop B II III
Outcrop A I II
Outcrop B II III
Outcrop A I II
Some of the fossils found in outcrop A are the same as fossils found in outcrop B, some distance away.
• Geologists refer to both relative age and absolute
age.
(地質學家定年的方式包括相對年代與絕對年代)
Lecture Outline 1. Reconstructing geologic history from the
stratigraphic record (從地層的記錄重建地質歷史) 2. Geologic time scale: relative ages(地質時間表:相對年代) 3. Measuring absolute time with radioactive clocks
地球年代的計時
– 物理、化學 • 秒以下
– 其他 • 秒、分、小時
– 地質 • 長時間、百萬年
1. Reconstructing geologic history from the stratigraphic record
由地層紀錄重建地質歷史
● 地層學（stratigraphy) :描述、比對與區分沈積岩中的地層
Chapter 8
Clocks in rocks: Timing the Geologic Record
岩石中的”時鐘”:地質記 錄的計時
About the Clocks in Rocks
• Geologists have uncovered deep time by studying
the “clocks in rocks.”
– 絕對年代，放射性定年
利用化石
• 殼、牙齒、骨頭、植物、動物足跡
古生物（Paleontology)
• 1793，William Smith，利用化石來做地層 的相對定年，定出化石地層層序(faunal succession)
Original horizontality and superposition
● Divisions of geologic time
● eon (宙) ● era (代) ● periods (紀) ● epochs（世)
（ 冥 古 宙 ）
宙 EON
代 ERA
新生代 Cenozoic
顯生宙 Phanerozoic
中生代 Mesozoic
古生代 Paleozoic
元古宙 Proterozoic
● Principles of stratigraphy (地層學原理的三大原則) ● original horizontality (沉積水平定律：地層最早沈積時是水平沈積的) ● superposition (疊置定律：越下層的地層越老，越上層的地層越年輕) ● faunal succession (生物續替定律:不同地層中含有不同化石族群，這些 化石族群依一定的順序第次的出現在世界各地的地層 中)
Grotzinger • Jordan • Press • Siever
Understanding Earth
Fifth Edition
Chapter 8: CLOCKS IN ROCKS Timing the Geologic Record
Copyright © 2007 by W. H. Freeman and Company
Types of radioactive decay
Example: Rubidium-Strontium
Neutrons (中子) Protons(質子)
Electron(電子)
Rubidium-87 nucleus
Neutrons
Protons
Electron
A neutron decays, ejecting an electron… (當一個中子衰減,會釋放出一個電子)
利用地層
• 如果知道泥100年沈積10公尺，則100公 尺厚的泥岩需1000萬年來沈積。
• 但我們無法單由地層來確定年代，因為：
– 地層沈積速率會改變 – 兩次不同沈積間的年代不知有多長 – 遠隔於兩地的地層不能用來比對
瞭解地球演化過程與地球發展歷史的 研究方法
• 19世紀時
– 相對年代
• 現代
(絕對年代與放射性元素定年)
4. Geologic time scale: absolute ages
(地質時間表:絕對年代)
5. Timing the Earth system（地球系統的計時）
某些地質事件可以直接 量測時間，如河水的漲 落，冰川的移動； 某些可利用歷史的紀錄 來幫助量測。 但更長的地質事件則需 要岩石的紀錄來量測。
Original horizontality and superposition
sedimentation in lake or sea
Original horizontality and superposition
Sediments are deposited in horizontal layers and slowly change into rock.
• 原子數
– 原子核中質子的數目
• 原子量
– 質子與中子的質量和 – 同位素
• 相同的質子數，不同的中子數，形成不同的原子量
Types of radioactive decay (同 位素衰減的形式)
◎ Alpha emission ◎ Beta emission ◎ Electron capture
● Isotopic dating theory
(同位素定年理論)
● radioactive atoms
(放射性原子)
● parent-daughter
● half-life (半衰期)
3. Measuring absolute time with radioactive clocks
● Isotopic dating methods
Original horizontality and superposition
Younger Older
Example: Marble Canyon, Arizona
Original horizontality and superposition
Younger Older
Left undisturbed, the youngest layers always remain above the oldest.