| Головна » Статті » Теорія географії » Геологія | [ Додати статтю ] |
Методи визначення віку гірських порід (геологічне літочислення)
 Наука, яка вивчає геологічну історію Землі, називається історичною геологією. Історична геологія є синтезуючою наукою - вона користується фактичним матеріалом, зібраним цілим рядом дисциплін, таких як стратиграфія, літологія, петрографія, геотектоніка, палеонтологія, палеогеографія, регіональна геологія та ін., систематизує його, встановлюючи загальні закономірності еволюції фізико-географічного середовища на протязі тривалої і складної історії Землі. Серед основних завдань, які вирішуються цією наукою, слід назвати: а)встановлення відносного та абсолютного віку гірських порід; б) відтворення рухів земної кори і історії розвитку її структури; в) відтворення фізико-географічних умов минулих геологічних епох (розподіл суші і моря, рельєф, кліматичні умови, органічний світ тощо); г) встановлення загальних закономірностей геологічного розвитку Землі в цілому і земної кори зокрема.Документами для реконструкції геологічного минулого служать гірські породи і скам'янілі органічні рештки, що містяться в них. У свою чергу більшість гірських порід складається із шарів (верств). Визначенням віку верств, встановленням послідовності їх формування, співставленням одновікових верств на великих площах займається стратиграфія (від лат. stratum - шар) - розділ геології на якому базується вся історична геологія. Розрізняють відносний і абсолютний вік гірських порід. Відносний вказує на те, які породи давніші, а які молодші. Абсолютний - встановлює вік гірських порід в одиницях часу ( як правило, у мільйонах, десятках і сотнях мільйонів років). Методи відносної геохронології. Всі методи визначення відносного віку порід, якими оперує історична геологія можна об'єднати у дві групи: непалеонтологічні і палеонтологічні. Непалеонтологічні методи застосовують у тих випадках, коли гірські породи позбавлені скам'янілих органічних решток. Так, одним із таких методів є стратиграфічний, основу якого заклав ще у 1669 році датський вчений Н.Стено. Останній встановив закон послідовності нашарування осадових гірських порід, згідно з яким усі шари, що залягають нижче, давніші, тобто утворилися раніше від шарів, що залягають вище. Метод дуже простий і дає змогу встановлювати відносний вік осадових верств на невеликих ділянках, наприклад, у одному відслоненні з горизонтальним чи слабо похилим заляганням. Якщо ж доводиться співставляти осадові товщі, розміщені на певних (невеликих) відстанях одна від одної, у різних відслоненнях, то тоді користуються мінералого-петрографічним, або літологічним методом, який грунтується на вивченні і порівнянні складу гірських порід. При цьому виходять із припущення, що одинакові чи близькі за складом, структурними і текстурними особливостями породи на обмеженій площі можуть бути одновіковими. Однак навіть шари одного віку, які формувалися у близьких умовах, скажімо у шельфовій зоні моря, на значних відстанях можуть відрізнятися за складом в силу варіації умов осадконагромадження. У таких випадках надійна паралелізація осадових верств досягається поєднанням перерахованих методів із палеонтологічними, які грунтуються на вивченні скам'янілих решток організмів, захоронених у шарах осадових порід. Справа в тому, що на протязі тривалої геологічної історії Землі органічний світ пережив складну еволюцію - певні групи організмів у ті чи інші періоди населяли окремі території чи поширювались по всій планеті, відбувались вимирання одних груп і на зміну їм приходили нові угрупування, більш пристосовані до змінених умов фізико-географічного середовища. Значна кількість організмів, а точніше їх тверді рештки (панцирі, черепашки, зуби, скелети та їх фрагменти), захоронювалась в одновікових шарах осадових порід, піддавалась процесам скам'яніння. Слід мати на увазі, що не всі викопні рештки можуть бути використані як індикатори віку порід, в яких вони знайдені, багато організмів еволюціонували на протязі дуже тривалого часу і часто одні й ті ж форми розташовуються в різновікових шарах. Для встановлення відносного віку гірських порід придатні лише так звані керівні форми, тобто такі організми, які розвивались відносно короткий проміжок часу, але мали широке географічне розповсюдження. Таким чином у осадових товщах керівні форми повинні мати широке горизонтальне і вузьке вертикальне поширення, зустрічатись досить часто і легко визначатись. Керівними викопними звичайно є види і роди вимерлих організмів, рідше ряди і навіть класи. Наприклад, археоціати є керівними формами для раннього кембрію, цератити - для пермі і тріасу, нумуліти - для палеогену і т.д. Метод керівних викопних , про який йдеться, довгий час був основним у біостратиграфії, з його допомогою виділялись підрозділи єдиної стратиграфічної шкали, широко використовується і зараз. Більш надійним, однак, є метод аналізу комплексу викопних, при якому враховуються всі скам'янілості, знайдені в осадовому шарі. Справа в тому, що кожен шар містить певний комплекс організмів, який не повторюється в інших шарах, згідно закону про незворотність еволюції органічного світу (закон Долло). Філогенетичний метод базується на вивченні філогенезу-еволюції органічного світу і є основним у сучасній біостратиграфії. Вважається, що потомки побудовані прогресивніше, ніж предкові форми і рештки їх зустрічаються у більш молодих відкладах. Тобто при застосуванні цього методу вивчається філогенез конкретної спорідненої групи організмів (поява їх, час розвитку, предкові форми, розвиток нащадків). Так, для прикладу, добре відома еволюція амоноідей шляхом ускладнення перегородкової лінії, дає можливість ідентифікувати відклади пізнього палеозою-мезозою за знахідками в них черепашок даних молюсків. Широко використовуються у стратиграфії також мікропалеонтологічний метод та спорово-пилковий аналіз. У першому випадку, для встановлення віку порід у невеликих зразках, наприклад, із бурових свердловин вивчається так звана мікрофауна, тобто форамініфери, радіолярії, мікроскопічні водорості тощо. Спорово-пилковий аналіз використовується для встановлення віку у першу чергу континентальних відкладів. При цьому вивчаються спори і пилок рослин, які добре зберігаються у викопному стані, завдяки своїм міцним оболонкам. На основі стратиграфічного та деяких палеонтологічних методів геологами багатьох країн у ХІХ ст. була проведена величезна робота по розчленуванню та ідентифікації товщ осадових порід різних ділянок Землі (в основному у Європі). Як наслідок, була складена стратиграфічна шкала 0(затверджена на ІІ і VІІІ сесіях Міжнародного геологічного конгресу в 1881 і 1900 рр.), яка відбиває послідовність нашарування пластів осадових порід різного віку. В шкалі були виділені стратиграфічні одиниці різного рангу і відповідні їм геохронологічні підрозділи, які показували час формування тієї чи іншої стратиграфічної одиниці. В подальшому, у зв'язку з появою нових фактичних матеріалів, геохронологічна та стратиграфічна шкали уточнювались, до них вносились нові підрозділи і зараз вони мають такий вигляд. Назви, наведені в шкалі першими, відповідають геохронологічним підрозділам, другі ( в дужках) - стратиграфічним. Згідно зі шкалою, вся геологічна історія Землі розділена на ряд природних інтервалів, кожному з яких відповідає певний етап у розвитку органічного світу (еони, ери, періоди, епохи). Рубежі між цими інтервалами знаменувались значними змінами в органічному світі Землі - вимирали одні великі групи організмів і появлялись інші. Кожному із виділених геохронологічних етапів відповідає певна товща осадових порід зі своїм комплексом викопних організмів, сформована за цей час, тобто стратиграфічні підрозділи ( відповідно: еонотема, група, система, відділ). Таким чином, кожен стратиграфічний підрозділ відображає еволюцію земної кори і органічного світу за певний проміжок часу. Тому геохронологічні назви вживаються тоді, коли мова йде про відносний час, коли про відклади - користуються стратиграфічними термінами. Найбільшими одиницями шкал є еони (еонотеми): архейський, протерозойський, фанерозойський. Часто відрізок часу, що охоплює архей і протерозой, називають докембрієм або криптозоєм (останній термін перекладається як час прихованого життя, тоді як фанерозой - час явного життя). В літературі архей і протерозой також часто вживаються у ранзі ер (груп). Розчленування архею ускладнюється сильним метаморфізмом порід, які складають його, і збідненістю останніх органічними рештками. Тому його ділять лише на ранній (катархей) і пізній архей. Архейський (чи археозойський) еон - еон найдавнішого життя, протерозойський - еон первісного життя. Останній, завдяки більшій насиченості органічними рештками, стратифікується вже більш впевнено - виділяють ранній і пізній протерозой; пізній протерозой у свою чергу поділяється на рифей (від давньої назви Уральських гір) і венд (венеди - назва слов'янського племені, яке жило на території Прибалтики). У складі фанерозойського еону виділяють три ери і відповідні їм групи систем: палеозойська - ера давнього життя, мезозойська - ера середнього життя і кайнозойська - ера нового життя. Ери розділяють на 12 періодів, найменування яким присвоєні за назвами місцевостей, де вони вперше були вивчені (кембрійський - за давньою назвою півострова Уельс, девонський - графство Девоншир в Англії, пермський - Пермська губернія в Росії, юрський - Юрські гори в Швейцарії та Франції), за назвою племен, що населяли райони Англії в часи Римської імперії і де пізніше були вивчені відповідні розрізи (ордовики і силури), або за характерними породами, утвореними в даний проміжок часу (кам'яновугільний, крейдовий). Відособлено стоять назви періодів тріасовий (потрійний), палеогеновий (давньонароджений), неогеновий (новонародженний) і антропогеновий (період, коли з'явилася людина). Останній період називають ще четвертинним, а палеогеновий і неогеновий періоди раніше об'єднувались у третинний період. Остання назва зустрічається в літературі і зараз. Епохи і відповідні їм у стратиграфічній шкалі відділи в основному не мають власних назв. Їх називають за положенням у періоді чи системі: рання, середня, пізня для геохронологічної шкали і нижній, середній, верхній для стратиграфічної. Власні назви присвоєні лише епохам (відділам) кайнозою, де відображають подібність організмів, які жили в той час із сучасними та юрського періоду. В геологічній практиці використовуються і дрібніші підрозділи: епохи розділяють на віки, яким відповідають яруси у стратиграфічній шкалі, віки діляться на часи, яруси на зони. У тих випадках, коли важко віднести певні верстви до тієї чи іншої міжнародної стратиграфічної одиниці, геологи користуються місцевими стратиграфічними підрозділами - найчастіше це 1 серії і світи. Тривалість ер різна: архейської - 1400 млн.років, протерозойської - 2030 млн.років, палеозойської - 340 млн.років, мезозойської - 165 і кайнозойської - 65 млн.років (незавершена), періоди тривали 20-100 млн.років (в середньому біля 50 млн.років), епохи - 6-30 млн.років, віки - 8-10 млн. років і часи - сотні тисяч років. Для позначення на геологічних картах і розрізах крупним стратиграфічним підрозділам (групам, системам) присвоєні індекси - дві прописні початкові букви латинського алфавіту для груп (AR, PR, PZ, MZ, KZ) та початкові літери латинської транскрипції для систем (Є,О,D,C і т.д.). Крім цього кожній системі присвоєно свій колір. Для позначення дрібніших підрозділів (відділи) до букви додається цифра справа знизу (наприклад, К 41 0- нижня крейда). На геологічних картах відділи зафарбовуються кольором, прийнятим для даної системи, але для нижніх відділів використовуються темніші відтінки ніж для верхніх. Значення обох шкал для геології виключно велике, оскільки вони дають можливість класифікувати всі процеси і явища, які відбувалися на Землі, розчленовувати і співставляти різновікові товщі осадових порід, утворених на різних часто віддалених ділянках нашої планети. Методи абсолютної геохронології. Методи визначення абсолютного віку гірських порід дістали розвиток лише після того, як було відкрите явище природної радіоактивності. В 1902 р.П'єр Кюрі вперше висловив ідею про можливість визначення віку мінералів за розпадом радіоактивних ізотопів. Останні у незначних кількостях є в багатьох мінералах. Радіоактивний розпад їх відбувається самовільно, з постійною швидкістю і не залежить від зміни умов зовнішнього середовища. Найбільш поширеними в даний час є такі радіологічні, або ізотопні методи: уран-свинцевий, калій-аргоновий, вуглецевий та деякі інші. Уран-свинцевий метод. Метод грунтується на врахуванні співвідношення нерозщеплених атомів урану і утворених внаслідок радіоактивного розпаду атомів свинцю. Уран входить до складу більше 200 мінералів, проте використовують лише мінерали, що містять більше 1% урану (такі як уранініт, циркон, монацит, ортит і ін.), які зустрічаються переважно у магматичних породах. Період напіврозпаду 238U становить 4,51 млрд. років, тому метод придатний для визначення віку гірських порід, утворених на протязі всієї геологічної історії Землі, а також метеоритів, місячних порід тощо. Калій-аргоновий метод розроблений вченими В.Хлопіним і Е.Герлінгом і також грунтується на визначенні співвідношення в досліджуваному мінералі ізотопів 40Ar i 40K (аргон утворюється при радіоактивному розпаді 40К). Метод має ту перевагу, що калій є дуже поширеним у земній корі хімічним елементом - входить до складу понад 100 мінералів, як магматичних (польові шпати, слюди), так осадових (глауконіт) порід. Період напіврозпаду 40К складає 1,3 млрд. років, тому за допомогою описуваного методу визначають вік більш молодих порід. Вуглецевий (чи радіовуглецевий) метод застосовується для визначення віку наймолодших, антропогенових порід - період напіврозпаду 14С становить всього 5,5 тис. років. Радіоактивний ізотоп 14С постійно утворюється в атмосфері із азоту 14N під дією космічного випромінювання і засвоюється рослинами. Після їх відмирання засвоєння припиняється і починається розпад ізотопу з утворенням азоту. Знаючи кількість вуглецю, що розпався, і період його напіврозпаду, вираховують час захоронення рослин в гірській породі. Метод застосовують також і при археологічних дослідженнях (наприклад, за вмістом 14С у дерев'яній гробниці одного з єгипетських фараонів визначили час захоронення - 2190 років тому). Для визначення кількості радіоактивних ізотопів у мінералах використовують спеціальні прилади - мас-спектрометри. Завдяки радіологічним методам розроблена шкала абсолютної геохронології. Встановлена тривалість геологічних ер, періодів, епох. Взагалі, першу у світі шкалу абсолютного віку, пов'язану із відносною геохронологією, опублікував у 1947р. англійський геолог А.Холмс. Найдавніші породи на Землі виявлені на щитах: вік метаморфічних порід у Західній Гренландії складає 3800 млн. років, на Канадському щиті виявлені гнейси з віком більше 3600 млн. років, породи, вік яких 3700 млн. років зустрінуті у межах Придніпровського блоку Українського щита. А вік перевідкладених цирконів із архейських пісковиків Західної Австралії за Г.В. Войткевичем (1984) становить 4,1-4,2 млрд. років. Вік метеоритів складає 4550 ± 100 млн. років, що вказує на те, що вже 4,5 млрд. років тому існували планети Сонячної системи і ,отже, вік Землі близький до цієї величини. Вік анортозитів з Місяця, визначений калій-аргоновим методом, складає 4000-4500 млн. років, вік місячних базальтів знаходиться в межах 3300-3600 млн. років. Таким чином, враховуючи останні уявлення про одночасність формування планет Сонячної системи і Місяця, вік Землі приймається рівним 4550 ± 50 млн. років. За даними Г.В.Войткевича, вік Землі, як самостійно еволюціонуючої планети, визначений з похибкою не більше ± 2%. Поряд із радіологічними методами, для визначення часу окремих короткотривалих явищ використовуються ще так звані сезонно-кліматичні методи. Наприклад, відомі річні кільця на деревах добре зберігаються у викопному стані, що дозволяє встановлювати вік цих дерев. Річні і навіть добові проверстки росту вдається спостерігати у вапнистих побудовах коралів. Американський вчений Д.Уельс, вивчаючи чотирьохпроменеві корали, за такими нашаруваннями встановив, що рік у девонському періоді тривав 400 днів, у тріасовому 380, що свідчить про різну швидкість обертання Землі на різних етапах її розвитку. Широко розповсюджений також метод визначення віку за стрічковими глинами, про що вже згадувалося раніше. Користуючись цим методом визначають час нагромадження соленосних товщ, озерних Стратиграфічна і геохронологічна шкала (наводиться у спрощеному варіанті)
Література: 1. Афанасьев Г.Д., Зыков С.И. Геологическая шкала фанерозоя в свете новых констант. М., Наука, 1975. 2. Виткевич Г.В. Геологическая хронология Земли. М., Наука, 1984. 3. Свинко Й. М. Геологія. К.: Либідь, 2003. 4. Якушова А.Ф., Хаин В.Е., Славин В.И. Общая геология. М., изд-во Моск. ун-та, 1988.
Переглядів: 14508
| Теги:
| Рейтинг: 5.0/1 | | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Матеріали по темі: |
