|
На оглавление
Методы абсолютной геохронологии позволяют определить возраст геологических объектов и событий в единицах времени. Среди этих методов наиболее распространены методы изотопной геохронологии, основанные на подсчёте времени распада радиоактивных изотопов, заключенных в минералах (или, например, в остатках древесины или в окаменелых костях животных).
Сущность метода заключена в следующем. В состав некоторых минералов входят радиоактивные изотопы. С момента образования такого минерала в нём протекает процесс радиоактивного распада изотопов, сопровождающийся накоплением продуктов распада. Распад радиоактивных изотопов протекает самопроизвольно, с постоянной скоростью, не зависящей от внешних факторов; количество радиоактивных изотопов убывает в соответствии с экспоненциальным законом. Принимая во внимания постоянство скорости распада, для определения возраста достаточно установить количество оставшегося в минерале радиоактивного изотопа и количество образовавшегося при его распаде стабильного изотопа. Эта зависимость описывается главным уравнением геохронологии:
Для определения возраста используются многие радиоактивные изотопы: 238U, 235U, 40K, 87Rb, 147Sm и др. Названия изотопно-геохронологических методов обычно образуются из названий радиоактивных изотопов и конечных продуктов их распада: уран-свинцовый, калий-аргоновый и т.д. Результаты определения возраста геологических объектов выражаются в 106 и 109 лет, или в значениях Международной системы единиц (СИ): Ma и Ga. Эта аббревиатура означает, соответственно, «млн.лет» и «млрд. лет» (от лат.Megaanna – млн. лет, Gigaanna – млрд. лет).
В настоящее время наиболее точным считается самарий – неодимовый метод, принятый в качестве стандарта, с которым сравниваются данные других методов. Это связано с тем, что в силу геохимических особенностей данные элементы наименее подвержены влиянию наложенных процессов, часто значительно искажающих или сводящих на нет результаты определений возраста. Метод основан на распаде изотопа147Sm с образованием в качестве конечного продукта распада 144Nd.
Калий – аргоновый метод основан на распаде радиоактивного изотопа 40К. Этот метод давно и широко используется для определения возраста всех генетических типов горных пород. Он наиболее эффективен при определении времени формирования осадочных пород и минералов, например, глауконита. Применительно к магматическим и особенно метаморфическим породам, затронутым наложенными изменениями, этот метод часто даёт «омоложенные» датировки, что связано с потерей подвижного аргона.
Радиоуглеродный метод основан на распаде изотопа 14С, образующегося в верхних слоях атмосферы в результате воздействия космического излучения на атмосферные газы (азот, аргон, кислород). В последствии14С, как и нерадиоактивный изотоп углерода, образует углекислый газ СО2, и в его составе вовлекается в фотосинтез, оказываясь таким образом в составе растений и, далее, пищевой цепочке передается животным. В гидросферу 14С попадает в результате обмена СО2 между атмосферой и Мировым океаном, далее он оказывается в костях и карбонатных раковинах водных обитателей. Интенсивное перемешивание воздушных масс в атмосфере и активное участие углерода в глобальном круговороте химических элементов приводит к выравниванию концентраций 14С в атмосфере, гидросфере и биосфере. Для живых организмов равновесное состояние достигается при удельной активности 14С, составляющей 13,56 ± 0.07 распадов в минуту на 1 грамм углерода. Если организм умирает, то прекращается поступление 14С; в результате радиоактивного распада (перехода в нерадиоактивный 14N) удельная активность 14С уменьшается.Измерив значение активности в пробе и сопоставив её со значением удельной активности в живой ткани, несложно рассчитать время прекращения жизнедеятельности организма. Радиоуглеродное датирование позволяет определять возраст образцов, содержащих углерод (кости, зубы, раковины, древесина, уголь и т.д.) возрастом до 70 тыс. лет. Это ограничение определяет его использование в четвертичной геологии и, особенно, в археологии.
В завершение рассмотрения методов изотопной геологии следует отметить, что, несмотря на получение «абсолютных», выраженных в годах, датировок, мы имеет дело с модельным возрастом - полученные результаты неизбежно содержат некоторую ошибку и, более того, продолжительность астрономического года в ходе длительной геологической истории менялась.
Ещё одна группа методов абсолютной геохронологии представлена сезонно-климатическими методами.
Примером такого метода служит варвохронология – метод абсолютной геохронологии, основанный на подсчёте годичных слоёв в «ленточных» отложениях приледниковых озёр (рис.1.61). Для приледниковых озёр характерными отложениями служат так называемые «ленточные глины» - чётко слоистые осадки, состоящие из большого числа параллельных лент. Каждая лента – результат годичного цикла осадконакопления в условиях озёр, находящихся большую часть года в замерзшем состоянии. Она всегда состоит из двух слоёв. Верхний - зимний слой представлен глинами темного цвета (за счёт обогащения органикой), образованного под ледяным покровом; нижний – летний слой сложен более грубозернистыми светлоокрашенными осадками (в основном тонкими песками или алевро-глинистыми отложениями), образованными за счёт приносимого в озеро талыми ледниковыми водами материала.Каждая пара таких слойков соответствует 1 году.
Изучение ритмичности ленточных глин позволяет не только определять абсолютный возраст, но и проводить корреляцию расположенных неподалёку друг от друга разрезов, сопоставляя мощности слоёв.
Рис.1.61.Сезонно-климатический метод оценки возраста горных пород
На сходном принципе основан и подсчёт годичных слоёв в осадках соляных озёр, где летом, за счёт повышения испарения, происходит активное осаждение солей.
К недостаткам сезонно-климатических методов следует отнести их неуниверсальность.
1.6.2.3.Периодизация геологической истории.
Стратиграфическая и геохронологическая шкалы
На оглавление
Оперируя категорией относительного времени необходимо иметь универсальную шкалу периодизации истории. В геологии, для этих целей разработаны Международная геохронологическая шкала и Международная стратиграфическая шкала.
Основную информацию о геологической истории Земли несут слои горных пород, в которых, как на страницах каменной летописи, запечатлены происходившие на планете изменения и эволюция органического мира (последняя «запечатлена» в комплексах окаменелостей, содержащихся в разновозрастных слоях).
Слои горных пород, занимающие определённое положение в общей последовательности напластований и выделяемые на основании присущих им особенностей (чаще - комплекса ископаемых), являются стратиграфическими подразделениями. Горные породы, слагающие стратиграфические подразделения, формировались на протяжении определённого интервала геологического времени, и, следовательно, отражают эволюцию земной коры и органического мира за этот промежуток времени.
Стратиграфическая шкала – шкала, показывающая последовательность и соподчинённость стратиграфических подразделений, слагающих земную кору и отражающих пройденные землёй этапы исторического развития. Объектом стратиграфической шкалы являются слои горных пород. Основа современной стратиграфической шкалы была разработана ещё в первой половине XIX века и была принята в 1881 г. на II сессии Международного геологического конгресса в Болонье. Позднее стратиграфическая шкала была дополнена геохронологической шкалой.
Геохронологическая шкала – шкала относительного геологического времени, показывающая последовательность и соподчинённость основных этапов геологической истории Земли и развития жизни на ней. Объектом геохронологической шкалы является геологическое время. Всем стратиграфическим подразделениям соответствуют подразделения геохронологической шкалы (табл.1.5).
Таблица 1.5
Стратиграфические подразделения | Геохронологические позразделения |
эонотема | эон |
эратема (группа) | эра |
система | период |
отдел | эпоха |
ярус | век |
зона | фаза |
звено | пора |
При этом практически все стратиграфические подразделения крупнее яруса имеют единые общепринятые международные наименования (табл.1.6).
Наиболее крупными стратиграфическими подразделениями являются эонотемы. Эонотема - это отложения, образовавшиеся на протяжении самой крупной геохронологической единицы - эона, длительностью которого составляет сотни миллионов и более лет.
Выделяют три эонотемы:
архейскую,
протерозойскую
фанерозойскую. Архейскую и протерозойскую эонотемы объединяют под названием «докембрий» (т. е. толщи пород, накопившиеся до кембрийского периода – первого периода фанерозоя) или «криптозой».
Рубежом докембрия и фанерозоя служит появление в слоях горных пород остатков скелетных организмов.
В докембрии органические остатки редки, поскольку мягкие ткани быстро разрушаются, не успев захорониться.
Сам термин «криптозой» образовано при слиянии корней слов «криптос» - скрытый и «зоэ» - жизнь.
При расчленении докембрийских толщ на эонотемы и более дробные стратиграфические подразделения важнейшую роль имеют методы изотопной геохронологии, поскольку органические остатки редки или вообще отсутствуют, определяются с трудом и, главное, не подвержены быстрой эволюции (однотипные комплексы микрофауны остаются неизменными на протяжении огромных интервалов времени, что не позволяет расчленять толщи по этому признаку).
Эонотемы включают в свой состав эратемы. Эратема или группа - отложения, образовавшиеся в течениеэры; продолжительность эр в фанерозое составляет первые сотни миллионов лет. Эратемы отражают крупные этапы развития Земли и органического мира. Границы между эратемами соответствуют переломным рубежам в истории развития органического мира.
В фанерозое выделяют три эратемы: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую.
Эратемы, в свою очередь, включают в свой состав системы. Система – это отложения, образовавшиеся в течение периода; длительность периодов составляет десятки миллионов лет. Одна система от другой отличается комплексами фауны и флоры на уровне надсемейств, семейств и родов. В фанерозое выделяются 12 систем: кембрийская, ордовикская, силурийская, девонская, каменноугольная (карбоновая), пермская, триасовая, юрская,, меловая, палеогеновая, неогеновая и четвертичная (антропогеновая). Названия большинства систем происходят от географических названий тех местностей, где они были впервые установлены.
Для каждой системы на геологических картах приняты определенный цвет, являющийся международным, и индекс, образованный начальной буквой латинского названия системы.
Отдел - часть системы, соответствующая отложениям, образовавшимся в течение одной эпохи; длительность эпох обычно составляет первые десятки миллионов лет. Отличия между отделами проявляются в различии фауны и флоры на уровне родов или групп. Названия отделов даны по положению их в системе: нижний, средний, верхний или только нижний и верхний; эпохи соответственно называют ранней, средней, поздней.
Таблица1.6.
Стратиграфические подразделения
Эонотема | Эратема (группа) | Система | Временной промежуток |
фанерозойский | кайнозойская | четвертичная | 65 Ма - ныне |
неогеновая | |||
палеогеновая | |||
мезозойская | меловая | 251 - 65 Ма | |
юрская | |||
триасовая | |||
палеозойская | пермская | 535 - 251 Ma | |
каменноугольная | |||
девонская | |||
силурийская | |||
ордовикская | |||
кембрийская | |||
протерозойская | верхнепротерозойская | вендская | 600 - 535 Ма |
(1650-600 Ма рифейская) | 1650 - 600 Ма | ||
нижнепротерозойская (карельская) | 2500 - 1650 Ма | ||
архейская | верхнеархейская (лопийская) | 3150 - 2500 Ma | |
нижнеархейская (саамская) | 4000 - 3150 Ma |
В составе отдела выделяются ярусы. Ярус - отложения, образовавшиеся в течение века; продолжительность веков составляет несколько миллионов лет. Решающим критерием для выделения яруса и обоснования его границ служат данные биостратиграфического анализа: каждый ярус характеризуется только ему присущими родами и видами организмов. В составе ярусов иногда выделяют подъярусы: нижний, средний и верхний или только нижний и верхний.
Зона является частью яруса и охватывает отложения, образовавшиеся в течение одной фазы, продолжительность около 1-3 млн. лет. Зона выделяется по комплексу видов быстро эволюционировавших ископаемых организмов, Название зоны и соответствующей фазы дается по наиболее характерному виду ископаемых организмов (вида-индекса).
В составе четвертичной системы (табл. 1.7) выделяется специфичное стратиграфическое подразделение – звено. В звено объединяют горные породы, сформированные во время одного цикла климатических изменений: похолодания (ледниковье) и потепления (межледниковье).
Временным аналогом звена в геохронологической шкале является пора. Четвертичная система включает четыре звена: нижнее, среднее, верхнее и современное. Необходимость выделения пор и звеньев связана со специфичностью четвертичного периода, заключающейся в следующем:
· малая длительность периода (1,65 млн. лет), объясняемая его незавершённостью;
· присутствие в отложениях четвертичной системы останков человека и следов его материальной культуры;
· резкие и многократные изменениями климата;
· повсеместное распространение четвертичных отложений на суше и дне морей и океанов;
· быстрое изменение их литологического состава и небольшая мощность.
Нужно отметить, что при расчленении четвертичных отложений используются два подхода: климатостратиграфический и биостратиграфический. Четвертичный период, или антропоген — геологический период, современный этап истории Земли, завершает кайнозой. Начался 2,6 миллиона лет назад, продолжается по сей день. Наряду с основными подразделениями стратиграфической и геохронологической шкал применяются региональные и местные подразделения. К региональным стратиграфическим подразделениям относятся горизонт и лона.
Таблица 1.7
Четверичная система
система | отдел | ярус | Возраст, млн лет назад |
Четвертичный | Голоцен | 0—0,0117 | |
Плейстоцен | поздний | 0,0117—0,126 | |
средний | 0,126—0,781 | ||
ранний | 0,781—1,806 | ||
Гелазский | 1,806—2,588 | ||
Неоген | Плиоцен | Пьяченцский | больше |
Горизонт - основное региональное подразделение стратиграфической шкалы, объединяющее одновозрастные отложения, характеризующиеся определенным комплексом литологических и палеонтологических признаков. Горизонтам присваиваются географические названия, соответствующие местам, где они наиболее хорошо представлены и изучены. Геохронологическим эквивалентом служит время. Например, хапровский горизонт, распространённый на побережье Таганрогского залива Азовского моря, соответствует толще речных песков, сформировавшихся в конце неогенового периода. Стратотип (наиболее представительный разрез стратиграфического горизонта, являющийся его эталоном) этого горизонта расположен у ст. Хапры. Добавим, что термин «горизонт» употребляется ещё в двух смыслах:
1) горизонт без географического названия - слой или пачка слоёв, выделяемые на основании каких-либо особенностей (палеонтологических или литологических), обозначение свободного пользования;
2) применительно к стратиграфии четвертичных отложений, горизонт - это отложения, сформированные на протяжении одного ледниковья или межледниковья и имеющие межрегиональное распространение.
Лона является частью горизонта выделяемой по комплексу фауны и флоры, характерному для данного региона, и отражает определенную фазу развития органического мира данного региона. Название лоны даётся по виду-индексу.
Геохронологическим эквивалентом лоны является время.
Местные стратиграфические подразделения представляют собой толщи пород, выделяемые по ряду признаков, в основном по литологическому или петрографическому составу.
Комплекс - самое крупное местное стратиграфическое подразделение. Комплекс имеет очень большую мощность, сложный состав горных пород, сформированных в течение какого-то крупного этапа развития территории. Комплексу присваивается географическое название по характерному месту его развития. Чаще всего комплексы выделяются при расчленении метаморфических толщ.
Серия охватывает достаточно мощную и сложную по составу толщу горных пород для которых имеются какие-то общие признаки: сходные условия образования, преобладание определенных типов горных пород, близкая степень деформаций и метаморфизма и т.д. Серии обычно соответствуют единому крупному циклу развития территории.
Основной единицей из местных стратиграфических подразделений является свита. Свита представляет собой толщу пород, образованных в определенной физико-географической обстановке и занимающих установленное стратиграфическое положение в разрезе. Главные особенности свиты - наличие устойчивых литологических признаков на всей площади ее распространения и четкая выраженность границ. Свое название свита получает по географическому местонахождению стратотипа.
Границы местных стратиграфических подразделений часто не совпадают с границами подразделений единой стратиграфической шкалы.
В процессе работы геологом часто приходится использовать также вспомогательные стратиграфические подразделения - толща, пачка, слой, залежь, и т. д., называемые обычно по характерным породам, цвету, литологическим особенностям или по характерным органическим остаткам.
Дата добавления: 2015-09-12; просмотров: 17 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |