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.

а)

б)

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.