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11.1: Einführung - Geowissenschaften


Geologische Zeit

Abbildung 1. Im Gestein gibt es eine Lücke von etwa 1,2 Milliarden Jahren – das ist die Große Diskrepanz. Clear Creek Trail, Grand Canyon National Park

Einführung

Die geologische Zeit ist immens. Die Erde existiert seit ungefähr 4,6 Milliarden Jahren, und viele geologische Prozesse laufen über Zeitskalen von Millionen von Jahren ab. Da es ungewöhnlich ist, dass ein Mensch über 100 Jahre alt wird, ist es eine Herausforderung, die Unermesslichkeit der geologischen Zeit zu erfassen. In diesem Modul lernen Sie, wie die relative Zeit bestimmt werden kann, und über Techniken, die verwendet werden können, um das numerische Alter von Erdmaterialien abzuschätzen. Sie lernen auch die Einheiten kennen, die verwendet werden, um geologische Zeit zu messen.

Die Zeit, die für das Schnitzen der Landschaft, die Bildung von Gesteinen oder die Bewegung der Kontinente benötigt wird, ist eine wichtige wissenschaftliche Frage. Verschiedene Hypothesen über das Alter der Erde können unsere Perspektive auf die Funktionsweise geologischer Ereignisse, die die Erde geformt haben, grundlegend verändern. Wenn die geologische Zeit relativ kurz ist, wären katastrophale Ereignisse erforderlich, um die Merkmale zu bilden, die wir auf der Erdoberfläche sehen, während eine enorme Zeit das langsame und stetige Tempo ermöglicht, das wir heute um uns herum leicht beobachten können.

Geologen haben viele Methoden verwendet, um die geologische Zeit zu rekonstruieren und die wichtigsten Ereignisse in der Erdgeschichte sowie deren Dauer zu kartieren. Wissenschaftler, die Gesteine ​​​​forschen, waren in der Lage, eine Abfolge von Gesteinen im Laufe der Zeit zusammenzusetzen, um die unten stehende geologische Zeitskala zu konstruieren. Diese Zeitskala wurde konstruiert, indem Gesteine ​​mit bestimmten Merkmalen wie Gesteinsarten, Umweltindikatoren oder Fossilien in der richtigen Reihenfolge aufgereiht wurden. Wissenschaftler untersuchten Hinweise in den Gesteinen und bestimmten das Alter dieser Gesteine ​​im Vergleich. Dieser Prozess wird als relative Datierung bezeichnet, bei der das Vergleichsalter zweier Objekte oder Ereignisse bestimmt wird. Du bist zum Beispiel jünger als deine Eltern. Es spielt keine Rolle, wie alt du oder deine Eltern sind, solange du feststellen kannst, dass einer älter ist als der andere. Im Laufe der Zeit entdeckten und entwickelten Wissenschaftler Techniken, um bestimmte Gesteine ​​sowie die Erde selbst zu datieren. Sie entdeckten, dass die Erde Milliarden von Jahren alt war (4,54 Milliarden Jahre alt) und setzten einen Zeitrahmen in die geologische Zeitskala. Dieser Vorgang wird als absolute Datierung bezeichnet. Dabei wird die genaue Zeitdauer bestimmt, die seit der Bildung eines Objekts oder dem Eintreten eines Ereignisses vergangen ist.

Abbildung 2. Die geologische Zeitskala. „Ma“ steht für Millionen von Jahren [vor], während „K Yr“ für Tausende von Jahren [vor] steht.

Sowohl absolute als auch relative Datierungen haben Vorteile und werden von Geologen immer noch häufig verwendet. Die Datierung von Gesteinen mithilfe der relativen Datierung ermöglicht es einem Geologen, eine Reihe von Ereignissen kostengünstig und oft sehr schnell zu rekonstruieren und kann im Feld auf einem Felsvorsprung verwendet werden. Die relative Datierung kann auch auf viele verschiedene Gesteinsarten angewendet werden, bei denen die absolute Datierung auf bestimmte Mineralien oder Materialien beschränkt ist. Die absolute Datierung ist jedoch die einzige Methode, die es Wissenschaftlern ermöglicht, einem bestimmten Gestein ein genaues Alter zuzuordnen.

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Abbildung 3. Diese gefalteten und zerknitterten Schichten befinden sich in den Klippen nördlich von Hartland Quay, Devon, Großbritannien. Die Felsen von Hartland Quay sind die Überreste einer Bergkette. Während des Karbons – vor etwa 320 Millionen Jahren – wurden Sedimentgesteine ​​in einem flachen Meer abgelagert. Die Schichten sind Abfolgen von Tonschiefer und Tonsteinen, die die Überreste von unterirdischen „Lawinen“ von Sedimenten darstellen, die als Turbidite bezeichnet werden. Zur gleichen Zeit, als die Sande und Tonsteine ​​in Hartland abgelagert wurden, wurden Kohlen in Sümpfen abgelagert, die die Kohlereviere von Südwales bildeten. Plattentektonik verursachte die Kollision zweier Superkontinente mit Hartland Quay in der Mitte. Devon lag am südlichen Rand eines Superkontinents namens Laurasia, der mit dem Superkontinent Pangäa kollidierte – im Süden. Als diese beiden Megakontinente während der variszischen Orogenese kollidierten, wurden die Felsen am Hartland Quay geknickt und gefaltet, wodurch die spektakulären Chevron-förmigen Falten entstanden, die heute in den Klippen freigelegt sind. Die obere Oberfläche wurde dann flach erodiert. – Simon Jones

Abbildung 4. Nahaufnahme der Sedimentschichten am Hartland Quay von Abbildung 1.

Abbildung 5. Santa Elen Canyon, Big Bend, Texas. Von 500 Millionen Jahre alten Gesteinen bei Persimmon Gap bis hin zu modernen, vom Wind verwehten Sanddünen beim Boquillas Canyon zeigen geologische Formationen in Big Bend über einen langen Zeitraum hinweg erstaunlich unterschiedliche Ablagerungsstile.

Abbildung 6. Acasta Gneis, Nordwest-Territorium, Kanada. Mit 3,96 Milliarden Jahren ist dieser Gneis eines der ältesten bekannten Gesteine ​​der Erde. Die Erde ist noch 500 Millionen Jahre älter, aber nur wenige Aufzeichnungen dieser frühen Zeit haben die geologische Aktivität unseres Planeten überlebt.

Abbildung 7. Die Erde ist sehr alt – 4,5 Milliarden Jahre oder mehr nach jüngsten Schätzungen. Die meisten Beweise für eine alte Erde sind in den Gesteinen enthalten, die die Erdkruste bilden. Die Gesteinsschichten selbst – wie Seiten in einer langen und komplizierten Geschichte – zeichnen die oberflächenbildenden Ereignisse der Vergangenheit auf, und in ihnen sind Spuren des Lebens verborgen – der Pflanzen und Tiere, die sich aus organischen Strukturen entwickelt haben, die vor vielleicht 3 Milliarden Jahren existierten. Im geschmolzenen Gestein sind auch radioaktive Elemente enthalten, deren Isotope die Erde mit einer Atomuhr versorgen. In diesen Gesteinen zerfallen „Mutter“-Isotope mit einer vorhersehbaren Geschwindigkeit, um „Tochter“-Isotope zu bilden. Durch die Bestimmung der relativen Mengen von Eltern- und Tochterisotopen kann das Alter dieser Gesteine ​​berechnet werden. So zeugen die Ergebnisse von Untersuchungen von Gesteinsschichten (Stratigraphie) und Fossilien (Paläontologie), gekoppelt mit dem Alter bestimmter Gesteine, gemessen mit Atomuhren (Geochronologie), von einer sehr alten Erde!

Modulziele

Nach Abschluss dieses Moduls sind Sie in der Lage:

  1. Wenden Sie geologische Grundprinzipien an, um das relative Alter von Gesteinen zu bestimmen.
  2. Erklären Sie den Unterschied zwischen relativen und absoluten Altersdatierungstechniken.
  3. Fassen Sie die Geschichte der geologischen Zeitskala und die Beziehungen zwischen Äonen, Epochen, Perioden und Epochen zusammen.
  4. Verstehen Sie die Bedeutung und Bedeutung von Abweichungen.
  5. Beschreiben Sie die Anwendungen und Grenzen der Verwendung von Isotopen, Baumringen und magnetischen Daten für die geologische Datierung.

Aktivitätenübersicht

Verfügbarkeits- und Fälligkeitstermine finden Sie im Arbeitsplan.

Lesen Sie unbedingt die Anweisungen für alle Aktivitäten dieses Moduls, bevor Sie beginnen, damit Sie Ihre Zeit entsprechend planen können. Es wird erwartet, dass Sie während der Woche an diesem Kurs arbeiten.

Modul 9 Quiz

10 Punkte

Modul 9 Quiz hat 10 Multiple-Choice-Fragen und basiert auf den Inhalten der Modul 9-Lesungen und Aufgabe 9.

Das Quiz ist insgesamt 10 Punkte wert (1 Punkt pro Frage). Sie haben nur 10 Minuten Zeit, um das Quiz abzuschließen, und Sie können dieses Quiz nur einmal absolvieren. Hinweis: Das ist nicht genug Zeit, um die Antworten nachzuschlagen!

Stellen Sie sicher, dass Sie alle vorgestellten Konzepte vollständig verstehen und lernen Sie für dieses Quiz, als ob es in einem Klassenzimmer beaufsichtigt würde, oder Sie werden wahrscheinlich feststellen, dass Ihnen die Zeit davonläuft.

Behalten Sie die Zeit im Auge und sehen Sie sich Ihre vollständigen Quizergebnisse an, nachdem Sie sie zur Benotung eingereicht haben.

Ihre Fragen und Anliegen…

Bitte kontaktieren Sie mich, wenn Sie Fragen oder Bedenken haben.

Allgemeine Kursfragen: Wenn Ihre Frage allgemeiner Natur ist, so dass andere Studierende von der Antwort profitieren würden, dann gehen Sie in den Diskussionsbereich und stellen Sie sie als Frage-Thread im Diskussionsbereich „Allgemeine Kursfragen“.

Persönliche Fragen: Wenn Ihre Frage persönlich ist (z. B. zu meinen Kommentaren speziell an Sie), dann senden Sie mir aus diesem Kurs eine E-Mail.


11.1: Einführung - Geowissenschaften

* Das Folgende ist Teil eines frühen Entwurfs der zweiten Auflage von Verfeinertes maschinelles Lernen. Der veröffentlichte Text (mit überarbeitetem Material) ist jetzt bei Amazon sowie bei anderen großen Buchhändlern erhältlich. Kursleiter können ein Prüfungsexemplar bei Cambridge University Press anfordern.

In Kapitel 10 haben wir gesehen, wie beaufsichtigte und unbeaufsichtigte Lernende gleichermaßen durch die Verwendung nichtlinearer Funktionen (oder Merkmalstransformationen), die wir durch visuelle Untersuchung von Daten entwickelt haben, erweitert werden können, um nichtlineares Lernen durchzuführen. Zum Beispiel haben wir ein allgemeines nichtlineares Modell für Regression und Zweiklassenklassifikation als gewichtete Summe von $B$ nichtlinearen Funktionen unserer Eingabe ausgedrückt als

Start Textleft(mathbf,Theta ight) = w_0 + f_1left(mathbfRecht)_ <1>+ f_2left(mathbfRecht)_ <2>+ cdots + f_Bleft(mathbf ight)w_B label Ende

wobei $f_1$ bis $f_B$ nichtlineare parametrisierte oder nicht parametrisierte Funktionen (oder Merkmale) der Daten sind und $w_0$ bis $w_B$ (zusammen mit allen zusätzlichen Gewichtungen innerhalb der nichtlinearen Funktionen) im Gewichtungssatz $ dargestellt werden. Theta$.

In diesem Kapitel beschreiben wir die grundlegenden Werkzeuge und Prinzipien von Feature-Lernen (oder automatisches Feature-Engineering), die es uns ermöglichen, diese Aufgabe zu automatisieren und lernen richtige Merkmale aus den Daten selbst, statt emph sie selbst. Insbesondere diskutieren wir, wie die Form der nichtlinearen Transformationen $f_1$ bis $f_B$ zu wählen ist, wie viele $B$ von ihnen verwendet werden, sowie wie die Parameter in $Theta$ abgestimmt werden. automatisch und für ein beliebiger Datensatz.


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