Геологи получают широкий спектр информации из окаменелостей. Они помогают нам понять эволюцию и жизнь в целом, они предоставляют важную информацию для понимания условий осадконакопления и изменений климата Земли и, конечно, они могут быть использованы для датировки камней.
Хотя признание окаменелостей восходит к сотням лет, систематическая каталогизация и отнесение относительных возрастов к различным организмам из далекого прошлого - палеонтологии - восходит к самой ранней части 19-го века.
Самые старые бесспорные окаменелости происходят из скал, датированных около 3,5 млрд. лет, и хотя эти старые окаменелости, как правило, плохо сохранились и бесполезны для датирования горных пород, они все же могут предоставить важную информацию об условиях в то время.
Самые древние хорошо изученные окаменелости происходят из камней, возраст которых составляет около 600 млн лет назад, и данные об осадочных отложениях с этого времени богаты ископаемыми останками, которые предоставляют подробные сведения об истории жизни.
Однако, как известно любому, кто отправился на охоту за ископаемыми, это не означает, что все осадочные породы имеют видимые окаменелости или что их легко найти.
Основные группы организмов, с которыми мы знакомы, эволюционировали между поздним протерозоем и кембрием (от ~ 600 до ~ 520 млн лет). Растения, которые эволюционировали в океанах как зеленые водоросли, пришли на сушу во время ордовика (~ 450 млн лет).
Насекомые, которые произошли от морских членистоногих, появились на суше во время девона (400 млн лет назад), а земноводные (то есть позвоночные) появились на суше около 50 миллионов лет спустя. К концу каменноугольного периода деревья произошли от более ранних растений, а рептилии - от земноводных.
К середине триаса динозавры и млекопитающие развились из очень разных ветвей рептилий, птицы эволюционировали от динозавров во время юрского периода. Цветущие растения развивались в конце юры или в начале мела.
Гомо эволюционировал во время позднего неогена (~ 2,8 млн лет назад). Если мы понимаем последовательность эволюции на Земле, мы можем применить знания для определения относительного возраста горных пород.
Это принцип преемственности фауны Уильяма Смита, хотя, конечно, он относится не только к «фауне» (животным), это может также относиться к окаменелостям растений и организмов простых организмов. Фанерозой видел пять основных исчезновений.
Наиболее значительным из них был конец перми, в котором исчезло более 80% всех видов и более 90% всех морских видов. Это событие уничтожило большинство известных типов организмов, но только некоторые из них полностью вымерли, включая трилобитов.
Второе наиболее значительное исчезновение было на границе мелового периода и палеогена (K-Pg, также известное как исчезновение KT). В то время около 75% морских видов исчезли. Опять же, несколько известных типов организмов вообще исчезли, включая динозавров (но не птиц) и птерозавров.
Другие типы были сильно уничтожены, но выжили, а затем процветали в палеогене. Предполагается, что вымирание K-Pg было вызвано воздействием большого внеземного тела (10–15 км в поперечнике).
Как уже говорилось, не случайно все основные вымирания совпадают с границами геологических периодов и даже эпох. Палеонтологи разместили большинство разделов геологической шкалы времени в точках в окаменелостях, где наблюдаются значительные изменения в типе наблюдаемых организмов.
Если мы можем идентифицировать ископаемое на уровне вида или, по крайней мере, на уровне рода, и мы знаем период времени, в течение которого организм жил, мы можем назначить диапазон времени для породы. Этот диапазон может составлять несколько миллионов лет, потому что некоторые организмы выжили в течение очень долгого времени.
Если в скале, которую мы изучаем, есть несколько видов окаменелостей, и мы можем назначить временные диапазоны этим окаменелостям, мы могли бы значительно сократить временной интервал для возраста породы.
Некоторые организмы выжили в течение очень долгого времени и не особенно полезны для датирования камней. Акулы, например, существуют уже более 400 миллионов лет, а белая акула до сих пор живет 16 миллионов лет.
Организмы, которые жили в течение относительно коротких периодов времени, особенно полезны для датирования горных пород, особенно если они были распределены по обширной географической области и, таким образом, могут использоваться для сравнения горных пород из разных регионов. Они известны как индексные окаменелости .
Не существует конкретного ограничения на то, насколько коротким должен быть промежуток времени, чтобы считаться ископаемым индекса. Некоторые жили миллионы лет, а другие гораздо меньше миллиона лет.
Некоторые хорошо изученные группы организмов квалифицируются как окаменелости биозоны, потому что, хотя роды и семейства жили в течение длительного времени, каждый вид жил относительно короткое время и его можно легко отличить от других на основе специфических особенностей.
Например, у аммонитов есть отличительная особенность, известная как линия наложения швов - где слои внутренней оболочки, которые разделяют отдельные камеры (перегородки), встречаются с внешней стенкой оболочки.
Эти линии шва достаточно изменчивы, чтобы идентифицировать виды, которые можно использовать для оценки относительного или абсолютного возраста пород, в которых они обнаружены.
Foraminifera (небольшие морские организмы с карбонатной оболочкой, которые возникли во время триаса и все еще существуют сегодня) также являются полезными окаменелостями биозоны. В течение мелового периода жили многочисленные различные фораминиферы.
Некоторые из них длились более 10 миллионов лет, а другие - менее 1 миллиона лет. Если фораминиферы в скале можно идентифицировать до уровня вида, мы можем получить хорошее представление о его возрасте.