ІСТОРИЧНА ГЕОЛОГІЯ.

План:

1. Предмет, завдання і методи історичної геології.

2. Методи визначення відносного віку гірських порід та мінералів.

3. Методи визначення абсолютного віку гірських порід та мінералів.

4. Найвідоміші епохи і періоди в історії Землі.

5. Поняття про фації. Фаціальний аналіз.

6. Поняття про формації. Методи відтворення рухів земної кори.

1.

«Предмет, завдання і методи історичної геології »

ЛІТЕРАТУРА:

1. Войлошников В.Д. Геология. М., Просвещение, 1979.

2. Верзилин Н.Н., Верзилин Н.Н., Верзилин Н.М. Биосфера, её настоящее, прошлое и будущее. М., Просвещение, 1976.

3. Короновский Н.В., Якушова А.Ф. Основы геологии. М., Высшая школа, 1991.

4. Монин А.С. История Земли. Л., Наука, 1977.

5. Синицын В.М. Введение в палеоклиматологию. Л., Недра, 1980.

6. Флинт Р.Ф. История Земли. М., Прогресс, 1978.

7. Хаин В.Е., Михайлов А.Е. Общая геотектоника. М., Недра, 1985.

8. Хаин В.Е., Сеславинский К.Б. Историческая геотектоника. Палеозой. М., Недра, 1991.

9. Ушаков С.А., Ясаманов Н.А. Дрейф материков и климаты Земли. М., Мысль, 1984.

10. Ясаманов Н.А. Древние климаты Земли. Л., Гидрометеоиздат, 1985.

11. studentam.net.ua/content/view/3930/117/ - 25k

ІСТОРИЧНА ГЕОЛОГІЯ – це наука, що вивчає геологічну історію Землі. Вона виникла на межі ХVІІІ і ХІХ століть, коли геологи стали активно використовувати палеонтологічний метод дослідження. Основним матеріалом для відновлення історії розвитку окремих ділянок земної кори є зразки гірських порід і мінералів.

Історична геологія в своїх дослідженнях використовує дані різних наук геологічного циклу: 1) стратиграфії, 2) літології, 3) петрографії, 4) геотектоніки, 5) палеонтології, 6) палеогеографії, 7) регіональної геології та ін.

Використовуючи дані названих наук, історична геологія виявляє загальні закономірності розвитку фізико-географічного середовища на протязі тривалої й складної історії Землі.

ОСНОВНИМИ ЗАВДАННЯМИ ІСТОРИЧНОЇ ГЕОЛОГІЇ є:

1.- визначення віку (відносного та абсолютного) гірських порід, оскільки вивчати історію розвитку земної кори можна лише після встановлення віку гірських порід та послідовності їх утворення. Відносний вік вказує на те, які породи давніші, а які молодші. Абсолютний – встановлює вік гірських порід в одиницях часу.

2.- відтворення тектонічних рухів земної кори та історії розвитку її структури. Це є дуже важливим, адже численні сліди тектонічних рухів спостерігаються на поверхні Землі повсюдно у вигляді порушення первинного залягання гірських порід. Тектонічні рухи також часто супроводжуються магматичною діяльністю.

3.- відтворення фізико-географічних умов минулих геологічних епох (поділ суходолу, моря; формування рельєфу; зміни клімату; розвиток органічного світу та ін.). вирішувати такі завдання дуже важко, оскільки вони вимагають встановлення віку шарів гірських порід.

4.- визначення загальних закономірностей геологічного розвитку Землі в цілому й земної кори зокрема. Вирішенню цього завдання історичної геології допомагають регіональна геологія, регіональна геотектоніка, геофізика, геохімія, космічна геологія.

Виходячи з того, що зразки гірських порід є важливими документами для вивчення минулого, а більшість гірських порід складається з окремих шарів (верств), то дуже важливою є роль СТРАТИГРАФІЇ (лат.- «шар»). Це розділ геології та й в принципі самостійна наука, що вивчає вік шарів гірських порід, послідовність їх формування та порівняння верств одного віку на великих площах. Саме на стратиграфії базується всі історична геологія.

2.

«Методи визначення відносного віку гірських порід і мінералів»

Як раніше відзначалося, вік гірських порід може бути відносним та абсолютним, а методи, що їх вивчають різними.

Для вивчення ВІДНОСНОГО віку використовуються методи, які об’єднуються у дві групи: НЕПАЛЕОНТОЛОГІЧНІ (геолого-петрографічні) та ПАЛЕОНТЛОГІЧНІ (біостратиграфічні).

До непалеонтологічних методів належать:

1.- Стратиграфічний - заснований у 1669 році датчанином Нільсом Стено. Цей метод ще називають законом послідовності нашарування осадових гірських порід. Згідно цього закону всі шари порід, які розташовані нижче, є давнішими за ті, що залягають вище. Стратиграфічний метод досить простий і дозволяє визначити відносний вік верств осадових порід на невеликих ділянках (при вивченні відслонень).

2.- Мінерало-петрографічний (літологічний) – базується на вивченні та порівнянні складу гірських порід. Основна суть цього методу полягає в наступному: однакові за складом, структурними й тектонічними особливостями породи на обмеженій площі можуть бути одного віку.

3.- Структурно-тектонічні – в їх основі лежить ідея про одночасність тектонічних рухів на більшій частині земної поверхні, хоча це й не зовсім так, адже суходіл змінювався морем, гори – рівнинами.

4.- Геофізичні – ґрунтуються на вивченні фізичних характеристик гірських порід у розрізах та співставленні одержаних результатів. Ці методи подібні до мінералого-петрографічного, оскільки за їх допомогою розрізи розчленовують на окремі петрографічні горизонти, вивчають їх взаємовідношення, оцінюють відносний вік і визначають однакові за складом шари, як одновікові.

5.- Палеомагнітний – метод розчленування і порівняння геологічних розрізів на основі вивчення залишкового магматизму гірських порід. Він полягає в тому, що в історії Землі часто спостерігалась інверсія (лат.- перестановка, зміна) магнітного поля, а це, в свою чергу, впливало на намагніченість гірських порід. Намагніченість є пряма (співпадає з напрямком намагнічення (вектора)) і обернена – не співпадає. Цінність даного методу полягає в тому, що кожна інверсія магнітного поля скрізь на Землі проходила в один час. Через це всі горизонти з однаковою палеомагнітністю можна вважати одновіковими.

До палеонтологічних методів, які ґрунтуються на вивченні скам’янілих решток організмів, похованих у шарах

осадових порід, належать:

1.- Метод керівних викопних форм – досліджуються рештки організмів, які розвивались протягом відносно короткого проміжку часу, але мали глобальне поширення і легко визначаються.

2.- Метод аналізу фауністичних і флористичних комплексів – враховує всі скам’янілості, знайдені в осадовому чохлі. Його суть полягає в тому, що згідно з законом про незворотність еволюції органічного світу (закономДолло), кожен шар осадових порід містить комплекс організмів, який не повторюється в інших шарах.

3.- Філогенетичний (еволюційний) – базується на вивченні еволюції органічного світу. Він є основним у палеонтології. Суть цього методу полягає в тому, що кожна наступна форма живого організму є прогресивнішою ніж попередня (батьківська), а її рештки зустрічаються в молодших за віком відкладах.

4.- Мікропалеонтологічний – для визначення віку гірських порід у невеликих зразках (переважно керн бурових свердловин) вивчають мікрофауну (форамініфери, радіолярії, мікроскопічні водорості ін.).

5.- Спорово-пилковий аналіз – використовується для визначення віку переважно континентальних відкладів. Досліджують спори й пилок рослин, які добре зберігаються у викопному стані завдяки своїм міцним оболонкам.

3.

«Методи визначення абсолютного віку гірських порід і мінералів»

Методи визначення АБСОЛЮТНОГО віку гірських порід набули широкого застосовування в геології лише після відкриття явища природної радіоактивності. На початку ХХ ст. (1902) П’єр Кюрі вперше запропонував визначати вік мінералів за розпадом радіоактивних ізотопів, які завжди в незначній кількості в них містяться.

Цінність цих методів полягає в тому, що радіоактивний розпад проходить самовільно, з постійною швидкістю і не залежить від зміни умов зовнішнього середовища.

Найчастіше в геології використовують уран-свинцевий, калій-аргоновий та вуглецевий методи.

1) УРАН-СВИНЦЕНВИЙ – оскільки уран (U) входить до більш ніж 200 мінералів, переважно магматичних гірських порід, то цей метод є дуже важливим. Він ґрунтується на врахуванні співвідношення не розщеплених атомів урану і новоутворених атомів свинцю (²⁰⁶Pb).

Період піврозпаду ²³⁸U, становить 4.51 млрд. років, а це означає, що даний метод можна використовувати для визначення віку гірських порід утворених протягом всієї геологічної історії Землі, а також місячних порід та порід метеоритів.

Розпад ²³⁸U відбувається за схемою:²³⁸U → ²⁰⁶Pb+ 8Не.

2) КАЛІЙ-АРГОНОВИЙ – базується на визначенні співвідношення в мінералах ізотопів ⁴⁰Ar і ⁴⁰К (аргон утворюється внаслідок розпаду ⁴⁰К). Цей метод також важливий при визначенні віку гірських порід і мінералів, адже К є дуже поширеним у земній корі хімічним елементом (він міститься більш як у 100 мінералах). Період піврозпаду ⁴⁰К становить близько 1.3 млрд. років. Цей метод, на відміну від попереднього, дозволяє визначати вік молодших гірських порід.

3) ВУГЛЕЦЕВИЙ (радіовуглецевий) – застосовується для визначення віку наймолодших (антропогенових гірських порід), оскільки період піврозпаду ¹⁴Сстановить близько 5.5 тисяч років.

Радіоактивний ізотоп ¹⁴С безперервно утворюється в атмосфері з ¹⁴N під впливом космічного випромінювання і засвоюється рослинами. Коли рослини відмирають, засвоєння припиняється і починається розпад ізотопу з утворенням азоту (N). За кількістю вуглецю (С), що розпався, і періодом його піврозпаду визначають час захоронення рослин у гірській породі. Слід також відзначити, що метод широко застосовується і в археології.

Крім розглянутих методів в геології застосовують сезонно-кліматичні методи і метод визначенні віку за стрічковими глинами.

- СЕЗОННО-КЛІМАТИЧНІ методи дозволяють визначити вік гірських порід за сезонними кільцями на деревах і за особливостями наростання коралів. Так, річні кільця на деревах добре зберігаються у викопному стані й дають змогу визначати вік цих дерев. Річні й навіть добові прошарки зростання можна спостерігати у вапнистих побудовах коралів. Американський вчений Д. Уельс, вивчаючи чотирипроменеві корали, з такими нашаруваннями виявив, що рік у девонському періоді тривав 400 днів, а в тріасовому 380. Це є свідченням різної швидкості обертання Землі на різних етапах її еволюції.

- МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ВІКУ ЗА СТРІЧКОВИМИ ГЛИНАМИ – дозволяє визначити час нагромадження: а) соленосних товщ, б) озерних при льодовикових відкладів, в) швидкість від ступання льодовиків.

4.

«Найвідоміші епохи і періоди в історії Землі »

Використовуючи стратиграфічні та палеонтологічні методи, вчені багатьох країн у ХІХ ст. розчленували та ідентифікували товщі осадових порід різних ділянок Землі (головним чином у Європі). Наслідком їх роботи стало створення СТРАТИГРАФІЧНОЇ ШКАЛИ, яка була затверджена на ІІ і VІІІ сесіях Міжнародного геологічного конгресу в 1881 і 1900 роках. Вона показує послідовність нашарування пластів осадових порід різного віку. В шкалі було виділено стратиграфічні одиниці різного рангу та відповідні їм геохронологічні підрозділи, які вказували на час формування тієї чи іншої стратиграфічної одиниці:

З часом, завдяки появі нових фактичних матеріалів, геохронологічна те стратиграфічна шкали уточнювалися і до них вносилися нові підрозділи. Особливо важливим доповненням до геохронологічної шкали стала, розроблена на основі радіоізотопних методів, шкала абсолютної хронології. Її розробив у 1947 році шотландський геолог А. Холмс. Завдяки розробці шкали абсолютного віку встановлено тривалість геологічних ер, періодів та епох.

Нині геохронологічна та стратиграфічна шкала має наступний вигляд:

5.

«Поняття про фації. Фаціальний аналіз»

Фізико-географічні умови минулих геологічних епох вивчає, використовуючи осадові гірські породи з комплексом скам’янілих органічних решток,палеогеографія.В процесі палеогеографічних досліджень вирішується ряд завдань, зокрема вивчаються: 1) особливості давнього рельєфу суходолу або морського дна, 2) обриси берегової лінії, 3) глибина морського (озерного та ін.) басейнів, 4) температура й солоність води, 5) клімат, 6) склад органічного світу тощо.

Вказані завдання палеогеографія вирішує за допомогою вивчення фацій. ФАЦІЯ (лат.- лице, образ) – комплекс гірських порід, що сформувались за чітко визначених фізико-географічних умов і мають певні літологічні та палеонтологічні особливості. За умовами утворення фації поділяються на три групи: морські (найпоширеніші, понад 90% від загальної кількості фацій), перехідні та континентальні.

МОРСЬКІ ФАЦІЇ:

1.- літораль (гр.- прибережна) – розміщується між рівнями максимального припливу і відпливу. Її ширина становить 10-15 м (інколи може досягати кілька км). Для літоралі характерні крупні і середні добре обкатані уламки (голечники, конгломерати, піски, пісковики, глини, черепашники, інколи вугілля, а також рештки водоростей і наземних рослин);

2.- сублітораль (гр.- під літораллю) – поширюється від рівня максимального відпливу до 200 м і може досягати ширини декількох десятків км. В субліторалі за переважаючими відкладами виділяються верхня і нижня зона. У верхній – мають місце теригенні (піски, алеврити, глини), хемогенні (вапняки, боксити, фосфорити, залізні й марганцеві руди) та органогенні (форамініферові вапняки, крейда та ін.) відклади. Для нижньої ж зони субліторалі характерні глинисті відклади, діатоміти, трепели, радіолярити, спонголіти та ін.

3.- батіаль (гр.- глибина) – розміщується на глибинах від 200до 2000 м. Відклади цієї фації мало зустрічаються у викопному стані. Це, переважно, глинисті, кременисті та вапнякові мули.

4.- абісаль (гр. безодня) – розташовується на глибинах понад 2000 м. У викопному стані абісальні відклади не відомі, а сучасні -представлені червоною океанічною глиною, яка містить залізисто-марганцеві конкреції, та карбонатними мулами.

ПЕРЕХІДНІ ФАЦІЇ:

1.- лагунні фації – можуть формуватись, як в умовах прісноводних, так і солоних напівізольованих водних басейнів. При формуванні лагунних фацій провідна роль належить клімату, тому вони є дуже важливими при дослідженні палеокліматів.

Лагуни гумідних областей містять алеврито-глинисті та органогенні породи (черепашниками, вапняками), а при швидкому надходженні великої кількості теригенного матеріалу вони можуть перетворюватись на болота, де накопичується торф і, навіть, осадові залізні руди.

Лагуни аридних областей містять алеврити, кальцит, доломіт, гіпс, галіт, а також, розташовані головним чином по периферії, піщані відклади;

2.- фації дельт – відрізняються великою різноманітністю. Тут можуть формуватись озерні, річкові та болотні відклади;

3.- фації естуаріїв – переважають мулисті відклади в межах літоралі та піщані – в субліторалі;

4.- фації лиманів – представлені мулом, глинами, пісками, бокситами і залізними рудами.