การศึกษาหาอายุทางธรณีวิทยา หาได้ 2 ลักษณะ คือ มี 2 ลักษณะ คือ

          1. อายุเทียบสัมพันธ์หรืออายุเปรียบเทียบ (Relative age) คือ เป็นช่วงระยะเวลาอายุทางธรณีวิทยาโดยศึกษาจากชั้นหิน หรือการลำดับชั้นหิน ลักษณะทางธรณีวิทยา หรือเหตุการณ์ทางธรณีวิทยาอื่นๆ โดยเมื่อนำมาเปรียบเทียบสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน กับดัชนีต่างๆ รายงานวิชาการอื่นๆ ที่พบในชั้นหิน เช่น หาจากซากดึกดำบรรพ์ต่างๆ ที่พบอยู่ในหิน ว่าเป็นสกุลและชนิดใด เป็นต้น ซึ่งศาสตร์นี้ต้องอาศัยการสั่งสมประสบการณ์และความเชี่ยวชาญสูง ซึ่งแทนที่จะบ่งบอกเป็นจำนวนปี แต่การบอกอายุของหินแบบนี้กลับบอกได้แต่เพียงว่า สิ่งไหนเกิดก่อนหรือหลัง อายุแก่กว่าหรืออ่อนกว่าหิน หรือซากดึกดำบรรพ์ อีกชุดหนึ่งเท่านั้น โดยอาศัยตำแหน่งการวางตัวของหินตะกอนเป็นตัวบ่งบอก( Index fossil) เป็น ส่วนใหญ่ เพราะชั้นหินตะกอนแต่ละขั้นจะต้องใช้ระยะเวลาช่วงหนึ่งที่จะเกิดการทับถม เมื่อสามารถเรียงลำดับของหินตะกอนแต่ละชุดตามลำดับก็จะสามารถหาเวลาเปรียบ เทียบได้ และจะต้องใช้หลักวิชาการทางธรณีวิทยา(Stratigraphy)ประกอบด้วย

การศึกษาเวลาเปรียบเทียบโดยอาศัยหลักความจริง มี อยู่ 3 ข้อคือ

          1.1 กฎการวางตัวซ้อนกันของชั้นหินตะกอน (Law of superposition) ถ้าหินตะกอนชุดหนึ่งหรือหินอัคนีผุไม่ถูกพลิกกลับ (Overturn) โดย ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติแล้ว ส่วนบนสุดของหินชุดนี้ย่อมจะมีอายุอ่อนหรือน้อยที่สุด และส่วนล่างสุดย่อมจะมีอายุแก่ที่สุดหรือมากกว่าเสมอ

          1.2 กฎของความสัมพันธ์ในการตัดผ่านชั้นหิน (Law of cross-cutting relationship) กล่าวคือ หินที่ตัดผ่านเข้ามาในหินข้างเคียง ย่อมจะมีอายุน้อยกว่าหินที่ถูกตัดผ่านเข้ามา

         1.3 การเปรียบเทียบสหสัมพันธ์ของหินตะกอน (Correlation of sedimentary rock) ศึกษาเปรียบเทียบหินตะกอนในบริเวณที่แตกต่างกันโดยสามารถเปรียบเทียบได้โดยอาศัยใช้ลักษณะทางกายภาพ เช่น

          1.3.1 ใช้ลักษณะทางกายภาพโดยอาศัยชั้นหินหลักหรือคีย์เบด (Key bed) ซึ่ง เป็นชั้นหินที่กำหนดได้สะดวกง่ายดาย โดยมีลักษณะเด่นเฉพาะบางประการตัวของมันเอง เช่น ซากพืช สัตว์ เป็นต้น และชั้นหินหลักนี้ ถ้าพบที่ไหนในบริเวณที่ต่างกันก็จะมีอายุหรือช่วงเวลาที่เกิดเท่ากันหรือ ใกล้เคียงกัน สามารถบ่งบอกจดจำได้อย่างถูกต้องถึงว่าชั้นหินที่วางตัวอยู่ข้างบนและข้าง ล่างของคีย์เบดจะมีลักษณะแตกต่างกันออกไปในแต่ละบริเวณด้วย

          1.3.2 เปรียบเทียบโดยใช้ซากดึกดำบรรพ์ (Correlation by fossil) โดย มีหลักเกณฑ์คือ ในชั้นหินใดๆ ถ้ามีซากดึกดำบรรพ์ชนิดเดียวกัน ที่เหมือนหรือคล้ายคลึงเกิดอยู่ในตัวของมันแล้ว แม้ชั้นหินนั้นๆ จะอยู่ต่างที่กัน ย่อมมีอายุหรือช่วงระยะเวลาที่เกิดเดียวกันหรือใกล้เคียงกับซากดึกดำบรรพ์ ที่สามารถจะใช้เปรียบเทียบได้ดี ต้องมีช่วงเวลาที่อาศัยอยู่บนโลกเป็นเป็นช่วงระยะเวลาสั้นๆ แต่เกิดอยู่อย่างกระจัดกระจายเป็นบริเวณกว้างขวางมากที่สุด ซึ่งฟอสซิลเหล่านี้เรียกว่า ไกด์ฟอสซิลหรือ อินเด็กฟอสซิล หรือ ซากดึกดำบรรพ์ดัชนี (Guide or Index fossil)

 

          2. อายุสัมบูรณ์ (Absolute age) หมาย ถึง เป็นระยะเวลาที่สามารถบ่งบอกอายุที่แน่นอนลงไป เช่น อายุซากดึกดำบรรพ์ของหินหรือวัตถุต่างๆ ที่สามารถหาได้ ลักษณะหรือเหตุการณ์ทางธรณีวิทยา (โดยมาก การบอกอายุเป็นตัวเลขได้ วัดเป็นปี เช่น พันปี ล้านปี) มาหาอายุ โดยทั่วไปหมายถึงการกำหนดหาอายุที่จากการวิเคราะห์และคำนวณหาได้จากไอโซโทป ของธาตุกัมมันตรังสีที่ปะปนประกอบอยู่ในหินหรือในซากดึกดำบรรพ์หรือวัตถุ นั้นๆ ขึ้นอยู่กับวิธีการและช่วงเวลาครึ่งชีวิต(Half life period)ของธาตุนั้น ๆ เช่น C-14 มีครึ่งชีวิตเท่ากับ 5,730 ปี จะใช้กับหินหรือ Fossil โบราณคดี ที่มีอายุไม่เกิน 50,000 ปี ส่วน U-238 หรือ K-40 จะ ใช้หินที่มีอายุมาก ๆ ซึ่งมีวิธีการที่สลับซับซ้อน ใช้ทุนสูง และแร่ที่มีปริมาณรังสีมีปริมาณน้อยมาก วิธีการนี้เรียกว่า การตรวจหาอายุจากสารกัมมันตภาพรังสี (Radiometric age dating)

          การใช้ธาตุกัมมันตรังสีเพื่อหาอายุหิน หรือ ฟอสซิล นั้น ใช้หลักการสำคัญคือการเปรียบเทียบอัตราส่วนของธาตุกัมมันตรังสีที่เหลืออยู่ ( End product) ที่เกิดขึ้นกับไอโซโทปของธาตุกัมมันตรังสีตั้งต้น (Parent isotope) แล้วคำนวณโดยใช้เวลาครึ่งชีวิตมาช่วยด้วยก็จะได้อายุของชั้นหิน หรือ ซากดึกดำบรรพ์ นั้น ๆ เช่น

          วิธีการ Uranium 238 - Lead 206 วิธีการ Uranium 235 - Lead 207

          วิธีการ Potassium 40 - Argon 206 วิธีการ Rubidium 87- Strontium 87

          วิธีการ Carbon 14 - Nitrogen 14

ประโยชน์ของการหาอายุโดยใช้ธาตุกัมมันตรังสีมี 2 ประการคือ

          1. ช่วยในการกำหนดอายุที่แน่นอนหลังจากการใช้ Fossil และ Stratigrapy แล้ว

          2. ช่วยบอกอายุหรือเรื่องราวของยุคสมัย พรีแคมเบียน (Precambrian) นี้ถูกเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องไปอย่างมาก ร่องรอยต่าง ๆจึงสลายไปหมด

 จากการศึกษาชนิดของสิ่ง มีชีวิต ประกอบกับการเรียงลำดับชั้นหินที่พบซากดึกดำบรรพ์ชนิดนั้น ทำให้นักธรณีวิทยาที่ศึกษาเกี่ยวกับซากดึกดำบรรพ์ (นักโบราณชีววิทยา, Paleontologist) มี ความรู้เพิ่มขึ้นในเรื่องวิวัฒนาการของสัตว์หลายเซลล์และสัตว์ชั้นสูงซึ่ง เกิดขึ้นมาบนโลกเมื่อประมาณ 545 ล้านปีที่ผ่านมา นักธรณีวิทยาได้แบ่งอายุของโลกออกเป็นช่วงๆ เรียกว่า ธรณีกาล” โดยใช้เหตุการณ์และการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญทางธรณีวิทยาและการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติของโลกเป็นหลักในการแบ่ง ประกอบด้วยมหายุค (Era) ยุค (Period) และสมัย (Epoch) โดยแบ่งโลกออกเป็น 3 มหายุคกับอีก 11 ยุค จากยุคก็แบ่งย่อยเป็นสมัย มีเวลาเป็นปีกำกับของแต่ละช่วงยุคสมัย

          ทั้งนี้ได้จัดให้ชีวิตเริ่มแรกที่เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวหลังจากโลกเริ่มเย็นตัวลงเป็นทั้งมหายุค และยุค เรียกว่า พรีแคมเบรียน” (3,500 – 545 ล้านปี) ซึ่งในยุคนี้หลายประเทศ เช่น แคนาดาและออสเตรเลีย ได้ใช้ซากดึกดำบรรพ์สโทรมาโทไลต์เป็นตัวกำหนดยุค แต่ในประเทศไทยไม่มีรายงานการสำรวจพบซากดึกดำบรรพ์ของยุคนี้ อายุจึงได้จากการลำดับชั้นหินและชนิดของหินเป็นหลัก โดยจัดให้หินแปรที่เกิดจากการแปรสภาพขั้นสูง เช่น หินไนส์ ชีสต์ และแคลซิลิเกต เป็นต้น เนื่องจากความร้อนและความกดดันที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลกและ การแปรสัณฐานของแผ่นธรณีภาคหลายครั้งเกิดขึ้นในยุคนี้ หินในยุคนี้จึงยืนหยัดผ่านการเปลี่ยนแปลงมายาวนาน มีความแข็งแกร่งคงทนเช่นเดียวกับคนที่ผ่านชีวิตมาอย่างยืนยาว


ภาพแสดง การเรียงลำดับยุคของไดโนเสาร์
ที่มา : http://school.obec.go.th/gtxpy1/work/supachaya/mamaboy_dailynews_2.jpg

          โลกในระยะเวลาต่อมาจาก 545 – 250 ล้านปี ได้แก่ มหายุคพาลีโอโซอิกเป็นยุคสมัยของซากดึกดำบรรพ์อย่างแท้จริง มีซากของสิ่งมีชีวิตโบราณที่เกิดขึ้นอย่างมากมาย มีทั้งสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว และหลายเซลล์ เริ่มมีการพัฒนารูปร่างของสัตว์ที่มีเปลือกห่อหุ้ม มีโครงร่างแข็งแรงขึ้น โดยเริ่มแรกเป็นสัตว์ทะเลแล้ววิวัฒนาการขึ้นมาอาศัยอยู่บนบก เริ่มมีวิวัฒนาการของพืชและสัตว์หลายพันธุ์ เช่น แมลง สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ ปลา สัตว์เลื้อยคลาน ต้นไม้ยืนต้น เป็นต้น แต่ในช่วงอายุนี้ก็มีการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตด้วยเช่นกัน

          มหายุคถัดไปตั้งแต่ 250 – 65 ล้านปี ได้แก่ มหายุคมีโซโซอิก เป็นยุคสมัยของสัตว์ที่มีขนาดใหญ่ และพืชชั้นสูง และบางชนิดก็สูญพันธุ์ไป เช่น ช่วงเวลาที่ไดโนเสาร์ไดโนเสาร์ซึ่งเริ่มชีวิตในช่วงนี้ อาศัยอยู่บนโลก มันกินช่วงเวลาที่ดีที่สุด ช่วงเวลา คือยุคไทรแอสสิก จูแรสสิก และครีเตเซียส เป็นระยะเวลา ประมาณ 140ล้าน ปี นับเป็นช่วงเวลา ที่ยาวนานมาก เมื่อมองไปถึงช่วงเวลาที่ มนุษยชาติ ที่เป็นบรรพบุรุษ ของคนเรา เคยอาศัยอยู่ในโลกนี้ เพียงประมาณ 100,000 ปี เท่านั้น นั่นแสดงว่า มนุษย์ โบราณ ไม่เคยอยู่อาศัย และต่อสู้กับ ไดโนเสาร์เลย แล้วไดโนเสาร์ก็สูญพันธุ์ไปจากโลกในช่วงประมาณ 65 ล้านปี ปลายของมหายุคนี้เช่นกัน

          มหายุคสุดท้าย ตั้งแต่ 65 ล้านปี – ปัจจุบัน ได้แก่ มหายุคซีโนโซอิก กาลเวลาอันยาวนานในช่วงนี้ เป็นช่วงกำเนิดและวิวัฒนาการของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่ รวมทั้งสายพันธุ์มนุษย์ ซึ่งมนุษย์ คนแรกของโลก เพิ่งเกิดเมื่อ ล้านปีที่แล้วนี้เอง และพืชดอกก็เจริญเต็มที่ ในช่วงนี้เป็นช่วงเวลาที่บรรยากาศโลกคล้ายปัจจุบันมากที่สุด

          ซากดึกดำบรรพ์ ที่เกิดขึ้นนั้นบ่งบอกอายุ และสภาพแวดล้อมของยุคสมัยนั้น แต่ซากดึกดำบรรพ์ที่จะบ่งบอกอายุได้ดีจะต้องเป็นซากดึกดำบรรพ์ที่เมื่อมี ชีวิต อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม แพร่ขยายพันธุ์ได้รวดเร็วเป็นปริมาณมาก แต่มีช่วงอายุสั้น และสูญพันธุ์เร็ว เรียกว่า ซากดึกดำบรรพ์ดัชนี (Index fossil) เช่น โคโนดอนต์ ซึ่งเป็นจุลชีวินที่บ่งบอกอายุในยุคออร์โดวิเชียนในประเทศไทย แกรปโทไลต์เป็นซากดึกดำบรรพ์ในยุคไซลูเรียนและฟูซูลินิด บ่งบอกอายุในยุคเพอร์เมียน เป็นต้น

            หลักฐานจากซาก ดึกดำบรรพ์ที่ได้จากการสำรวจศึกษาทำให้เราทราบถึงสายการวิวัฒนาการของสิ่งมี ชีวิตทั้งพืชและสัตว์ มีทั้งที่สูญพันธุ์ และที่สามารถดำรงพันธุ์สืบเนื่องมาจากอดีตจนถึงปัจจุบัน ซึ่งอาจจะเป็นเหมือนต้นไม้แห่งชีวิต ที่เริ่มต้นจากจุดเล็กๆ ของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว แล้วแตกกิ่งก้านสาขาออกไปมากมาย เหมือนกับการกระจายพันธุ์ออกไปของพืชและสัตว์หลายชนิด