Возраст горных пород таблица – 1.3. Геологическое время и возраст горных пород.
1.3. Геологическое время и возраст горных пород.
Земная кора формировалась длительное время, постепенно, неодинаково в разные отрезки времени; разнообразных физико-географических условиях На отдельных участках происходило накопление осадков, затем их смятие в складки или разрывные (дислокационные) блоки при горообразовательных процессах; затем наступали периоды разрушения гор, перенос материала и накопления его в новых местах на суше или в океанах, которые то занимали большие площади, то отступали от береговой линии, оставляя на суше мощные толщи морских отложений — известняков, мергелей, конгломератов и др.
Для воссоздания истории развития определенной территории, составления геологических карт и разрезов, необходимо знать возраст пород, слагающих тот или иной участок земной коры.
Различают два вида возраста горных пород:
— относительный — возраст рассматривается для одной горной породы относительно другой, моложе или старше ее по времени образования. Используют следующие методы:
а) стратиграфический — описывает последовательность залегания пород в порядке их образования. Применим при ненарушенном залегании пород, когда каждая вышележащая порода моложе нижележащей по времени образования.
б) палеонтологический — применим при наличии в осадках окаменелостей — остатков живых организмов, захороненных в слоях. Органическая жизнь на Земле развивалась от более простых форм к более сложным. Поэтому более древние слои будут содержать окаменелости более простых организмов. Изучается наукой историческая геология.
На основании общепринятых международных единиц стратиграфии и относительной геохронологии создана сводная шкала геологического времени — геохронологическая таблица, где каждому отрезку времени соответствует свой комплекс образовавшихся в это время пород (таблица. 1).
Соотношение таксонометрических единиц. Таблица 1
Расчленение толщи пород | группа | система | отдел | ярус |
Соответствующий отрезок времени | эра | период | эпоха | век |
Каждой таксонометрической единице шкалы присвоены свои буквенные и цифровые индексы и строго определенный цвет для любой геологической карты мира (приложение).
1.4. Минералы и горные породы.
Горные породы, слагающие земную кору, представляют собой агрегаты, сложенные теми или иными минералами.
Минералами называют сравнительно однородные по химическому составу соединения, образовавшиеся в результате сложных физико-химических процессов в недрах Земли или на ее поверхности. Минералы могут быть твердыми (кварц, роговая обманка), жидкими (самородная ртуть) и газообразными (сероводород, метан). Подавляющее большинство твердых минералов являются кристаллическими образованьями и лишь незначительная их часть – аморфными. Минералы, находящиеся в кристаллическом состоянии, в природе чаще всего встречаются в виде агрегатов (скоплений зерен) неправильной формы и значительно реже — в виде правильных многогранников – кристаллов. Размеры минеральных индивидов могут быть от больших, масса которых несколько тонн (полевой шпат, кварц), до мельчайших зернышек, видимых только в микроскоп. Большинство минералов встречаются именно в виде мелких и мельчайших зернышек, образуя зернистую структуру магматических, осадочных и метаморфических горных пород.
В природе встречается около 4000 минералов и каждый из них имеет определенное строение и обладает присущим ему комплексом физических свойств (твердость, удельный вес, спайность, магнитность и др.), влияющих на инженерно-геологические (строительные) свойства горных пород геологической среды.
Наиболее распространенной является химическая классификация минералов:
I — самородные элементы — золото Аu, сера S и др.
II — окислы (оксиды) — кварц SiO2, корунд Al2O3и др.
III — гидроокислы (гидроксиды) — опал SiO2 Н2О, лиманит 2Fe2O3nH2O и др.
IV — сульфиды — соли сероводородной кислоты — пирит FeS2, галенит РbS и др.
V
— сульфаты — соли серной кислоты — гипс
СаSO42Н
VI — галоиды — соли соляной, фтористоводородной и др. кислот — галит NаС1, флюорит СаF2 и др.
VII — силикаты — имеют сложный химический состав, но обязательно в своей структре кремнекислородный тетраэдр [SiO4]-4 и в зависимости от сочетания с другими элементами выделяют подклассы и группы:
цепочечные — авгит и др.,
островные — оливин и др.,
ленточные — роговая обманка и др.,
листоватые — слюды: мусковит, биотит, глинистые минералы: каолинит, монтмориллонит и др.,
каркасные — ортоклаз, лабрадор и др.
Существуют и другие классификации минералов.
Горные породы земной коры могут быть мономинеральными, т. е. состоять из одного минерала (мрамор, дунит) или полиминеральными, состоящими из нескольких породообразующих минералов (гранит, габбро). Горная порода образуется в своеобразных геологических условиях, которые и определяют ее минералогический состав, форму залегания структуру и текстуру.
По своему происхождению все горные породы разделяют на три большие группы, которые одновременно отражают их генезис и важнейшие петрографические особенности.
магматические, связанные с процессами магматической деятельности;
осадочные, связанные с экзогенными процессами, т. е. процессами внешней динамики Земли;
метаморфические, образующиеся в результате преобразования магматических и осадочных пород.
studfiles.net
7.Геохронология
7. Геологическая хронология земной коры
– относительная геохронология отражает естественные этапы в истории развития Земли, основанная на принципе последовательности напластовывания и использует метод биостратиграфических построений;
– абсолютная геохронология определяет возраст и длительность подразделений геохронологической шкалы в промежутках времени, равных современному астрономическому году (в астрономических единицах). Она основана на изучении продуктов радиоактивного распада в минералах.
Геохронологическая (геоисторическая) шкала – иерархическая система геохронологических подразделений, эквивалентных единицам общей стратиграфической шкалы.
Стратиграфическое подразделение (единица) – совокупность горных пород, составляющих определенное единство по комплексу признаков (особенностям вещественного состава, органических остатков), который позволяет выделить ее в разрезе и проследить по площади.
Закономерности развития и образования земной коры изучает историческая геология. Возраст горных пород бывает абсолютным и относительным.
Абсолютный возраст – продолжительность существования (жизни) породы, выраженная в годах. Для его определения применяют методы, основанные на использовании процессов радиоактивных превращений, которые имеют место в некоторых химических элементах (уран, калий, рубидий), входящих в состав пород. Возраст магматических пород, а также химических осадков равен возрасту составляющих их минералов. Другие породы моложе входящих в их состав минералов.
Соотношение количеств совместно находящихся радиоактивного исходного изотопа и образовавшегося из него устойчивого элемента дает представление о возрасте вмещающих их пород. Методы определения абсолютного возраста получили свое название от продуктов радиоактивного распада: урано-свинцовый (свинцовый), гелиевый, калий-аргоновый (аргоновый), калий-кальциевый, рубидиево-стронциевый
Геохронологическая шкала земной коры
Эоны (эонотемы) | Эра (группа) | Период (система) | Типичные организмы | Абс. возраст, млн. лет | |
Неохрон (фанерозой) | Кайнозойская Kz («эра новой жизни») | Четвертичный (антропогенный) Q | Человек | 1,5-2,0 | |
Третичный Tr | Неоген N | Млекопитающиеся, цветковые растения | 25-27 | ||
Палеоген P | 60-66 | ||||
Мезозойская Mz («эра сред-ней жизни») | Меловой К | Головоногие, моллюски и пресмыкающиеся | 132-142 | ||
Юрский J | 190-200 | ||||
Триасовый T | 230-250 | ||||
Палеозойская Pz («эра древней жизни») | Пермский P | Амфибии и споровые | 275-295 | ||
Каменноугольный C | 340-360 | ||||
Девонский D | Рыбы, плеченогие | 400-420 | |||
Силурийский S | Первые беспозвоночные | 425-455 | |||
Ордовикский O | 480-520 | ||||
Кембрийский Cm | Более 570 | ||||
Палеохрон (криптозой) | Протерозойская PR | – | Редкие остатки примитивных форм | 2500-2700 | |
Архейская (археозойская) AR | До 4500 | ||||
Планетарная стадия Земли | Свыше 4500 | ||||
Чем моложе определяемый возраст минерала, тем большее количество его требуется для анализа, так как не успевают накопиться продукты распада.
Минимальное количество минерала, требуемое для определения их возраста, г
Минерал
Примерно ожидаемый возраст, млн. лет
200
1 000
2 000
Уранит
0,5
0,2
0,1
Монацит
1,0
0,4
0,2
Циркон
5,0
2,0
1,0
Биотит
20,0
15,0
10,0
При оценке относительного возраста различают более древние и более молодые горные породы. Проще определять относительный возраст у осадочных пород при ненарушенном их залегании (близко к горизонтальному залеганию). При складчатом расположении – иногда невозможно. Затруднительно и при наличии пород, слагающих участки, удаленные друг от друга.
Палеонтология – наука, устанавливающая закономерность развития жизни на Земле путем изучения останков животных и растительных организмов (окаменелости), имеющихся в толщах осадочных пород. Время образования той или иной породы соответствует времени гибели организмов, останки которых оказались захороненными при накоплении осадков. Трилобиты, папоротники, хвощи, лепидофиты, археоцитат, эхиносферит, кальцеола, кистеперые рыбы, каменный уголь …).
При этом используют два метода:
Стратиграфический метод применяют для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоев (рис. 11). Этот метод нельзя применить при складчатом расположении слоев. Считают, что нижележащие слои являются более древними, чем вышележащие. Молодым является слой 3, а слои 1 и 2 более древние.
Рис. 11. Залегание слоев: а) – горизонтальное залегание слоев; б) – в виде складок
Палеонтологический метод позволяет определять возраст осадочных пород по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоев и сопоставлять возраст пород, залегающих на различных участках. Каждому отрезку геологического времени соответствует определенный состав жизненных форм.
Все геологическое время разделили на отрезки. Для слоев пород, которые образовались в эти отрезки времени, были предложены свои названия, что позволило создать стратиграфическую шкалу (табл.).
Стратиграфическая шкала
Геохронологическая шкала времени
(геохронологические подразделения)
Стратиграфическая шкала слоев пород*
(единицы общей шкалы)
Эон
Эонотема
Эра
Эратотема (группа)
Период
Система
Эпоха
Отдел
Век
Ярус
Фаза (время)
Зона (хронозона)
Пора
Звено (для четвертичной системы)
* — различают и дополнительные единицы: подотдел – часть отдела; надъярус – несколько ярусов; подъярус – часть яруса; подзона – часть зоны
Наиболее крупные промежутки времени – эоны, а толщи пород, образовавшиеся за это время – эонотемы. Каждый эон делят на эры. Каждая эра подразделяется на периоды, периоды – на эпохи, группы – на системы и т.д. Самый короткий отрезок – век. Век – промежуток времени, в течение которого отложилась толща горных пород, образующих ярус. Продолжительность века в палеозое ~ 10 млн. лет, в мезозое и кайнозое ~ 5…6 млн. лет.
Представленная шкала многократно корректируется.
Инженеры-строители должны знать, что понимают под возрастными индексами горных пород и использовать это в своей работе, чтении геологической документации (карт и разрезов) при проектировании зданий и сооружений.
Особый интерес вызывает четвертичный период (табл.).
Схема расчленения четвертичного периода (системы)
Эпоха
Отдел
Индекс
Древнечетвертичная
Нижнечетвертичный
QI
Среднечетвертичная
Среднечетвертичный
QII
Позднечетвертичная
Верхнечетвертичный
QIII
Современная
Современный
QIY
Отложения четвертичного периода распространены почти повсеместно, их толщи содержат останки древнего человека и предметы его обихода. К толщам этих отложений приурочены месторождения россыпного золота и других ценных металлов. Многие породы четвертичного периода являются сырьем для производства строительных материалов. Большое место занимают отложения культурного слоя, появляющегося в результате деятельности человека. Он отличаются значительной рыхлостью и большой неоднородностью. Его наличие может осложнить строительство зданий и сооружений.
Рис. 12. Окаменелости палеогенового и неогенового периодов: а), б), в), г), д), е), и) – брюхоногие моллюски; ж), з), к), л) – двустворчатые моллюски
Рис. 13. Окаменелости триасового периода: а), в), г), д), з) – двустворчатые моллюски; б) – брахиопода; е) – аммонит, ж) – криноидея
Рис. 14. Окаменелости юрского периода: а) – устрицы; б), е), з), к) – аммониты; в) – белемнит; г) – посейдония; д) – двустворчатый моллюск; ж), и) – брахиоподы
Рис. 15. Окаменелости мелового периода: а), е) – двустворчатые моллюски; б), в) – белемниты; г), д), з) – аммониты; ж) – морские ежи
Рис. 16. Окаменелости палеозойской эры: а) – трилобит; б), в), д), ж), л) – брахиоподы; г) – цефалопода; е) – криноидея; з) – аммонит; и) – морской бутон; к) – сигиллярия
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОГО ВОЗРАСТА ГОРНЫХ ПОРОД
Наиболее распространенный стратиграфический метод основан на принципе перекрывания одних слоев и пачек осадочных пород другими. В связи с развитием органического мира в различных осадках встречаются остатки различных представителей растительного и животного царства, отражающие их эволюцию. На основании этих двух фактов была выработана стратиграфическая шкала, самой крупной единицей которой является эра. Всего выделяется пять эр:
а) археозойская, или архейская (от древнегреческих слов: «архе», начало и «зое», жизнь) – эра начала жизни;
б) протерозойская (от «протерос», первый) – эра первичной жизни;
в) палеозойская (от «паляйос», древний) – эра древней жизни;
г) мезозойская (от «мезос», средний) – эра средней жизни;
д) кайнозойская (от «кайнос», новый) – эра новой жизни.
В свою очередь эры разделены на периоды, а периоды – на эпохи.
Стратиграфическая шкала является относительной: она указывает лишь на последовательность образования горных пород и развитие органического мира. Стратиграфическая шкала наиболее близка к реальной жизни только для наиболее поздних геологических явлений. К таковым относятся ледниковые отложения Северной Европы. Изучение озерных осадков (ленточных глин), позволило довольно точно установить возраст оледенения. Чередование тонких прослоев глинистых и песчаных частиц соответствует зимнему и летнему периодам. Таким образом, подсчитано, что Валдайское оледенение на северо-западе России началось около 90 тыс. лет тому назад. Однако по мере изучения все более древних осадочных отложений такой способ становится все менее и менее совершенным в силу большой измененности первичных осадков.
Также несовершенны и другие приемы оценки геологического времени, в частности по количеству глинистых и песчаных частиц, приносимых реками в океан, и сопоставлению этих величин с общей мощностью осадочных пород.
Точное установление возраста геологических формаций стало возможным только после открытия радиоактивности. Изучение радиоактивных веществ показало, что на скорость радиоактивного распада не влияют ни температура, ни давление, ни электрические и магнитные поля, ни, наконец, действие химических реагентов. Поэтому, зная количество накопившихся продуктов распада радиоактивного вещества и период полураспада их, можно вычислить время, за которое эти продукты распада образовались, т. е. вычислить абсолютное время существования радиоактивного вещества (минерала).
Зная количество продуктов радиоактивного распада, количество нераспавшихся атомов и константу распада, можно вычислить абсолютный возраст образования данного изотопа. Для этого нужно, чтобы конечные продукты распада не покидали радиоактивного вещества и были учтены полностью. Кристаллическая структура минералов является приближенно закрытой системой и продукты распада практически не покидают ее. Чем больше в минерале находится продуктов распада, тем древнее этот минерал.
Поскольку периоды полураспада для изотопов урана, тория и калия очень велики, то продукты радиоактивного распада этих элементов не могут в достаточном количестве (для их точного учета) накопиться за короткий промежуток времени. Поэтому определения возраста по радиоактивным изотопам урана, тория и калия затруднены для молодых геологических образований и практически показывают уверенные значения, начиная с мезозоя.
Для определения абсолютного возраста нужно следить, чтобы образцы пород не были выветрелыми, разрушенными или подвержены механическим деформациям; минералы не должны содержать включений других минералов. Все это нужно для того, чтобы получить материал, не потерявший продуктов радиоактивного распада. Наиболее желателен отбор минералов, имеющих кристаллическую форму, ибо в этом случае мы можем быть наиболее уверенными в сохранности продуктов радиоактивного распада.
В настоящее время для определения абсолютного возраста используют следующие методы определения абсолютного возраста: урано-свинцовый (свинцовый), гелиевый, калий-аргоновый (аргоновый), калий-кальциевый, рубидиево-стронциевый и т. д.
Урано-свинцовый метод. Для определения абсолютного возраста урано-свинцовым методом нужно знать весовые количества урана, тория и свинца в минерале, а также изотопный состав свинца. Определение изотопного состава свинца, как, впрочем, и других элементов, производится на специальных приборах – масс-спектрометрах. Природный свинец состоит из четырех изотопов: 204РЬ, 206РЬ, 207РЬ и 208РЬ; три последних обязаны своим происхождением радиоактивному распаду урана и тория, а 204РЬ является нерадиогенным, количество его в геологической истории Земли постоянно.
Зная весовое количество урана в минерале, определяемое химически, мы, тем самым, знаем, сколько у нас изотопов 238U и 235U, ибо содержание в природном уране в настоящее время всегда равно 0,714 %.
Для определения возраста урано-свинцовым методом могут быть использованы следующие минералы: уранинит, монацит, ортит, циркон, пирохлор, эшинит, ксенотим, самарскит и др. Для приближенного определения возраста можно использовать отношение 207РЬ/206РЬ, извлекая свинец из таких минералов, как полевые шпаты.
Калий-аргоновый метод основан на ядерном превращении 40К в 40Аг и 40Са. Природный калий состоит из изотопов: 39К – 93,08 %, 40К – 0,0119 % и41К – 6,91 %. Из них только 40К является разноактивным изотопом, большая часть его (88 %) превращается в 40Са и около 12 % – в 40Аг. Отсюда и возникли калий-кальциевый и калий-аргоновый методы. Калий-аргоновый метод в настоящее время весьма широко распространен. Аргон выделяют из образца на специальных установках прокаливанием при температуре 1200…1400 °С в вакууме. Возраст минерала определяется по отношению 40Аг/40К. Калий определяется химически дипикриламинатным или тетрафенилборатным методами, а чаще методом фотометрии пламени.
Для определения возраста породы калий-аргоновым методом используют калийсодержащие минералы: мусковит, биотит, глауконит, сильвин, амфиболы. В некоторых случаях, когда трудно выделить отдельные минералы, определяют возраст породы в целом (например, глинистый сланец).
Рубидиево-стронциевый метод дает более надежные результаты, чем калий-аргоновый. Для определения возраста по рубидиево-стронциевому методу могут быть использованы минералы калия, рубидий.
Как уже отмечалось, урано-свинцовый и калий-аргоновый, а также рубидиево-стронциевый методы мало удобны для установления возраста новейших геологических образований.
Для определения наиболее молодых геологических образований применяется радиоуглеродный метод, сущность которого состоит в следующем. В верхних слоях атмосферы под действием корпускулярного излучения Солнца на 14N образуется 14С. Период полураспада 14С равен примерно 5500 лет. Через этот промежуток времени количество 14С распадается наполовину, снова образуя 14N. Радиоактивный углерод 14С примешивается в атмосфере к обычному углероду и попадает во все объекты природы (организмы животных, растения, горные породы).
Пока организмы живы, содержание 14С в них постоянно, благодаря постоянному обмену с окружающей средой. Однако после их смерти обмен со средой прекращается и содержание 14С начинает уменьшаться. Замеряя количество 14С, можно определить возраст растительных остатков, прошедший со времени их смерти. Материалом для анализа является хорошо сохранившееся дерево, древесный уголь, торф, карбонатные илы. Этот метод применяется для установления возраста речных террас, морен, торфообразования, а также для датировки археологических памятников.
Погрешность составляет 100 лет. Радиоуглеродным методом устанавливают возраст объектов от 1000 до 30 000 лет.
Наиболее древние значения возраста горных пород и минералов близки к 3,5 млрд. лет (Кольский полуостров). Возраст отдельных минералов древних щитов Канады, Южной Африки также близок к 3 млрд. лет. Наиболее древний возраст имеют геологические объекты на щитах, которые считаются древнейшими геологическими структурами Земли. Если возраст гранитов достигает 3,5 млрд. лет, то естественно, что возраст земной коры должен быть значительно большим, ибо граниты внедрились в какие-то уже существовавшие породы, а если же они образовались ультраметаморфическим путем, т. е. в результате гранитизации, то, следовательно, гораздо раньше их уже существовали какие-то осадки. Древнейшие горные породы, которые удалось датировать, находятся в горном районе Нэрриер в Австралии. Возраст их 4,2 млрд. лет. В настоящее время считают, что возраст Земли составляет около 4,5 млрд. лет. Эти данные хорошо согласуются с данными о возрасте небесных пришельцев-метеоритов, которые не древнее 4,5 млрд. лет.
Как показали исследования, возраст горных пород Луны также оказался близким к 4,5 млрд. лет. Последнее обстоятельство, как и другие геохимические данные, указывает на единство земного, лунного и метеоритного вещества. Возраст Солнца примерно в десять раз больше возраста Земли.
11
studfiles.net
Возраст горных пород
Как определяют возраст земли и горных пород
Возраст лошади или собаки можно определить по зубам, дерева — по толщине ствола или по годичным кольцам роста, а как узнать возраст Земли и горных пород, которые слагают ее? В библии — древнейшем сборнике религиозных произведений — утверждается, что Земля очень молода — ей немногим более 7 тыс. лет. Эту нелепую цифру опровергают естествознание и история человеческого общества. Однако дать правильный ответ на вопрос о возрасте Земли и времени различных геологических событий не так просто. Потребовались многие годы упорного труда большой армии ученых — геологов, биологов, палеонтологов, физиков, чтобы определить возраст Земли.
Геологи и палеонтологи изучили осадочные породы (песок, глину, известняк, мергель и др.) земной коры от верхних слоев — самых молодых до нижних — самых древних. По сохранившимся в них остаткам организмов они восстановили подлинную историю жизни на Земле. Развитие растений и животных шло от простых форм к сложным, от низших к высшим в связи с изменением условий существования. Ученые выделили в истории Земли и жизни пять эр, в каждой эре несколько периодов, а в периодах в свою очередь эпохи и века.
Каждый последующий период отличается от предыдущего возникновением новых, более высокоорганизованных растений и животных, изменениями климата, расположения суши и моря.
В каждую эру, период или эпоху геологической истории существовали определенные животные и растения.
По остаткам организмов, их называют руководящими ископаемыми, определяют относительный геологический возраст отложений земной коры, т.е. прослеживают, что было раньше и что позже. Палеонтологи устанавливают одновозрастность (одновременность) слоев, расположенных на большом расстоянии друг от друга, и восстанавливают древнюю географию (палеогеографию) для различных периодов, эпох. Например, если находят в слоях Земли трилобитов, то эти слои относят к морским отложениям палеозойской эры, а если находят остатки динозавров, то содержащие их слои относят к континентальным отложениям мезозойской эры.
Однако таким способом нельзя узнать, сколько лет продолжались геологические эры, периоды, эпохи, т.е. определить в тысячах или миллионах лет их абсолютный геологический возраст.
Попытки вычислить абсолютный возраст слоев Земли делались давно, но лишь в последние годы, когда физика и химия достигли больших успехов, удалось разработать методы точного измерения времени далекого прошлого.
Физики и химики открыли, что атомы некоторых элементов — урана, тория, радия и др. — все время изменяются, «распадаются», образуя другие элементы. Превращение атомов, или распад, сопровождается радиацией, т.е. излучением мелких заряженных частиц. Поэтому такие элементы называются радиоактивными, а процесс их превращения — радиоактивным распадом. Оказалось, что радиоактивный распад протекает всегда с одной и той же скоростью. На него не влияют высокая температура и давление в недрах Земли. В науке принято определять скорость радиоактивного распада временем, необходимым для распада половины имевшегося вначале количества элемента. Это время называется периодом полураспада. Он неодинаков у разных элементов. Полураспад рубидия-87 происходит за 50 млрд. лет, калия-40 — за 1,25 млрд. лет, урана-238 — за 4,52 млрд. лет, радия — за 1590 лет. Постоянные для каждого радиоактивного элемента скорости распада позволяют использовать их как точные часы для измерения возраста горных пород.
При распаде одного из видов (так называемых изотопов) радиоактивного урана образуются элементы гелий и свинец. Высчитано, что для накопления 1 Г свинца в 100 Г урана (т.е.1%) нужно около 90 млн. лет. Таким образом, определив процент свинца в уране, можно установить, сколько времени прошло с начала процесса распада, или начала образования горной породы.
При помощи радиоактивных элементов ученые высчитали возраст Земли, который определяется не менее чем в шесть миллиардов лет! С помощью этого метода определен возраст самых древних горных пород, выходящих на поверхность Земли.
Для определения более кратких отрезков времени применяется очень интересный и точный радиоуглеродный метод. Им определяют возраст до 50 тыс. лет, и ошибка не превышает 400 лет. В тканях живых организмов наряду с обычным углеродом (его атомный вес 12) содержится небольшое и постоянное количество его изотопа, или радиоактивного углерода с атомным весом 14. Период полураспада радиоактивного углерода недолог — 5760 лет. В сохранившихся органических остатках (кости, стволы деревьев, затонувших в болоте, ткани и пр.), углерод-14 постепенно утрачивает радиоактивность. Его количество очень мало и может быть обнаружено очень точными приборами. Проверить этот метод удалось, изучая археологические памятники, возраст которых был известен по историческим документам.
Радиоуглеродным методом определили возраст многих археологических и палеонтологических находок. Например, возраст необугленных зерен пшеницы и ячменя, найденных в Египте, оказался равным около 6100 годам, а найденные в Израиле свитки библии насчитывают около 2000 лет.
В 1951 г. на Таймыре нашли остатки трупа мамонта. По содержанию радиоуглерода в сухожилиях животного и остаткам растений около трупа установили, что мамонт пролежал в вечной мерзлоте более 11 тыс. лет.
Таковы вкратце те методы, которыми располагает наука. Нет сомнения в том, что скоро будут открыты новые, еще более точные способы измерения времени далекого прошлого.
В глубине восточной части Большого Каньона, расположенного в Аризоне, находятся расположенные в ряд “древние” базальтовые лавовые потоки, известные геологам, как слой Базальт Карденас (Рисунок 1 и 2 ). Когда-то это была расплавленная лава, которая последовательно извергалась на земную поверхность через кратеры и трещины вулканов и растеклась по уже отложенным пластам алевритов. Эти пласты быстро затвердели и стали плотной горной породой черного цвета, которая называется базальтом (Рисунок 3 ). Позже эта порода покрылась толстыми слоями осадочной породы. Расположение потоков лавы Базальта Карденас во всей последовательности слоев горных пород в Большом Каньоне можно рассмотреть в общей геологической “блоковой» схеме строения Большого Каньона (Рисунок 4 ). В этой статье исследуется ошибочность предположений, используемых большинством светских геологов, которые применяют униформистскую систему взглядов (медленные и постепенные геологические процессы) при “датировании” горных пород Большого Каньона.
Рисунок 1. Расположенные рядами потоки лавы Базальт Карденас в восточной части Большого Каньона — вид со стороны пустыни. Фотоматериалы любезно предоставлены Эндрю Снеллингом.
Определение возраста горных пород
Можно ли по тому, как расположены эти базальтовые потоки лавы в последовательных пластах горных пород Большого Каньона или с помощью физического анализа, установить точный возраст этих пород? Нет! Однако большая часть геологов классифицируют слой Карденас Базальт, как докембрийский; то есть, он намного старше так называемых Кембрийских горных пород, таких как Песчаник Тапитс и сланцевый слой Брайт Ейнджел, в которых обнаруживаются окаменелости морских существ, таких как трилобиты (Рисунок 4 ). Но эта порода выглядит так же, как и другие базальтовые породы, расположенные по всему миру (Рисунок 5 ). Применяя радиометрический метод для датирования горных пород, эти геологи убеждены в том, что теперь у них есть практически надежный метод определения точного возраста.
Рисунок 2 : Карта Большого Каньона, на которой показано расположение выхода на поверхность лавовых пород слоя Карденас Базальт.
Расплавленные лавовые породы, которые непрерывно извергались на земную поверхность через кратеры и трещины вулканов, растекалась по отложенным к тому времени пластам алевритов. Эти пласты быстро затвердели и стали плотной горной породой черного цвета, которая называется базальтом (смотрите Рисунок 3 ). Позже эта порода покрылась толстыми слоями осадочной породы.
Некоторые “материнские” элементы, такие как калий, рубидий, уран и самарий являются радиоактивными и в результате распада со времени они изменяются (в соответствии с современными лабораторными измерениями это происходит очень медленно) и становятся “дочерними” элементами, а именно аргоном, стронцием, свинцом и неодимом, соответственно. Этот радиоактивный распад похож на тиканье часов, за исключением того, что вместо секунд эти “часы» радиоактивного распада предположительно отсчитывают миллионы лет. Исследуя эти материнские и дочерние химическ
mirznanii.com
Способы определения возраста горных пород
В настоящее время возраст горных пород определяют тремя методами: стратиграфическим, палеонтологическим и абсолютным.
Стратиграфический (лат. «стратум» — слой, «графос» — описание) метод. Это относительный метод, суть которого
заключается в том, что относительный возраст горных пород определяют по тому месту, где залегает тот или иной пласт или слой в земной коре, есть в геологическом разрезе. Действительно, и горная порода, которая залегает внизу образовалась раньше, чем та, что залегает наверху.
Но при тектонических процессах, когда земная кора приходит в движение, определить относительный возраст горных пород невозможно.
Например, в Кузбассе некоторые пласты осадочных пород залегают под углом 89 — 90 °. Таким образом, стратиграфический метод применяется только для осадочных горных пород при их спокойном залегании. Вычислить абсолютный возраст горных пород этим методом невозможно, поскольку скорость накопления осадков в земной коре очень неодинакова.
Палеонтологический (греч. «палайос» — древний, «отоси» — существо, «логос» — учение) метод. Суть этого метода заключается в том, что возраст горных пород определяется по остаткам в них вымерших организмов — растений и животных.
Основателями этого метода были английский инженер-Гидростроитель В. Смит и французский ученый Ж. Кювье.
При раскопках в пластах горных пород встречаются остатки организмов разной степени совершенства. Чем совершеннее остатки организмов, тем моложе горная порода. Например, и порода, где обнаружили кости млекопитающих, значительно моложе той, где нашли остатки динозавров.
Конечно, этот метод тоже является относительным, но более совершенным, потому что не зависит уже от условий залегания горных пород.
Абсолютный метод. Является наиболее точным и позволяет определить возраст горных пород в годах. Начал применяться после открытия в 1396 г.
Анри Беккерель явления радиоактивности. Установлено, что во время радиоактивного распада одни элементы превращаются в другие более устойчивы, а период их распада вообще не зависит ни от внутренних, ни от внешних обстоятельств (температуры, давления, влажности и т.д.). Зная соотношение количества материнского элемента остался в породе, и продукта конечного распада, срок его преобразования, можно определить абсолютный возраст горных пород.
Так, и 0 г 238U за I млрд. лет превращается в 0,116 г 206Рb. Остаток 238U — 0,865 г. Остальная масса расходуется на излучение. Значение периодов полураспада приведены в табл. 4.1.
Урано-свинцовый, торий-свинцовый методы применяются для определения возраста древних магматических и метаморфических горных пород, получивших название старожилов. Этими методами были определены, что возраст известных на Земле пород — старожилов составляет 3,8 млрд.
лет (Южная Америка). Это меньше некие метеоритов (4,7 млрд. лет) и некоторых пород Луны (до 4,7 млрд. лет). Согласно возраст солнечной системы оценивается величиной в 5 млрд.
лет.
Понятия об относительном и абсолютном возрасте горных пород. Характеристика методов определения абсолютного геологического возраста пород.Развитие животного и растительного мира, особенности формирования горных пород в различных геологических эрах.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Возраст горных пород
Методы определения возраста горных пород, слагающих Землю. Возраст пород слоя Базальт Карденас в восточной части Большого Каньона. Геологическая “блоковая» схема расположения пластов горных пород Большого Каньона. Ошибки радиологического датирования.
реферат [1,4M], добавлен 03.06.2010
Проницаемость и пористость горных пород
Характеристика структуры, изучение строения и определение размеров пор горных пород.
Исследование зависимости проницаемости и пористости горных пород. Расчет факторов проницаемости и методов определения содержания в пористой среде пор различного размера.
курсовая работа [730,4 K], добавлен 11.08.2012
Условия формирования осадочных горных пород
Общая характеристика осадочных горных пород как существующих в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры.
Образование осадочного материала, виды выветривания. Согласное залегание пластов горных пород, типы месторождений.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 08.02.2016
Особенности образования и строения горных пород
Сущность интрузивного магматизма. Формы залегания магматических и близких к ним метасоматических пород. Классификация хемогенных осадочных пород.
Понятие о текстуре горных пород, примеры текстур метаморфических пород.
Геологическая деятельность рек.
реферат [210,6 K], добавлен 09.04.2012
Виды горных пород. Осадочные горные породы
Классификация горных пород по происхождению. Особенности строения и образования магматических, метаморфических и осадочных горных пород. Процесс диагенеза. Осадочная оболочка Земли. Известняки, доломиты и мергели. Текстура обломочных пород. Глины-пелиты.
презентация [949,2 K], добавлен 13.11.2011
Способы обработки горных пород
Исторический образ, обзор первобытной обработки камня.
Залегания горных пород и их внешний вид. Структура, текстура горных пород Южного Урала. Способы и оборудование для механической обработки природного камня. Физико-механические свойства горных пород.
курсовая работа [66,9 K], добавлен 26.03.2011
Физика горных пород
Основные стадии процесса добычи полезного ископаемого. Предел прочности горных пород при растяжении, методы и схемы определения, количественная оценка. Деформация твердого тела. Методы определения хрупкости горных пород.
Хрупкое разрушение материала.
реферат [303,3 K], добавлен 14.02.2014
Возраст горных пород и методы их определения
Понятие о геологическом времени. Дегеологическая и геологическая стадии развития Земли. Возраст осадочных горных пород. Периодизация истории Земли. Общие геохронологическая и стратиграфическая шкалы. Методы определения изотопного возраста горных пород.
реферат [26,1 K], добавлен 16.06.2013
Магматические горные породы
Исследование особенностей осадочных и метафорических горных пород.
Характеристика роли газов в образовании магмы. Изучение химического и минералогического состава магматических горных пород. Описания основных видов и текстур магматических горных пород.
лекция [15,3 K], добавлен 13.10.2013
Осадочные горные породы
Общее описание и характерные черты осадочных горных пород, их основные свойства и разновидности. Типы слоистости осадочных горных пород и структура.
Содержание и элементы обломочных пород. Характеристика и пути образования химических, органогенных пород.
реферат [267,1 K], добавлен 21.10.2009
Основными геологическими графическими документами являются геологическая карта, геологические разрезы и стратиграфические колонки.
Геологическая карта представляет собой изображение на топографической основе границ распространения горных пород на поверхности Земли, разделенных по возрасту и составу.
Геологические карты дают возможность получить представление о составе и формах залегания пород любого участка земной коры. На геологических картах возраст горных пород указывается цветом и индексами соответствующих стратиграфических подразделений.
Магматические интрузивные горные породы на картах показываются ярким цветом.
Геологический разрез— это графическое изображение на вертикальной плоскости пород различного состава и возраста, формы геологических тел, их мощности и характера нарушений.
Геологический разрез дополняет и уточняет геологическую карту, давая наглядное представление об изменении геологического строения с глубиной.
Вертикальный и горизонтальный масштабы геологических разрезов, по возможности, должны быть одинаковы. При необходимости показать структуру маломощных пластов возможно использование разных масштабов (вертикального и горизонтального), но при этом будет происходить искажение условий залегания (при наклонном и складчатом залегании пластов) и рельефа поверхности.
Сводные стратиграфические колонкипредставляют собой графический перечень всех отложений, слагающих участок земной коры, как обнажающихся на поверхности Земли, так и вскрытых скважинами и горными выработками.
Стратиграфическая колонка (рис.1) вычерчивается в виде вертикального столбца, в котором каждая стратиграфическая единица, выделяемая в числе геологических образований данного участка, при согласном залегании отделяется от соседней прямой горизонтальной линией; при несогласном, т.е.
когда наблюдается перерыв в осадконакоплении, — волнистой линией.
Литологический состав горных пород в стратиграфической колонке показывается штриховыми условными обозначениями. Колонка строится в масштабе карты.
При очень большой мощности отдельных стратиграфических подразделений в них допускается пропуск (“разрыв”) внутри однородных слоев (рис.1 — триасовая система, верхний отдел).
Рис.1.
Пример стратиграфической колонки.
Обычная первичная форма залегания осадочных горных пород — горизонтально лежащий слой (пласт).
Под слоем (пластом) понимается образование какой-либо осадочной породы (тела), имеющей значительную горизонтальную протяженность, ограниченную примерно параллельными плоскостями напластования, и относительно малые вертикальные размеры.
При рассмотрении слоя как структурного элемента осадочных толщ выделяют подошву (почву) и кровлю слоя, а также его мощность. Кровля слоя является “поверхностью” напластования или ложем для вышележащего слоя.
При горизонтальном залегании слоев различного возраста и литологического состава рисунок геологической карты зависит от расчлененности рельефа и мощности слоев, образующих соответствующий участок земной коры.
Границы (контакты) пластов следуют изгибам рельефа, так как в силу горизонтального залегания подошва и кровля каждого пласта имеют определенную и постоянную высотную отметку.
Ширина выхода (видимая мощность) одного и того же пласта, слоя зависит от крутизны рельефа, и чем положе рельеф, тем шире полоса выхода.
Признак горизонтального залегания — постоянство отметок поверхностей разделов геологических тел и подобие геологических границ горизонталям рельефа поверхности.
Контрольные вопросы
Перечислите основные геологические графические документы.
2. Что такое геологический разрез?
3. Каким образом на геологических картах указывается возраст пород?
4. Что называется пластом?
5. Что является признаком горизонтального залегания пород на геологической карте?
Дата публикования: 2014-11-04; Прочитано: 1094 | Нарушение авторского права страницы
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…
Возраст горных пород, геохронология
Изучением продолжительности и последовательности геологических событий занимается геохронология. Она в свою очередь подразделяется: на абсолютную и относительную.
Абсолютная геохронология устанавливает время возникновения горных пород и др.
геологических явлений в астрономических единицах (годах).
Методы определения абсолютного возраста.
1. Метод ленточных глин — основан на явлении изменения состава осадков, которые отлагаются в спокойном водном бассейне при сезонном изменении климата.
За 1 год образуется 2 слоя. В осенне-зимний сезон отлагается слой глинистых пород, а в весенне-летний образуется слой песчаных пород. Зная количество таких пар слоев, можно определить — сколько лет формировалась вся толща.
2.Методы ядерной геохронологии.
Эти методы опираются на явление радиоактивного распада элементов.
Скорость этого распада постоянна и не зависит от каких-либо условий, происходящих на Земле. При радиоактивном распаде происходит изменение массы радиоактивных изотопов и накопление продуктов распада — радиогенных стабильных изотопов. Зная период полураспада радиоактивного изотопа, можно определить возраст минерала его содержащего.
Для этого нужно определить соотношение между содержанием радиоактивного вещества и продукта его распада в минерале.
В ядерной геохронологии основными являются:
Свинцовый метод — используется процесс распада 235U, 238U, 232Th на изотопы 207Pb и 206Pb, 208Pb.
Используются минералы: монацит, ортит, циркон и уранинит. Период полураспада ~4,5 млрд. лет.
Калий-аргоновый — при распаде К изотопы 40К (11%) переходят в аргон 40Ar, а остальные в изотоп 40Ca. Поскольку К присутствует в породообразующих минералах (полевые шпаты, слюды, пироксены и амфиболы), метод широко применяется. Период полураспада ~1.3млрд.
лет.
Рубидий-стронциевый — используется изотоп рубидия 87Rb с образованием изотопа стронция 87Sr (используемые минералы — слюды содержащие рубидий). Из-за большого периода полураспада (49.9 млрд.
лет) применяется для наиболее древних пород земной коры.
Радиоуглеродный — применяется в археологии, антропологии и наиболее молодых отложений Земной коры. Радиоактивный изотоп углерода 14С образуется при реакции космических частиц с азотом 14N и накапливается в растениях. После их гибели происходит распад углерода 14С, и по скорости распада определяют время гибели организмов и возраст вмещающих пород (период полураспада 5.7тыс.
лет).
Относительная геохронология определяет возраст пород и последовательность их образования стратиграфическими методами, а раздел геологии, изучающий взаимоотношения горных пород во времени и пространстве называется стратиграфией.
Методы относительной геохронологии подразделяются на палеонтологические и непалентологические.
Палеонтологические методы (биостратиграфия): в основе метода-определения видового состава ископаемых остатков древних организмов и представления об эволюционном развитии органического мира, согласно которого в древних отложениях находятся остатки простых организмов, а в более молодых — организмы сложного строения.
Эта особенность используется для определения возраста пород.
Не палеонтологические методы подразделяются на: литологические, структурно-тектонические и
геофизические.
Литологические методы разделения толщ опираются на различия отдельных слоев, составляющих изучаемую толщу по цвету, вещественному составу (минералого-петрографическому), текстурным особенностям.
Структурно-тектонический метод — в его основе лежит представление о существования перерывов в осадконакоплении на крупных участках земной коры.
Перерывы в осадконакоплении наступают тогда, когда участок морского бассейна, где накапливалась осадочная толща, становится приподнятым и на этот период здесь прекращается формирование осадков.
В последующее геологическое время данный участок может вновь начать погружение, снова стать морским бассейном, в котором происходит накопление новых осадочных толщ. Граница между толщами представляет собой поверхность несогласия.
По таким поверхностям проводят расчленение осадочной толщи на пачки и сопоставляют их в соседних разрезах. Толщи, заключенные между одинаковыми поверхностями несогласия рассматриваются как одновозрастные. В отличие от литологического метода структурно-тектонический метод используется для сопоставления крупных стратиграфических подразделений в толщах.
Геофизические методы основаны на сравнении пород по физическим свойствам.
По своей геологической сущности геофизические методы близки минералого-петрографическому методу, поскольку и в этом случае выделяются отдельные горизонты, сопоставляются их физические параметры и по ним проводится корреляция разрезов. Геофизические методы не носят самостоятельного характера, а применяются в комплексе с другими методами.
Рассмотренные методы абсолютной и относительной геохронологии позволили определить возраст и последовательность образования горных пород, а также установить периодичность геологических явлений и выделить этапы в длительной истории Земли.
В каждый этап последовательно накапливались толщи пород, и это накопление происходило в определенный промежуток времени. Поэтому всякая геохронологическая классификация содержит двойную информацию и объединяет две шкалы — стратиграфическую и геохронологическую. Стратиграфическая шкала отражает последовательность накопления толщ, а геохронологическая шкала — соответствующий этому процессу период времени.
На основе большого количества данных по различным регионам и континентам была создана общая для земной коры Международная геохронологическая шкала, отражающая последовательность подразделений времени, в течение которых формировались определенные комплексы отложений и эволюцию органического мира.
В стратиграфии подразделения рассматриваются от крупных к мелким:
эонотема — группа — система — отдел -ярус.
Им соответствуют: эон — эра — период — эпоха – век.
Каждое подразделение в геохронологической шкале имеет свое название. Названия происходят от греческих слов (археос -древний и т.д.) или от места, где они впервые были выделены. Кроме того, каждое подразделение имеет свой цвет и индекс, который состоит из начальных букв названия подразделения и цифр. Например: alQIII означает – аллювиальные (речные) позднечетвертичные отложения, eC1 – элювиальные раннекаменноугольные отложения и т.д.
Такими индексами удобно пользоваться при составлении геологической карты или геологического разреза.
Геологическая карта отражает распространение горных пород и их возраст на поверхности Земли. Поэтому она составляется на топооснове различного масштаба.
Геологические разрезы показывают распространение горных пород от поверхности Земли до определенных глубин, спроектированных на вертикальную плоскость. В зависимости от поставленных геологических задач, разрезы также составляются в различном масштабе.
Таблица 1. Геохронологическая таблица.
| Геохронологическая таблица | ||||
| эон | эра (группа) | период (система) | эпоха (отдел) | |
| Фанерозой | Кайнозойская Kz 67 млн. лет | Четвертичный Q | Голоцен Позднечетвертичный Среднечетвертичный Раннечетвертичный | QIV QIII QII QI |
| Неогеновый N | Верхненеогеновый Ранненеогеновый | N2 N1 | ||
| Палеогеновый (Pg) P | Позднепалеогеновый Среднепалеогеновый Раннепалеогеновый | (Pg3) P3 (Pg2) P2 (Pg1) P1 | ||
| Мезозойская Mz 173 млн. лет | Меловой (Cr) K | Верхнемеловой Раннемеловой | (Cr2) K2 (Cr1) K1 | |
| Юрский J | Позднеюрский Среднеюрский Раннеюрский | J3 J2 J1 | ||
| Триасовый T | Позднетриасовый Среднетриасовый Раннетриасовый | T3 T2 T1 | ||
| Палеозойская Pz 330 млн. лет | Пермский P | Верхнепермский Раннепермский | P2 P1 | |
| Каменноугольный C | Позднекаменноугольный Среднекаменноугольный Раннекаменноугольный | C3 C2 C1 | ||
| Девонский D | Позднедевонский Среднедевонский Раннедевонский | D3 D2 D1 | ||
| Силурийский S | Среднесилурийский Раннесилурийский | S2 S1 | ||
| Ордовикский O | Позднеордовикский Среднеордовикский Раннеордовикский | O3 O2 O1 | ||
| Кембрийский (Cm) є | Позднекембрийский Среднекембрийский Раннекембрийский | (Cm3) є3 (Cm2) є2 (Cm1) є1 | ||
| Криптозой | Протерозойская-PR >2100 млн. лет | Венд Рифей | PR3 PR2 PR1 | |
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 (Th332) 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.
| 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.
Предыдущая234567891011121314151617Следующая
Дата добавления: 2016-02-02; просмотров: 328;
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:
ekoshka.ru
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХРОНОЛОГИЯ
Очень важной характеристикой горных пород является их возраст. Как было показано выше, от него зависят многие свойства горных пород, в том числе инженерно-геологические. Кроме того, на основе изучения, прежде всего, возраста горных пород историческаягеология воссоздает закономерности развития и образования земной коры. Важным разделом исторической геологии является геохронология– наука о последовательности геологических событий во времени, их продолжительности и соподчиненности, которые она устанавливает благодаря определению возраста горных пород на основе использования различных методов и геологических дисциплин. Выделяется относительныйиабсолютный возраст горных пород.
При оценке относительноговозраста различают более древние и молодые горные породы, выделяя время какого-либо события в истории Земли по отношению ко времени другого геологического события. Относительный возраст проще определять для осадочных пород при ненарушенном (близком к горизонтальному залеганию) их залегании, а также для переслаивающихся с ними вулканических и реже метаморфических пород.
 |
Стратиграфический (стратум – слой) метод основан на изучении последовательности залегания и взаимоотношения слоев осадочных отложений, исходя из принципа суперпозиции: каждый вышележащий пласт моложе нижнего. Он при- меняется для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоев (рис. 22). Этот метод осторожно следует применить при складчатом залегании слоев, предварительно нужно определить их кровли и подошвы. Молодым является слой 3, а слои 1 и 2 – более древние.
Литолого—петрографическийметод основан на изучении состава и строения пород в соседних разрезах скважин и выявлении одновозрастных пород – корреляцииразрезов. Осадочные, вулканические и метаморфические породы одинаковых фаций и возраста, например, глины или известняки, базальты или мрамор, будут обладать схожими текстурно-структурными особенностями и составом. Более древние породы, как правило, бывают более измененными и уплотненными, а молодые – слабо измененными и пористыми. Труднее использовать данный метод для маломощных континентальных отложений, литологический состав которых быстро меняется по простиранию.
Важнейшим методом определения относительного возраста является палеонтологический (биостратиграфический) метод, основанный на выделении слоев, содержащих различные комплексы ископаемых остатков вымерших организмов. В основе метода лежит принцип эволюции: жизнь на Земле развивается от простого к сложному и не повторяется в своем развитии. Наука, устанавливающая закономерность развития жизни на Земле путем изучения остатков ископаемых животных и растительных организмов – окаменелостей (фоссилий), содержащихся в толщах осадочных пород называется палеонтология. Время образования той или иной породы соответствует времени гибели организмов, останки которых оказались захороненными под слоями выше накопившихся осадков. Палеонтологический метод позволяет определять возраст осадочных пород по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоев и сопоставлять возраст пород, залегающих на отдаленных друг от друга участках земной коры. Каждому отрезку геологического времени соответствует определенный состав жизненных форм или руководящих организмов (рис. 23–29). Руководящиеископаемыеорганизмы (формы) жили в течение непродолжительного отрезка геологического времени на обширных площадях, как правило, в водоемах, морях и океанах. Начиная со второй половины ХХ в. активно стали применять микропалеонтологическийметод, в том числе и спорово—пыльцевой, для изучения организмов невидимых на глаз. На основе палеонтологического метода составлены схемы эволюционного развития органического мира.
Таким образом, на основе перечисленных методов определения относительного возраста горных пород к концу XIX в. была составлена геохронологическая таблица, включающая в себя подразделения двух шкал: стратиграфические и со- ответствующие им геохронологические.
Стратиграфическоеподразделение (единица) – совокупность горных пород, составляющих определенное единство по комплексу признаков (особенностям вещественного состава, органических остатков и др.), который позволяет выделить ее в разрезе и проследить про площади. Каждое стратиграфическое подразделение отражает своеобразие естественного геологического этапа развития Земли (или отдельного участка), выражает определенный геологический возраст и сопоставим с геохронологическим подразделением.
Геохронологическая(геоисторическая) шкала – иерархическая система геохронологических (временных) подразделений, эквивалентных единицам общей стратиграфической шкалы. Их соотношение и подразделение показано в табл. 15.
 |
 |
Самое мелкое подразделение – зона, накопившаяся в течение фазыи объединяемая с другими зонами в яруса – в течениевека. Яруса объединяются в отделы, сформировавшиеся за эпохи. Отделы объединяются в определенную систему по- род, которая образовалась за время периода и т.д. Наиболее крупные промежутки времени – эоны, а толщи пород, образовавшиеся за это время – эонотемы. Многие системы и яруса получили свое название по месту первого определения и изучения данного стратиграфического подразделения, например, кембрийская система была
 |
выделена в Великобритании, пермская – в России и т.п. (табл.16).
 |
 |
 |
Наряду с международными подразделениями геохронологической таблицы выделяются региональные и местные стратиграфические подразделения – совокупности слоев горных пород, сохраняющие свое палеонтологическое и литологическое единство, ясно отграниченные от смежных подразделений и обычно опознаваемых и картируемых в поле. Региональные и местные стратиграфические подразделения: горизонты, свиты, серии и др., должны рассматриваться как предварительные (временные), подлежащие при дальнейших исследованиях замене подразделениями общей шкалы.
 |
Абсолютныйвозраст – продолжительность существования (жизни) породы, выраженная в годах – в промежутках времени, равных современному астрономическому году (в астрономических единицах). Он основан на измерении содержания в минералах радиоактивных изотопов: 238U, 232Th, 40К, 87Rb, 14C и др., продуктов их распада и знании экспериментально выявленной скорости распада. Последняя характеризуется периодомполураспада – временем, в течение которого распадается половина атомов данного нестабильного изотопа. Период полураспада сильно варьирует у различных изотопов (табл. 17) и определяет возможности его применения.
Методы определения абсолютного возраста получили свое название от продуктов радиоактивного распада, а именно: свинцовый (урано-свинцовый), аргоновый (калий-аргоновый), стронциевый (рубидиево-стронциевый) и др. Наиболее часто используется калий-аргоновый метод, поскольку изотоп 40К содержащийся во многих минералах (слюда, амфиболы, полевые шпаты, глинистые минералах), распадается с образованием 40Ar и имеет период полураспада 1,25 млрд. лет. Выполненные при помощи данного метода расчеты зачастую проверяются стронциевым методом. В перечисленных минералах калий изоморфно замещается 87Rb, который при распаде превращается в изотоп 87Sr. С помощью 14С устанавливают возраст самых молодых четвертичных пород. Зная, какое количество свинца образуется из 1 г урана в год, определяя их совместное содержание в данном минерале, можно найти абсолютный возраст минерала и той горной породы, в которой он находится.
Использование перечисленных методов усложняется тем, что горные породы за свою «жизнь» испытывают различные события: и магматизм, и метаморфизм, и выветривание, во время которых минералы «раскрываются», меняются и теряют частично содержащиеся в них изотопы и продукты распада. Поэтому используемый термин «абсолютный» возраст удобен для употребления, но не является абсолютно точным для возраста горных пород. Вернее использовать термин «изотопный» возраст. Производится систематическая корреляция между подразделениями относительной геохронологической таблицы и абсолютным возрастом горных пород, который до сих пор уточняется и приводится в таблицах.
Геологи, строители и другие специалисты могут получить сведения о возрасте горных пород при изучении геологических карт или соответствующих геологических отчетов. На картах возраст горных пород показывается буквой и цветом, которые приняты для соответствующего подразделения геохронологической таблицы. Сопоставляя показанный буквой и цветом относительный возраст конкретных пород и абсолютный возраст унифицированной геохронологической таблицы, можно предположить абсолютный возраст изучаемых пород. Инженеры- строители должны иметь представления о возрасте горных пород и его обозначении, а также использовать их при чтении геологической документации (карт и разрезов), составляемой при проектировании зданий и сооружений.
 |
Особый интерес вызывает четвертичныйпериод (табл. 18). Отложения четвертичнойсистемы покрывают сплошным чехлом всю земную поверхность, их толщи содержат останки древнего человека и предметы его обихода. В этих тол- щах чередуются и сменяют друг друга по площади различные отложения (фации): элювиальные, аллювиальные, моренныеифлювиогляциальные, озерно—болотные. К аллювию приурочены месторождения россыпного золота и других ценных металлов. Многие породы четвертичной системы являются сырьем для производства строительных материалов. Большое место занимают отложения культурногослоя, появляющегося в результате деятельности человека. Они отличаются значительной рыхлостью и большой неоднородностью. Его наличие может осложнить строительство зданий и сооружений.
Похожие статьи:
poznayka.org
1.5.4. Условные обозначения горных пород
Условные штриховые обозначения горных пород на литологических картах приведены на рис. 16.
Рис. 16. Обозначение горных пород:
1 – известняк, 2 – мергель, 3 – песчаник, 4 – доломит, 5 – аргиллит, 6 – мел, 7 – алевролит, 8 – опока, 9 – сланец, 10 – мелкий песок, 11 – лёсс, 12 – песок гравелистый, 13 – глина, 14 – суглинок, 15 – ил, 16 – туф, 17 – диорит, 18 – гранит
1.6. Геологическая хронология земной коры
1.6.1. 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 этап начинается 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 метод основан 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 возраст позволяет 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 метод применяют для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоев.
Из рис. 17а видно, 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.
Палеонтологический метод основан 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.
studfiles.net
3. Основные этапы развития Земли
3.1. Определение возраста горных пород. Фации
1. Важным моментом в познании истории Земли был тот, когда исследователи установили, что в напластовании горных пород заключены ископаемые остатки самых разнообразных животных и растений. Причем в нижних слоях, которые образовались раньше, чем те, которые перекрыли их, встречаются остатки более примитивных организмов.
2. Изучение состава осадочных горных пород и заключенных в них органических ископаемых остатков дало возможность уже в первой половине XIX века установить определенную последовательность в их напластованиях. Были выделены слои (периоды) и группы слоев с характерными для них остатками животных и растений. Даже если эти слои удалены друг от друга, территориально они похожи. Им дали наименования. По характерным горным породам были названы слои меловой и каменноугольный. Другие группы слоев получили свое название от местности, в которой их впервые обнаружили и изучили. Так появились отложения юрской, девонской, пермской, кембрийской и других систем.
3. Принятая сейчас и приведенная относительная геохронология (табл.2) была утверждена в 1884 году на Международном геологическом конгрессе в Болонье.
4. Было установлено, что каменная летопись Земли разделена на две неравные части. В молодой части, которая особенно широко распространена, заключены многочисленные остатки и следы всех известных на сегодняшний день животных и растений. Эта часть геохронологической шкалы получила название фанерозоя, как времени очевидной жизни. Фанерозой делится на три геологические эры: палеозойская (эра древней жизни), мезозойская (эра средней жизни), и кайнозойская (эра новой жизни).
Таблица 2
Геохронологическая таблица
Эры | Периоды | Эпохи | Продолжительность | |
Фанерозой | Кайнозойская KZ | Антропоген (четвертичный) Q (1,7) | Современная | Голоцен (Q4) |
Верх. плейстоцен (Q3) | ||||
Средний | Плейстоцен (Q2) | |||
Нижний | Плейстоцен (Q1) | |||
Неоген N(25) | Средняя | 66 млн. лет | ||
Ранняя | ||||
Палеоген Р (41) | Поздняя | |||
Средняя | ||||
Ранняя | ||||
Мезозойская MZ | Меловой К (70) | Поздняя | 170 млн.лет | |
Ранняя | ||||
Юрский J (55-58) | Поздняя | |||
Средняя | ||||
Ранняя | ||||
Триасовый Т (40-45) | Поздняя | |||
Средняя | ||||
Ранняя | ||||
Палеозойская PZ | Пермский Р (45) | Поздняя | 330 млн. лет | |
Ранняя | ||||
Каменноугольный С (65-70) | Поздняя | |||
Средняя | ||||
Ранняя | ||||
Девонский D (55-60) | Поздняя | |||
Средняя | ||||
Ранняя | ||||
Силурийский S (35) | Поздняя | |||
Средняя | ||||
Ранняя | ||||
Ордовикский О (60-70) | Поздняя | |||
Средняя | ||||
Ранняя | ||||
Кембрийский Сm (70-80) | Поздняя | |||
Средняя | ||||
Ранняя | ||||
Криптозой (Докембрий) | Протерозойская Pt | 2,1 млрд. лет | ||
Архейская А | 1,8 млрд. лет |
Другая, более древняя и продолжительная часть геологической истории называется криптозоем (докембрием) или временем скрытой жизни. Криптозой делится на две неравные части: архей и протерозой.
Геохронологическая шкала отражает порядок чередования слоев, дает представление о том, какой из них моложе, какой древнее, но не отвечает на вопросы, как долго продолжался тот или иной период и насколько далеко он находится от нынешнего времени.
Только открытие радиоактивности дало возможность узнать возраст Земли и возраст Солнечной системы. На основании радиоактивного распада урана, содержащегося в минералах и горных породах, и превращении его в свинец, были составлены шкалы абсолютного летоисчисления нашей планеты.
Установлением возраста горных пород занимается раздел геологии – стратиграфия. При этом в основе определения относительного возраста горных пород лежит следующий стратиграфический принцип: последовательность залегания горных пород в вертикальном разрезе земной коры отвечает хронологической последовательности их образования. Стратиграфический метод используется при определении возраста пластов горных пород, не нарушенных разрывными дислокациями, сохранивших последовательность залегания и отсутствия оброкинутых складок. В противном случае прибегают к минерало-петрографическому (литологическому), ленточных глин, геофизическим и другим методам.
Часть геологического пространства, или геологическое тело, с определенными (одинаковыми) условиями образования (часть земной поверхности с одинаковыми на всем протяжении физико-географическими условиями) называется фацией. Основное свойство фации – ее однородность. Фации разделяются по месту образования на морские, лагунные и континентальные. Остатки, слагающие фацию, называются литофацией.
Понятие о фации имеет три стороны. С одной, это совокупность генетических признаков. Они заключены в породах, слагающих данную фацию, с другой стороны, это физико-географическая обстановка накопления остатков, из которых образовалась данная порода. Третья сторона – это принадлежность фации определенным стратиграфическим горизонтам, т.е. фации следует рассматривать в определенных стратиграфических границах.
Термином «фация» пользуются также для изверженных магматических и метаморфических пород. Под фациями пород обычно понимают различие в химическом составе, а следовательно и в петрографических особенностях этих пород, являющихся приблизительно одновозрастными продуктами одного магматического очага.
Под фациями в метаморфических породах понимают разные степени метаморфизма одинаковых или близких по составу материнских пород.
studfiles.net