Геологический способ определения возраста

Методы определения возраста в геологии.

Методы определения возраста в геологии. В предыдущих лекциях и на лабораторно-практических занятиях мы ознакомились с составом и строением Земли. Вы имеете представление о минералах и горных породах, о геологических процессах и, в частности, о тех, которые создают или разрушают горные породы, деформируют их.

В геологии сведения о минералах и горных породах, понятия о процессах, происходящих в земной коре и на ее поверхности, немыслимы вне времени, т.е. вне исторической последовательности. Без исторического метода исследований геология превратилась бы в архивное собрание не связанных между собой фактов о составе, строении земной коры.

Пример. Для вас «архивным собранием» являются коллекции минералов и горных пород, которые вы изучали на лабораторно-практических занятиях. Вы видели песчаники и глины, конгломераты и брекчии, кварциты и метаморфические сланцы, граниты и другие породы, которые собраны в разных местах и, что особенно важно для нашей беседы, имеют различный геологический возраст.

Определение геологического возраста может осуществляться двумя путями — абсолютным и относительным. ^

Историк может говорить, что война России с Наполеоном проходила в царствование Александра I и с полным правом утверждать, что она имела место в 1812 году. И первое, и второе утверждения верны. Первое утверждение является относительным, а второе — абсолютным. Таким образом, любое событие может датироваться двумя методами или способами.

С помощью относительного метода определения возраста мы устанавливаем, какие породы образовались раньше, а какие позже, не касаясь вопроса длительности их накопления.

Существуют три разновидности относительного метода определения возраста в геологии — стратиграфический, палеонтологический и петрографический.

Остановимся на примерах. В овраге, обрыве речного берега или в карьере вы наблюдали слои горных пород. Глядя на них, можно сделать вывод, что нижележащий слой образовался ранее (т.е. древнее) слоя, лежащего выше. Это положение верно для осадочных пород.

Определение возраста интрузивных тел производится по соотношению между интрузивными и осадочными породами, прорванными интрузивным телом и перекрывающими его (рис. 1).

Эти примеры верны для частных (местных) случаев, и их нельзя переносить на удаленные друг от друга породы.

Этого недостатка лишен палеонтологический метод определения возраста. Он возник на рубеже XVIII и XIX веков. Основоположниками его явились Кювье, Броньяр, Смит. Основой палеонтологического метода является изучение остатков животных и растений. Был сделан вывод, что каждый слой содержит характерные, только ему присущие виды органических остатков, которых нет в других слоях.

После победы идей дарвинизма было установлено, объяснено и показано, что наиболее низкоорганизованные формы жизни встречаются в наиболее древних отложениях, а более высокоорганизованные — в молодых. /

Перейдем к абсолютной геохронологии.’Под абсолютной геохронологией понимают определение возраста горных пород, геологических событий в обычных единицах времени — в годах. Определение абсолютного возраста стало возможным после открытия радиоактивности некоторых элементов. Метод основан на постоянстве скорости распада радиоактивных элементов и не зависит от изменений окружающей среды. В настоящее время существует несколько способов определения абсолютного возраста — урановый, калиевый, ториевый, но наиболее широкое применение имеют урановый и калиевый или свинцовый и гелиевый методы.

Согласно последним данным возраст геологического этапа развития Земли исчисляется в 4370—4395 млн лет, а длительность существования Земли как планеты — 6,5-7 млрд лет. у

Применение абсолютного или относительного метода для определения возраста решается в каждом конкретном случае.

Можно сказать, что разные люди по-разному воспринимают понятие возраста. Обычный человек мыслит в пределах десятков лет, историк — в пределах сотен лет, археолог — тысячелетий, а геолог — оперирует миллионами лет.

Источник

Возраст горных пород

Способы определения возраста горных пород

В настоящее время возраст горных пород определяют тремя методами: стратиграфическим, палеонтологическим и абсолютным.

Стратиграфический (лат. «стратум» — слой, «графос» — описание) метод. Это относительный метод, суть которого заключается в том, что относительный возраст горных пород определяют по тому месту, где залегает тот или иной пласт или слой в земной коре, есть в геологическом разрезе. Действительно, и горная порода, которая залегает внизу образовалась раньше, чем та, что залегает наверху.

Но при тектонических процессах, когда земная кора приходит в движение, определить относительный возраст горных пород невозможно.

Например, в Кузбассе некоторые пласты осадочных пород залегают под углом 89 — 90 °. Таким образом, стратиграфический метод применяется только для осадочных горных пород при их спокойном залегании. Вычислить абсолютный возраст горных пород этим методом невозможно, поскольку скорость накопления осадков в земной коре очень неодинакова.

Палеонтологический (греч. «палайос» — древний, «отоси» — существо, «логос» — учение) метод. Суть этого метода заключается в том, что возраст горных пород определяется по остаткам в них вымерших организмов — растений и животных.

Основателями этого метода были английский инженер-Гидростроитель В. Смит и французский ученый Ж. Кювье.

При раскопках в пластах горных пород встречаются остатки организмов разной степени совершенства. Чем совершеннее остатки организмов, тем моложе горная порода. Например, и порода, где обнаружили кости млекопитающих, значительно моложе той, где нашли остатки динозавров.

Конечно, этот метод тоже является относительным, но более совершенным, потому что не зависит уже от условий залегания горных пород.

Абсолютный метод. Является наиболее точным и позволяет определить возраст горных пород в годах. Начал применяться после открытия в 1396 г.

Анри Беккерель явления радиоактивности. Установлено, что во время радиоактивного распада одни элементы превращаются в другие более устойчивы, а период их распада вообще не зависит ни от внутренних, ни от внешних обстоятельств (температуры, давления, влажности и т.д.). Зная соотношение количества материнского элемента остался в породе, и продукта конечного распада, срок его преобразования, можно определить абсолютный возраст горных пород.

Так, и 0 г 238U за I млрд. лет превращается в 0,116 г 206Рb. Остаток 238U — 0,865 г. Остальная масса расходуется на излучение. Значение периодов полураспада приведены в табл. 4.1.

Урано-свинцовый, торий-свинцовый методы применяются для определения возраста древних магматических и метаморфических горных пород, получивших название старожилов.

Этими методами были определены, что возраст известных на Земле пород — старожилов составляет 3,8 млрд. лет (Южная Америка). Это меньше некие метеоритов (4,7 млрд. лет) и некоторых пород Луны (до 4,7 млрд. лет). Согласно возраст солнечной системы оценивается величиной в 5 млрд.лет.

Понятия об относительном и абсолютном возрасте горных пород. Характеристика методов определения абсолютного геологического возраста пород.

Развитие животного и растительного мира, особенности формирования горных пород в различных геологических эрах.

Основными геологическими графическими документами являются геологическая карта, геологические разрезы и стратиграфические колонки.

Геологическая карта представляет собой изображение на топографической основе границ распространения горных пород на поверхности Земли, разделенных по возрасту и составу.

Геологические карты дают возможность получить представление о составе и формах залегания пород любого участка земной коры. На геологических картах возраст горных пород указывается цветом и индексами соответствующих стратиграфических подразделений.

Магматические интрузивные горные породы на картах показываются ярким цветом.

Геологический разрез— это графическое изображение на вертикальной плоскости пород различного состава и возраста, формы геологических тел, их мощности и характера нарушений.

Геологический разрез дополняет и уточняет геологическую карту, давая наглядное представление об изменении геологического строения с глубиной.

Вертикальный и горизонтальный масштабы геологических разрезов, по возможности, должны быть одинаковы. При необходимости показать структуру маломощных пластов возможно использование разных масштабов (вертикального и горизонтального), но при этом будет происходить искажение условий залегания (при наклонном и складчатом залегании пластов) и рельефа поверхности.

Сводные стратиграфические колонкипредставляют собой графический перечень всех отложений, слагающих участок земной коры, как обнажающихся на поверхности Земли, так и вскрытых скважинами и горными выработками.

Стратиграфическая колонка (рис.1) вычерчивается в виде вертикального столбца, в котором каждая стратиграфическая единица, выделяемая в числе геологических образований данного участка, при согласном залегании отделяется от соседней прямой горизонтальной линией; при несогласном, т.е.

когда наблюдается перерыв в осадконакоплении, — волнистой линией.

Литологический состав горных пород в стратиграфической колонке показывается штриховыми условными обозначениями. Колонка строится в масштабе карты.

При очень большой мощности отдельных стратиграфических подразделений в них допускается пропуск (“разрыв”) внутри однородных слоев (рис.1 — триасовая система, верхний отдел).

Рис.1.Пример стратиграфической колонки.

Обычная первичная форма залегания осадочных горных пород — горизонтально лежащий слой (пласт).

Под слоем (пластом) понимается образование какой-либо осадочной породы (тела), имеющей значительную горизонтальную протяженность, ограниченную примерно параллельными плоскостями напластования, и относительно малые вертикальные размеры.

При рассмотрении слоя как структурного элемента осадочных толщ выделяют подошву (почву) и кровлю слоя, а также его мощность. Кровля слоя является “поверхностью” напластования или ложем для вышележащего слоя.

При горизонтальном залегании слоев различного возраста и литологического состава рисунок геологической карты зависит от расчлененности рельефа и мощности слоев, образующих соответствующий участок земной коры.

Границы (контакты) пластов следуют изгибам рельефа, так как в силу горизонтального залегания подошва и кровля каждого пласта имеют определенную и постоянную высотную отметку.

Ширина выхода (видимая мощность) одного и того же пласта, слоя зависит от крутизны рельефа, и чем положе рельеф, тем шире полоса выхода.

Признак горизонтального залегания — постоянство отметок поверхностей разделов геологических тел и подобие геологических границ горизонталям рельефа поверхности.

Контрольные вопросы

Перечислите основные геологические графические документы.

2. Что такое геологический разрез?

3. Каким образом на геологических картах указывается возраст пород?

4. Что называется пластом?

5. Что является признаком горизонтального залегания пород на геологической карте?

Возраст горных пород, геохронология

Изучением продолжительности и последовательности геологических событий занимается геохронология. Она в свою очередь подразделяется: на абсолютную и относительную.

Абсолютная геохронология устанавливает время возникновения горных пород и др.

геологических явлений в астрономических единицах (годах).

Методы определения абсолютного возраста.

1. Метод ленточных глин — основан на явлении изменения состава осадков, которые отлагаются в спокойном водном бассейне при сезонном изменении климата.

За 1 год образуется 2 слоя. В осенне-зимний сезон отлагается слой глинистых пород, а в весенне-летний образуется слой песчаных пород. Зная количество таких пар слоев, можно определить — сколько лет формировалась вся толща.

2.Методы ядерной геохронологии.

Эти методы опираются на явление радиоактивного распада элементов.

Скорость этого распада постоянна и не зависит от каких-либо условий, происходящих на Земле. При радиоактивном распаде происходит изменение массы радиоактивных изотопов и накопление продуктов распада — радиогенных стабильных изотопов. Зная период полураспада радиоактивного изотопа, можно определить возраст минерала его содержащего.

Для этого нужно определить соотношение между содержанием радиоактивного вещества и продукта его распада в минерале.

В ядерной геохронологии основными являются:

Свинцовый метод — используется процесс распада 235U, 238U, 232Th на изотопы 207Pb и 206Pb, 208Pb.

Используются минералы: монацит, ортит, циркон и уранинит. Период полураспада

Калий-аргоновый — при распаде К изотопы 40К (11%) переходят в аргон 40Ar, а остальные в изотоп 40Ca. Поскольку К присутствует в породообразующих минералах (полевые шпаты, слюды, пироксены и амфиболы), метод широко применяется. Период полураспада

Рубидий-стронциевый — используется изотоп рубидия 87Rb с образованием изотопа стронция 87Sr (используемые минералы — слюды содержащие рубидий). Из-за большого периода полураспада (49.9 млрд.лет) применяется для наиболее древних пород земной коры.

Радиоуглеродный — применяется в археологии, антропологии и наиболее молодых отложений Земной коры. Радиоактивный изотоп углерода 14С образуется при реакции космических частиц с азотом 14N и накапливается в растениях. После их гибели происходит распад углерода 14С, и по скорости распада определяют время гибели организмов и возраст вмещающих пород (период полураспада 5.7тыс.лет).

Относительная геохронология определяет возраст пород и последовательность их образования стратиграфическими методами, а раздел геологии, изучающий взаимоотношения горных пород во времени и пространстве называется стратиграфией.

Методы относительной геохронологии подразделяются на палеонтологические и непалентологические.

Палеонтологические методы (биостратиграфия): в основе метода-определения видового состава ископаемых остатков древних организмов и представления об эволюционном развитии органического мира, согласно которого в древних отложениях находятся остатки простых организмов, а в более молодых — организмы сложного строения.

Эта особенность используется для определения возраста пород.

Не палеонтологические методы подразделяются на: литологические, структурно-тектонические и геофизические.

Литологические методы разделения толщ опираются на различия отдельных слоев, составляющих изучаемую толщу по цвету, вещественному составу (минералого-петрографическому), текстурным особенностям.

Структурно-тектонический метод — в его основе лежит представление о существования перерывов в осадконакоплении на крупных участках земной коры.

Перерывы в осадконакоплении наступают тогда, когда участок морского бассейна, где накапливалась осадочная толща, становится приподнятым и на этот период здесь прекращается формирование осадков.

В последующее геологическое время данный участок может вновь начать погружение, снова стать морским бассейном, в котором происходит накопление новых осадочных толщ. Граница между толщами представляет собой поверхность несогласия.

По таким поверхностям проводят расчленение осадочной толщи на пачки и сопоставляют их в соседних разрезах. Толщи, заключенные между одинаковыми поверхностями несогласия рассматриваются как одновозрастные. В отличие от литологического метода структурно-тектонический метод используется для сопоставления крупных стратиграфических подразделений в толщах.

Геофизические методы основаны на сравнении пород по физическим свойствам.

По своей геологической сущности геофизические методы близки минералого-петрографическому методу, поскольку и в этом случае выделяются отдельные горизонты, сопоставляются их физические параметры и по ним проводится корреляция разрезов. Геофизические методы не носят самостоятельного характера, а применяются в комплексе с другими методами.

Рассмотренные методы абсолютной и относительной геохронологии позволили определить возраст и последовательность образования горных пород, а также установить периодичность геологических явлений и выделить этапы в длительной истории Земли.

В каждый этап последовательно накапливались толщи пород, и это накопление происходило в определенный промежуток времени. Поэтому всякая геохронологическая классификация содержит двойную информацию и объединяет две шкалы — стратиграфическую и геохронологическую. Стратиграфическая шкала отражает последовательность накопления толщ, а геохронологическая шкала — соответствующий этому процессу период времени.

На основе большого количества данных по различным регионам и континентам была создана общая для земной коры Международная геохронологическая шкала, отражающая последовательность подразделений времени, в течение которых формировались определенные комплексы отложений и эволюцию органического мира.

В стратиграфии подразделения рассматриваются от крупных к мелким:

эонотема — группа — система — отдел -ярус.

Им соответствуют: эон — эра — период — эпоха – век.

Каждое подразделение в геохронологической шкале имеет свое название. Названия происходят от греческих слов (археос -древний и т.д.) или от места, где они впервые были выделены. Кроме того, каждое подразделение имеет свой цвет и индекс, который состоит из начальных букв названия подразделения и цифр. Например: alQIII означает – аллювиальные (речные) позднечетвертичные отложения, eC1 – элювиальные раннекаменноугольные отложения и т.д.

Такими индексами удобно пользоваться при составлении геологической карты или геологического разреза.

Геологическая карта отражает распространение горных пород и их возраст на поверхности Земли. Поэтому она составляется на топооснове различного масштаба.

Геологические разрезы показывают распространение горных пород от поверхности Земли до определенных глубин, спроектированных на вертикальную плоскость. В зависимости от поставленных геологических задач, разрезы также составляются в различном масштабе.

Таблица 1. Геохронологическая таблица.

Геохронологическая таблица
эон	эра (группа)	период (система)	эпоха (отдел)
Фанерозой	Кайнозойская Kz 67 млн.

Четвертичный Q Голоцен Позднечетвертичный Среднечетвертичный Раннечетвертичный QIV QIII QII QI Неогеновый N Верхненеогеновый Ранненеогеновый N2 N1 Палеогеновый (Pg) P Позднепалеогеновый Среднепалеогеновый Раннепалеогеновый (Pg3) P3 (Pg2) P2 (Pg1) P1 Мезозойская Mz 173 млн.

Меловой (Cr) K Верхнемеловой Раннемеловой (Cr2) K2 (Cr1) K1 Юрский J Позднеюрский Среднеюрский Раннеюрский J3 J2 J1 Триасовый T Позднетриасовый Среднетриасовый Раннетриасовый T3 T2 T1 Палеозойская Pz 330 млн.

Пермский P Верхнепермский Раннепермский P2 P1 Каменноугольный C Позднекаменноугольный Среднекаменноугольный Раннекаменноугольный C3 C2 C1 Девонский D Позднедевонский Среднедевонский Раннедевонский D3 D2 D1 Силурийский S Среднесилурийский Раннесилурийский S2 S1 Ордовикский O Позднеордовикский Среднеордовикский Раннеордовикский O3 O2 O1 Кембрийский (Cm) є Позднекембрийский Среднекембрийский Раннекембрийский (Cm3) є3 (Cm2) є2 (Cm1) є1 Криптозой Протерозойская-PR >2100 млн.

Венд Рифей PR3 PR2 PR1

Возраст горных пород и методы его определения

Историю и общие закономерности развития и образования земной коры изучает историческая геология.

Хронология геологических событий в истории Земли, а также возраст земной коры и Земли как планеты интересуют человечество. как из практических, так и теоретических соображений. В настоящее время в истории формирования и развития Земли выделяют два крупных этапа – догеологический и геологический.

Первый этап охватывает длительный промежуток времени – с момента возникновения Земли как планеты (около 6,5–7 млрд. лет назад) и до того времени, когда начали формироваться оболочки Земли (атмосфера, гидросфера, земная кора), т.е. около. 4,5–5 млрд.лет тому назад.

История догеологического этапа не может быть восстановлена геологическими методами, и все представления о нем базируются на общих представлениях о развитии Земли как космического тела. Догеологический этап называют также космическим или планетарным.

Геологический этапначинается с момента появления земной коры, т. е. с того времени, от которого сохранились наиболее древние геологические документы – минералы и горные породы.

Однако известные нам древние минералы и горные породы тоже образовались из каких-то ранее существовавших пород, но по тем или иным причинам не сохранившихся. В связи с этим начало геологического этапа в истории Земли представляет собой только условный момент.

Для выражения времени в истории развития Земли за геологический этап пользуются абсолютной геохронологией и относительной геохронологией.

Абсолютный возраст – это продолжительность существования («жизни») породы, выраженная в годах.

Определение абсолютного времени в геологии стало возможным в XX в.в связи с появлением возможности использования для этих целей радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах и минералах.

Радиологический методоснован на том, что ядра атомов некоторых неустойчивых (радиоактивных) элементов с постоянной, присущей каждому из них скоростью, не зависящей от внешних условий, самопроизвольно распадаются, образуя устойчивые химические элементы. Например, конечными устойчивыми продуктами распада ядер атомов урана (U238, U235), тория (Th232) являются радиогенный газ гелий (Не4) и радиогенный металл свинец (Рb).

Для каждого радиоактивного элемента характерен свой период полураспада, т. е. свой промежуток времени, в течение которого то или иное количество радиоактивного вещества уменьшается наполовину.

Длительность процесса полураспада исчисляется у большинства элементов десятками и сотнями миллионов лет (у тория длительность полураспада равна 1,4∙1010 лет, у урана – 7,0∙108 лет и т.п.).

Учитывая относительное содержание в минерале или горной породе остатка радиоактивного элемента, количество появившихся устойчивых элементов и скорость полураспада радиоактивного элемента, можно вычислить абсолютный возраст минерала.

Радиологический метод исследования дал возможность выразить в годах продолжительность определенных отрезков времени в истории земной коры.

Абсолютная шкала времени привязана к ранее созданной относительной геохронологической шкале.

Относительный возрастпозволяет определять возраст пород относительно друг друга, т.е. устанавливать, какие породы древнее, какие моложе.

Для установления относительного возраста используют два метода, с помощью которых разработана относительная геохронологическая шкала, – стратиграфический и палеонтологический.

Стратиграфический метод основан на изучении положения слоев горных пород в земной коре.

Слои, которые по своему пространственному положению залегают выше рассматриваемых, считаются по времени образования более молодыми, чем подстилающие породы. Стратиграфический методприменяют для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоев.

Из рис. 17авидно, что самым молодым является верхний слой 3, самым древним – нижний 1.

Этот метод не используют при залегании слоев в виде складок.

На рис. 17б показан выход на склон рельефа слоев, смятых в складки. Видно, что более древние слои 1 и 2 лежат на более молодом слое 3.

Рис. 17. Залегание слоев горных пород: а) горизонтальное, б) в виде складок

Палеонтологический методоснован на изучении ископаемых остатков вымерших организмов.

Установлено, например, что в разновозрастных слоях осадочных пород встречаются разные комплексы остатков организмов, характеризующие развитие флоры и фауны в ту или иную геологическую эпоху. Сопоставление этих остатков и позволяет судить об относительном возрасте горных пород. Этот метод позволяет определять возраст осадочных пород по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоев и сопоставлять возраст пород, залегающих на различных участках.

Изучение окаменелостей, отпечатков (внутренних и наружных), ядер (возникли вследствие заполнения пустот, оставшихся от разложившихся организмов) показало, что встречаемые в ископаемом состоянии формы постепенно сменяются во времени, причем в этой смене наблюдается определенный процесс прогрессивного развития организмов, начиная с самых низших форм и до наиболее организованных групп.

При этом некоторые группы низших животных и растений встречаются с момента зарождения жизни на Земле до настоящего времени, тогда как высшие формы появились и стали преобладать только в новейшее время.

Однако не все организмы позволяют определить более или менее точно относительный возраст породы. Некоторые виды животных и растений жили многие миллионы лет, существенно не изменялись и поэтому встречаются в различных по возрасту слоях горных пород.

Для определения относительного возраста пород используются такие ископаемые формы растений и животных, которые встречаются лишь в слоях, отложившихся в определенный отрезок времени. Они называются руководящими.

Источник