ВОЗРАСТ ГОРНЫХ ПОРОД И ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ

Возраст некоторых лунных пород и метеоритов равен 4,7 млрд. лет, так что возраст Солнечной системы, включая Землю, может, вероятно, оцениваться в 5 млрд. лет. Геологический этап развития Земли, по последним данным, имеет продолжительность 4,1-4,2 млрд. лет (кристаллические сланцы Енисейского кряжа, цирконы Зап. Австралии). В геологии существует две группы методов определения возраста горных пород: относительный и абсолютный

2.1. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ВОЗРАСТА ГОРНЫХ ПОРОД

Геологические исследования всегда начинаются с изучения состава отложений, последовательности их образования, установления возраста. В практике полевых геологических работ абсолютный возраст горных пород, выраженный в годах, часто меньше интересует исследователя, чем относительный возраст геологических тел, оцениваемый такими понятиями, как моложе, древнее, одновременно.

Геологическая наука, изучающая последовательность формирования слоёв земной коры, называется стратиграфией (лат.”стратум” - слой, “графо” - пишу). Объектами её изучения являются толщи слоистых (осадочных и вулканических) горных пород. В 1669 г. датский натуралист Николаус Стено установил закон последовательности напластования горных пород, согласно которому нижележащие пласты древнее, а вышерасположенные моложе. Таким образом, устанавливается относительный возраст горных пород. Это правило остаётся в силе и для пород, смятых в складки. Такой метод определения относительного возраста горных пород называется с т р а т и г р а ф и ч е с к и м.

Л и т о л о г и ч е с к и йметод. В основу метода положен принцип расчленения разреза на отдельные слои и пачки, отличающиеся по составу, структурным и текстурным особенностям пород, по наличию в породах характерных и только им присущих минералов.

П а л е о н т о л о г и ч е с к и е (биостратиграфические) методы. В основе методов лежит принцип последовательной смены неповторяющихся в разрезах фаунистических и флористических комплексов. Преимущество метода - необратимость эволюции. Согласно закону о необратимости эволюции органического мира организм не может появиться вновь в позднейшее время точно таким же даже в условиях, близких к тем, при которых существовали его предки. Необратимость эволюции органического мира позволяет сопоставлять и определять относительный возраст горных пород, располагающихся далеко друг от друга и отличающихся по составу. Этому способствует широкое площадное, но узкое вертикальное распространение отдельных организмов, которые называются руководящими ископаемыми формами, то есть такие остатки вымерших животных и растений, которые приурочены только к определённому слою и за пределами его не встречаются. С у щ н о с т ь м е т о д а:из общего количества окаменелостей, встреченных в том или ином слое разреза, выбирается один, чаще несколько характерных для этого слоя видов, которые и считаются руководящими для него. Согласно этому методу одновозрастными будут слои, содержащие один и тот же или близкий состав руководящих ископаемых. Н е д о с т а т к и м е т о д а: 1) представление о том, что руководящие ископаемые имеют почти повсеместное (космополитное) распространение независимо от условий обитания, пришло в глубокое противоречие с данными биологии о тесной связи организма с окружающей средой. Одни виды имеют широкое распространение (космополиты), другие - ограниченное (эндемики). В природе не существует абсолютных космополитов, так как ни один вид не может одновременно обитать на континентах и в морях. Даже в пределах морского бассейна или одного континента один вид не может существовать повсеместно из-за большого разнообразия условий. Отсюда каждый вид имеет более или менее ограниченную площадь своего распространения. 2) второе положение - приуроченность руководящих ископаемых во всех районах к одному и тому же стратиграфическому уровню - тоже оказалось несостоятельным. Это положение предусматривает повсеместное одновременное появление и вымирание руководящих ископаемых. Известно, один и тот же вид не может возникнуть сразу во многих районах земной поверхности. Он появляется на одном участке, затем расселяется в другие районы. Но скорость расселения зависит не только от его способности к перемещению, но и от других препятствий. Препятствия могут быть б и о л о г и ч е с к и е (отсутствие пищи) и ф и з и ч е с к и е (моря, неблагоприятный климат, горные хребты - для наземных животных и растений; материки, острова, морские течения с неблагоприятной температурой, глубоководные впадины и так далее - для морских). И только изменение физико-географических условий приводит к возможности заселения организмом новых районов. В результате руководящий вид может занимать различное стратиграфическое положение в разных районах, то есть разновозрастные отложения с одинаковыми руководящими ископаемыми могут быть ошибочно приняты за одновозрастные. 3) явление реккуренции - связано с миграцией организмов из района первоначального обитания в связи с изменившимися условиями в соседние районы и возвращением их через некоторый промежуток времени на старое место обитания, где к этому времени восстановились благоприятные условия. В ы в о д: метод руководящих ископаемых нужно применять с осторожностью, нужно учитывать весь комплекс фауны и флоры, встречающийся в исследуемом слое.

М и к р о п а л е о н т о л о г и ч е с к и й метод. Объектом изучения являются остатки известковых и кремнистых скелетов простейших организмов - фораминифер, радиолярий, остракод, диатомовых водорослей. Обилие этих организмов, их быстрая изменчивость, быстрое расселение в морях и океанах позволяет использовать их для детального расчленения разрезов.

С п о р о в о-п ы л ь ц е в о йметод. Объектом изучения являются споры и зерна цветочной пыльцы. Вещество, из которого они образованы, очень устойчиво и с трудом разрушается при обработке концентрированными кислотами и едкими щелочами. Небольшие размеры, незначительный вес, ежегодное появление в огромном количестве позволяет разносить их ветром и водой на огромные расстояния. Они встречаются всюду: на поверхности почвы, во льду, в морской воде, в донных илах и так далее. Всё это делает их незаменимыми при сопоставлении морских, континентальных и лагунных отложений.

П а л е о м а г н и т н ы й метод основан на способности горных пород сохранять характер намагниченности той эпохи, в которую они образовались. Магнитное поле Земли (по неясным пока причинам) через различные интервалы времени меняет свой знак, то есть северный полюс меняется местом с южным. Ферромагнитные частицы, выпадающие в осадок, намагничиваются, при процессах диагенеза и складчатости первичная ориентировка частиц не нарушается, она соответствует ориентировке магнитного поля во время накопления данного слоя. Прямая и обратная полярность, закреплённая в горных породах, составляет сущность магнитостратиграфического метода расчленения отложений. Метод позволяет проводить стратиграфическую корреляцию соседних разрезов и даже в глобальном масштабе. В настоящее время разработана детальная магнитостратиграфическая шкала для кайнозойской и мезозойской эр, а для палеозойской - приблизительная. Шкала является дополнительным методом геохронологического расчленения пород, особенно важна для магматических пород океанского дна.

2.2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО ВОЗРАСТА ГОРНЫХ ПОРОД

В начале CCв. геологи получили надёжный метод определения абсолютного возраста горных пород, основанный на изучении процесса радиоактивного распада атомов некоторых элементов. Установлено, что все химические элементы имеют разновидности - изотопы, отличающиеся друг от друга атомными весами. Изотопы делятся на устойчивые (стабильные) и неустойчивые (радиоактивные). Радиоактивные изотопы в малых количествах входят в кристаллическую решётку многих минералов. В процессе радиоактивного распада все неустойчивые изотопы превращаются в стабильные изотопы другого элемента, являющиеся конечным продуктом распада. Процессы радиоактивного распада всегда протекают самопроизвольно с постоянной скоростью, различной у разных элементов и не зависящей ни от температуры, ни от давления. Для каждого радиоактивного изотопа экспериментальным путём точно определен период полураспада - промежуток времени, в течение которого любое количество данного радиоактивного вещества уменьшается наполовину, превращаясь в стабильные изотопы. Для определения абсолютного возраста горных пород используются радиоактивные элементы с длительными периодами полураспада в млн. и млрд. лет.

Абсолютный возраст определяют по минералам, содержащим в своём составе радиоактивные элементы. С момента образования такого минерала в нём непрерывно происходит накопление конечных продуктов распада - стабильных изотопов. По любой паре радиоактивного материнского и конечного стабильного изотопа можно определять возраст, если известен период полураспада радиоактивного изотопа. Изотопы с большим периодом полураспада применяются для определения возраста докембрийских пород. Используются уран-свинцовый, торий-свинцовый, калий-аргоновый, рубидий-стронциевый, самарий-неодимовый и другие. Каждый метод имеет свои достоинства и недостатки. Радиологические датировки не всегда соответствуют времени проявления конкретного геологического события. Изотопные системы чутко реагируют на все виды метаморфизма горных пород. Особенно чувствительны они к изменению температуры и наличию в них жидких фаз, что приводит к омоложению или удревнению их радиологического возраста. Достоверных критериев распознания степени замкнутости изотопных систем пока не создано. Наиболее надёжны уран-свинцовые датировки цирконов Zr (SiO₄) и рубидий-стронциевые по породе в целом. Рекомендуется устанавливать возраст объекта несколькими радиологическими методами.

Р а д и о у г л е р о д н ы й метод используется для определения возраста четвертичных отложений и в археологии. В атмосфере имеется изотоп 14С, который поглощают растения. После их отмирания распад 14С продолжается. Измерив количество сохранившегося в растительных остатках 14С и время полураспада 5568 лет, можно узнать возраст породы или время захоронения растения.

На основании радиологических методов в настоящее время произведено определение продолжительности всех геологических эр и периодов, времени их начала и конца. Самая большая возрастная цифра 4,1-4,2 млрд.лет получена по цирконам из Западной Австралии, но циркон залегает в переотложенном состоянии в мезозойских песчаниках.