地质纪年：相对时间和绝对年龄确定及地质年表建立

地球始终处于运动发展之中，而发展又是在时间上有阶段性、在空间上有地域性。因此，地球科学具有历史学的特点。正因为如此，人们对地质体的认识大多是以其形成演化作为切入点的。

人类用了数千年的时间才建立起三种确定地球物质形成时间的方法：

（1）利用沉积成因的岩石中的古生物演化特征，确定沉积地层形成的相对时间。

（2）利用地层叠置关系和各种地质、构造交切关系，确定其相对时间。

（3）同位素地质年代学利用岩石矿物的同位素测量，可以获取地球物质形成的绝对年龄。

天然放射性的发现及其衰变定律的研究，为地质历史计时开拓了新途径。1935年尼尔（A．O．Nier）用质谱仪分析了铀 铂 铅的同位素组成；1936年斯莫林克（U．E．Cmapuk）用207Pb／206Pb比值测定地质年代；1947年霍尔姆斯（A．Holmes）根据放射性测年数据建立起显生宙地质年表。在同位素地质年代学中，20世纪40年代出现K-Ar法和Rb-Sr法；50年代出现14C法和K-Ca法；60年代又有Re-Os法、铀系列不平衡法、裂变径迹法和40Ar39Ar法；70年代有Ru-Hf法、Sm-Nd法和沉降核类法；80年代有电子自旋共振法和La-Ce法等。随着高精度质谱仪的进步，特别是电子计算机的广泛采用，使得微量化学分析技术和中子活化技术等得到发展和应用，不断提高了地质年代测量的精确度，其应用范围和深度也日益扩大。

地球的演化具有明显的阶段性。通过对地球物质年代的测定，已经按宙、代、纪、世建立起地质年表（表1）。(www.xing528.com)

根据太阳系陨石的同位素年代学研究结果，地球的形成年龄为45．6亿年。地质学家进一步根据地球生命演化特点以及大量其他地质观测与分析资料，将地球的演化阶段分为冥古宙（45．6亿～40亿年）、太古宙（40亿～25亿年）、元古宙（25亿～5．7亿年）等。这里，“宙”指的是地质时期或阶段。不同阶段的分界时间分别为40亿年、25亿年、5．7亿年。

表1 地球演化的主要阶段

40亿年前的冥古宙时期，是地球形成的初期，大量的陨石撞击作用，使地球出现大量的陨石坑。这种陨石撞击作用一方面促进了地壳上层的演化，另一方面也损坏了早期地球演化的许多证据，以至于很难恢复并认识此期间地球演化的各种细节。20世纪80年代，根据同位素年代学，应用单颗粒锆石离子探针质谱（SHRIMP）方法，在西澳大利亚发现年龄接近43亿年的古老花岗岩质地壳经过风化、剥蚀、搬运、沉积而形成的碎屑锆石，由于锆石的形成一般需要相对酸性的环境，从而暗示当时可能存在花岗质酸性地壳，而不是过去认为的玄武质基性地壳。此时，地球上还没有生命形式。

太古宙时期，开始出现生命的初始形式，如原始藻类。大陆地壳发育大片的绿岩型地壳和长石、石英矿物组成的酸性地壳，其特征为高级变质的片麻岩。由于长期的演化，很难寻找和分解太古宙地壳构造的特征，甚至连其识别标志都存在很大争议。有些学者还认为，这一时期地球上不存在板块构造，因为尽管当时地球上已经有海水存在，但远没有演化成现今的大洋，也远没有确切的证据表明有类似现代的大洋地壳。以基性火山岩和沉积物组成的绿岩盆地沉积，不具有现代大洋地壳的特征。地球化学研究指出，这一时期的海水呈酸性，年代越早，酸性越强。从而，当时海水对地壳中有用矿物质的溶解力很强，使绿岩中玄武质岩石中的铁大量地溶解于海水之中，形成大量条带状硅铁建造。这种硅铁建造，如我国鞍山式铁矿和北美苏必利尔型铁矿，是早期盆地中形成的沉积铁矿，一般规模巨大。

元古宙时期，由于游离氧气出现于大气圈中，地表化学环境出现大的变化，壳尖生物开始出现，二氧化碳与钙、镁、铁结合，形成大量的碳酸盐岩，海水逐渐转化为中性。另外，由于地球内部中、短寿命的放射性元素消亡殆尽，地球内部核转变能降低，大陆地壳逐渐变冷，构造活动性降低，趋于相对稳定。显生宙时期，随着大洋盆地的增多，洋、陆之间或槽、台之间的古全球构造逐渐进入板块构造体系，而频繁地碰撞转化，形成规模巨大的山系，如欧亚大陆上的乌拉尔山脉、阿尔卑斯—喜马拉雅山脉等。至于显生宙时期大洋盆地如何获得地球表面2／3的面积，至今仍是一个未解之谜。有人认为，板块构造导致早期形成的大陆地壳再循环进入地幔，从而出现面积庞大的大洋盆地。但是，地球化学对地幔的研究表明，这种可能性不大，来自地幔岩石的同位素组成并没有显示出上地幔仍滞留有很多大陆地壳物质。大洋火山岩的地球化学表现为极度亏损的成壳元素。此外，还有一种可能性，随着地球的分异，地球深处的高密度物质上升到浅部，转化为低密度物质，引起地球的膨胀，从而使早期的超级大陆发生分裂，形成若干大洋盆地。但这种说法迄今还缺乏必要而独立的证据。