地質年代尺度

年代層序学は、地殻のすべての岩石を相対的な年代に基づいて年代層序単位と呼ばれるグループに分類する層序学の一分野です。 ^{[ 4 ]}年代層序単位には、特定の時間間隔で堆積した世界中のすべての岩石層が含まれます。^{[ 6 ]}

年代層序学は、岩石の相対的な関係、ひいては岩石記録における年代層序上の位置を決定するために、いくつかの重要な原理を使用します。^{[ 7 ] [ 8 ]}

• 地層重の法則とは、変形していない地層では、最も古い地層が最下部に位置し、新しい地層が表面に積み重なるという法則である。^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 8 ]： 150}
• 原初水平性の原理とは、堆積層は重力の作用によりもともと水平に堆積するというものである。^{[ 9 ] [ 11 ] [ 8 ]}しかし、すべての堆積層が純粋に水平に堆積するわけではないことが現在では知られているが、^{[ 8 ] [ 12 ]}この原理は依然として有用な概念である。
• 横方向連続性の原理とは、堆積層は薄くなったり、別の岩層によって切断されたりするまで、あらゆる方向に横方向に広がっている、つまり横方向に連続しているという原理である。^{[ 9 ]}層は無限に広がっているわけではなく、その限界は堆積盆地内の堆積物の量と種類、およびその盆地の形状によって決まる。^{[ 13 ]}
• 交差切断関係の原理とは、別の岩石を切断する岩石は、切断される岩石よりも新しいものであるという原理である。^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 8 ]}
• 包有断片の法則とは、ある種類の岩石の小さな断片が別の種類の岩石に埋め込まれている場合、その断片は先に形成され、その岩石が形成される際に包有されたに違いないという法則である。^{[ 11 ] [ 8 ]}
• 不整合は、地質記録の空白を表す地質学的特徴です。不整合は、侵食または非堆積の期間に形成され、堆積物の不連続な堆積を示します。^{[ 8 ]}地層における不整合の種類と関係を観察することで、地質学者は地層の相対的な時期を理解することができます。^{[ 13 ]}
• 動物相の遷移の原理（該当する場合）は、岩石層には特徴的な化石群が含まれており、それらが特定の信頼できる順序で垂直方向に連続しているというものである。^{[ 14 ] [ 8 ]}これにより、層間の境界が連続していなくても、層を相関させることができる。^{[ 13 ]}

地質年代学は地質時代の研究です。放射年代測定などの定量的測定（地質年代測定法）を用いて正確な年代を算出し、古地磁気や安定同位体比などの相対的年代測定法を用いて地球の歴史上の出来事の時間枠を確立します。^{[ 5 ] [ 7 ]}地質年代単位とは、年代層序単位が形成された時間間隔のことです。^{[ 6 ]}例えば、シルル系（年代層序単位）のすべての岩石は、シルル紀（地質年代単位）に堆積しました。 ^{[ 15 ]}

地質年代単位の年代は、改良された年代測定技術によって精緻化され、変更される可能性があります。しかし、同等の年代層序単位の境界は変更されません。^{[ 2 ] [ 15 ]}例えば、2022年初頭、カンブリア紀（地質年代単位）の基底は541 Maから538.8 Maに改訂されましたが、カンブリア紀基底の境界の岩石定義（GSSP）、したがってエディアカラ系とカンブリア系（年代層序単位）の境界は変更されていません。むしろ、絶対年代が精緻化されただけです。^{[ 2 ]}

歴史的には、同時期の岩石における世界各地の岩相層序および生物層序の違いから、地域的な地質年代尺度が使用されてきた^{[ 16 ]} 。ICSは、年代層序単位の下限を定義するために使用できる、世界的に重要で識別可能な層序境界を標準化することによって、矛盾する用語を調和させるために長年取り組んできた^{[ 7 ]} 。世界境界層序断面および点（GSSP）は、特定の地理的位置の特定の岩石層序の正確な点をステージの下限として定義する。これらの基準点は非公式に「ゴールデン」スパイクとして知られている^{[ 15 ]} 。スパイクより上のすべての層は1つの時間間隔に属し、それより下のすべての層は別の時間間隔に属する。これにより、世界中の同年代の層をゴールデンスパイクを含む地層と相関させることができる。例えば、チクシュルーブ小惑星衝突によって生じたイリジウム異常は、古第三紀系の下限、ひいては白亜紀と古第三紀の境界を示している。GSSPはチュニジアのウエド・ジェルファンで定義されているが、イリジウム異常を含む地層は世界中で見られる。^{[ 17 ]}

原生代（エディアカラ紀を除く）、始生代、冥王代は、地質学的特徴ではなく絶対年代（世界標準層序年代）によって細分化されている。 ^{[ 7 ]}これらの区分を岩石記録とよりよく整合させるための提案がなされている。^{[ 18 ] [ 16 ]}

最も近代的な地質年代尺度は、1911年にアーサー・ホームズ（1890～1965）によって策定されました^{[ 22 ]} 。ホームズは、地球の地殻の変化は連続的かつ均一なプロセスによって生じるという斉一説の考え方を提示したスコットランドの地質学者ジェームズ・ハットン（1726～1797）から着想を得ました^{[ 23 ]} 。岩石と時間の関係についてのより広い概念は、紀元前1200年から紀元後600年までの古代ギリシャの哲学者たちにまで遡ることができます。コロフォンのクセノファネス（紀元前570～487年頃）は、海面より上にある貝殻の化石を含む岩層を観察し、それらをかつて生きていた生物とみなし、海が陸地を侵食したり後退したりする不安定な関係を暗示するためにこれを用いました。^{[ 24 ]}この見解は、クセノファネスの学者数名と、アリストテレス（紀元前384～322年）を含む後世の学者たちにも共有されており、アリストテレスは（追加の観察に基づいて）陸と海の位置が長い期間にわたって変化してきたと推論した。深遠な時間の概念は、中国の博物学者沈括^{[ 25 ]}（1031～1095年）やイスラムの科学者・哲学者、特に清浄兄弟団にも認識されており、彼らは論文の中で時間の経過に伴う層状化の過程について書いている。^{[ 24 ]}彼らの研究は、11世紀のペルシャの博学者アヴィセンナ（イブン・シーナー、980～1037年）の研究に影響を与えた可能性が高く、アヴィセンナは『治癒の書』（1027年）の中で層状化と重ね合わせの概念について書いており、ニコラウス・ステノより6世紀以上も前のことである。^{[ 24 ]}アヴィセンナもまた、化石を「植物や動物の体の石化」と認識していた^{[ 26 ]} 。13世紀のドミニコ会司教アルベルトゥス・マグヌス（1200年頃～1280年）は、アリストテレスの自然哲学から着想を得て、これを石化流体の理論へと拡張した^{[ 27 ]} 。これらの著作は、聖書に目を向けた中世ヨーロッパの学者たちには、ほとんど影響を与えなかったようである。 化石の起源や海面変動を説明するために、しばしばこれらを「大洪水」に帰属させ、1282年のリストロ・ダレッツォもその一つである。 ^{[ 24 ]}イタリア・ルネサンス期になって初めて、レオナルド・ダ・ヴィンチ（1452-1519）が地層、相対的海面変動、時間の関係を活性化させ、化石を「大洪水」に帰属させることを非難するに至った。^{[ 28 ] [ 24 ]}

これらの生物が大洪水によって海から遠く離れた場所に運ばれたと考える人々の愚かさと無知について述べよう。なぜ、貝殻の破片や完全な貝殻が、さまざまな岩層の間に多数見つかるのだろうか。貝殻が海岸にあり、海によって新たに打ち上げられた土砂に覆われ、それが石化したのではないだろうか。また、もし前述の大洪水がこれらの生物を海からこれらの場所に運んだのだとしたら、貝殻は岩の層の端にしか見つからないはずであり、海が近隣の川から運ばれてきた砂や泥の層を増やし、海岸に広げた冬の年数を数えることができるような、多くの岩層の端には見つからないはずだ。もし、これらの岩層とその間の貝殻を生み出すには、多くの洪水があったに違いないと言いたいのであれば、そのような洪水が毎年起こったと断言する必要が出てくるだろう。

ダ・ヴィンチのこれらの見解は未発表のままで、当時影響力はなかったが、化石とその意義に関する疑問は追求され、創世記に反対する見解は容易には受け入れられず、宗教的教義に異議を唱えることは一部の場所では賢明ではなかったものの、ジローラモ・フラカストロのような学者はダ・ヴィンチの見解を共有し、「大洪水」に化石を帰属させることはばかげていると考えていた。^{[ 24 ]}哲学や岩石の概念に関する多くの理論はそれ以前に発展したが、「地球上のどこにでも適用できる地質年代尺度を策定するための最初の本格的な試みは18世紀後半に行われた」。^{[ 27 ]}その後、19世紀には、学者たちは層序に関する理論をさらに発展させた。しばしば「地質学の父」^{[ 29 ]}と呼ばれるウィリアム・スミスは、彼以前の学者から学ぶのではなく、観察を通して理論を発展させた。スミスの研究は主に、彼が当時行った岩層と化石の詳細な研究に基づいており、彼は「これほど多くの岩層をこれほど広い範囲にわたって描いた最初の地図」を作成しました。^{[ 29 ]}岩層とそれに含まれる化石を研究した後、スミスは、岩の各層には、世界のさまざまな地域の岩層を識別および相関させるために使用できる独特の物質が含まれていると結論付けました。^{[ 30 ]}スミスは、化石が発見された地層の年代の指標として機能するという動物相の遷移の概念を開発し、1816 年の著書「組織化された化石によって識別される地層」でその考えを発表しました。^{[ 30 ]}

ニールス・ステンセン、より一般的にはニコラス・ステンノとして知られている (1638–1686) は、層序学の 4 つの基本原則を確立したと考えられています。^{[ 24 ]}固体内部のナチュラリターの内容、論文のプロドロムスでは、ステノは次のように述べています。^{[ 9 ] [ 31 ]}

• 特定の地層が形成される際、その上に存在する物質はすべて流動性であったため、最下層の地層が形成される時点では、上層の地層は存在していなかった。
• 地層は、水平線に対して垂直であるか、または傾斜しているが、かつては水平線と平行であった。
• 地層が形成される際、その地層は周囲を別の固体物質で囲まれていたか、あるいは地球全体を覆っていたかのどちらかである。したがって、地層の端が露出している場所があれば、必ず同じ地層の連続性を探すか、あるいは地層の物質が拡散するのを防いでいた別の固体物質が存在するはずだ。
• ある地層を横切る物体や不連続面がある場合、それはその地層よりも後に形成されたものでなければならない。

これらはそれぞれ、重ね合わせの原理、原水平性、側方連続性、および交差関係の原理である。ステノは、この原理から地層が連続して堆積したと推論し、相対的な時間（ステノの考えでは、創造からの時間）を推測した。ステノの原理は単純で多くの注目を集めたが、その適用は困難であることが判明した。^{[ 24 ]}これらの基本原理は、より改良され、よりニュアンスのある解釈が加えられたとはいえ、地層と地質学的時間の相関関係を決定する基礎原理を形成している。

18世紀を通じて、地質学者たちは以下のことを認識した。

• 地層は堆積後、侵食されたり、歪んだり、傾いたり、あるいは反転したりすることがよくあります。
• 異なる地域で同時期に堆積した地層は、全く異なる外観を示すことがある。
• ある特定の地域の地層は、地球の長い歴史のごく一部を表しているにすぎない。

地質記録を時間に関して正式に区分した最も初期のものは、聖書モデルの時代にトーマス・バーネットによって導入されたもので、彼は「大洪水」の時に形成された岩石を「montes primarii 」、後に「 primarii」の残骸から形成された若い「 monticulos secundarios」を識別することで、山々に二重の用語を適用した。^{[ 32 ] [ 24 ]}アントン・モロ（1687～1784）も岩石ユニットに一次と二次の区分を用いたが、彼のメカニズムは火山性であった。^{[ 33 ] [ 24 ]}この初期の深成岩説では、地球の内部は高温であると考えられており、これが一次火成岩と変成岩の形成を促し、二次岩石はねじれて化石を含む堆積物を形成した。これらの一次区分と二次区分は、ジョヴァンニ・タルジョーニ・トッツェッテ​​ィ（1712～1783年）とジョヴァンニ・アルドゥイーノ（1713～1795年）によって拡張され、第三紀と第四紀の区分が含まれるようになりました。^{[ 24 ]}これらの区分は、岩石が堆積した時期と岩石の集合体（つまり、第三紀の岩石、第三紀と言うのが正しい）の両方を説明するために使用されました。現代の地質年代尺度では第四紀区分のみが残されていますが、第三紀区分は21世紀初頭まで使用されていました。ネプチューン説とプルートン説は19世紀初頭まで競合し、この論争の解決の鍵となったのはジェームズ・ハットン（1726-1797）の研究、特に1785年にエディンバラ王立協会で初めて発表された彼の地球の理論であった。 ^{[ 34 ] [ 10 ] [ 35 ]}ハットンの理論は後に斉一説として知られるようになり、ジョン・プレイフェア^{[ 36 ]}（1748-1819）と、後にチャールズ・ライエル（1797-1875）が彼の『地質学原理』で広めた。^{[ 11 ] [ 37 ] [ 38 ]}彼らの理論は、当時西洋の宗教で受け入れられていた聖書の年代記に基づいてジェームズ・アッシャーが決定した地球の年齢6,000年に強く異議を唱えた。代わりに、彼らは地質学的証拠を用いて地球ははるかに古いと主張し、深遠な時間の概念を確固たるものにした。

19世紀初頭、ウィリアム・スミス、ジョルジュ・キュヴィエ、ジャン・ドマリウス・ダロイ、アレクサンドル・ブロンニャールらは、地層と化石群集に基づく岩石の体系的な区分を先駆的に行った。これらの地質学者は、岩石ユニットに付けられた地域名をより広い意味で用い始め、地層同士の類似性に基づいて、国境や大陸の境界を越えて地層を関連付けた。現代のICC/GTSで使用されている、時代区分以下の名称の多くは、19世紀初頭から中頃にかけて決定されたものである。

19世紀には、地球の年齢に関する議論が再び活発化し、地質学者は侵食速度や堆積層の厚さ、あるいは海洋化学に基づいて年齢を推定し、物理学者は基本的な熱力学や軌道物理学を用いて地球や太陽の冷却の年代を決定した。^{[ 3 ]}これらの推定値は方法や著者によって150億年から0.075百万年まで幅があったが、ケルビン卿とクラレンス・キングの推定値は物理学と地質学における彼らの卓越性から当時高く評価されていた。これらの初期の地質年代測定による決定はすべて、後に誤りであることが判明する。

アンリ・ベクレル、マリー・キュリー、ピエール・キュリーによる放射性崩壊の発見は放射年代測定の基礎を築いたが、放射年代を正確に決定するために必要な知識と道具が整うのは1950年代半ばになってからのことだった。^{[ 3 ]}アーネスト・ラザフォード、バートラム・ボルトウッド、ロバート・ストラット、アーサー・ホームズによるウラン鉱物や岩石の年代測定の初期の試みは、ホームズが1911年と1913年に発表した最初の国際的な地質年代尺度とみなされるものへと結実した。^{[ 22 ] [ 39 ] [ 40 ]} 1913年にフレデリック・ソディが同位体を発見し^{[ 41 ]} 、 20世紀初頭から中頃にかけてフランシス・ウィリアム・アストン、アーサー・ジェフリー・デンプスター、アルフレッド・OC・ニーアが先駆的に行った質量分析法の発展により、放射年代を正確に測定することが可能になり、ホームズは1960年に最終版を発表し、地質年代尺度にいくつかの改訂を加えた。 ^{[ 3 ] [ 40 ] [ 42 ] [ 43 ]}

1961年のIUGSの設立^{[ 44 ]}と、IUGSの加盟委員会となるための層序委員会（1965年申請）^{[ 45 ]}の承認により、ICSが設立されました。ICSの主な目的の1つは、「承認された委員会の決定を含む、標準的で参照可能な世界的な地質年代尺度であるICS国際年代層序チャートの確立、出版、および改訂」です。^{[ 1 ]}

ホームズに続いて、1982年、^{[ 46 ]} 1989年、^{[ 47 ]} 2004年、^{[ 48 ]} 2008年、^{[ 49 ]} 2012年、^{[ 50 ]} 2016年、^{[ 51 ]}および2020年にいくつかの地質年代尺度に関する書籍が出版されました。 ^{[ 52 ]}しかし、2013年以降、ICSは、商業的な性質、独立した作成、および以前に出版されたGTSバージョン（2013年以前のGTS書籍）に対するICSによる監督の欠如を理由に、ICCの作成と配布の責任を負っています。ただし、これらのバージョンはICSと密接に関連して出版されました。^{[ 2 ]}その後の地質年代尺度に関する書籍（2016年^{[ 51 ]}および2020年^{[ 52 ]}）は、ICSの監督のない商業出版物であり、ICSによって作成されたチャートに完全に準拠していません。 ICSが作成するGTSチャートは、v2013/01から始まるバージョン番号（年/月）で管理されています。ICSが前回のバージョン以降に承認した変更点を反映させた新しいバージョンが、毎年少なくとも1つ公開されます。

以下の5つのタイムラインは、地質年代を縮尺通りに示しています。最初のタイムラインは地球の形成から現在までの全期間を示していますが、最新の時代を表すスペースはほとんどありません。2番目のタイムラインは、最新の時代を拡大表示したものです。同様に、3番目のタイムラインでは最新の時代が、4番目のタイムラインでは最新の期間が、そして5番目のタイムラインでは最新の世が拡大表示されています。

（上記のタイムラインの横軸は百万年単位、下記のタイムラインの横軸は千年単位です。）

2000年に初めて提唱された^{[ 102 ]}人新世は、地球の歴史の中で最も新しい時代を表す提案された時代/系列です。まだ非公式ではありますが、地球上の多くの状況やプロセスが人間の影響によって大きく変化した現在の地質学的時間間隔を示すために広く使用されている用語です。^{[ 103 ]}人新世を地質学的出来事ではなく地質学的時間期間として定義することは、依然として議論の的となっており困難です。^{[ 104 ] [ 105 ] [ 106 ] [ 107 ]}

2019 年 5 月、人新世ワーキンググループは、人新世系列/世の確立に関する正式な提案を ICS に提出することに賛成票を投じた。^{[ 108 ]}正式な提案は完成し、2023 年後半に第 4 紀層序小委員会に提出された。これは、西暦 1952 年に対応するプルトニウム濃度の上昇が見られるオンタリオ州クロフォード湖のセクションに関するものであった。 [109] この提案は、^{2024年初頭}に正式な地質時代としては却下され、代わりに「地球システムに対する人類の影響の貴重な記述子」として残されることになった。^{[ 110 ]}

地球の月の地質史は、地形学的指標、すなわち衝突クレーター、火山活動、侵食に基づいて時間スケールに分割されています。この方法で月の歴史を分割するプロセスは、地球の地質時間スケールとは異なり、時間スケールの境界が地質学的プロセスの根本的な変化を意味しないことを意味します。最新の月の地質時間スケールでは、5つの地質システム/時代（プレネクタリアン、ネクタリアン、インブリア、エラトステネス、コペルニクス）が定義され、インブリアは2つの系列/世（前期と後期）に分けられています。^{[ 117 ]}月は、太陽系の中で、人類が既知の地質学的文脈を持つ岩石サンプルを持っている唯一の天体であるという点で独特です。

火星の地質史は、 2つの異なる時間スケールに分けられています。火星の最初の時間スケールは、火星表面の衝突クレーター密度を研究することによって開発されました。この方法により、プレ・ノアキアン（約4,500～4,100 Ma）、ノアキアン（約4,100～3,700 Ma）、ヘスペリアン（約3,700～3,000 Ma）、アマゾニアン（約3,000 Ma～現在）の4つの期間が定義されています。^{[ 118 ] [ 119 ]}

時代区分:

火星探査機マーズ・エクスプレスに搭載されたOMEGA分光計で観測された鉱物変質に基づく第2の時間スケール。この方法を用いて、フィロシアン期（約4,500～4,000 Ma）、テイキアン期（約4,000～3,500 Ma）、シデリキアン期（約3,500 Ma～現在）の3つの期間が定義された。^{[ 120 ]}