ธรณีกาล

มาตราธรณีกาล (อังกฤษ: geologic time scale หรือ geological time scale ย่อว่า GTS) เป็นการแสดงเวลาโดยอ้างอิงจากบันทึกทางธรณีวิทยาของโลก เป็นระบบการหาอายุตามลำดับเวลาที่ใช้การลำดับชั้นหินตามอายุกาล (กระบวนการหาความสัมพันธ์ระหว่างชั้นหินกับเวลา) และธรณีกาลวิทยา ซึ่งเป็นแขนงของธรณีวิทยาที่มีจุดมุ่งหมายในการกำหนดอายุหิน โดยมาตราธรณีกาลนี้ใช้เป็นหลักโดยนักวิทยาศาสตร์โลก (ได้แก่ นักธรณีวิทยา นักบรรพชีวินวิทยา นักธรณีฟิสิกส์ นักธรณีเคมี และนักภูมิอากาศบรรพกาลวิทยา) เพื่ออธิบายการวัดเวลาและความสัมพันธ์ของเหตุการณ์ในทางธรณีประวัติ มาตราธรณีกาลได้ถูกพัฒนาผ่านการศึกษาชั้นหินและการสังเกตคุณสมบัติต่าง ๆ เช่น ลักษณะทางวิทยาหิน สมบัติทางแม่เหล็กบรรพกาล และซากดึกดำบรรพ์ การกำหนดมาตรฐานของหน่วยธรณีกาลสากลอยู่ภายใต้ความรับผิดชอบของคณะกรรมาธิการการลำดับชั้นหินสากล (ICS) ซึ่งเป็นองค์กรประกอบของสหพันธ์วิทยาศาสตร์ธรณีวิทยาสากล (IUGS) โดยมีวัตถุประสงค์หลัก เพื่อกำหนดหน่วยลำดับชั้นหินตามอายุกาลโลกในแผนภูมิลำดับชั้นหินตามอายุกาลสากล (ICC) ซึ่งใช้ในการแบ่งช่วงเวลาทางธรณีกาล หน่วยลำดับชั้นหินตามอายุกาลนี้จะถูกใช้เพื่อกำหนดหน่วยทางธรณีกาลวิทยา

แม้ว่าบางคำศัพท์ระดับภูมิภาคยังคงมีการใช้อยู่ แต่ตารางธรณีกาลในบทความนี้จะสอดคล้องกับการตั้งชื่อ อายุ และรหัสสีที่ได้กำหนดไว้เป็นมาตรฐานโดยคณะกรรมาธิการการลำดับชั้นหินสากล

มาตราธรณีกาลเป็นวิธีหนึ่งในการแสดงห้วงเวลาทางธรณีวิทยาที่ลึกซึ้ง โดยอ้างอิงจากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นตลอดประวัติศาสตร์ของโลก ซึ่งกินระยะเวลาประมาณ 4.54 ± 0.05 พันล้านปี มาตราธรณีกาลจัดลำดับชั้นหินตามลำดับเวลา และลำดับเวลาตามการสังเกตการเปลี่ยนแปลงขั้นพื้นฐานในลำดับชั้นหินที่สอดคล้องกับเหตุการณ์ทางธรณีวิทยาหรือบรรพชีวินวิทยาที่สำคัญ เช่น เหตุการณ์การสูญพันธุ์ยุคครีเทเชียส–พาลีโอจีน ที่กำหนดเป็นขอบล่างของหินยุค/ยุคพาลีโอจีน จึงถือเป็นขอบเขตระหว่างหินยุค/ยุคครีเทเชียสและพาลีโอจีน สำหรับการแบ่งก่อนยุคไครโอเจเนียน จะใช้ขอบเขตที่เป็นตัวเลขโดยไม่มีเกณฑ์ (การกำหนดอายุลำดับชั้นหินมาตรฐานโลก; GSSAs) อย่างไรก็ตาม มีข้อเสนอให้ปรับใช้การแบ่งโดยอ้างอิงกับหินมากขึ้นเพื่อให้สอดคล้องกับหลักฐานทางหินมากยิ่งขึ้น

ในอดีต มีการใช้มาตราธรณีกาลระดับภูมิภาค เนื่องจากความแตกต่างทางลำดับชั้นหินตามลักษณะหินและลำดับชั้นหินทางชีวภาพในหินเทียบเท่าต่าง ๆ ทั่วโลก คณะกรรมาธิการการลำดับชั้นหินสากล (ICS) ได้ทำงานอย่างยาวนานเพื่อประนีประนอมความขัดแย้งทางศัพท์วิทยา โดยสร้างมาตรฐานที่มีนัยสำคัญทั่วโลก และกำหนดแนวชั้นของลำดับชั้นหินที่สามารถใช้เป็นขอบล่างของหน่วยลำดับชั้นหินตามอายุกาล การกำหนดหน่วยลำดับชั้นหินตามอายุกาลในลักษณะนี้ช่วยให้สามารถใช้ระบบการตั้งชื่อที่เป็นมาตรฐานสากลได้ โดย ICC เป็นตัวแทนของความพยายามนี้

ความสัมพันธ์เชิงสัมพัทธ์ของหินในการกำหนดตำแหน่งลำดับชั้นหินตามอายุกาล ใช้หลักการสำคัญดังนี้

มาตราธรณีกาลแบ่งออกเป็นหน่วยลำดับชั้นหินตามอายุกาลและหน่วยธรณีกาลวิทยาที่สอดคล้องกัน ซึ่งปรากฏในแผนภูมิลำดับชั้นหินตามอายุกาลสากลที่เผยแพร่โดยคณะกรรมาธิการการลำดับชั้นหินสากล อย่างไรก็ตาม ยังมีการใช้ศัพท์ทางภูมิภาคในบางพื้นที่อยู่

การลำดับชั้นหินตามอายุกาล เป็นองค์ประกอบของการลำดับชั้นหินที่เกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ระหว่างหินและการวัดสัมพัทธ์ทางธรณีกาล ซึ่งเป็นกระบวนการที่กำหนดชั้นที่แตกต่างระหว่างแนวชั้นที่ระบุไว้ เพื่อแสดงถึงช่วงเวลาสัมพัทธ์ของธรณีกาล

หน่วยลำดับชั้นหินตามอายุกาล เป็นตัวหินทั้งแบบเป็นชั้นหรือไม่เป็นชั้น ซึ่งถูกกำหนดไว้ระหว่างแนวชั้นที่ระบุไว้ ซึ่งแสดงถึงช่วงเวลาในธรณีกาล โดยรวมถึงหินทั้งหมดที่เป็นตัวแทนของช่วงเวลาทางธรณีกาลที่กำหนดไว้เท่านั้น โดยมีหินบรมบุค (eonothem) หินมหายุค (erathem) หินยุค (system) หินสมัย (series) หินกึ่งสมัย (subseries) หินช่วงอายุ (stage) และ หินกึ่งช่วงอายุ (substage) เป็นหน่วยตามลำดับของหน่วยลำดับชั้นหินตามอายุกาล ธรณีกาลวิทยา เป็นสาขาหนึ่งของธรณีวิทยาที่มุ่งเน้นในการกำหนดอายุของหิน ซากดึกดำบรรพ์ และตะกอน ไม่ว่าจะโดยวิธีสัมบูรณ์ (เช่น การหาอายุสัมบูรณ์) หรือวิธีสัมพัทธ์ (เช่น ตำแหน่งทางการลำดับชั้นหิน ภาวะแม่เหล็กบรรพกาล สัดส่วนไอโซโทปเสถียร)

หน่วยธรณีกาลวิทยา เป็นการแบ่งย่อยของธรณีกาล ซึ่งเป็นการแสดงตัวเลขของสมบัติที่เป็นนามธรรม (เวลา) โดยมี บรมยุค (eon) มหายุค (era) ยุค (period) สมัย (epoch) กึ่งสมัย (subepoch) ช่วงอายุ (age) และ กึ่งช่วงอายุ (subage) เป็นหน่วยตามลำดับทางธรณีกาลวิทยา การลำดับเวลาธรณี เป็นสาขาหนึ่งของธรณีกาลวิทยาที่คำนวณเวลาทางธรณีกาลออกมาเป็นตัวเลข

จุดและส่วนชั้นหินแบบฉบับขอบเขตทั่วโลก (GSSP) เป็นจุดอ้างอิงที่ตกลงกันไว้ในระดับสากลในส่วนการลำดับชั้นหิน ซึ่งกำหนดขอบล่างของหินช่วงอายุในมาตราธรณีกาล (และล่าสุดใช้เพื่อกำหนดฐานของหินยุคด้วย)

การกำหนดอายุลำดับชั้นหินมาตรฐานโลก (GSSA) เป็นจุดอ้างอิงตามลำดับเวลาที่เป็นตัวเลขเท่านั้น ใช้ในการกำหนดฐานของหน่วยธรณีกาลวิทยาในช่วงก่อนยุคไครโอเจเนียน จุดเหล่านี้ถูกกำหนดขึ้นอย่างไม่มีเกณฑ์ตายตัว ใช้ในกรณียังไม่มีการกำหนด GSSP ซึ่งการวิจัยกำลังดำเนินอยู่เพื่อระบุ GSSP สำหรับทุกหน่วยที่ยังใช้ GSSA เป็นฐานในปัจจุบัน

การแสดงตัวเลข (การวัดเวลาธรณี) ของหน่วยธรณีกาลวิทยาสามารถเปลี่ยนแปลงได้บ่อยครั้งเมื่อธรณีกาลวิทยาปรับแต่งการวัดเวลาธรณี ขณะที่หน่วยลำดับชั้นหินตามอายุกาลที่เทียบเท่ายังคงเดิมและมีการแก้ไขน้อยกว่า ตัวอย่างเช่น ในต้นปี พ.ศ. 2565 ขอบเขตระหว่างยุคอีดีแอคารันและยุคแคมเบรียน (หน่วยธรณีกาลวิทยา) ถูกแก้ไขจาก 541 ล้านปีก่อนเป็น 538.8 ล้านปีก่อน แต่หินจำกัดความของขอบเขต (GSSP) ที่ฐานของหินยุคแคมเบรียน และขอบเขตระหว่างหินยุคอีดีแอคารันและหินยุคแคมเบรียน (หน่วยลำดับชั้นหินตามอายุกาล) ยังคงเดิม มีเพียงการวัดเวลาธรณีที่ได้รับการปรับแก้

ค่าตัวเลขบนแผนภูมิ ICC ถูกแสดงในหน่วยล้านปีก่อน (megaannum หรือย่อว่า Ma) เช่น ขอบล่างของยุคจูแรสซิก อยู่ที่ 201.3 ± 0.2 ล้านปีก่อน หมายความว่า ยุคจูแรสซิกมีขอบล่างอยู่ที่ 201,400,000 ปี และมีค่าความไม่แน่นอนอยู่ที่ 200,000 ปี หน่วยเอสไออื่น ๆ ที่ใช้กันทั่วไปโดยนักธรณีวิทยา ได้แก่ พันล้านปี (gigaannum หรือย่อว่า Ga) และ พันปีก่อน (kiloannum หรือย่อว่า ka) ซึ่งมักแสดงเป็นหน่วยที่ปรับเทียบแล้ว (ก่อนปัจจุบัน)

ตอนต้น (Early) และ ตอนปลาย (Late) ใช้ในธรณีกาลวิทยา เทียบเท่ากับล่าง (Lower) และบน (Upper) ในการลำดับชั้นหินตามอายุกาล เช่น ยุคไทรแอสซิกตอนต้น (Early Triassic Period) ซึ่งเป็นหน่วยธรณีกาลจะเทียบเท่ากับหินยุคไทรแอสซิกล่าง (Lower Triassic Series) ซึ่งเป็นหน่วยการลำดับชั้นหินตามอายุกาล

กล่าวได้ว่า หินที่เป็นตัวแทนของหน่วยการลำดับชั้นหินตามอายุกาลที่เฉพาะเจาะจง คือหน่วยการลำดับชั้นหินนั้น ๆ และเวลาที่หินนั้นก่อตัวขึ้นอยู่ในหน่วยธรณีกาล เช่น หินที่เป็นตัวแทนของหินยุคไซลูเรียน คือ หินยุคไซลูเรียนที่ได้เกิดการทับถมตัวขึ้นในระหว่างยุคไซลูเรียน

ชื่อของหน่วยธรณีกาลได้รับการกำหนดเพื่อให้สอดคล้องกับหน่วยลำดับชั้นหินที่มีหน่วยอายุทางธรณีวิทยาที่มีชื่อเดียวกัน เพียงแต่เปลี่ยนคำนำหน้า (เช่น หินบรมยุคฟาเนอโรโซอิก เป็น บรมยุคฟาเนอโรโซอิก) ชื่อของหินมหายุคในฟาเนอโรโซอิกถูกเลือกเพื่อสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในประวัติศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตบนโลก ได้แก่ พาลีโอโซอิก (สิ่งมีชีวิตเก่า), มีโซโซอิก (สิ่งมีชีวิตกลาง), และ ซีโนโซอิก (สิ่งมีชีวิตใหม่) ชื่อของหินยุคมีที่มาหลายรูปแบบ บางส่วนระบุถึงตำแหน่งในลำดับเวลา (เช่น พาลีโอจีน) ขณะที่บางชื่อถูกตั้งตามลักษณะของวิทยาหิน (เช่น ครีเทเชียส), ภูมิศาสตร์ (เช่น เพอร์เมียน), หรือเป็นการตั้งชื่อตามชื่อชนเผ่า (เช่น ออร์โดวิเชียน) หินสมัยและหินกึ่งสมัยส่วนใหญ่ที่รู้จักในปัจจุบันจะถูกตั้งชื่อตามตำแหน่งในหินยุค/หินสมัย (ตอนต้น/กลาง/ปลาย) อย่างไรก็ตาม คณะกรรมการการลำดับชั้นหินสากล (ICS) สนับสนุนให้หินสมัยและหินกึ่งสมัยใหม่ทั้งหมดได้รับการตั้งชื่อตามลักษณะภูมิศาสตร์ในบริเวณใกล้เคียงกับที่ตั้งแบบฉบับหรือชั้นหินประเภทที่ใช้เป็นมาตรฐาน นอกจากนี้ ชื่อของหินช่วงอายุต้องมีที่มาจากลักษณะภูมิศาสตร์ในบริเวณที่ตั้งแบบฉบับของชั้นหินนั้นด้วยเช่นกัน

เวลาก่อนแคมเบรียนมักเรียกอย่างไม่เป็นทางการว่า พรีแคมเบรียน (Precambrian) ซึ่งจัดเป็นอภิมหาบรมยุค (Supereon)[note 3]

ในขณะที่มาตราธรณีกาลสมัยใหม่ยังไม่ได้ถูกกำหนดขึ้นจนกระทั่งปี 2454 โดยอาร์เธอร์ โฮล์มส์ แนวคิดที่ว่าหินและเวลาเกี่ยวข้องกันสามารถย้อนไปได้ถึงปรัชญาของกรีกโบราณ เซนอฟะนีสแห่งโคลอฟอน (ประมาณ 570–487 ปีก่อนคริสตกาล) ได้สังเกตชั้นหินที่มีซากดึกดำบรรพ์ของเปลือกหอยอยู่สูงกว่าระดับน้ำทะเล เขามองว่าสิ่งเหล่านี้เคยเป็นสิ่งมีชีวิตและใช้ข้อสังเกตนี้เพื่ออธิบายถึงความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอนระหว่างทะเลและแผ่นดินซึ่งทะเลได้เคลื่อนตัวรุกล้ำเข้ามาและถอนตัวกลับในบางช่วงเวลา แนวคิดนี้ได้รับการยอมรับจากนักปรัชญาร่วมสมัยของเซนอฟะนีสและผู้ที่ตามมารวมถึงอาริสโตเติล (384–322 ปีก่อนคริสตกาล) ผู้ซึ่งได้เหตุผลเพิ่มเติมว่าตำแหน่งของแผ่นดินและทะเลได้เปลี่ยนแปลงไปในช่วงเวลาที่ยาวนาน แนวคิดของ "ห้วงเวลาลึก" ยังได้รับการยอมรับจากนักธรรมชาติวิทยาชาวจีน เซิน กัว (ค.ศ. 1031–1095) และนักปราชญ์ชาวอิสลาม โดยเฉพาะอย่างยิ่งกลุ่มภราดรภาพแห่งความบริสุทธิ์ที่เขียนถึงกระบวนการการเกิดชั้นหินตามกาลเวลาในตำราเรียนของพวกเขา งานของพวกเขาน่าจะเป็นแรงบันดาลใจให้นักปราชญ์ชาวเปอร์เซียในศตวรรษที่ 11 อิบน์ ซีนา (ค.ศ. 980–1037) ผู้ซึ่งเขียนใน The Book of Healing (ค.ศ. 1027) เกี่ยวกับแนวคิดของการเกิดชั้นหินและการวางซ้อน ซึ่งเป็นการเขียนล่วงหน้านิโคลัส สเตโน กว่าหกร้อยปี อิบน์ ซีนายังรับรู้ว่าซากดึกดำบรรพ์เป็น "การกลายเป็นหินของร่างกายของพืชและสัตว์" โดยในศตวรรษที่ 13 อัลแบร์ตุส มาญุส บาทหลวงคณะดอมินิกัน (ประมาณ ค.ศ. 1200–1280) ได้ขยายความคิดนี้เป็นทฤษฎีของเหลวที่ทำให้เกิดการกลายเป็นหิน[ต้องการตรวจสอบความถูกต้อง] งานเหล่านี้ดูเหมือนจะมีอิทธิพลน้อยต่อนักวิชาการในยุโรปยุคกลางที่หันไปหาคัมภีร์ไบเบิลเพื่ออธิบายกำเนิดของซากดึกดำบรรพ์และการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำทะเล ซึ่งมักอ้างถึง 'น้ำท่วมใหญ่' รวมถึง ริสโตโร ดาเรซโซ ในปี ค.ศ. 1282 จนกระทั่งสมัยฟื้นฟูศิลปวิทยาในอิตาลีเมื่อเลโอนาร์โด ดา วินชี (ค.ศ. 1452–1519) ฟื้นฟูความสัมพันธ์ระหว่างการเกิดชั้นหิน การเปลี่ยนแปลงระดับน้ำทะเล และเวลา โดยปฏิเสธการอ้างซากดึกดำบรรพ์กับ 'น้ำท่วมใหญ่':

ถึงความโง่เขลาและความไม่รู้ของผู้ที่คิดว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ถูกพัดพามายังสถานที่ที่ห่างไกลจากทะเลโดยน้ำท่วม...ทำไมเราถึงพบเศษชิ้นและเปลือกหอยเต็มในระหว่างชั้นหินต่าง ๆ เว้นแต่พวกมันเคยอยู่ที่ชายฝั่งและถูกปกคลุมโดยดินที่เพิ่งถูกนำขึ้นมาจากทะเลซึ่งต่อมากลายเป็นหิน? และหากน้ำท่วมใหญ่ดังกล่าวได้พัดพาพวกมันมายังที่เหล่านี้จากทะเล คุณจะพบเปลือกหอยที่ขอบชั้นหินเพียงชั้นเดียว ไม่ใช่ที่ขอบของหลายชั้นที่สามารถนับฤดูหนาวของปีที่ทะเลเพิ่มชั้นทรายและโคลนที่ถูกแม่น้ำใกล้เคียงนำมาปกคลุมชายฝั่ง และหากคุณต้องการบอกว่าต้องมีน้ำท่วมหลายครั้งเพื่อผลิตชั้นเหล่านี้และเปลือกหอยในนั้น ก็จำเป็นที่คุณจะต้องยืนยันว่าน้ำท่วมดังกล่าวเกิดขึ้นทุกปี

มุมมองเหล่านี้ของดา วินชีไม่ได้รับการตีพิมพ์ และจึงไม่มีอิทธิพลในขณะนั้น อย่างไรก็ตาม คำถามเกี่ยวกับซากดึกดำบรรพ์และความสำคัญของพวกมันยังคงถูกค้นหา และในขณะที่มุมมองที่ขัดกับพระธรรมปฐมกาลไม่เป็นที่ยอมรับง่ายนักและการแสดงความเห็นต่างจากหลักศาสนาบางทีก็ไม่ปลอดภัย นักวิชาการ เช่น จิโรลาโม ฟราคาสโตโรเห็นด้วยกับดา วินชี และพบว่าการอ้างซากดึกดำบรรพ์กับ 'น้ำท่วมใหญ่' นั้นไร้เหตุผล

ในช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 17 นีลส์ สตีโน หรือที่รู้จักกันในชื่อ นิโคลัส สตีโน (ค.ศ. 1638–1686) ได้กล่าวถึงหลักการพื้นฐานของวิชาลำดับชั้นหิน สตีโนกล่าวถึงหลักการสี่ข้อในผลงานของเขา De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus ดังนี้:

หลักการเหล่านี้คือ หลักการของการวางซ้อน (Principle of Superposition), ความเป็นแนวราบดั้งเดิม (Principle of Original Horizontality), การต่อเนื่องด้านข้าง (Principle of Lateral Continuity), และความสัมพันธ์ของการตัดขวาง (Principle of Cross-Cutting Relationships) จากหลักการเหล่านี้ สตีโนได้สรุปว่าชั้นหินถูกวางเรียงต่อ ๆ กันเป็นลำดับ และสามารถอนุมานเวลาได้ (ในความเชื่อของสตีโนคือเวลาเริ่มต้นจากการสร้างโลก) แม้ว่าหลักการของสตีโนจะได้รับความสนใจอย่างมาก แต่การประยุกต์ใช้ยังคงเป็นเรื่องท้าทาย หลักการพื้นฐานเหล่านี้ แม้ว่าจะได้รับการปรับปรุงและมีการตีความที่ละเอียดมากขึ้น แต่ก็ยังคงเป็นหลักการสำคัญในการกำหนดความสัมพันธ์ของชั้นหินตามช่วงเวลาทางธรณีวิทยา

การแบ่งแยกอย่างเป็นทางการที่ชัดเจนครั้งแรกของบันทึกทางธรณีวิทยาในเชิงเวลา ถูกนำเสนอโดยโทมัส เบอร์เน็ต ซึ่งได้ใช้คำศัพท์แบ่งออกเป็นสองประเภทสำหรับภูเขา โดยระบุว่า "montes primarii" สำหรับหินที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาแห่ง 'น้ำท่วมใหญ่' และ "monticulos secundarios" ซึ่งเป็นภูเขาที่เกิดขึ้นจากเศษหินของ "primarii" ภายหลัง การอ้างถึง 'น้ำท่วมใหญ่' นี้ แม้จะถูกตั้งคำถามโดยบุคคล เช่น เลโอนาร์โด ดา วินชี ในช่วงก่อนหน้านี้ แต่ก็เป็นพื้นฐานของทฤษฎีเนปจูนนิยมของอับราฮัม ก็อทท์ลบ เวร์เนร์ (ค.ศ. 1749–1817) ที่กล่าวว่าหินทั้งหมดตกตะกอนจากมหาอุทกภัยครั้งใหญ่เพียงครั้งเดียว ทฤษฎีคู่แข่งคือ ทฤษฎีพลูโตนิยม ซึ่งพัฒนาโดยอันตอน โมโร (ค.ศ. 1687–1784) และใช้การแบ่งแยกแบบหลักและรองสำหรับหน่วยหินเช่นกัน ในทฤษฎีพลูโตนิยมแบบแรกนี้ ภายในของโลกถูกมองว่าร้อน และความร้อนนี้เป็นตัวขับเคลื่อนการสร้างหินอัคนีและหินแปรแบบหลัก และหินรองเกิดจากตะกอนที่บิดเบี้ยวและมีซากดึกดำบรรพ์ การแบ่งแยกแบบหลักและรองนี้ได้ถูกขยายเพิ่มเติมโดยโจวันนี ตาร์โจนี โตเซตติ (ค.ศ. 1712–1783) และโจวันนี อาร์ดูอิโน (ค.ศ. 1713–1795) เพื่อรวมถึงการแบ่งแยกระดับตติยภูมิและจตุรภูมิ การแบ่งแยกเหล่านี้ถูกใช้เพื่ออธิบายทั้งเวลาที่หินถูกวางตัว และการสะสมของหินเอง (เช่น การกล่าวว่าหินตติยภูมิ (เทอร์เทียรี) และยุคตติยภูมิ (เทอร์เทียรี) ถูกต้อง) ปัจจุบันมีเพียงการแบ่งแยกจตุรภูมิ (ควอเทอนารี) เท่านั้นที่ยังคงอยู่ในมาตราธรณีกาลสมัยใหม่ ในขณะที่การแบ่งแยกตติยภูมิยังคงใช้อยู่จนถึงต้นศตวรรษที่ 21 ทฤษฎีเนปจูนนิยมและพลูโตนิยม มีการถกเถียงกันไปจนถึงต้นศตวรรษที่ 19 โดยงานของเจมส์ ฮัตตัน (ค.ศ. 1726–1797) โดยเฉพาะทฤษฎี Theory of the Earth ที่นำเสนอครั้งแรกต่อราชสมาคมแห่งเอดินบะระในปี ค.ศ. 1785 เป็นปัจจัยสำคัญในการแก้ไขข้อถกเถียงนี้ ทฤษฎีของฮัตตันต่อมากลายเป็นที่รู้จักในนาม ทฤษฎีภาวะเอกรูป (uniformitarianism) ซึ่งถูกเผยแพร่โดยจอห์น เพลย์แฟร์ (ค.ศ. 1748–1819) และต่อมาโดยชาร์ลส์ ไลเอล (ค.ศ. 1797–1875) ในหนังสือ Principles of Geology ทฤษฎีเหล่านี้ได้โต้แย้งอายุ 6,000 ปีของโลกที่ถูกเสนอโดยเจมส์ อัชเชอร์ผ่านการลำดับเวลาด้วยคัมภีร์ไบเบิลซึ่งเป็นที่ยอมรับในขณะนั้น โดยใช้หลักฐานทางธรณีวิทยา พวกเขาโต้แย้งว่าโลกมีอายุเก่าแก่กว่านั้นมาก สร้างแนวคิดเรื่องเวลาดึกดำบรรพ์

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 วิลเลียม สมิธ, ฌ็อฌ กูวีเย, ฌ็อง โดมาลียูส ดาลัว และอเล็กซองเดรอะ บงนีอาต์ ได้บุกเบิกการแบ่งแยกหินอย่างเป็นระบบตามชั้นหินและกลุ่มซากดึกดำบรรพ์ นักธรณีวิทยาเหล่านี้เริ่มใช้ชื่อตามท้องถิ่นที่กำหนดให้กับหน่วยหินในความหมายที่กว้างขึ้น โดยเชื่อมโยงชั้นหินข้ามพรมแดนระดับชาติและทวีปตามความคล้ายคลึงกัน หลายชื่อที่อยู่ต่ำกว่าระดับหินมหายุค/มหายุคในมาตราธรณีกาลสมัยใหม่ ถูกกำหนดในช่วงต้นถึงกลางศตวรรษที่ 19

ในช่วงศตวรรษที่ 19 การถกเถียงเกี่ยวกับอายุของโลกกลับมาอีกครั้ง โดยนักธรณีวิทยาประเมินอายุจากอัตราการเกลี่ยผิวแผ่นดินและความหนาของชั้นตะกอนหรือเคมีของมหาสมุทร ส่วนฟิสิกส์กำหนดอายุสำหรับการเย็นตัวของโลกหรือดวงอาทิตย์โดยใช้อุณหพลศาสตร์พื้นฐานหรือฟิสิกส์วงโคจร การประมาณการเหล่านี้แตกต่างกันตั้งแต่ 15,000 ล้านปีถึง 0.075 ล้านปี ขึ้นอยู่กับวิธีการและผู้เขียน แต่การประมาณการของลอร์ดเคลวินและคลาเรนซ์ คิงถือว่าได้รับการยอมรับอย่างสูงในเวลานั้นเนื่องจากความเชี่ยวชาญของพวกเขาในสาขาฟิสิกส์และธรณีวิทยา นับธรณีกาลมาตรวิทยา (geochronometry) ในยุคแรกๆ เหล่านี้ต่อมาจะพิสูจน์ได้ว่าผิดทั้งหมด

การค้นพบการสลายตัวกัมมันตรังสีโดยอ็องตวน อ็องรี แบ็กแรล มารี กูว์รี และปีแยร์ กูว์รี ได้วางรากฐานสำหรับการหาอายุด้วยรังสี แต่ความรู้และเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับการกำหนดอายุด้วยรังสีที่แม่นยำจะยังไม่มีให้ใช้งานได้จนถึงช่วงกลางคริสต์ทศวรรษที่ 1950 ความพยายามในยุคแรก ๆ ในการกำหนดอายุของแร่ยูเรเนียมและหินโดยเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด เบอร์ทรัม โบลต์วูด โรเบิร์ต สตรัตต์ และอาเธอร์ โฮล์มส์ จะนำไปสู่สิ่งที่ถือเป็นมาตราธรณีกาลระหว่างประเทศครั้งแรกโดยโฮล์มส์ในปี 1911 และ 1913 การค้นพบไอโซโทปในปี 1913 โดยเฟรเดอริก ซอดดี และการพัฒนาในเครื่องแมสสเปกโตรเมทรีที่บุกเบิกโดยฟรานซิส วิลเลียม แอสตัน อาเธอร์ เจฟฟรีย์ เดมป์สเตอร์ และอัลเฟรด โอ. ซี. เนียร์ ในช่วงต้นถึงกลางศตวรรษที่ 20 จะทำให้สามารถกำหนดอายุด้วยรังสีได้อย่างแม่นยำ โดยโฮล์มส์ได้ตีพิมพ์การแก้ไขหลายครั้งในมาตราธรณีกาลของเขา โดยมีฉบับสุดท้ายในปี 1960

การจัดตั้ง IUGS ในปี พ.ศ. 2504 (ค.ศ. 1961) และการยอมรับของคณะกรรมการการลำดับชั้นหิน (Commission on Stratigraphy) (มีผลบังคับในปี พ.ศ. 2508 หรือ ค.ศ. 1965) เพื่อเป็นคณะกรรมการสมาชิกของ IUGS นำไปสู่การก่อตั้ง ICS หนึ่งในวัตถุประสงค์หลักของ ICS คือ "การจัดตั้ง, การเผยแพร่ และการปรับปรุงแผนภูมิการลำดับชั้นหินตามอายุกาลสากลของ ICS (International Chronostratigraphic Chart; ICC) ซึ่งเป็นมาตรฐานอ้างอิงที่ทั่วโลกใช้กันสำหรับธรณีกาลเพื่อรวมการตัดสินใจที่ผ่านการรับรองของคณะกรรมการ"

ต่อจากการทำงานของโฮล์มส์ มีการตีพิมพ์หนังสือมาตราธรณีกาล (Geological Time Scale; GTS) ในปี พ.ศ. 2525 (ค.ศ. 1982), พ.ศ. 2532 (1989), พ.ศ. 2547 (2004), พ.ศ. 2551 (2008), พ.ศ. 2555 (2012), พ.ศ. 2559 (2016), และ พ.ศ. 2563 (2020) อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2556 (2013) เป็นต้นมา ICS ได้เข้ามารับผิดชอบในการผลิตและจัดจำหน่ายแผนภูมิ ICC เนื่องจากธรรมชาติทางการค้า, การสร้างสรรค์อิสระ, และขาดการกำกับดูแลจาก ICS ของเวอร์ชัน GTS ที่ตีพิมพ์ก่อนปี พ.ศ. 2556 (2013) (แม้ว่าเวอร์ชันเหล่านี้จะตีพิมพ์ในความร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับ ICS) หนังสือมาตราธรณีกาลหลังจากปี พ.ศ. 2556 (2013) (2559 และ 2563) เป็นสิ่งพิมพ์เชิงพาณิชย์ที่ไม่มีการกำกับดูแลจาก ICS และไม่สอดคล้องกับแผนภูมิที่ผลิตโดย ICS โดยสมบูรณ์ แผนภูมิ GTS ที่ผลิตโดย ICS จะมีการกำหนดเวอร์ชัน (ปี/เดือน) โดยเริ่มที่ v2013/01 และมีการตีพิมพ์อย่างน้อยหนึ่งเวอร์ชันใหม่ในแต่ละปีซึ่งรวมถึงการเปลี่ยนแปลงที่ผ่านการรับรองจาก ICS ตั้งแต่เวอร์ชันก่อนหน้า

ได้รับการเสนอครั้งแรกในปี พ.ศ. 2543 (ค.ศ. 2000) แอนโทรโปซีนเป็นหินสมัย/สมัยที่เสนอขึ้นสำหรับช่วงเวลาล่าสุดในประวัติศาสตร์ของโลก แม้ว่ายังคงเป็นคำที่ไม่เป็นทางการ แต่ก็ถูกใช้อย่างแพร่หลายเพื่อบ่งบอกถึงช่วงเวลาทางธรณีวิทยาปัจจุบัน ซึ่งสภาพและกระบวนการต่าง ๆ บนโลกถูกเปลี่ยนแปลงอย่างลึกซึ้งโดยผลกระทบจากมนุษย์ ณ เดือนเมษายน พ.ศ. 2565 (ค.ศ. 2022) แอนโทรโปซีนยังไม่ได้รับการให้สัตยาบันโดย ICS; อย่างไรก็ตาม ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2562 (ค.ศ. 2019) กลุ่มทำงานแอนโทรโปซีนได้ลงมติเห็นชอบในการยื่นข้อเสนออย่างเป็นทางการต่อ ICS เพื่อจัดตั้งหินสมัย/สมัยแอนโทรโปซีน อย่างไรก็ตาม การนิยามแอนโทรโปซีนเป็นช่วงเวลาทางธรณีวิทยาแทนที่จะเป็นเหตุการณ์ทางธรณีวิทยายังคงเป็นที่ถกเถียงและยากลำบาก

กลุ่มทำงานนานาชาติของคณะกรรมการการลำดับชั้นหินเกี่ยวกับการแบ่งย่อยลำดับชั้นหินตามอายุกาลช่วงก่อนยุคไครโอเจเนียน ได้วางแบบแผนเพื่อปรับปรุงมาตราธรณีกาลก่อนยุคไครโอเจเนียนให้สอดคล้องกับมาตราธรณีกาลหลังยุคโทเนียน ผลงานนี้ได้ประเมินประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาของบรมยุคและมหายุคที่กำหนดไว้ในปัจจุบันของอภิมหาบรมยุคพรีแคมเบรียน[note 3] และข้อเสนอในหนังสือ "Geological Time Scale" ปี 2004, 2012, และ 2020 การแนะนำการปรับปรุง ของพวกเขาในมาตราธรณีกาลก่อนยุคไครโอเจเนียนเป็นดังนี้ (การเปลี่ยนแปลงจากมาตราปัจจุบัน [v2023/09] เน้นด้วยตัวเอียง):

หนังสือ Geologic Time Scale 2012 เป็นการตีพิมพ์เชิงพาณิชย์ครั้งสุดท้ายของแผนภูมิการลำดับชั้นหินตามอายุกาลสากลที่เกี่ยวข้องกับ ICS อย่างใกล้ชิด มันได้รวมข้อเสนอในการแก้ไขลำดับเวลาก่อนยุคไครโอเจเนียนอย่างมากเพื่อสะท้อนถึงเหตุการณ์สำคัญ เช่น การก่อตัวของระบบสุริยะและเหตุการณ์การออกซิเดชันครั้งใหญ่ เป็นต้น ขณะเดียวกันก็ยังคงรักษาศัพท์ธรณีกาลที่ใช้มาก่อนหน้านี้สำหรับช่วงเวลาที่เกี่ยวข้อง ณ เดือนเมษายน พ.ศ. 2565 ข้อเสนอเหล่านี้ยังไม่ได้รับการยอมรับจาก ICS การเปลี่ยนแปลงที่เสนอ (การเปลี่ยนแปลงจากมาตราปัจจุบัน [v2023/09]) แสดงเป็นตัวเอียง:

ตารางต่อไปนี้เป็นการสรุปเหตุการณ์สำคัญและลักษณะของการแบ่งช่วงเวลาที่ประกอบเป็นมาตราธรณีกาลของโลก ตารางนี้จัดเรียงช่วงเวลาทางธรณีวิทยาที่เกิดขึ้นล่าสุดไว้ด้านบนและช่วงเวลาที่เก่าแก่ที่สุดไว้ด้านล่าง ความสูงของแต่ละรายการในตารางนี้ไม่สอดคล้องกับระยะเวลาของการแบ่งช่วงเวลาแต่ละช่วง ดังนั้นตารางนี้จึงไม่สามารถแสดงสัดส่วนระยะเวลาของแต่ละหน่วยธรณีวิทยาได้อย่างแม่นยำ แม้ว่าบรมยุคฟาเนอโรโซอิกจะดูเหมือนยาวนานกว่ายุคอื่น ๆ แต่ในความเป็นจริงแล้วครอบคลุมเพียงประมาณ 539 ล้านปี (ประมาณ 12% ของประวัติศาสตร์โลก) ในขณะที่สามยุคก่อนหน้านี้[note 3] รวมกันครอบคลุมประมาณ 3,461 ล้านปี (ประมาณ 76% ของประวัติศาสตร์โลก) ความไม่สมดุลนี้ส่วนหนึ่งเกิดจากการขาดข้อมูลเกี่ยวกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในช่วงสามยุคแรกเมื่อเทียบกับยุคปัจจุบัน (บรมยุคฟาเนอโรโซอิก) การใช้กึ่งสมัย/กึ่งหินสมัยได้รับการรับรองโดยคณะกรรมาธิการการลำดับชั้นหินสากล (ICS)

เนื้อหาของตารางนี้อ้างอิงกับ ICC อย่างเป็นทางการที่จัดทำและดูแลโดยคณะกรรมาธิการการลำดับชั้นหินสากล (ICS) ซึ่งยังมีเวอร์ชันออนไลน์ที่เป็นแบบโต้ตอบได้ของตารางนี้อีกด้วย โดยเวอร์ชันโต้ตอบนี้อ้างอิงจากบริการที่ให้ทรัพยากรในรูปแบบอ่านได้โดยเครื่อง (machine-readable) ด้วยมาตรฐาน Resource Description Framework/Web Ontology Language ในการแสดงมาตราธรณีกาล ซึ่งพร้อมใช้งานผ่านโปรเจกต์ GeoSciML ของคณะกรรมาธิการการจัดการและประยุกต์ใช้ข้อมูลธรณีวิทยา (Commission for the Management and Application of Geoscience Information) และสามารถเข้าถึงได้ที่เอนด์พอยท์ SPARQL

ดาวเคราะห์และดาวบริวารบางดวงในระบบสุริยะมีโครงสร้างที่แข็งแกร่งพอที่จะบันทึกประวัติศาสตร์ของตนเองได้ ตัวอย่างเช่น ดาวศุกร์ ดาวอังคาร และดวงจันทร์ของโลก ในขณะที่ดาวเคราะห์ที่มีองค์ประกอบเป็นของเหลวเป็นหลัก เช่น ดาวเคราะห์ยักษ์ ไม่สามารถรักษาบันทึกประวัติศาสตร์ในลักษณะเดียวกันได้ นอกเหนือจากเหตุการณ์การระดมชนหนักครั้งหลัง เหตุการณ์บนดาวเคราะห์อื่น ๆ น่าจะมีอิทธิพลโดยตรงต่อโลกน้อยมาก และเหตุการณ์บนโลกก็มีผลกระทบต่อดาวเคราะห์เหล่านั้นน้อยเช่นกัน การสร้างมาตราเวลาที่เชื่อมโยงดาวเคราะห์จึงมีความสำคัญจำกัดต่อมาตราเวลาของโลก ยกเว้นในบริบทของระบบสุริยะ การดำรงอยู่ การกำหนดเวลา และผลกระทบต่อโลกของเหตุการณ์การระดมชนหนักครั้งหลังยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่[note 12]

ประวัติทางธรณีวิทยาของดวงจันทร์ของโลกได้ถูกแบ่งออกเป็นมาตราเวลาโดยอิงตามเครื่องหมายทางธรณีสัณฐานวิทยา ได้แก่ การกระแทกจากอุกกาบาต ภูเขาไฟ และการกร่อน กระบวนการแบ่งประวัติศาสตร์ของดวงจันทร์ในลักษณะนี้หมายความว่าขอบเขตของมาตราเวลาไม่ได้บ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในกระบวนการทางธรณีวิทยา ซึ่งแตกต่างจากมาตราธรณีกาลของโลก บนดวงจันทร์ระบบธรณีวิทยาแบ่งออกเป็นห้าหินยุค/ยุค ได้แก่ ยุคพรีเนคทาเรียน (Pre-Nectarian), ยุคเนคทาเรียน (Nectarian), ยุคอิมเบรียน (Imbrian), ยุคอีราโตสเทเนียน (Eratosthenian) และยุคโคเปอร์นิคัน (Copernican)) โดยที่ยุคอิมเบรียนถูกแบ่งออกเป็นสองหินสมัย/สมัย (ตอนต้นและ ตอนปลาย) ดวงจันทร์มีความพิเศษในระบบสุริยะเนื่องจากเป็นวัตถุอื่นเพียงชิ้นเดียวที่มนุษย์มีตัวอย่างหินที่มีบริบททางธรณีวิทยาที่ทราบ

ธรณีประวัติของดาวอังคารได้ถูกแบ่งออกเป็นสองช่วงเวลาต่างกัน ช่วงเวลาแรกพัฒนาขึ้นโดยศึกษาความหนาแน่นของปล่องภูเขาไฟบนพื้นผิวของดาวอังคาร โดยวิธีนี้ได้กำหนดยุคขึ้นสี่ยุคคือ ยุคพรีโนอาเคียน (Pre-Noachian) (~4,500–4,100 ล้านปีก่อน), ยุคโนอาเคียน (Noachian) (~4,100–3,700 ล้านปีก่อน), ยุคเฮสเปอเรียน (Hesperian) (~3,700–3,000 ล้านปีก่อน), ยุคช่วงอเมโซเนียน (Amazonian) (~3,000 ล้านปีก่อนจนถึงปัจจุบัน)

มาตราเวลาช่วงที่สองอ้างอิงจากการเปลี่ยนแปลงของแร่ที่สังเกตได้จากสเปกโทรมิเตอร์ OMEGA บนยานมาร์สเอ็กเพรส โดยวิธีนี้ได้กำหนดยุคขึ้นสามยุคคือ ยุคฟิลโลเชียน (Phyllocian) (~4,500–4,000 ล้านปีก่อน), ยุคทีอิเชียน (Theiikian) (~4,000–3,500 ล้านปีก่อน), และยุคซิเดริเคียน (Siderikian) (~3,500 ล้านปีก่อนจนถึงปัจจุบัน)