Lange tijd heeft de geologie het moeten doen met een relatieve tijdschaal, vooral gebaseerd op de evolutie die uit fossielen is te herleiden. Achteraf kan men alleen maar grote bewondering hebben voor de scherpzinnigheid en de enorme hoeveelheid minutieus onderzoek die nodig waren om zo’n relatieve tijdschaal op te stellen.

Later kwamen er ‘absolute’ tijdschalen bij, onder meer gebaseerd op de jaarlijkse cycli in warven, op de verschillen in groeiringen van bomen, etc. Die tijdschalen omvatten echter alleen de laatste honderden tot duizenden jaren, en inmiddels was allang bekend dat de aarde veel ouder moest zijn. De grote omwenteling kwam toen in het midden van de twintigste eeuw datering met radioactieve isotopen mogelijk werd. Eerst alleen met koolstof-14 (een methode die inmiddels dateringen tot enkele tienduizenden jaren mogelijk maakt), later ook met andere vervalreeksen van radioactieve isotopen (van uranium tot lood, van kalium tot argon, etc.), waarmee ouderdommen van enkele miljoenen tot miljarden jaren kunnen worden vastgesteld Daarmee kon voor het eerst ook de ouderdom van de aarde als geheel met enige mate van precisie worden bepaald. Overigens blijft het nog steeds relatief moeilijk om dateringen tussen ca. 50.000 jaar en een miljoen jaar precies uit te voeren. Een klassiek voorbeeld van een tijdschaal; met dateringen (en de ‘klassieke’ namen van de diverse tijdseenheden) is die van Harland et al. (1982).

De dateringen maakten het mogelijk om bij steeds meer geologische grenzen een ouderdom aan te geven. Bij gebrek aan dateerbare gesteenten, en vanwege de steeds nauwkeuriger wordende dateringtechnieken, zijn de ouderdommen van die grenzen overigens regelmatig aangepast. Een duidelijk voorbeeld vormt de grens tussen Precambrium en Cambrium (de meest belangrijke grens in de aardgeschiedenis vanwege het plotseling verschijnen van complexe levensvormen waarvan ook nu nog directe afstammelingen bestaan). Zo’n 40 jaar geleden werd die grens nog op 600 miljoen jaar gesteld; later liep die ouderdom geleidelijk steeds verder terug, van 590 tot 542 miljoen jaar nu.

De achtereenvolgende edities van de wandkaarten van Elsevier met de geologische tijdschaal (Haq & Van Eysinga, 1994, 1998) geven deze tendens van een steeds jongere grens tussen Precambrium en Cambrium (net als nog veel meer ontwikkelingen) duidelijk weer. Overigens geldt zeker niet dat alle grenzen in de loop der tijd jonger zijn geworden: de aanpassingen naar ouder of jonger lijken in het algemeen geen richting aan te geven. Zo lijkt ’toevallig’de grens tussen Paleozoïcum en Mesozoïcum steeds iets ouder te worden.

De nauwkeurigheid van de dateringen lijkt momenteel erg groot (Villeneuve, 2004). In het voorstel voor de nieuwe geologische tijdschaal staat bij alle grenzen binnen het Fanerozoïcum een datering aangegeven met een nauwkeurigheid tot op 100.000 jaar, met ook een marge van 100.000 jaar. Zo staat bij de grens tussen Perm en Trias (gekenmerkt door de grootste massa-uitsterving ooit) een datering van 251,0 (plus of min 0,1) miljoen jaar. Die accuratesse moet overigens niet als voor eens en altijd geldig worden beschouwd. Zeer recent (17 september) werd er nog een artikel gepubliceerd (Mundi et al., 2004) waarin wordt aangetoond dat deze grens 252,6 (plus of min 0,2) miljoen jaar oud is. Het verschil in ouderdom valt te verklaren uit de toegepaste meettechniek (Kerr, 2004). Die is in beide gevallen gebaseerd op het verval van uranium (in zirkoonkristallen), via dochterproducten, tot lood. Het blijkt dat bij de meting die 251,0 miljoen jaar opleverde, zirkoonkristallen zijn gebruikt waaruit in de loop der tijd een beetje lood is ‘weggelekt’. De tweede datering kon op slimme wijze dat probleem voorkomen, en moet dus betrouwbaarder worden geacht. Zo is inmiddels het inzicht gegroeid dat radiometrische dateringen ook anderszins beïnvloed kunnen worden. Er kunnen bijvoorbeeld in een gesteente kristallen voorkomen die zijn ‘overgeërfd’ uit een ouder gesteente, en zo de datering ‘vervuilen’.

De niettemin steeds nauwkeuriger dateringen lieten overigens het algemene beeld onveranderd. In de loop van de afgelopen twee eeuwen is er eigenlijk niet zo bar veel veranderd in de (relatieve) tijdschaal. Aanvankelijk werd de geologische tijd, op basis van de aangetroffen fossielen, verdeeld in het Primair, het Secundair, het Tertiair en het Kwartair. De namen ‘Primair’ en ‘Secundair’ werden later vervangen door ‘Paleozoïcum’ (de era van het oude leven) en ‘Mesozoïcum’ (de era van het middelste leven). Tertiair en Kwartair, die hun namen bleven behouden, werden op basis van diverse overwegingen toen samen ingedeeld in het Kenozoïcum (de era van het jonge leven). De vondst van gesteenten die ouder waren dan de oudste periode van het Paleozoïcum (het Cambrium), en die geen restanten van complexe levensvormen bevatten – aanvankelijk dacht men dat er helemaal geen fossielen in voorkwamen – leidde ertoe dat er een onderscheid werd gemaakt tussen het Precambrium en het Fanerozoïcum, waarin Paleozoïcum, Mesozoïcum en Kenozoïcum werden ingedeeld.

Geologie – en daarbinnen de stratigrafie – waren in eerste instantie disciplines die vooral binnen West-Europa werden beoefend. Vandaar dat veel tijdseenheden aanvankelijk vernoemd werden naar locaties binnen West-Europa. Het Carboon met zijn onderverdeling in Tournaisien, Viseen, Namurien, Westfalien en Stefanien is daarvan een duidelijk voorbeeld. In de afgelopen decennia is duidelijk geworden dat sommige van deze tijdseenheden genoemd zijn naar typelocaties die eigenlijk niet karakteristiek zijn voor het desbetreffende tijdsinterval, of die weinig mogelijkheid bieden tot correlatie met andere gebieden. Daarom zijn er in de loop der tijd veranderingen in namen opgetreden, zonder dat daarmee noodzakelijkerwijze ook de tijdgrenzen werden verlegd.

Toch zijn er ook wel wat ‘echte’ aanpassingen noodzakelijk geweest. Zo werden in Denemarken witte krijtrotsen aangetroffen die jonger waren dan het jongste Krijt dat destijds bekend was, maar ouder dan het oudst bekende Trias. Het tijdsinterval waarin die gesteenten gevormd werden, werd daarom als een nieuw tijdvak geïntroduceerd, het Danien. Omdat de gesteenten veel op andere formaties uit het Krijt leken, werd het Danien als een nieuwe, jongste eenheid van het Krijt ingevoerd. Later werd het overigens op basis van paleontologische overwegingen ‘omgezet’ tot het oudste tijdvak van het Trias. Niet iedere ‘nieuwe’ tijdseenheid was zo’n gelukkig lot beschoren. In de zeventiger jaren van de twintigste eeuw werden in het Cantabrisch Gebergte (Noord-Spanje) bijvoorbeeld gesteenten aangetroffen met een flora die ouder was dan het oudste Stefanien, maar jonger dan het jongste Westfalien. Ook in dit geval bleek een tijdshiaat tussen beide eerder gedefinieerde tijdvakken bestaan, en voorgesteld werd om dit tijdsinterval ‘Cantabrien’ te noemen. Uiteindelijk werd echter besloten dat niet te doen, maar om dit ‘Cantabrien’ als onderdeel van het Stefanien te beschouwen.

Uit deze laatste voorbeelden blijkt dat vroegere definities van tijdseenheden niet altijd gelukkig waren. Gewoonlijk was de ondergrens gedefinieerd als het moment waarop een bepaald fossiel (of een bepaalde associatie van fossielen) voor het eerst verscheen, terwijl de bovengrens werd gedefinieerd als het moment waarop een bepaald fossiel (of associatie) uitstierf. Achteraf kan alleen maar worden vastgesteld dat deze methode van werken per definitie het bestaan van overlappingen en hiaten wel erg gemakkelijk maakte. Mede daarom is er een drastische wijziging in de definities gekomen: nu wordt alleen de ondergrens vastgelegd (behalve voor de alleroudste eenheid); de bovengrens is dus – per definitie – gelijk aan de ondergrens van de eerstvolgende tijdseenheid.

Natuurlijk is het vastleggen van een ondergrens op basis van het verschijnen of verdwijnen van een fossiel – of welk ander criterium dan ook – niet altijd eenduidig. Er kan immers altijd nog elders een gesteente worden gevonden waarin een fossiel blijkt voor te komen dat ter plaatse langer heeft geleefd dan op de plaats waar oorspronkelijk de grens werd gelegd; of een fossiele soort die daar eerder tot ontwikkeling is gekomen dan op de ‘typelocatie’. Om dat probleem te ondervangen is gekozen voor een methode die geen enkele twijfel meer overlaat (maar die wel correlatieproblemen kan opleveren): de ‘gouden spijker’. Deze spijker wordt op de typelocaliteit in het gesteente geslagen op het moment dat de fysieke ondergrens van die tijdseenheid (zoals gedefinieerd op basis van wat voor criterium dan ook) is vastgesteld. Die spijker vormt de ondergrens en blijft ook de ondergrens vormen, ook als er later vondsten worden gedaan of andere argumenten aangevoerd die aangeven dat het verstandiger of praktischer zou zijn om de grens op een ander niveau te leggen. Van de ruim 90 geologische tijdseenheden zijn er inmiddels zo’n 50 van een gouden spijker aan hun onderkant voorzien.

Veel van die 50 spijkers zitten, na langdurige discussies en uitgebreide beraadslagingen van de International Commission on Stratigraphy (de grootste commissie binnen de International Union of Geological Sciences), op een iets andere plaats dan tot voor een tiental jaren logisch zou zijn geweest. Dat betekent in praktijk dat gesteentepakketten van de ene tijdseenheid naar de andere zijn verhuisd. Dat is overigens op zichzelf niets nieuws: al vele decennia geleden gebeurde iets soortgelijks in een gebied dat bij veel Nederlandse geologen bekend werkterrein is: de Ardennen. De jongste tijd van het Devoon, het Famennien, wordt daar in twee eenheden opgesplitst: het (oudere) Fa1 en het (jongere) Fa2. Het Fa2 werd aanvankelijk in vieren opgesplitst, van Fa2a tot Fa2d. Deze laatste eenheid (Fa2d), die dus aanvankelijk als het allerjongste Devoon werd beschouwd, wordt nu tot de bovenliggende tijdseenheid gerekend: het Tournaisien (de oudste tijd van het Carboon); niettemin is deze eenheid op veel geologische kaarten nog steeds als Fa2d terug te vinden.

De vernieuwde inzichten die in de laatste jaren zijn verkregen, zijn voor de International Commission on Stratigraphy reden geweest om de bestaande geologische tijdschaal eens fundamenteel onder de loep te nemen. Er zijn tal van commissies aan de slag gegaan die zich met de stratigrafische indeling van tijdseenheden op diverse niveaus hebben beziggehouden (Gradstein et al., 2003). Daarbij waren enkele uitgangspunten dat grenzen moesten worden vastgesteld op locaties die goed bereikbaar zijn voor onderzoek, die geologisch ook duidelijke grenzen voorstellen, en die – direct of indirect – goed te dateren zijn. Dat heeft ertoe geleid dat de inmiddels geplaatste gouden spijkers vaak op plaatsen terecht zijn gekomen die ver weg liggen van de ‘klassieke’ gebieden. Dat heeft logischerwijze ook geleid tot nieuwe naamgeving: de ‘basistijdseenheden’ worden in de nieuwe voorgestelde tijdschaal (zie afbeelding) ook genoemd naar de locatie (plaats of gebied) die volgens de nieuwe opvattingen het meest geschikt is. Voor veel geologen zullen de nieuwe namen wel even wennen zijn! Lokale namen (zie bijv. Deutsche Stratigrafische Kommision, 2002) zullen overigens uit praktische overwegingen ongetwijfeld in gebruik blijven.

De belangrijkste praktische verschillen tussen het nieuwe voorstel, dat in de wandelgangen ‘the geologic time scale 2004’ wordt genoemd (Gradstein & Ogg, 2004; Knoll et al., 2004), en de oude tijdschaal komen op twee punten naar voren: het jongste en het oudste deel van de aardgeschiedenis, n.l. het deel voor 542 miljoen jaar en het deel na 65 miljoen jaar geleden (Gradstein et al., 2004). Het Mesozoïcum (Ogg et al., 2004) en Paleozoïcum veranderen relatief weinig.

Wat betreft het jongste deel is het voorstel revolutionair: Tertiair en Kwartair verdwijnen beide als periode; daarvoor in de plaats komen Paleogeen en Neogeen, met als belangrijke reden dat sedimentatie in het Neogeen sterk bepaald zou zijn door cyclische sedimentatie die – direct of indirect – samenhangt met astronomische factoren (Lourens et al., 2004). De grens tussen Paleogeen en Neogeen ligt bij deze benadering niet op dezelfde plaats als bij Tertiair en Kwartair. Het Paleogeen (een periode) bestaat in het nieuwe voorstel uit de tijdvakken Paleoceen, Eoceen en Oligoceen; het Neogeen bestaat uit Mioceen, Plioceen, Pleistoceen en Holoceen. Lang niet iedereen is gelukkig met dit voorstel; vooral het verdwijnen van het Kwartair heeft bij velen kwaad bloed gezet, en niet alleen bij de redacties van tijdschriften die alleen op het Kwartair gericht zijn of die zelfs de naam ‘Kwartair’ in hun titel hebben. Ook de INQUA, de Internationale groepering die zich sinds jaar en dag (met gezag) bezighoudt met het Kwartair, is zeer tegen het nieuwe voorstel gekant. En waar de International Commission on Stratigraphy tal van redenen aanvoert waarom het Kwartair geen classificatie op het niveau van periode verdient (bij vroegere ijstijdvakken worden die ook niet in een afzonderlijke periode opgenomen), daar heeft de INQUA goede redenen voor een aparte positie van het Kwartair (opkomst van de mens; landschap sterk gemodificeerd; eigen onderzoekstechnieken; grote economische en sociale invloed van landschap en bodem).

Ook het Precambrium (een niet nader gedefinieerd niveau, dus in feite verdwijnt de naam) verandert in de nieuwe opzet. Het wordt (als vanouds) opgesplitst in Archeum en Proterozoïcum (die beide het niveau ‘eon’ krijgen, dus gelijk aan het Fanerozoïcum). Het Archeum wordt onderverdeeld in Eoarcheum (de enige eenheid waarvoor geen ondergrens is of zal worden gedefinieerd), Paleoarcheum, Mesoarcheum en Neoarcheum. Het Proterozoïcum wordt onderverdeeld in Paleo, Meso- en Neoproterozoïcum. Interessant is de opsplitsing van het Neoproterozoïcum in de perioden Tonan, Cryogenian en Ediacaran (de Nederlandse ‘vertalingen’ moeten nog worden vastgesteld); het Cryogenian verwijst naar de ‘sneeuwbal aarde’, hoewel die nog steeds omstreden is, terwijl het Ediacaran (volgens een stokoud voorstel dat echter nooit veel aanhang kreeg) uiteraard verwijst naar de fameuze Ediacara-fauna in het jongste deel van het Precambrium.

Of het zinvol is om maar vast alle nieuwe namen in het hoofd te stampen, is nog de vraag. Het gaat om een voorstel, waarover nog uitgebreid gediscussieerd zal worden. Hoe de uitslag van die discussie ook zal zijn, het gaat om een wezenlijke beslissing. Wat niet echt ter discussie staat, is de positie van de aangebrachte gouden spijkers. Daar lijkt haast iedereen zich mee te kunnen verenigen. Veel stratigrafen zijn er zelfs erg blij mee, ook al omdat de grenzen inmiddels alle zeer nauwkeurig zijn gedateerd (van 11.500 jaar voor de ondergrens van het Holoceen en 542 (plus of min 1,0) miljoen jaar voor de basis van het Cambrium, tot 3600 miljoen jaar voor de basis van het Paleoarcheum.

Toch zal de rust niet spoedig weerkeren, hoe het ook met het voorstel voor de nieuwe tijdschaal zal aflopen. Er zijn namelijk al veel stemmen opgegaan om bepaalde eenheden anders in te delen. Zo zijn er veel verdedigers van een voorstel om het Gelasien (dat nu de jongste tijd van het Plioceen zou worden) in te delen bij het Pleistoceen. Daarmee zou het begin van het Pleistoceen verschuiven van 1,806 miljoen jaar (in het nieuwe voorstel) naar 2,588 miljoen jaar; de reden voor dit ‘amendement’ is dat daarmee beter recht wordt gedaan aan de huidige inzichten omtrent de wereldwijde verslechtering van het klimaat dat het IJstijdvak kenmerkt. Ook voor het Precambrium liggen inmiddels alweer diverse wijzigingsvoorstellen op tafel (Bleeker, 2004).De ‘geologic time scale 2004’is dan ook zeker niet het laatste woord: op de volgende International Geologcal Conference, die in 2008 zal worden gehouden in Japan, zal een aangepast en verder uitgewerkt voorstel worden ingediend (Gradstein, 2004).

Praktisch gezien levert iedere verandering problemen op. Veel literatuur plaats immers gesteenten in een bepaald tijdvak, zonder daar noodzakelijkerwijs een absolute datering bij te vermelden. Als de tijdgrenzen verschuiven, kan dat dus betekenen dat gesteenten plotseling binnen een andere tijdseenheid vallen. Het napluizen van literatuur wordt daar niet gemakkelijker mee. Maar dat is het toch al niet: bij voorbereidingen voor deze rubriek stuit ik regelmatig op artikelen die een gesteentepakket in een bepaalde tijdseenheid plaatsen, om er vervolgens een datering bij te geven die volgens recente eenheden niet binnen die tijdseenheid past. Gelukkig zijn dat problemen die slechts voor enkele professionals van wezenlijk belang zijn. Voor NGV-Geonieuws geldt dat – gelukkig – veel minder. Het gaat er immers om dat geologie interessant is, en dat de vele nieuwe vondsten en ontwikkelingen in ruimere kring bekend worden. En dat blijkt via NGV-Geonieuws goed te lukken.

Bronnen:

Bleeker, W., 2004. Towards a ‘natural’ time scale for 88 percent of earth history. Abstract 32nd International Geological Conference (Firenze, 2004) 46-1. Deutsche Stratigraphische Kommission, 2002. Stratigraphische Tabelle von Deutschland 2002. Deutsche Stratigraphische Kommission, wandkaart. Gradstein, F.M., 2004. Geologic time scale 2004 – why, how and where next! Abstract 32nd International Geological Conference (Firenze, 2004) 46-7. Gradstein, F.M. & Ogg, J.G., 2004. Geologic time scale 2004 – why, how, and where next! Lethaia 37, p. 175-181. Gradstein, F.M., Finney, S.C., Lane, R. & Ogg, J.G.,, 2003 ICS on stage. Lethaia 36, p. 371-378. Gradstein, F.M., Ogg, J.G., Smith, A.G., Bleeker, W. & Lourens, L.J., 2004. A new geologic time scale with special reference to Precambrian and Neogene. Episodes 27, p. 83-100. Haq, B.U. & Eysinga, F.W.B. van, 1994. Geological time table – 4th revised and enlarged edition. Elsevier Science (Amsterdam), wandkaart. Haq, B.U. & Eysinga, F.W.B. van, 1998. Geological time table – 5th revised and enlarged edition. Elsevier Science (Amsterdam), wandkaart. Harland, W.B., Cox, Llewellynn Pickton, Smith & Wallers, 1982. A geologic time scale. Cambridge University Press, 131 pp. Kerr, R.A., 2004. In mass extinction, timing is all. Science 305, p. 1705. Knoll, A.H., Walter, M.R., Narbonne, G.M. & Christie-Blick, N., 2004. A new period for the geologic time scale. Science 305, p. 621-622. Lourens, L., Hilgen, F.J., Laskar, J., Shackleton, N. & Wilson, D., 2004. Geologic time scale 2004: the Neogene period. Abstract 32nd International Geological Conference (Firenze, 2004) 46-9. Mundil, R., Ludwig, K.R., Metcalfe, I. & Renne, P.R., 2004. Age and timing of the Permian mass extinctions: U/Pb dating of closed-system zircons. Science 305, p. 1760-1763. Ogg, J., Achterberg, F. & Gradstein, F.M., 2004. Mesozoic portion of the geologic time scale 2004. Abstract 32nd International Geological Conference (Firenze, 2004) 46-6. Schopf, J.W., 1992. Major events in the history of life. Jones and Bartlett (Boston), 203 pp. Villeneuve, M., 2004. Accuracy and ptrecision of radiogenic isotopic geochronometry and the impact on calibration of the global time scale 2004. Abstract 32nd International Geological Conference (Firenze, 2004) 46-4.