Az idõ relativit�sa

A modern idõ felfog�s alapj�n,  Einstein azaz a m�lt sz�zad 20-as �vei �ta az idõ �s t�r elv�laszthatatlan, t�ridõ rendszert alkot, azaz a "hol ?" k�rd�s �rtelmetlen a "mikor" k�rd�s n�lk�l.

Az �ll�t�st illusztr�lja az al�bbi �bra. Felt�telezz�k, hogy a megfigyelõ csillag�sz egy galaxist l�t, amely 1 milli�rd f�ny�v t�vols�gban van. �szlel�s�t valamilyen jelhez, p�ld�ul a f�ny be�rkez�s�hez kell kapcsolnia. Viszont a be�rkezõ f�nyjel 1 milli�rd �ve indult el, amikor a f�ld egy m�s, E' pozici�ban volt. Most viszont a galaxis van ismeretlen, G' helyen. �gy a m�rt t�vols�g val�j�ban nem a galaxis �s a F�ld k�z�tt egy idõpontban m�rhetõ t�vols�g, hanem a F�ld jelenlegi pozici�ja �s a Galaxis valamikori pozici�ja k�z�tti t�vols�g, teh�t a t�vols�g �s az idõ valamilyen kombin�ci�ja.

Az idõ m�r�s�nek felt�tele valamilyen (periodikus) v�ltoz�s felismer�se. Megismer�se, felismer�se val�szinûleg a napszakok peri�dicit�s�nak felismer�s�vel kezdõd�tt. Peri�dusos v�ltoz�st peri�dusos v�ltoz�ssal �sszehasonl�tva lehet m�rni. Ilyen peri�dusos v�ltoz�st produk�l� eszk�z�k a mindennapi �letben a k�l�nf�le �r�k. A legõsibb megold�sok a nap �s az �rny�k mozg�s�t haszn�lt�k. A fejlettebbek az ingamozg�st, illetve ac�lrug�k keltette rug�erõ okozta periodikus kit�r�seket haszn�lj�k az idõ m�r�s�re. A ma elterjedt szerkezetek a kvarc piezoelektromos tulajdons�ga alapj�n m�rik az idõt, a kvarc krist�lyban �lland� elektromos fesz�lts�g �ltal keltett �lland� frekvenci�j� rezg�s m�r�s�vel.

Az idõ legpontosabb definici�j�t ma a radioakt�v boml�s sebess�g�hez val� hasonl�t�s adja, a Cs¹³³ izot�pj�nak boml�si sebess�ge jelenti az idõ legpontosabb m�r�si eszk�z�t.

A relativit�s elm�let azon alapul, hogy a f�ny sebess�ge f�ggetlen a f�nyforr�s �s a megfigyelõ egym�shoz viszony�tott helyzet�tõl. Ebbõl az is k�vetkezik, hogy egy t�rgy m�rt hossza att�l is f�gg, hogy a koordin�ta rendszer a m�rt t�rgyhoz k�pest milyen sebess�ggel mozog. Hasonl� m�don, egy "mozg�" objektumon l�võ �ra �ltal m�rt idõintervallum hosszabb, mint a "nyugalomban" l�võ objektumon l�võ �r�n m�rt idõ. Mozg� �r�k  - m�g a radioakt�v �r�k is  - lassabban mozognak, mint az "�ll�k".

Szerencs�re a f�ldtani folyamatok sebess�ge annyira eleny�szõ a f�nysebess�ghez k�pest, hogy a fentiek miatt korrekci�t nem kell tenn�nk. Az is bizony�tott, hogy a f�ldtani idõ hat�rain bel�l a radioakt�v boml�s sebess�ge sem v�ltozott jelentõsen. �gy felt�elezhetj�k azt, hogy a f�ldt�rt�neti m�ltban az idõ m�r�se szempontj�b�l a maival azonos fizikai t�rv�nyek uralkodtak. Ennek a felt�telez�snek n�h�ny fejlõd�si modell ellentmond, pl. a gravit�ci�s �lland� idõbeli v�ltoz�s�t t�telezik fel. Ez a v�ltoz�s a F�ld �lettartama alatt nem lehet t�bb, mint n�h�ny sz�zal�k.

A f�ldtan idõt�vlatai a mindennapi �let idõhat�rait messze meghaladj�k. Az Univerzum jelenlegi ismereteink szerint 16 milli�rd �ve keletkezett (Ezt az �rt�ket  a mai r�di�csillag�szat �szlel�si hat�rai mellett m�g megfigyelhetõ legnagyobb t�vols�gban elhelyezkedõ objektumok alapj�n t�telez�nk fel, az innen ma be�rkezõ f�ny az univerzum kezdeti �llapot�ban indult el �tj�ra). A F�ld becs�lt kora 4,6 milli�rd �v.Mivel a f�ldtan a f�ldk�reg v�ltoz�sait vizsg�lja, az idõ, mint a v�ltoz�s sebess�g�nek m�rt�ke, a legfontosabb f�ldtani m�rõsz�m.

Az idõ fizikai egys�ge

A nap hossz�t a megfigyelõ obszervat�rium meridi�nj�n a Nap k�t �thalad�sa k�z�tt eltelt idõk�nt m�rhetj�k - ez 86 400 sec. A val�s�gban az ugyanazon pozici�ba ker�l�s idõtartama (sziderikus naphossz)  r�videbb, de ehhez F�ld  az orbit�lis p�ly�n val� kering�s okozta k�s�s ad�dik (szol�ris naphossz),  A szol�ris naphossz sem �lland�, rendszertelen milliszekundumos v�ltoz�sokat mutat, egyes v�lem�nyek szerint a F�ldmag belsej�ben jelentkezõ konvekci�s mozg�s intenzit�s�ban bek�vetkezõ v�ltoz�sok miatt.

Az idõ irreverzibilit�sa

Az idõ csak egy ir�nyban, az entr�pia n�veked�se ir�ny�ba halad, irreverzibilis v�ltoz�sk�nt. Egy izol�lt rendszer spont�n halad az egyens�ly, azaz a v�ltozatlans�g fel�. A termodinamika elsõ �s m�sodik fõt�tele szerint ebben az �llapotban lenne  maxim�lis a rendszer entr�pi�ja, a rendszer �llapot jellemzõit, azaz a t�rfogat�t �s belsõ energi�j�t tekintve. Az elsõ fõt�tel szerint
                                                    dU = T dS - PdV

ahol U = belsõ energia, T = hõm�rs�klet, S = entr�pia, P = nyom�s, V = t�rfogat).

Ha teh�t U �s V �lland�, akkor dU �s dV = 0, ez�rt dS = 0, teh�t az entr�pia sz�lsõ �rt�ke �rv�nyes�l. Az entr�pia csak maximum lehet, mert a 2. fõt�tel szerint olyan rendszerben, amely se nem vesz fel se nem ad le hõt, az entr�pia pozitiv elõjelû. Null�val egyenlõ entr�pia v�ltoz�s csak reverzibilis folyamatok eset�ben lehets�ges. Reverzibilis folyamatok csak egyens�lyihoz igen k�zeli helyzetben lehets�gesek (pl v�z-j�g reverzibilit�s).

Az irreverzibilit�s a F�ld eset�ben azt jelenti, hogy a F�ld egyir�ny� fejlõd�si, t�rt�n�si folyamat r�szese. �gy a f�ldtan gyakorlatilag t�rt�neti tudom�ny, �s a f�ldt�rt�net speci�lis, unik�lis t�rt�n�seivel foglalkozik.

A f�ldtani idõ
A jelenlegi elõad�s  a f�ldtan fizikai alapjaival foglalkozik, s csak �rintõlegesen foglalkozik a t�rt�neti f�ldtan n�ven ismert szak�ggal, mely nagy f�ldtani egys�gek fejlõd�st�rt�net�t vizsg�lja. Term�szetesen a sz�tv�laszt�s �nk�nyes, hiszen az "�ltal�nos" �rtelemben vett f�ldtani folyamatok is idõben zajlanak le, s r�luk ismereteinket a t�rt�neti vizsg�latokb�l szerezt�k. Ilyen p�ld�ul a kontinens v�ndorl�s, amelyre a kontinensek kor�bbi idõszakbeli �sszetartoz�s�b�l, s a f�ldt�rt�neti idõben val� mozg�sukb�l k�vetkeztet�nk.

A f�ldtani idõm�r�s alapjai

A f�ldtani k�pzõdm�nyekben az idõ m�l�sa akkor �rz�kelhetõ a legjobban, ha valamif�le anyagi bizonyit�ka van a megt�rt�nt folyamatoknak, p�ld�ul r�tegzett �led�kes kõzetek l�te. Ismern�nk kell a folyamatok menet�t �s ir�ny�t, hogy tudjuk melyik r�sze t�rt�nt elõbb, �s melyik k�sõbb. Az idõ hat�s�t el kell k�l�niten�nk m�s hat�sokt�l, pl. a t�rbeli helyzettõl. Ez�rt pl egy-egy helyen fel�llithat� relat�v idõsorrend nagyobb biztons�g�, mint t�bb helyrõl gy�jt�tt adatok alapj�n fel�llitott relat�v idõsorrend.

A helyi megfigyel�sek mindegyik�ben kell legyen valami k�z�s b�lyeg az �sszehasonl�t�s �rdek�ben, un. litol�giai vagy sztratigr�fiai vez�rszint, egy bizonyos õsmaradv�ny egy�ttes, vulk�ni hamusz�r�s szintje, stb. Itt megint szembetal�lkozunk az idõ-t�r probl�m�j�val: azonos dolgok egyidõben t�rt�ntek-e a k�l�nb�zõ helyeken?

Abszolut idõ�rt�k megad�s�hoz ismern�nk kell valamilyen foyamatsebess�get, amely a f�ldtani k�pzõdm�nyekben otthagyta a nyom�t - ilyen lehet pl. �led�kvastags�g, fa �vgyûrûk, paleom�gness�g p�lus v�lt�sa, radioaktiv boml�s

Sztratigr�fiai idõ

A f�ldk�reg felsz�ni r�sze jelentõs r�szben �led�kekbõl �s �led�kes kõezetekbõl �ll. A benne l�võ õsmaradv�nyok sokszor ezek tengeri eredet�t bizonyitott�k. A gravit�ci� jelleg�bõl fakad, hogy az �led�kes sorozatok f�ggõleges ir�ny� polarit�st mutatnak. Nicolas Steno (1669) vezette be az arculat (f�cies) fogalmat. Õ mutatott r� arra, hogy v�zi keletkez�sû �led�kek helyzete a keletkez�s idõpontj�ban a v�zszinteshez k�zeli volt, s a r�tegsorokban  felfel� haladva a k�pzõdm�nyek fiatalodnak.  Ma is ez a sztratigr�fia, �s �ltal�noss�gban a f�ldtani idõm�r�s alapelve.

A f�ldtani folyamatok term�szete
Egy egy r�teg litol�gi�j�t sz�mos jelleg egy�ttese hat�rozza meg. Ezek, s a kõzet faunaelemei is statisztikailag �rt�kelhetõk. Egy egy litol�giai jelleg m�g�tt sz�mos f�ldtani k�vetkeztet�s h�z�dik meg - p�ld�ul homokkõ-konglomer�tum jelenl�tekor a lepusztul�s ter�let�re, a sz�llit�s m�dj�ra, az oszt�lyoz�sra is k�vetkeztet�nk. A geokronol�gi�ban n�h�ny jelleg alapvetõ:
- vertik�lis litol�giai v�ltoz�sok a k�pzõd�s hely�n v�ltoz� k�pzõd�si k�r�lm�nyekre utalnak.
    P�ld�ul, ha felfel� haladva konglomer�tum, homokkõ, aleurit, agyag r�tegsort tal�lunk, a v�zm�lys�g n�veked�s�re, a sz�ll�t�si energia cs�kken�s�re k�vetkeztethet�nk.
- m�s esetekben a litol�gia az �led�kk�pzõd�s forr�s�n�l t�rt�nt v�ltoz�sra utal.
    A homokkõ - agyag �tmenet jelezhet - az elõzõeken t�l - kiemelked�si sebess�gben bek�vetkezett v�ltoz�st, illetve klimatikus v�ltoz�st. Vulk�ni t�rmel�k megjelen�se ak�r t�voli vulkanizmus folyamat�t jelzi.
- a sztratigr�fiai sorban jelentkezõ szakad�s az idõbeli kronol�gi�ban is szakad�st jelez. Ilyent okozhat kiemelked�s, gyûr�d�s, er�zi�, stb.
- a faunat�rsul�s radik�lis megv�ltoz�sa az �kol�giai viszonyok radik�lis megv�ltoz�s�nak k�vetkezm�nye, ami viszont a fizikai viszonyok v�ltoz�s�b�l fakad. Az ihark�ti tengeri tri�sz  feletti kr�ta bauxit �s agyag sz�razulati faun�ja a kiemelked�st, lepusztul�st jelzi.
- �j faunaelem fokozatos megjelen�se �j migr�ci�s �tvonal megny�l�s�ra enged k�vetkeztetni. Ilyen p�ld�ul a  harmadkorban gyakori d�l-amerikai �ri�s lajh�rok megjelen�se az �szak-amerikai kontinensen a panamai f�ldh�d l�trj�tt�vel a plioc�n idõszakban.
- faunaelemek fokozatos v�ltoz�sa ugyanazon �kol�giai tipusban a feltehetõen biol�giai evol�ci� eredm�nye.

Form�ci�k
A kronol�giai sorrend ki�pit�se �s �sszehasonlithat�s�ga �rdek�ben a gyakorlati geol�gia a sztratigr�fiai alapon �sszetartoz�nak v�lt, �s t�rk�pezhetõ, azaz litol�giai, paleontol�giai megk�l�nb�ztetõ jellegekkel bir� r�tegcsoportokat form�ci� n�ven k�l�n�tette el. T�bb form�ci� nagyobb egys�get, form�ci� csoportot alkot. A form�ci�n bel�l kisebb, helyi jelentõs�gû egys�gek a tagozatok.

Biosztratigr�fiai �s litosztratigr�fiai egys�gekbõl �p�l fel a form�ci�, s a k�tf�le alapon t�rt�nõ korbecsl�s eredm�nye nem mindig egyezõ. K�l�nb�zõ lehet a k�l�nf�le faunaelemek alapj�n v�gzett kormeghat�roz�sok eredm�nye is. A k�l�nf�le ter�letekre �n�ll�, region�lis �rv�nyû idõsk�l�k �p�ltek ki, amelyek t�bb-kevesebb �tfed�st, �s illeszt�si hib�t mutatnak, amennyiben m�s r�gi�k idõsk�l�j�val hasonl�tjuk õket �ssze.

A f�ldtani idõsk�la

Az al�bbi �br�n az egyes�tett �s abszol�t koradatokkal kieg�sz�tett sztratigr�fiai idõsk�la v�z�t mutatjuk be. Amint l�that�, az idõsk�la jelentõs r�sze - Prekambrium - csak nagy vonalakban ismert �s tagolt. A f�ldi kõzetegy�tteseknek csak azon r�sz�rõl �ll rendelkez�sre finom�tott beoszt�s, ahol a fauna-fl�raegy�ttesek jelentõs gyakoris�gban  megjelentek, azaz a Paleozoikum kezdet�tõl. Az innentõl a jelenkorig terjedõ idõ a 4,6 milli�rd �ves F�ld t�rt�net�nek utols� 15 %-�t, 570 milli� �ves szakasz�t  fedi le. Min�l jobban k�zelit�nk a jelenkorhoz, a korsk�la ann�l tagoltabb �s finomabb felbont�s�, s ann�l pontosabban ismerj�k a bio- litosztratigr�fiai egys�gek kapcsol�d�sait.

Az idõszakok hat�r�t nagy f�ldtani esem�nyek jel�lik ki - ma egyre t�bb bizonyit�kkal rendelkez�nk arra vonatkoz�an, hogy a korhat�rt jelzõ nagy esem�nyek kozmikus katasztr�f�khoz kapcsolhat�k Az �led�kekben gyakran elõfordulnak kozmikus eredet�nek tulajdon�tott t�rmel�kek, tektitek. Hasonl� de kev�sb� jelentõs, �s nem F�ld-m�retû f�ldtani t�rt�n�sek hat�rolj�k le az egyes korszakokon bel�li  f�ldtani korokat is.A sztratigr�fiai kronol�gia sz�mos egy�b r�szlet�vel a F�ldt�rt�net t�rgy keret�ben fogtok tal�lkozni.

Figyeld meg az al�bbi t�bl�zatot �s a hozz� tartoz� idõsk�l�t. A f�ldtani – sztratigr�fiai korokat itt angol n�ven olvashatod. A t�bl�zatok bal oszlop�ban a nagy idõegys�geket l�tod:

Prekambrium – A F�ld t�rt�net�nek 85 %-�t fel�lelõ idõ, 4,6-0,6 milli�rd �v intervallum k�z�tt. Kor�bban arr�l kapta nev�t, hogy a palozoikum legidõsebb idõszak�nak k�pzõdm�nyeinek e kõzetek alkott�k a fekvõj�t. A kor�bbi vizsg�lati m�dszerekkel az ebbe az idõszakba tartoz� k�pzõdm�nyekben  õsmaradv�nyt nem tal�ltak, s azt t�telezt�k fel, hogy a prekambrium-paleozoikum hat�ra ki. jelenti a f�ldi �let megjelen�s�nek idõhat�r�t. Ma m�r sz�mos õsmaradv�ny ismert a prekambrium k�l�nb�zõ k�pzõdm�nyeibõl.

A f�ldtani korok hat�r�t egy�ttal jelentõs hegys�gk�pzõd�si idõszakok intenzit�s szerinti cs�cspontjai is jelzik (maga a hegys�gk�pzõd�s idõben hosszan elny�l� folyamat).

A legidõsebb f�ldi kõzetek kora mintegy 3.6 milli�rd �v. A F�ld 4,6 �s 3,6 mili�rd �v k�z�tti idõszak�ban szil�rd k�reg val�szinûleg m�g nem alakult, �gy kõzeteket sem tal�lunk ebbõl az idõszakb�l. A 3,6 – 2,5 milli�rd �v k�z�tti idõszakot archaikumnak, a 2,5-0,6 milli�rd �v k�z�tti intervallumot proterozoikumnak nevezz�k.

Paleozoikum – �s�llati idõ – 570 �s 245 milli� �v k�z�tti idõ. A k�vetkezõ idõszakokra tagoljuk:

Kambrium                                            Tengeri t�bbsejtû szervezetek megjelen�se
Ordovicium                                         
Szilur                                                    Kaledoniai hegys�gk�pzõd�s
Devon                                                  Gerincesek megjelen�se
Karbon                                                            Sz�razf�ldi n�v�nyzet megjelen�se
Perm                                                    Hercyni hegys�gk�pzõd�s

A paleozoikum �s mezozoikum k�z�tti hat�ron a f�ldi fajok 90 %-a kipusztul. A k�t idõ k�z�tti hat�rt a sz�razulati �s �ce�ni ter�leteken egyar�nt az �led�kk�pzõd�s jelleg�nek drasztikus megv�ltoz�sa is jelzi. A v�ltoz�st kiv�lt� katasztrofikus esem�ny nem ismert.

Mezozoikum – K�z�p�llati idõ – 245 – 66 milli� �v

Tri�sz                                       Sz�razf�ldi gerincesek megjelen�se – Thethys kiny�l�sa  
Jura                                          A mai Atlanti �ce�n kiny�l�s�nak kezdete
Kr�ta                                       Thethys �ce�n bez�rul�sa, Alpi hegys�gk�pzõd�s kezdete

A mezozoikum - kainozoikum hat�r�n, 66 milli� �vvel ezelõtt szint�n az eg�sz F�ldre kihat� fauna v�ltoz�sok, �ghajlat v�ltoz�sok �s jelentõs szeizmikus esem�nyek k�vetkeztek be. Ennek eredet�t a mai Mexik� Yucat�n f�lsziget�vel szomsz�dos Karib tenger  akkori ter�let�re becsapod� t�bb tiz kilom�ter �tm�rõjû meteoritnak tulajdon�tj�k. A korszak hat�rhoz kapcsol�dik az addig domin�ns sz�razf�ldi hûllõk kihal�sa, s az emlõs�k t�rh�d�t�sa.

Kainozoikum – �j�llati idõ - 66 milli� �v – jelenlegi korunkig
A kr�ta hat�rt�l sz�razf�ldi faun�ban az emlõs�k megjelen�se �s fokoz�d� dominanci�ja a jellemzõ. K�t nagy idõszakra, a k�t idõszakot t�bb korszakra osztjuk:

            Harmadkor
                        Paleoc�n         
                        Eoc�n              
                        Oligoc�n                      
                        Mioc�n            
                        Plioc�n            

            Negyedkor
                        Pleisztoc�n
                        Holoc�n

A F�ld egyes sz�razulati ter�leteinek korviszonyai v�ltoz�ak. A kontinensek legidõsebb r�szei az un. pajzster�letek -kratonok, amelyek prekambriumi k�pzõdm�nyekbõl �llnak. Ennek szeg�ly�n alakultak ki a kaledoniai illetve hercyni hegys�gk�pzõd�si �vek, amelyek a paleozoikum sor�n kratoniz�l�dtak. Az igy megn�vekedett kratoni ter�letekhez "tapadnak" az alpi hegys�gk�pzõd�s sor�n deform�l�dott k�pzõdm�nyek. Ezek a F�ld ma ismert legnagyobb gyûrt hegys�grendszereit alkotj�k. V�g�l, az alpi fiatal k�reg�vekhez illleszkedve  tal�ljuk a harmad- �s negyedkorban l�trej�võ fiatal k�regr�szeket.  

Magyarorsz�g mai felsz�n�nek 90 sz�zal�k�t fiatal harmad- �s negyedkori k�pzõdm�nyek alkotj�k, ez�rt az ebben a korokban val� j� t�j�koz�d�snak n�lunk nagy jelentõs�ge van.

Radiometrikus kronol�gia

A radioaktivit�s �s az atomi boml�s k�z�tti kapcsolat felismer�s�vel Rutherford (1905) volt az, aki elõsz�r megteremtette a f�ldtani kronom�terek l�trehoz�s�nak lehetõs�g�t. M�r 1910 elõtt meghat�rozt�k a durva f�ldtani idõsk�l�hoz tartoz� abszol�t korhat�rokat Pb/U ar�nyok alapj�n. Ehhez kapcsol�dva siker�lt r�mutatni a jelent�ktelennek tûnõ �led�kh�zag idõszakok val�s�gos idõtartam�ra. A ma is haszn�lt m�dszerek alapjai az izot�p geok�mia fejlõd�s�vel p�rhuzamosan az 1920-1950 k�z�tti idõszakban fejlõdtek ki. M�ra a radioaktiv kronol�gia �ltal�nosan elfogadott� v�lt.

A m�dszer elvi alapjai
Az instabil atommagok protonjai �s neutronjai k�l�nb�zõ spont�n v�ltoz�sokon mennek kereszt�l. Az instabil izot�p gyakoris�ga cs�kken, s a l�trej�võ le�ny-izot�pok gyakoris�ga ezzel p�rhuzamosan nõ. A boml�s mell�kterm�kek�nt a r�szecsk�k (h�lium magok), b�ta r�szecsk�k (elektonok) �s gamma sug�rz�s form�j�ban energia szabadul fel. A boml�s sebess�ge f�gg az adott pillanatban jelenl�võ atomok sz�m�t�l. Azt mondhatjuk, hogy a l boml�si �lland� minden atommagra egyedileg jellemz�. Az id�egys�g alatt elboml� atomok sz�m�t megadja az al�bbi �sszef�gg�s: