Методы абсолютной геохронологии

3.2. Абсолютная геохронология и ее методы

Абсолютная геохронология представляет собой учение об измерении геологического времени, выраженного в обычных абсолютных астрономических единицах-годах. Абсолютная геохронология определяет время возникновения, завершения и длительность всех геологических событий и в первую очередь время образования или преобразования (метаморфизма) горных пород и минералов, т.к. по их возрасту определяется возраст геологических событий.

Особую ценность абсолютная геохронология приобретает при определении возраста пород, возникших на ранних этапах развития Земли, т.к. здесь методы относительной геохронологии почти бессильны. Абсолютная геохронология придает большую точность и определенность хронологии геологических событий.

Методы абсолютной геохронологии

Сезонно-климатический. Развитие ряда биологических процессов связано с сезонными изменениями климата, например – годичные кольца на стволах деревьев сохраняются и на ископаемых окаменелых стволах. Такие же годичные слои роста обнаруживаются и в известковых постройках кораллов. Таким образом, можно определить в годах и даже днях, сколько времени пошло на образование известкового скелета данного коралла.

Радиологический или изотопный. Метод возник после открытия естественной радиоактивности, и в 1902 году П. Кюри впервые высказал идею о возможности определять возраст минералов по распаду радиоактивных изотопов (К, U, Pb), заключенных в минералах осадочных и магматических горных пород.

Во многих случаях истинный возраст горных пород может быть установлен только по результатам изотопных определений.

Радиоуглеродный метод позволяет вычислить время захоронения растительных остатков, а следовательно, и возраст породы, в которой они находятся.

Возникновение геохронологии (стратиграфии) связано со становлением геологии как науки; она послужила основой создания геологических карт и геохронологической шкалы.

3.3. Геохронологическая шкала (стратиграфическая шкала)

Геохронологическая шкала (стратиграфическая шкала) — это шкала относительного геологического времени, в основе которой лежат выявленные палеонтологией этапы развития жизни на Земле. В 1881 году на 2-м Международном геологическом конгрессе в г. Болонье были утверждены основные подразделения совмещенных стратиграфической и геохронологической шкал. В этой шкале история Земли делилась на четыре эры, обоснованные этапами развития органического мира, в связи с чем были и предложены названия эр:

Архейская (греч. «археос» — древнейший) – эра древнейшей жизни;

Палеозойская (греч. «палеос» — древний) – эра древней жизни;

Мезозойская (греч. «мезос» — средний) – эра средней жизни;

Кайнозойская (греч. «кайнос» — новый) – эра новой жизни.

После некоторых изменений, в настоящее время геохронологическая шкала имеет вид, представленный в табл.

Геохронологическая шкала /по н.В. Короновскому, а.Ф. Якушовой/

Фане

розой

Эра

Период

Эпоха

Возраст, млн лет

Кайнозойская

Четвертичный

(антропогеновый)

Голоценовая Плейстоценовая Эоплейстоценовая

Неогеновый

Плиоценовая Миоценовая

2,0

Палеогеновый

Олигоценовая Эоценовая Палеоценовая

25,0

Меловой

Позднемеловая Раннемеловая

65,0

Мезозойская

Юрский

Позднеюрская Среднеюрская Раннеюрская

144,0

Триасовый

Позднетриасовая Среднетриасовая Раннетриасовая

213,0

Палеозойская

Пермская

Позднепермская Раннепермская

248,0

Каменноугольная

Позднекаменноугольная Среднекаменноугольная Раннекаменноугольная

286,0

Девонская

Позднедевонская Среднедевонская Раннедевонская

360,0

Силурийская

Позднесилурийская Раннесилурийская

408,0

Ордовикская

Позднеордовикская Среднеордовикская Раннеордовикская

438,0

Кембрийская

Позднекембрийская Среднекембрийская Раннекембрийская

505,0

Протерозой

Вендская

590,0

Рифейская

670,0

Архей

2600,0 4600,0

Каждое из указанных стратиграфических подразделений отвечает естественному этапу развития Земли и ее органического мира; они распознаются на всех материках и, как показало бурение, проведенное еще 1970-х гг., и в океанических впадинах.

Архей делится на две части – ранний и поздний, фанерозой подразделяется на палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры и 12 периодов. Название периодам обычно присваивается по наименованию местности, где впервые были выделены и наиболее полно описаны. Кембрийский период носит старое название полуострова Уэльс, ордовик и силур получили название по имени племен, населявших те районы Англии, где эти отложения впервые были описаны, девон получил известность по графству Девоншир в Англии, пермский – по Пермской губернии в России, юрский – был подробно изучен в Юрских горах Швейцарии. Исключение составляют каменноугольный (карбоновый) и меловой периоды, названные в более ранней шкале по характерным породам, их слагающим – это каменный уголь и мел.

Происхождение названий периодов в кайнозое тоже достаточно интересно: в более ранней стратиграфической шкале история Земли делилась на четыре системы – первичную, вторичную (мезозой), третичную и четвертичную, но впоследствии два первых названия отмерли и третичная распалась на две – палеогеновую (греч. «палеос» — древний, «генос» — рожденный) и неогеновую (новорожденную). Четвертичная система по предложению А.П. Павлова стала называться антропогеновой (греч. «антропос» человек). Особого внимания заслуживает кайнозойская эра.

Палеоген – в целом характеризуется регрессией моря, хотя отдельные части и трансгрессии моря имели место. Очертания материков были уже близки к современным. Животный мир быстро эволюционировал, среди простейших широко развиты крупные фораминиферы — нуммулиты и многочисленные брюхоногие, двустворки. На суше господствовали млекопитающие, появились обезьяны, а в конце периода слоновые и сумчатые. В этот период происходило накопление таких полезных ископаемых, как бурый уголь, фосфориты, марганец, горючие сланцы, нефть и газ.

Неоген. Возникают складчатые сооружения – Альпы, Карпаты, Крым, Кавказ, хребты – Гималаи, высокогорное тибетское плато и другие. Происходят сильные колебания уровня моря. Оледенение Антарктиды в начале периода и оледенение горных стран Северного полушария в конце. Определяющую роль для выявления системы имеют млекопитающие – хоботные – слоны, мастодонты. Носороги, тигры, медведи, человекообразные обезьяны. Растительность близка к современной с четким разделением на тепло- и холодолюбивые виды. Характерные полезные ископаемые – железные руды, бурый уголь, горючий газ, нефть.

И последний – четвертичный период, который не окончился и сейчас, подразделяется на плейстоцен и голоцен. В плейстоцене суровые ледниковые эпохи чередовались с относительно теплыми межледниковьями. Голоцен — типичная межледниковая эпоха с относительно стабильным климатом. Начало голоцена характеризуется истреблением человеком большого количества видов животных, а середина — становлением человеческой цивилизации и началом ее технического развития.

Большинство современных форм рельефа сформировалось в четвертичном периоде.

Вывод. Значение шкалы геологического времени велико, т.к. она связывает все геологические события в длительной истории Земли. Также велико и практическое значение геохронологического (стратиграфического) анализа.

Стратиграфический анализ является основой при проведении регионально-геологических исследований, позволяющих понять особенности тектоники территории, определить направление поисков и разведки полезных ископаемых; особенно это относится к пластовым месторождениям (нефть, уголь, железные и марганцевые руды, фосфориты, бокситы, каменные и калийные соли, черные урансодержащие сланцы и др.), которые строго приурочены к определенным стратиграфическим уровням. Без детального изучения стратиграфического разреза не могут быть составлены геологические карты и проведены различные инженерно-геологические работы, что является особенно важным при проведении экологических исследований.

Методы абсолютной геохронологии.

Методы абсолютной геохронологии определяют абсолютный возраст ГП в годах. Используются изотопные методы, основанные на постоянстве скорости распада радиоактивных изотопов. Радиоактивные минералы содержатся в виде примесей.

–Уран–свинцово–ториевый метод: базируется на использовании трех процессов радиоактивного распада изотопов урана и тория: 238U-206Pb, 235U-207Pb, 232Th-208Pb. Период полураспада 238U составляет 4510 млн. лет, из-за такого большого периода полураспада используется для определения возраста докембрийских и фанерозойских пород(по минералам содержащим U b Th – циркон, монацит и др.). Ошибка метода порядка 5%.

–Калиево–аргоновый метод: основан на распаде радиоактивного 40K, при котором около 12% этого изотопа превращаются в 40Ar с периодом полураспада 1300 млн. лет. Этот метод используется для магматических и метаморфических ГП, минералов калия (амазонит, биотит, мусковит, микроклин), а так же для осадочных пород (глауконит). Определение возраста метаморфических пород калий-аргоновым методом не рекомендуется из-за значительных утечек аргона, происходящим при температурах свыше 300оС и при больших давлениях. Используется очень редко.

-Рубидий-стронциевый метод: основан на очень медленном распаде радиоактивного изотопа 87Rb и превращении его в изотоп стронция 87Sr. Применяется для минералов, содержащих рубидий (мусковит, амазонит, микроклин). Погрешность метода от 3до5%.

-Самарий-неодимовый метод: основан на очень медленном распаде изотопа самария 147Sm, который встречается в смеси со стабильными изотопами 144Sm, 148-150Sm, 152Sm, 154Sm с периодом полураспада 153 млрд. лет. Конечным продуктом распада является радиогенный 144Nd. Элементы малоподвижны, тяжёлые, не опасен метаморфизм. Определяется возраст докембрийских и фанерозойских пород, обычно ОГП и УОГП, пород Земного и лунного происхождения.

-Радио–углеродный метод: измеряет содержание изотопа 14С в органическом веществе раковин, древесине, костях, сталактитах. В атмосфере образуется под действием космического излучения:14N14C и усваивается живыми организмами. После отмирания происходит распад 14С, и зная скорость его распада, удается определить возраст захоронения организма. Четырнадцатый изотоп углерода живёт 5750 лет. Для датировки молодых пород (10–100тысяч лет). Используются 12,13 и14 изотопы углерода. Погрешность метода 7,5%. Искажение результатов происходит при:1 выветривание,2 адсорбция органическим веществом органических веществ другого возраста, растворенного в грунтовых водах.

-Лютеций-Гафниевый метод: основан на превращении 176Lu в 176Нf. Метод только начинает применяться в связи с аналитической сложностью точного определения изотопного состава гафния. Этот метод используется для определяется возраст докембрийских и фанерозойских пород, обычно ОГП и УОГП, пород Земного и лунного происхождения.

-Рений-осмиевый метод: основан на бета-превращении 187Re, основного изотопа природного рения, в 187Os. Период полураспада 187Re – 105 млрд. лет. Метод используется в основном для определения возраста иридиевых аномалий, серых сланцев и алмазов. Метод не нашел особенно широкого распространения из-за низких концентраций изотопов Re и Os и большого периода полураспада 187Re и применяется в основном при космохимических исследованиях.

-Термо –люминисцентный метод: основан на способности химических веществ светится при нагревании, после облучения (кварц, кальцит, ПШ). При нагревании минералы испускают свет, излучают определённый спектр. Интенсивность спектра зависит от того сколько минерал пролежал в породе.

-Трековый метод: базируется на том, что во всех минералах, содержащих уран, возникают структурные изменения, фиксирующие пробег осколков от спонтанного деления урана. Используется для породообразующих минералов, содержащих радиоактивные элементы.

Недостатки методов абсолютной геохронологии: не полевые, требуют отбора образцов, необходимой подготовки, дорогие, трудоёмкие, погрешность 3–5%. Важно знать сколько преобразований претерпели породы. Не применимы к осадочным, обломочным породам и породам не содержащим радиоактивных частиц. Не имеют широкого распространения. Постоянно уточняется постоянная распада.

13. Международная стратиграфическая шкала: история создания, подразделения, традиционный и формальный подходы к выделению подразделений, современное состояние.

В своей основе современная международная геохронологическая шкала в качестве «общей стратиграфической классификации» была принята в 1881 г. на 2-м Международном геологическом конгрессе в Болонье(Италия). По праву приоритета стратиграфическая шкала Европы была признана международным стандартом.

Созданию глобальной стратиграфической шкалы предшествовала довольно длительная история. Первая схема этапности геологического развития была предложена Д. Ардуино в 1759 г. Он выделил три этапа формирования горных пород: первичный, вторичный и третичный(прообраз палеозойских, мезозойских и кайнозойских отложений). С появлением палеонтологического метода на рубеже ХVIII и ХIХ вв. началось расчленение отложений, на системы и отчасти отделы, а к середине ХIХ в. осадочные фанерозойские толщи Европы были полностью расчленены на группы и системы, а в дальнейшем стали выделять более дробные стратиграфические подразделения — отделы, ярусы и зоны. На 2-м МГК была утверждена иерархия стратиграфических подразделений: группа, система, отдел и ярус, и для них введены единые для всех стран названии. На 8-ой сессии МГК в 1900 г. (Париж) к ним была добавлена самая мелкая стратиграфическая единица международной шкалы — зона, указанным стратиграфическим подразделениям соответствовали геохронологические эквиваленты; эра, период, эпоха, веки время (или фаза). По мере расширения геологических исследований стало все труднее применять стратиграфические названия, имеющие европейское происхождение, для других континентов. Если наиболее крупные стратиграфические подразделения, группы и системы удавалось выделить практически повсеместно, то ярусы подчас было невозможно установить. Поэтому стати выделять местные стратиграфические единицы на основании совокупности литологических и палеонтологических данных. Эти региональные стратиграфические подразделении стати основой при составлении региональных геологических карт.

Основные стратиграфические подразделения представляют собой совокупности горных пород, естественное геологическое тело, время формировании которых соответствовало определенному этапу геологической истории Земли. Общие подразделения устанавливаются с помощью различных методов. Для докембрийских образований в основном используют радиогеохронологические методы, а для фанерозоя — палеонтологические.

Общие геохронологические подразделения: Эонотема, Эратема, Система, Отдел, Ярус, Зона, Звено.

Эонотема – отложения, образовавшиеся в течении самой крупной геохронологический единицы – эона длительностью в многие сотни миллионов и даже миллиарда лет. Выделяют три эонотемы – архейскую, протерозойскую и фанерозойскую.

Эротема, или группа, составляет часть эонотемы и характеризует отложения, образовавшиеся в течение эры продолжительностью в первые сотни миллионов лет. В фанерозое выделяют три эратемы: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую.

Система составляет часть эратемы и характеризует отложения, образовавшиеся в течение периода длительностью в десятки миллионов лет. В настоящее время принято выделять в фанерозое 12 систем: кембрийская, ордовикская, силурийская, девонская, каменноугольная, пермская, триасовая, юрская, меловая, палеогеновая, неогеновая и четвертичная. Конкретные названия системам давали по разным признакам. Чаще всего использовали географические названия. Так, название кембрийской системы происходит от лат. Cambria — названия Уэльса, когда он был в составе Римской империи, девонской — от графства Девоншир в Англии, пермской — от г. Перми, юрской — от гор Юра́ в Европе. В честь древних племён названы вендская (в́енды — нем. название славянского народа лужицких сорбов), ордовикская и силурийская (племена кельтов ордо́вики и силу́ры) системы. Реже использовались названия, связанные с составом пород. Каменноугольная система назван из-за большого количества угольных пластов, а меловая — из-за широкого распространения писчего мела.

Отдел – часть системы; он характеризует отложения, образовавшиеся в течение одной эпохи, длительность которой обычно составляет первые десятки миллионов лет.

Ярус-часть отдела. Ему отвечают отложения, образовавшиеся в течение века продолжительность в несколько миллионов лет.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *