2.1: Поняття часу
- Page ID
- 38683
«Що таке час? Тінь на циферблаті, вражає годинник, біг піску, день і ніч, літо і зима, місяці, роки, століття - це лише довільні і зовнішні ознаки, міра часу, а не сам час».
Генрі Уодсворт Лонгфелло, Гіперіон
«Всі місяці, всі роки, всі дні, всі вітри, беруть свій курс і проходять».
Прислів'я майя
Земна кора здається досить тихим більшу частину часу. Хоча ми тепер знаємо, що регіон Пьюджет Саунд є сейсмічно активним, ми з вами можемо їхати з Портленда, штат Орегон, до Ванкувера, до нашої ери, вздовж міждержавного 5 і ніколи не відчувати землетрусу.
Я був аспірантом Вашингтонського університету в 1950-х роках, і ніколи не думав про землетруси. Якби я прибув до Сіетла на півдюжини років раніше, я пережив би землетрус магнітудою 7.1 в 1949 році, який завдав великої шкоди і спричинив людські жертви. І якби я застряг на кілька років довше, я був би потрясений землетрусом в Сіетлі 1965 року, який спричинив більше збитків і смертей. Незважаючи на те, що я нічого не відчував протягом короткого часу, коли жив у Сіетлі, район Сіетла відчував нормальну сейсмічну активність протягом цього часу. Сучасні карти сейсмічності Puget Sound показують багато чорних крапок, хоча більшість ідентифікують землетруси, які занадто малі, щоб їх відчували що-небудь, крім чутливих сейсмографів.
Скільки часу до геолога? Подивіться на таблицю 1, яка показує ряд часових шкал, кожна з яких охоплює більш тривалий проміжок часу, ніж останній. Перший масштаб - історичний, час діловодства, починаючи з приходу західних дослідників два століття тому. Наступні дві шкали - це тисячі, а не сотні років; письмова історія Тихоокеанського північного заходу охоплює лише коротку частину шкали пізнього четвертинного часу. Пізнекайнозойська шкала становить мільйони років, а шкала Старої історії Землі охоплює чотири з половиною мільярди років.
Гаразд, я геолог, і я повинен думати в ці великі проміжки часу. Але я до сих пір вважаю це довго, коли я застряг в пробці на Interstate 5. Коли я росла, я думав, що це неприпустимо довгий час до Різдва чи мого дня народження. Ви можете погодитися, що це дуже довгий час, перш ніж закінчити коледж, або отримати ваші діти підняті, або піти на пенсію, і тому це, ймовірно, важко уявити, навіть двісті років люди ведуть облік на північному заході.
Тепер, коли я старший, я навчився займати дещо більше часу (за винятком випадків, коли я застряг на автостраді). Я знав обох своїх дідів, які розповідали мені історії про кінно-баггі дні. Мені подобається читати про ранніх поселенців у долині Вілламетт і Пьюджет Саунд 150 років тому, і це, мені здається, неймовірно давно.
Але насправді наша записана історія на Північно-Заході (Historical Time Scale, Таблиця 1) коротка. Ділянка узбережжя від Аляски до Каліфорнії була останнім регіоном Тихоокеанського регіону, який прийняв поселенців, бажаючих записати свою історію, факт, який стане значним, коли ми розглянемо великий землетрус Каскадія 1700 року н.е.
Іспанські дослідники досягли південного узбережжя Орегону приблизно в 1600 році н.е., і грецький авантюрист Іоанніс Фокас, відомий своїм ім'ям іспанською мовою Хуан де Фука, може або не виявив протоку, яка носить його ім'я. Капітан Джордж Ванкувер та іспанські морські капітани відвідали Пьюгет-Саунд наприкінці 1700-х років, а потім Мерівезер Льюїс і Вільям Кларк, які прибули на зимову зупинку в 1806 році, скаржилися на дощ і пішли додому. Але вони палали слід, і торговці хутром створили пости у форті Ванкувері та Асторії. Незабаром після цього багато поселенців зі сходу США приїхали в Орегон (який, як територія Орегон, включав в той час більшу частину Тихоокеанського північно-західного півдня Канади). Нові міста були створені на захід від Каскадних гір, а разом з містами та фермами люди будували дороги, встановлювали земельні претензії та почали газети. До 1840-х років, менше двох століть тому, люди вели письмові записи більш-менш безперервно по всій області на захід від Каскадів. Це означає, що ми знаємо лише те, що Тихоокеанський північний захід був вільний від великих землетрусів з того часу. До геолога, тобто не дуже довго, зовсім немає.
Корінні американці були тут задовго до цього, звичайно, але письмових записів вони не вели. Їхні багаті усні традиції є іншою справою, і деякі з їхніх історій документують великі землетруси і викликані землетрусом хвилі з моря.
Для геолога два століття - це як моргання ока. Землі більше чотирьох з половиною мільярдів років. Докази зі скель показують, що Тихоокеанський північний захід набагато молодший, і лише у північно-східному Вашингтоні та сусідніх Айдахо та Британській Колумбії ми знаходимо скелі, вік яких перевищує мільярд років. Більшості скель в західному Вашингтоні та Орегоні менше шістдесяти мільйонів років. Але це ще неймовірно довгий час. Геолог може легко говорити про шістдесят мільйонів років, але геологу так само важко уявити такий тривалий період часу, як і для когось іншого.
Якщо проміжок часу, який геологічні процеси діяли на Північно-Заході, неймовірно довгий, темпи цих процесів неймовірно повільні, приблизно так само швидко, як ростуть нігті.
| ІСТОРИЧНИЙ | |
| 2000 | Вік комп'ютерів, скорочення лісозаготівлі, зниження державних послуг, збільшення населення, Nisqually землетрус в 2001 році |
| 1980 | Mt. Свята Хеленс вибухнула. Космічні дослідження і люди на Місяці; В'єтнамська війна |
| 1960 | Мережа міждержавних автомагістралей США. Закінчення Другої світової війни атмосферні випробування ядерної зброї |
| 1940 | Ревуть двадцятих років після Великої депресії та Другої світової війни |
| 1914-18 | Перша світова війна |
| 1900 | Широкі лісозаготівлі та освоєння сільськогосподарських угідь; автомобілі замінили коней |
| 1880 | Розвиток залізничної мережі |
| 1860 | Громадянська війна в США; теперішній американо-канадський кордон, встановлений після свинячої війни на островах Сан-Хуан |
| 1840 | Піонери попрямували на захід до Орегону; поселення долини Вілламетт, Пьюгет низовини, дельта Фрейзера, південний острів Ванкувер, газети створені |
| 1820 | Створені центри торгівлі хутром в Асторії та Форт-Ванкувері |
| 1800 | Корінні американці були відповідальними, але не залишали письмових записів. Експедиція Льюїса і Кларка почала велику міграцію на захід |
| 1780 | Дослідники досягли узбережжя Британської Колумбії, Вашингтона та Орегону |
| 1700 | Землетрус зони субдукції Каскадії зафіксований цунамі в Японії |
| 1600 | Іспанські дослідники досягли південного узбережжя Орегону |
| ПІЗНІЙ ДОІСТОРИЧНИЙ | |
| 2000 | Сьогодні. Останній великий землетрус зони субдукції 26 січня 1700 р. |
| 1500 | Колумб відкрив Америку, але не північний захід Тихого океану |
| 1000 | Великий землетрус на розломі в Сіетлі близько 900 р. н.е. |
| 500 | Три землетруси зони субдукції між 500 і 1000 р. н.е. Довгий інтервал без землетрусів між B.C. 500 і A.D.500 |
| ПІЗНІЙ ЧЕТВЕРТИННИЙ | |
| B.P., що раніше означало «До теперішнього часу», перш ніж ядерні випади зіпсували наші шкали знайомств, тепер означає «До н.е. 1950» | |
| Н.Е. 2000 Р. | Сьогодні. |
| 5 000 Б.П. | Те саме, що і до н.е. 3000; 5000 років до н.е. 1950 р. Рівень моря наблизився до нинішнього положення; Mt. Мазама вибухнула з утворенням озера Кратер |
| 11 700 | Кінець плейстоцену і початок голоцену. Рівень моря піднімається. Вісімнадцять землетрусів субдукційної зони під час голоцену. Велика Міссула затопила 15 000 до 12 000 років тому |
| 15 000 | Крижані шапки відступають і рівень моря швидко зростає |
| 20 000 | Льодовиковий лід на південь, як Олімпія та Спокен, Вашингтон; берегові лінії майже на 400 футів нижче, ніж сьогодні |
| ПІЗНІЙ CENOZOI C (Вік, в тисячах років) | |
| 0 | Сьогодні. Рівень моря сьогодні на 20 футів нижчий, ніж 124 000 років тому |
| 500 | 500 000 років. Кілька крижаних просувань і відступів. Магнітне поле Землі змінилося на 780 000 років; раніше стрілка компаса вказувала на південь |
| 1 000 | Більше льодовикових досягнень і відступів |
| 2 600 | Початок плейстоцену 2 600 000 років тому |
| 2 000 | Епоха пліоцену |
| 2,500 | Перший великий льодовиковий період почався близько 2 400 000 років тому. Ще в пліоцені, який почався близько 5 300 000 років тому |
| СТАРА ІСТОРІЯ ЗЕМЛІ (Вік, в мільйони років) | |
| 0 | Сьогодні |
| 2.4 | Початок льодовикового періоду |
| 15-17 | Великі виверження Базальту річки Колумбія |
| 66 | Астероїд врізався в південну Мексику, динозаври вимерли |
| 245 | Найбільше масове вимирання в історії Землі |
| 570 | Початок трилобітів і скам'янілостей черепашок |
| 4 570 | Вік Землі, 4 570 000 000 років |
Коли я говорю про рух океанічної плити на північний схід до Орегону, Вашингтона та острова Ванкувер, і я кажу, що рух трохи більше півтора дюймів на рік, я іноді втрачаю свою аудиторію. Тут ми говоримо про збільшення обмеження швидкості на автострадах Орегона, а цього хлопця турбує швидкість в дюйм-півтора року? Дайте нам перерву! Але ця швидкість швидше, ніж швидкість трохи більше дюйма на рік, при якій прибережна Каліфорнія шліфується повз решту Північної Америки на розломі Сан-Андреас. Навіть з такою повільною швидкістю подорожей, розлом Сан-Андреас мав великі землетруси в 1812, 1857 та 1906 роках. Якщо ви продовжите цю швидкість ковзання протягом п'яти мільйонів років, прибережна Каліфорнія рухатиметься на північний захід більш ніж на вісімдесят миль. Тримайте це досить довго, і - затримайте дихання - Лос-Анджелес стане частиною Тихоокеанського північного заходу!
Припустимо, що один гігантський землетрус розірвав всю зону субдукції Каскадії в 1700 році нашої ери, до початку ведення обліку в регіоні, і спричинив зміщення 65 футів, що багато вчених вважають можливим. І давайте також припустимо, що цей землетрус полегшив усі навантаження, які повільно нарощувалися зі швидкістю 1,6 дюймів на рік. Розділивши 1,6 дюймів на рік на 65 футів, ви виявите, що кора відновила цей штам майже п'ятсот років, щоб зона субдукції могла знову розірватися під час наступного землетрусу. Зараз це довгий час, приблизно два з половиною рази наша записана історія на північному заході Тихого океану з часів експедиції Льюїса і Кларка.
Але ми вже використали понад двісті років записаної історії без землетрусу монстрів, і, як буде показано нижче, є геологічні докази з стихлих боліт Брайана Етуотера та історичні докази цунамі в Японії в 1700 році нашої ери, які ми вже використали більше трьохсот років. Чи варто забувати про це, оскільки нам ще може бути двісті років?
На жаль, ні, тому що час повторення землетрусів може бути дуже змінним. У південній Каліфорнії ділянку розлому Сан-Андреас розірвався в 1812 році і знову в 1857 році, всього через сорок п'ять років. Проте більше ста п'ятдесяти років пройшло без іншого сильного землетрусу уздовж тієї ж ділянки розлому. Найпівденніша частина розлому Сан-Андреас не мала великого розриву протягом більш ніж 300 років. Зона субдукції Каскадія може мати набагато довше, ніж двісті років, або ми могли б мати наступний великий землетрус Каскадія набагато раніше, можливо, в нашому житті, можливо, завтра.
Ще одна причина того, що ми не можемо сміятися на 1.6 дюймів на рік - це величезна кількість породи, яка нарощує штам. Океанічна плита, яка пробивається під краєм північноамериканського континенту, має товщину близько 40 миль і довжиною 740 миль, простягаючись від острова Ванкувер до північної Каліфорнії. Отже, незважаючи на те, що швидкість руху повільна, тіла гірських порід, які напружуються, мають титанічний розмір.
Оскільки часи для роботи геологічних процесів настільки важкі, геологи розробили часові шкали (див. Таблицю 1), аналогічні, мабуть, історикам, що відносяться до середньовіччя або епохи Відродження. Спочатку це робилося за допомогою скам'янілостей, оскільки організми змінювалися з часом еволюцією, а відмітні оболонки або кістки вимерлих видів використовувалися для характеристики конкретних часових інтервалів, які називаються періодами та епохами. В останні кілька десятиліть стало можливим на сьогоднішній день гірські породи безпосередньо, виходячи з надзвичайно регулярної швидкості розпаду деяких радіоактивних ізотопів таких елементів, як уран. Ці атомні годинники дозволяють нам дати вік Землі приблизно в чотири з половиною мільярди років і, крім того, на сьогоднішній день вік трилобітів, динозаврів та інших домінантних груп організмів, які зараз вимерли.
У нашому дослідженні землетрусів нам не потрібно турбуватися про більшість геологічних періодів і епох, включаючи століття трилобітів і динозаврів. Нам потрібно знати про ті часи, коли діють геологічні процеси, що викликають сьогоднішні землетруси: третинний і четвертинний періоди, разом відомі як кайнозойська ера. Нам потрібно щось знати про геологічну історію пізнішої частини третинного періоду, але нас найбільше турбує четвертинний, який розпочався 2,6 мільйона років тому (Таблиця 1). Ми розділимо четвертинну епоху на плейстоценові і голоценові епохи, причому межа між ними датується приблизно одинадцятьма тисячами років тому. Плейстоценова епоха, що охоплює більшу частину льодовикового періоду, бачила значну частину еволюції людей, а також шаблезубих тигрів, мастодонтів та великих печерних ведмедів.
Але найбільше нас хвилює голоцен, останні 11 700 років. Під час останнього плейстоцену та раннього голоцену великі крижані шапки Північної Америки та Європи розтанули, а додавання всієї цієї талої води до світового океану призвело до підняття рівня моря на сотні футів. Протягом останньої половини голоцену цивілізації виникли в Месопотамії, Єгипті, Китаї, і стали вести письмові записи.
Якщо геологи можуть показати, що розлом витримав землетрус під час голоцену, його відносять в особливу категорію небезпеки. Якщо він розірвався, що недавно, то, швидше за все, знову розірветься, і це називається активною несправністю. Ця класифікація, заснована на часі останньої діяльності, записана в законі в деяких штатах і в нормативні акти федеральних установ, таких як Комісія з ядерного регулювання США та інженерний корпус армії США.
Щоб дізнатися вік землетрусу, ми написали записи тільки для останньої частини голоцену, а для Тихоокеанського північного заходу історичний рекорд лише трохи довше двохсот років. Але ми можемо використовувати один з ядерних годин на сьогоднішній день раніше живих організмів протягом останніх двадцяти - тридцяти тисяч років. Це радіовуглецеве датування, засноване на природному розпаді радіоактивного ізотопу вуглецю (вуглецю 14) на стабільний вуглець (вуглець 12). Вуглець 14 починається як звичайний азот, який становить більшу частину атмосфери. Стабільний ізотоп азоту, азот 14, бомбардується космічними променями з космосу, змінюючи його на вуглець 14, який є радіоактивним і нестабільним. Організми, включаючи вас і я, займають як радіоактивні, так і стабільні ізотопи вуглецю в тих же пропорціях, що і в атмосфері. Після того, як організм гине, вуглець 14 розпадається до вуглецю 12 з точною швидкістю, так що половина вуглецю 14 пропадає через 5730 років. Ще через 5,730 років половина того, що залишилося, розпадається до вуглецю 12, а половина з них розпадається ще за 5,730 років, поки, нарешті, не буде занадто мало радіоактивного вуглецю 14 для вимірювання. Ми говоримо, що 5,730 років - це період напіврозпаду радіоактивного розпаду вуглецю 14 до вуглецю 12.
На жаль, радіовуглецеві годинник не настільки точні, як хотілося б. Радіовуглецеві датування не можуть отримати нас до точного року, але лише протягом декількох десятиліть від фактичного віку. Прикладом радіовуглецевого віку є 5300 ± 60 радіовуглецевих років, експресія лабораторної точності при підрахунку атомів вуглецю 14 щодо вуглецю 12. Радіовуглецеві роки - це не те саме, що «календарні» роки, оскільки космічне випромінювання, яке створює вуглець 14, не є постійним, але змінювалося протягом багатьох років. Мінце Штуйвер і його колеги з Вашингтонського університету розробили шкалу перетворення, яка змінює радіовуглецеві роки на календарні роки, і в більшості звітів сьогодні це перетворення вже зроблено, використовуючи комп'ютерну програму. Радіовуглецевий вік або календарний вік, скажімо, 5,300 років вказується як 5,300 років B.P., тобто перед теперішнім часом. Але «Сьогодення» насправді не сьогодні, тому що атмосферні наслідки випробувань ядерної зброї після Другої світової війни повністю зіпсували наше знайомство. Щоб обійти це, ми називаємо «сьогодення» як 1950 р. н.е.
Крім того, геолог або археолог повинен переконатися, що датований зразок вуглецю (деревне вугілля, фрагмент оболонки, фрагмент кістки) був таким же віком, як і родовище, в якому він знайдений. Деревне вугілля в родовищі, можливо, було вимито з мертвого дерева, яке на сотні років старше. Або деревне вугілля може бути частиною кореня від набагато молодшого дерева, яке росло і загинуло довго після того, як родовище було поховано іншим осадом.
Нарешті, співвідношення вуглецю 14 до вуглецю 12 в озерах і в районах океану може бути не таким, як в атмосфері. Щоб точно дати залишки організмів, які загинули в цих середовищах, необхідно розібратися, які співвідношення ізотопів вуглецю в цих умовах і зробити корекцію резервуара.
Щоб завершити наше обговорення часу, нам потрібно думати про землетруси двома способами. З одного боку, землетрус відбувається за лічені секунди, майже (але не зовсім) миттєво. Але з іншого боку, землетрус знаменує собою викид штаму, який накопичився протягом сотень, тисяч, навіть десятків тисяч років. Ми використовуємо радіовуглецеве датування, щоб дізнатися, скільки часу знадобилося напруження, щоб накопичити достатньо, щоб розбити велику масу гірських порід під час землетрусу за останні тридцять тисяч років. Ми також можемо використовувати кільця дерев, щоб визначити протягом одного року, коли певне дерево, що росте в прибережному лісі, раптом було поховано нижче рівня моря.
Щоб зрозуміти небезпеку землетрусу, недостатньо розібратися, що станеться в майбутньому землетрусі. Щоб досягти прогресу в прогнозуванні землетрусів, нам потрібно знати, скільки часу потрібно вина, щоб створити достатню напругу для розриву в землетрусі, і наскільки великим може бути цей землетрус. Коли? Де? Наскільки великий? На відповіді на ці питання тримається наша здатність реагувати на небезпеку землетрусу і пережити її.
Пропозиції щодо подальшого читання
Левін Г.Л., 1999. Земля крізь час, шосте видання. Нью-Йорк: Видавництво коледжу Сондерс, 568 с., 7 додатків.
Пеллегріно, К.Р. 1985. Ворота часу: мчить назад через історію. Blue Ridge Summit, Пенсильванія: TAB Books, Inc., 275 p. Пояснення просторів часу поглядом назад через постійно зростаючі часові прольоти до самого початку; написано для миряни. Таблиця 1 заснована на цій ідеї.
Вікандер, Р., і Дж. Монро, 2012, Історична геологія, 7-е видання. CENGAGE Навчання, друк або електронна книга.
Єйтс, Р.С., К.Е. Сіе, і К.Р. Аллен. 1997. Геологія землетрусів. Нью-Йорк: Преса Оксфордського університету, глава 6, стор. 116-38.