Конспект урока по географии на тему "Геологическое летоисчисление и геологическая карта" (8 класс). История формирования рельефа земли

23.09.2019

Важной задачей геоморфологии наряду с изучением морфографии, морфометрии и генезиса является выяснение возраста рельефа. Как известно, в геологии возраст пород представляет одну из важнейших геологических характеристик, и он, по существу, составляет основное содержание общих геологических карт.

Возраст Земли как планеты по последним данным оценивается ~ 4,6 млрд. лет . Изучение метеоритов и лунных пород также подтверждает эту цифру. Однако самые древние породы Земли, доступные непосредственному изучению, имеют возраст около 3,8 млрд. лет. Поэтому весь более древний этап истории Земли носит название до геологической стадии. Для выяснения закономерностей и условий образования горных пород необходимо знать последовательность их образования и возраст, т.е. установить их геологическую хронологию.

Различают относительный возраст горных пород (относительная геохронология) и абсолютный возраст горных пород (абсолютная геохронология).

Определение относительного возраста пород- это установление, какие породы образовались раньше, а какие - позже. Различают два вида возраста рельефа:

1. Абсолютный возраст рельефа.

2. Относительный возраст рельефа.

Абсолютный возраст рельефа.

В последние десятилетия благодаря развитию радиоизотопных методов исследования широко применяется определение возраста отложений и форм рельефа в абсолютных единицах, т.е. в годах . Для этого необходимо знать период полураспада того или иного радиоизотопа; затем определяют соотношение его количества в отложениях с производным. Это достаточно надежный способ определения абсолютного рельефа.

Абсолютная геохронология устанавливает возраст горных пород в единицах времени . К методам определения абсолютного возраста пород относятся методы ядерной (или изотопной геохронологии) и не радиологические методы

Методы ядерной геохронологии в наше время являются наиболее точными для определения абсолютного возраста горных пород, в основе которых лежит явление самопроизвольного превращения радиоактивного изотопа одного элемента в стабильный изотоп другого . Суть методов состоит в определении соотношений между количеством радиоактивных элементов и количеством устойчивых продуктов их распада в горной породе. По скорости распада изотопа, которая для определенного радиоактивного изотопа есть величина постоянная, количеству радиоактивных и образовавшихся стабильных изотопов, рассчитывают время, прошедшее с начала образования минерала (соотв. и породы).

Разработано большое число радиоактивных методов определения абсолютного возраста: свинцовый, калиево-аргоновый, рубидиево-стронциевый, радиоуглеродный и др. (выше установленный возраст Земли 4,6 млрд. лет не установлен с применением свинцового метода).

Не радиологические методы уступают по точности ядерным.

Соляной метод был применен для определения возраста Мирового океана. Он основан на предположении, что воды океана были первоначально пресными, то, зная современное количество солей с континентов, можно определить время существования Мирового океана (~ 97 млн. лет).

Седиментационный метод основан на изучении осадочных пород в морях. Зная объем и мощность морских отложений в з.к. в отдельных системах и объем минерального вещества, ежегодно сносимого в моря с континентов можно вычислить продолжительность их наполнения.

Биологический метод базируется на представлении о сравнительно равномерном развитии орг. мира. Исходный параметр - продолжительность четвертичного периода 1,7 - 2 млн. лет.

Метод подсчета слоев ленточных глин, накапливающихся на периферии тающих ледников. Глинистые осадки откладываются зимой, а песчаные летом и весной, т.о. каждая пара таких слоев результат годичного накопления осадков (последний ледник на Балтийском море прекратил свое движение 12 тысяч лет назад).

Относительный возраст рельефа – это определение стадии его развития по комплексу характерных морфологических и динамических признаков.

Относительный возраст рельефа. Понятие «относительный возраст рельефа» в геоморфологии имеет несколько аспектов.

1. Развитие рельефа какой-либо территории или какой-либо отдельно взятой формы, как показал В. Девис, является стадийным процессом. Поэтому под относительным возрастом рельефа можно понимать определение стадии его развития. В качестве примера можно проследить развитие речных долин. Следовательно, один из аспектов определения относительного возраста рельефа - это определение стадии его развития по комплексу характерных морфологических и динамических признаков.

2. Понятие «относительный возраст рельефа» применяется также при изучении взаимоотношений одних форм с другими. В общем случае любая форма является более древней по отношению к тем, которые осложняют ее поверхность и сформировались в более позднее время.

3. Определение относительного геологического возраста рельефа означает установление того отрезка времени, когда рельеф приобрел черты, в основном аналогичные его современному облику. Если речь идет об аккумулятивных формах рельефа, то вопрос сводится к определению обычными геологическими методами возраста слагающих эту форму отложений. Так, речные террасы, сложенные среднечетвертичными отложениями, имеют среднечетвертичный возраст; древние дюны, сложенные эоловыми плиоценовыми отложениями, имеют плиоценовый возраст и т. д.

Относительный возраст осадочных горных пород устанавливается с помощью геолого-стратиграфических (стратиграфического, литологического, тектонического, геофизических) и биостратиграфических методов.

Стратиграфический метод основан на том, что возраст слоя при нормальном залегании определяется - нижележащие их слои являются более древними, а вышележащие более молодыми. Этот метод может быть использован и при складчатом залегании слоев. Не может быть использован при опрокинутых складках.

Литологический метод основан на изучении и сравнении состава пород в разных обнажениях (естественных- в склонах рек, озер, морей, искусственных - карьерах, котлованах и т.д.). На ограниченной по площади территории, отложения одинакового вещественного состава (т.е. состоят из одинаковых минералов и горных пород) , могут быть одновозрастными. При сопоставлении разрезов различных обнажений используют маркирующие горизонты, которые отчетливо выделяются среди других пород и стратиграфиески выдержаны на большой площади.

Тектонический метод основан на том, что мощные процессы деформации горных пород проявляются (как правило) одновременно на больших территориях, поэтому одновозрастные толщи имеют примерно одинаковую степень дислоцированности (смещения). В истории Земли осадконакопления периодически сменялись складчатостью и горообразованием.

Возникшие горные области разрушались, а на выровненную территорию вновь наступало море, на дне которого уже несогласно накапливались толщи новых осадочных горных пород в этом случае различные несогласия служат границами, подразделяющими разрезы на отдельные толщи.

Геофизические методы основаны на использовании физических характеристик отложений (удельного сопротивления, природной радиоактивности, остаточной намагниченности горных пород и т.д.) при их расчленении на слои и сопоставлении.

Расчленение пород в буровых скважинах на основании измерений удельного сопротивления горных пород и пористости называется электрокаротаж, на основании измерений их радиоактивности - гамма-каротаж .

Изучение остаточной намагниченности горных пород называют палеомагнитным методом ; он основан на том, что магнитные минералы, выпадая в осадок, распластаются в соответствии с магнитным полем Земли той эпохи которая, как известно, постоянно менялась в течении геологического времени. Следовательно, в различных слоях направление магнитного поля будет различным. Палеомагнитизм позволяет т.о. сопоставлять отложения значительно удаленные друг от друга (западное побережье Африки и восточное побережье Латинской Америки).

Биостратиграфические или палеонтологические методы состоят в определении возраста горных пород с помощью изучения ископаемых организмов.

Под термином геологических источников информации понимаются материальные образцы и сведения, позволяющие оценить исторические данные и составить подробный геологический план. К источникам информации относят:

Карты ископаемых – в них содержится подробная информация о локализации месторождений, существующих закономерностях и перспективных для разработки участков. Все геологические карты имеют масштаб, в зависимости от величины которого выделяют: обзорные территориальные карты, отражающие информацию о материках, государствах и пр.;

Среднемасштабные карты – фиксируют территориальные характеристики отдельных участков, например, Алтая, Кавказа и т.д.; карты малого масштаба – региональные данные или геологические сведения малых государств.

Относительное летоисчисление

В палеозое:

2. Ордовик – позвоночные;

3. Силур – наземные растения;

В мезозое:

2. Юра – первые птицы;

В кайнозое:

1. Палеоген – первые цветы;

Абсолютное летоисчисление

Годичные кольца обнаруживаются в породе, сформированной осадками. На исследуемых участках рассматриваются сезонные отложения. В летний период осадочный слой сформирован песчаником и имеет большую толщину. Зимой, когда движение породы менее интенсивное, оседает ил и глина. Возраст слоя определяется по количеству глинистых и песчаных слоев. Для получения точных данных, при использовании осадочного метода, процессу накопления породы ничего не должно мешать. В случае нарушения ритмики и прерывания процесса, данные могут быть искажены. Еще одним ограничением данного метода является период изучения, невозможно определить возраст породы старше нескольких десятков тысячелетий.

Метод радиационного датирования основан на учете скорости распада радиоизотопов внутри породы. Идея использования радиационного фона в качестве инструмента геологии была предложена П. Кюри в 1902 году. Преимуществом методики является факт постоянства скорости распада радиоактивных частиц, на которую не влияют климатические или иные факторы. По сути метод радиационного датирования состоит из множества методов, в частности: уран-свинцового, рубидий-стронциевого, калий-аргонового, свинцово-изотопного, самарий-неодимового, радиоуглеродного. В основе методики лежат естественные физические процессы, обуславливающие преобразование атмосферного азота в радиоактивный осадок с периодом распада в 5,57 тысяч лет.

Метод применяется для датировки торфа, древесины и прочих углеродосодержащих композиций. На основании методики была выявлена продолжительность каждой из существующих эр, а также определены границы периодов, входящих в их состав. Геологические источники информации Под термином геологических источников информации понимаются материальные образцы и сведения, позволяющие оценить исторические данные и составить подробный геологический план. К источникам информации относят:

Данные о залежах полезных ископаемых – их объем, локализация, условия залегания и способы добычи;
Фактический материал – пробы грунта и т.д.;
Отчеты об измерениях над геологическими объектами;
Таблицы, отчеты, графики, карты и прочий аналитический материал;
Сведения о затратах на разведку и добычу ископаемых.

Наиболее доступными источником получения рассматриваемой информации считаются геологические карты.

Геологическая карта – графический комплекс данных отражающий характеристики и строение в границах определенной зоны или в планетарном масштабе. Данные отраженные в карте имеют свои условные обозначения и наносятся при помощи специальных символов. Геологическая карта отражает информацию о возрасте, размерах, составе и условиях нахождения на поверхности Земли, выходов горной породы.

На основании геологических карт могут строиться выводы о закономерностях накопления и распространения полезных ископаемых, как на отдельно взятой территории, так и на всей планете. Информация, содержащаяся в карте, дает возможность оценить и проследить этапы формирования коры земли.

Для создания карт применяются данные, полученные во время геологоразведочных экспедиций, при анализе теоретического материала и т.д. В зависимости от назначения и содержания карт, выделяются следующие их виды:

Стратиграфические собственно-геологические карты – затрагивают период до четвертичных пород. В материалах не раскрывается информация касательно континентальных отложений, исключением может являться их значительная мощность или не изученность пород подстилающего типа. На карте символически отображается происхождение, состав, возраст, условия залегания и особенности разграничения;
Карты четвертичных отложений – отображаются, разделенные по возрасту, составу и генезису, горные породы четвертичного периода. Изучая материал можно увидеть этапы оледенения, локализацию и распространение ледниковых пород, морские регрессии и трансгрессии;
Карты литографии – отражают информацию об условиях залегания и составе поверхностных обнажений или пород расположенных ниже четвертичного уровня;
Карты геоморфологии – информируют об основных типах рельефа или отдельных элементах с учетом происхождения и возраста;
Карты тектоники – показывают формы, условия и время образования структурных компонентов коры Земли;
Гидрогеологическая карта – раскрывает информацию о составе и режимах подземных резервуаров, водоносных горизонтах, условиях залегания вод;
Инженерно-геологические карты – показывают свойства горных пород и явлений геодинамики;
Карты ископаемых – в них содержится подробная информация о локализации месторождений, существующих закономерностях и перспективных для разработки участков.

Все геологические карты имеют масштаб, в зависимости от величины которого выделяют: обзорные территориальные карты, отражающие информацию о материках, государствах и пр.; Среднемасштабные карты – фиксируют территориальные характеристики отдельных участков, например, Алтая, Кавказа и т.д.; карты малого масштаба – региональные данные или геологические сведения малых государств.

Относительное летоисчисление

Хронологическая последовательность геологических событий нашла отражение в единой, систематизированной и признанной международным сообществом геохронологической таблице или шкале. Данный материал показывает длительность периодов развития и продолжительность эр, а также их последовательность.

Согласно шкале, выделяется пять эр, это: архей – 1800 млн (бактерии, водоросли); протерозой – 2000 млн (первые многоклеточные); Палеозой – 330 млн; Мезозой – 165 млн; Кайнозой – 70 млн.

Геологической эрой определяют один из этапов жизни и развития органического мира и земной коры. Эры, начиная с палеозоя, получили разделение на периоды. Всего существует 12 периодов:

В палеозое:
1. Кембрийский –беспозвоночные обитатели моря;

2. Ордовик – позвоночные;

3. Силур – наземные растения;

4. Девон – рыбы и земноводные;
5. Карбон – земноводные, папоротники;
В мезозое:

1. Триас – первые млекопитающие;

2. Юра – первые птицы;

3. Мел – гибель крупных рептилий, доминирование птиц и млекопитающих.

В кайнозое:

1. Палеоген – первые цветы;

2. Неоген - развитие и широкое распространение цветов, млекопитающих и птиц;

3. Антропоген – зарождение и развитие человека.

Отношение разных временных единиц, при рассмотрении геологических событий, обозначается термином относительной геохронологии. В основе методики лежит литостратиграфия – стратиграфический анализ, основанный на сопоставлении слоев близких по составу и характеристикам.

Литостратиграфия – методика выделения, расчленения условных отрезков времени. Возможность прослеживать и оценивать относительную последовательность образование наложений и сопоставлять связанные события, появилась в 17-м столетии. Закон подтверждающий существование последовательности был сформулирован Николаусом Стено в 1669 году. Именно он определил взаимосвязь глубины залегания породы и ее возраста. Также был выявлен стратиграфического перерыва – нарушение последовательности напластований.

Несмотря на признанную важность закона Стено, данный принцип ограничен рядом особенностей. Принцип актуален для регионов с низкой тектонической активностью, с характерным горизонтальным образованием слоев. При смятии слоев в результате тектонических явлений и их перемешивании, данные полученные методом Стено будут неточными. В данном случае используют палеонтологические методы исследующие окаменелости и определяющие возраст породы по остаткам биологического материала. Эволюционный анализ позволяет определить относительный возраст более точно и используется в качестве основного.

Абсолютное летоисчисление

Абсолютным летоисчислением называется методика, позволяющая устанавливать возраст породы с точностью до нескольких лет.

Данный тип летоисчисления оперирует двумя разновидностями методов: осадочный радиологический.

В первом случае учитывается скорость накопления осадков, метод имеет другое название – сезонно-климатический. Все живое на Земле имеет естественные механизмы фиксации периодов жизни, яркий пример годичные кольца деревьев. Образования, зависящие от изменения климата и течения времени, позволяют определить возраст исследуемого объекта.

Для получения точных данных, при использовании осадочного метода, процессу накопления породы ничего не должно мешать. В случае нарушения ритмики и прерывания процесса, данные могут быть искажены. Еще одним ограничением данного метода является период изучения, невозможно определить возраст породы старше нескольких десятков тысячелетий.

По сути метод радиационного датирования состоит из множества методов, в частности: уран-свинцового, рубидий-стронциевого, калий-аргонового, свинцово-изотопного, самарий-неодимового, радиоуглеродного. В основе методики лежат естественные физические процессы, обуславливающие преобразование атмосферного азота в радиоактивный осадок с периодом распада в 5,57 тысяч лет.

При изучении истории развития земной коры важно знать время образования горных пород и минералов, хронологическую последовательность геологических событий.

Источником информации о развитии Земли во времени прежде всего являются осадочные горные породы, которые в подавляющем большинстве сформировались в водной среде и поэтому залегают слоями (см. рис. III .4 на с. 66).

Чем глубже от земной поверхности лежит слой, тем раньше он образовался и, следовательно, является более древним по отношению к любому слою, который расположен ближе к поверхности и являетсяболее молодым . На этом простом рассуждении основывается понятиеотносительного возраста , которое легло в основуотносительной геохронологии .

Относительный возраст пород легко устанавливается в случае горизонтального залегания слоев. Например, в береговом обрыве сверху вниз легко различаются слои песка, глины и известняка. Наиболее древней породой здесь будет известняк, затем образовался слой глины и самым молодым является слой песка . Если поблизости в другом обнажении обнаруживается та же последовательность пород (снизу вверх: известняк, глина, песок), мы можем предположить, что одноименные слои одновозрастны .

Рис. III .3. Строение земной коры:

а - строение земной коры по К.Буллену;

б - строение земной коры в разных геологических районах и положение

отдельных сверхглубоких скважин (СГ-3 - Кольская, М - Мурунтаусская,

У- Уральская, К - Кубанская, Б-Р - Берта-Роджерс, I - скважины судна

“Гломар Челленджер”, II - глубокие скважины на шельфе);

1 - гидросфера, 2 - осадочный слой океанов, 3 - осадочный слой континентов, 4 - складчатые области фанерозоя, 5 - вулканогенные образования,

6 - кристаллические породы докембрия, 7 - базальтовый слой континентов,

8 - базальтовый слой океанов, 9 - верхняя мантия, 10 - глубинные разломы

Рис. III .4. Формы залегания осадочных образований

а - складчатые, б - разрывные

Однако сопоставление пород по составу эффективно только для увязки пород на небольших расстояниях. Многие породы, разные по возрасту, имеют сходный состав, и напротив, одновозрастные, но образовавшиеся в различных условиях породы будут отличаться по составу. Поэтому наиболее достоверно определение относительного возраста по остаткам растительных и животных организмов -окаменелостям , сохранившимся в породах. Отложения одного возраста, если они сформировались в сходных условиях, содержат сходные или одинаковые окаменелости. Это позволяет сопоставлять одновозрастные толщи, если они имеют разный состав и расположены в разных регионах Земли .

Самые длительные временные интервалы в относительной геохронологии - эоны; эоны делятся на эры, эры - на периоды, периоды - на эпохи, эпохи - на века и т.д. За отрезок времени, равный эону, накопилась толща осадочных пород, соответствующая эонотеме, за эру - эратеме, за период - системе, за эпоху - отделу, за век - ярусу и т.д.

В отличие от относительной абсолютная геохронология призвана измерить геологическое время в астрономических единицах - годах. Существуют две группы методов определения абсолютного возраста: сезонно-климатические и радиологические. Сезонно-климатические методы применимы к породам, имеющим сезонную слоистость, и сводится к подсчету сезонных слоев.Радиологические (изотопные) методы основываются на определении возраста минералов по распаду радиоактивных изотопов, которые в малых количествах входят в кристаллическую решетку многих минералов. Так как процесс распада осуществляется с постоянной скоростью, результаты определений являются независимыми от тех или иных условий среды. Наиболее часто для абсолютных датировок используют 235 U , 40 K , 87 Rb , 147 Sm , 14 C . Кроме того, дополнительным методом геохронологического расчленения пород является изучение палеомагнетизма, на основе чего составлена палеомагнитная шкала времени. Изотопные и палеомагнитный методы особенно важны для определения возраста магматических и метаморфических пород.

7. Геологическая хронология земной коры

Геохронология – последовательность геологических событий во времени, их продолжительность и соподчиненность:

– 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 и др. Так, 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. По углероду 14 С, период полураспада которого равен 5568 лет, можно установить возраст образований, появившихся позднее. Установить абсолютный возраст горных пород можно по геохронологической шкале земной коры (табл.). Определение абсолютного возраста горных пород весьма трудная задача, решение которой стало возможным только в 50-тые годы XX века.

Геохронологическая шкала земной коры

(эонотемы)		Период (система)		Типичные организмы	Абс. возраст, млн. лет
Неохрон (фанерозой)	Кайнозойская Kz («эра новой жизни»)	Четвертичный (антропогенный) Q
		Третичный Tr		Млекопитающиеся, цветковые растения
			Палеоген P
	Мезозойская Mz («эра сред-ней жизни»)	Меловой К		Головоногие, моллюски и пресмыкающиеся

		Триасовый T
	Палеозойская Pz («эра древней жизни»)	Пермский P		Амфибии и споровые
		Каменноугольный C
		Девонский D		Рыбы, плеченогие
		Силурийский S		беспозвоночные
		Ордовикский O
		Кембрийский Cm
Палеохрон (криптозой)	Протерозойская PR			Редкие остатки примитивных форм
	Архейская (археозойская) AR
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

	Примерно ожидаемый возраст, млн. лет

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)
	Эонотема
	Эратотема (группа)



Фаза (время)	Зона (хронозона)
	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)


Древнечетвертичная	Нижнечетвертичный
Среднечетвертичная	Среднечетвертичный
Позднечетвертичная	Верхнечетвертичный
Современная	Современный

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: 204 РЬ, 206 РЬ, 207 РЬ и 208 РЬ; три последних обязаны своим происхождением радиоактивному распаду урана и тория, а 204 РЬ 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 238 U и 235 U, 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 207 РЬ/ 206 РЬ, извлекая свинец из таких минералов, как полевые шпаты.

Калий-аргоновый метод основан на ядерном превращении 40 К в 40 Аг и 40 Са. Природный калий состоит из изотопов: 39 К – 93,08 %, 40 К – 0,0119 % и 41 К – 6,91 %. Из них только 40 К является разноактивным изотопом, большая часть его (88 %) превращается в 40 Са и около 12 % – в 40 Аг. 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 40 Аг/ 40 К. 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 14 N образуется 14 С. Период полураспада 14 С равен примерно 5500 лет. Через этот промежуток времени количество 14 С распадается наполовину, снова образуя 14 N. Радиоактивный углерод 14 С примешивается в атмосфере к обычному углероду и попадает во все объекты природы (организмы животных, растения, горные породы).

Пока организмы живы, содержание 14 С в них постоянно, благодаря постоянному обмену с окружающей средой. Однако после их смерти обмен со средой прекращается и содержание 14 С начинает уменьшаться. Замеряя количество 14 С, 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 3,5млрд. 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 3,5млрд. 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 4,5млрд. лет. Эти данные хорошо согласуются с данными о возрасте небесных пришельцев-метеоритов, которые не древнее 4,5млрд. лет.

Как показали исследования, возраст горных пород Луны также оказался близким к 4,5млрд. 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.

Геологи давно заметили, что история нашей планеты делится на две неравные части. Древняя более длительная ее часть трудна для изучения палеонтологическими методами, так как не содержит ископаемых остатков и кроме того, довольно часто осадочные толщи сильно изменены метаморфизмом. Хорошо изучена молодая часть каменной летописи, поскольку осадочные напластования в ней содержат многочисленные остатки организмов количество и сохранность которых возрастают по мере приближения к современной эпохе. Эту молодую часть истории земной коры американский геолог Ч. Шухерт назвал фанерозойским эоном, т. е. временем очевидной жизни. Эон -- это промежуток времени, объединяющий несколько геологических эр. Его стратиграфическим эквивалентом является эонотема.

Более древнюю и продолжительную часть геологической истории Ч. Шухерт назвал криптозоем, или временем со скрытым развитием жизни. Довольно часто ее еще называют докембрием. Это название сохранилось с середины XIX в., когда было установлено абсолютное большинство геологических периодов. Все более древние отложения, залегающие под кембрийскими толщами, стали датироваться докембрием. В настоящее время вместо криптозоя выделяют два эона: архейский и протерозойский.

Широкая распространенность, богатство ископаемыми органическими остатками и относительная доступность фанерозойских отложений предопределили их более лучшую изученность. Английский геолог Дж. Филлипс в 1841 г. в составе фанерозоя выделил три эры: палеозойскую -- эру древней жизни; мезозойскую -- эру средней жизни и кайнозойскую -- эру новой жизни. В палеозое господствовали морские беспозвоночные, рыбы, земноводные и споровые растения, в мезозое -- пресмыкающиеся и голосеменные растения, а в кайнозое -- млекопитающие и покрытосеменные растения.

Сформированные в течение геологической эры отложения называются эратемами. Более мелкими стратиграфическими единицами являются системы, отделы и ярусы. Имена системам и ярусам были даны преимущественно по названию местностей, где они были установлены и изучены, или по каким-либо характерным признакам. Так, название юрской системы произошло от Юрских гор в Швейцарии, пермской -- от г. Перми, кембрийской от древнего названия английской провинции Уэльс, меловой -- от широко распространенного писчего мела, каменноугольной -- от каменного угля и т. д.

Если стратиграфическая шкала отражает последовательность отложений и их соподчиненность, то геохронологическая -- определяет длительность и закономерную последовательность этапов исторического развития Земли. На протяжении последних 100 лет геохронологическую и стратиграфическую шкалы фанерозоя многократно пересматривали.

Однако в геологии важно знать не только относительный возраст горных пород, но и, по возможности, точное время их происхождения. Для определения возраста горных пород применяется несколько различных методов, основанных на явлении радиоактивного распада. В связи с этим возраст пород носит название радиогеохронометрического. Для его определения используют радиоактивные изотопы урана, тория, рубидия, калия, углерода и водорода. Ввиду того что нам известны скорости распада радиоактивного изотопа, легко можно определить возраст минерала, а следовательно, и породы. В настоящее время разработаны и широко применятся различные методы ядерной геохронологии: ураноторий-свинцовый, ураноторий-гелиевый, урано-ксеноновый, калий-аргоновый, рубидий-стронциевый, самарий-ниодимовый, рений-осмиевый и радиоуглеродный. Содержание радиоактивных изотопов в горных породах и минералах определяется в специальных приборах -- мacc-спектрометрах.

Благодаря методам ядерной геохронологии, устанавливается возраст магматических и осадочных горных пород, а для метаморфических пород определяется время воздействия на них высоких температур и давления. Изотопный возраст наиболее древних пород земного шара составляет 3,8--4 млрд. лет. Близкий возраст имеют некоторые лунные породы и метеориты.

Трудность изучения архейских и протерозойских отложений предопределила их слабую стратиграфическую и геохронологическую расчлененность. Вот как выглядит в настоящее время пока далекая от совершенства и детальности шкала архея и протерозоя.

В геологии применяется также дополнительный метод возрастного расчленения и сопоставления отложе, ний. Это палеомагнитный метод, основанный на явлении сохранения в толщах горных пород магнитных свойств. Горные породы, содержащие магнитные минералы, обладают ферромагнитными (намагниченными) свойства, ми и под влиянием магнитного поля Земли приобретают естественную остаточную намагниченность. Сейчас доказано, что в течение длительной геологической истории положение магнитных полюсов неоднократно менялось. Установив остаточную намагниченность и ее направленность (т. е. вектор) и сравнивая между собой вектора, можно установить одновозрастность горных пород, что в определенной степени уточняет геохронологическую шкалу.