Определение абсолютного возраста геологических пород

Возраст Земли как планеты по последним данным оценивается приблизительно в 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.

Для выяснения закономерностей и условий образования геохимических пород необходимо знать последовательность их образования и возраст, то есть установить их геологическую хронологию.

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

Установлением возраста геологических пород занимается наука стратиграфия (лат. Stratum – слой).

Определение относительного возраста пород – это установление, какие породы образовались раньше, а какие – позже.

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

Стратиграфический метод основан на предположении о том, что при нормальном залегании нижележащие слои пород в сравнении с вышележащими являются более древними. Это предположение считается справедливым и для складчатого залегания слоев, но оно не может использоваться для случая опрокинутых складок.

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 (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 геологических 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 геологических 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 геологических пород и т.д.) при их расчленении на слои и сопоставлении.

Расчленение пород в буровых скважинах на основании измерений удельного сопротивления геологических пород и пористости называется электрокаротажем, на основании измерений их радиоактивности – гамма-каротажем.

Изучение остаточной намагниченности геологических 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. Эта ориентировка сохраняется постоянно, если порода не подвергается нагреванию выше 500°С (т.н. точка Кюри) или интенсивной деформации и перекристаллизации. Следовательно, в различных слоях направление магнитного поля будет различным. Палеомагнетизм позволяет таким образом 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 путем изучения ископаемых организмов.

Определение относительного возраста магматических и метаморфических геологических пород (все выше охарактеризованные методы – для определения возраста осадочных пород) осложнено отсутствием палеонтологических остатков. Возраст эффузивных пород, залегающих совместно с осадочными, устанавливается по соотношению к осадочным породам.

Относительный возраст интрузивных пород определяется по соотношению магматических пород и вмещающих осадочных пород, возраст которых установлен.

Определение относительного возраста метармофических пород аналогично определению относительного возраста магматических пород.

Абсолютная геохронология устанавливает возраст геологических пород в единицах времени. Определение абсолютного возраста необходимо для корреляции и сопоставления биостратиграфических подразделений различных участков Земли, а также для установления возраста лищенных палеонтологических остатков фанерозойских и долембрийских пород.

Для определения абсолютного возраста пород используют ядерную (или изотопную) геохронологию.

Методы ядерной геохронологии в наше время являются наиболее точными для определения абсолютного возраста горных пород, в основе их 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 (соответственно и породы).

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

Нерадиологические методы уступают по точности ядерным.

Соляной метод был применен для определения возраста Мирового океана. Он основан на предположении, что воды океана были первоначально пресными, и что зная современное содержание в нем 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 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 основан на том, что если глинистые осадки откладываются зимой, а песчаные летом и весной, то каждая пара таких слоев – результат годичного накопления осадков (последний ледник на Балтийском море прекратил свое движение 12 тысяч лет назад).

Урано-свинцовые методы и ториево-свинцовый используются для определения возраста основных магматических и метаморфических пород. Калий-аргоновый метод применяется наиболее широко, он может быть использован для любых магматических, метаморфических и многих осадочных пород. Остальные методы менее распространены. Радиоуглеродный метод применяется для расчленения толщ четвертичных осадков и определения возраста молодых отложений, а также в археологии.