Планета земля в космическом пространстве. Влияние событий космоса на геологическую историю Земли

Такие озера постепенно заполняются осадками, приносимыми в половодья, зарастают, могут превратиться в болота или в сухие понижения. Отшнурованные от русла реки излучины называют старицами. Образование стариц и спрямление русел неоднократно проявлялось особенно на широких поймах равнинных рек, где наблюдаются остатки разных по времени отшнурованных русел на различных стадиях их развития и отмирания. Следует отметить также, что излучины развиваются не только в сторону берегов, но и вниз по течению. В результате выступы, сложенные коренными породами, постепенно срезаются, и образуется широкая пойменная терраса со сложным рельефом.

3. Время в геологии. Возраст горных пород. Методы абсолютной геохронологии

Определение возраста горных пород основано на изучении последовательности образования напластований в земной коре. На основании данных об органических остатках, составе, строении и расположении пластов относительно друг друга в вертикальном и горизонтальном направлениях разработана геохронологическая шкала, отражающая геологическую историю Земли. В соответствии с геохронологической шкалой создана стратиграфическая шкала, в которой указываются комплексы горных пород, образовавшиеся в геологические отрезки времени. Ниже приведено соотношение основных геохронологических и стратиграфических подразделений, т.е. интервалов геологического времени и комплексов пород, образовавшихся в соответствующий интервал времени.

Интервал геологического времени: Эра—Период—Эпоха—Век

Комплекс пород, образовавшихся в течение этого интервала: Группа-Система-Отдел-Ярус

Так, в течение эры сформировался комплекс горных пород, называемый группой, в течение периода — комплекс горных пород, называемый системой, и т.д.

В геохронологической шкале (табл.) выделяют пять крупнейших интервалов геологического времени — эр, каждая из которых делится на периоды, а каждый период — на эпохи. Составляют геохронологические шкалы и с более дробными хронологическими интервалами: эпохи делят на века.

Подразделения стратиграфической шкалы обычно имеют те же названия. Например, кайнозойской эре соответствует кайнозойская группа пород, а в течение неогенового периода формировались комплексы пород неогеновой системы и т. д. Однако названия эпох часто не совпадают с названием отделов.

Абсолютный возраст горных пород (лат. absolutus — полный)

Определение абсолютного возраста горных пород стало возможно лишь в XX веке, когда для этих целей начали использовать процесс распада радиоактивных элементов, содержащихся в породе. Этот метод основан на изучении природного распада радиоактивных элементов, под которым понимают способность некоторых веществ распадаться с испусканием элементарных частиц. Данный процесс идет с постоянной скоростью и не зависит от изменения внешних условий. По содержанию в горной породе радиоактивного элемента и продуктов его распада устанавливается абсолютный возраст горных пород в миллионах или тысячах лет. Например, возраст молодых, четвертичных пород подсчитывают по распаду углерода С14 в напластованиях.

Изотоп углерода (С14) постоянно образуется в атмосфере под воздействием космического излучения, затем он усваивается живыми организмами, после отмирания которых и происходит его распад с известной скоростью, что и позволяет определить время захоронения организма и возраст вмещающих его слоев. Изотоп С14 распадается с большой скоростью, поэтому метод применим лишь для отложений, абсолютный возраст которых не превышает 60 тыс. лет (молодых).

Кроме радиоактивного изотопа С14, в методе радиоактивного распада используют свинцовые методы, которые базируются на том, что свинец и гелий — конечные продукты распада урана и тория. Зная скорость распада урана и определив содержание свинца и гелия в горной породе, можно определить возраст горных пород. Необходимо отметить, что метод радиоактивного распада имеет не только преимущества, но и недостатки, ограничивающие его применение: относительно невысока точность метода, значительно искажение результатов вследствие метаморфизма, высока стоимость метода. Кроме того, в горных породах радиоактивные элементы часто вообще отсутствуют.

Относительный возраст горных пород

Определение относительного возраста пород- это установление, какие породы образовались раньше, а какие - позже. Относительный возраст осадочных г.п. 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 стратиграфически 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 г.п. 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 г.п. и пористости называется электрокаротаж, на основании измерений их радиоактивности - гамма-каротаж.

Изучение остаточной намагниченности г.п. 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. Палеомагнитизм позволяет т.о. сопоставлять отложения значительно удаленные друг от друга (западное побережье Африки и восточное побережье Латинской Америки). Биостратиграфические или палеонтологические методы основаны на изучении остатков органических форм, заключенных в осадочных горных породах в виде окаменелостей и отпечатков, т.е. палеонтологических остатков, содержащихся в горных породах.

В основе этих способов лежит основное положение эволюционной теории о последовательной смене во времени неповторяющихся комплексов флоры и фауны. Органическая жизнь в ходе геологической истории развивалось постепенно – от простейших примитивных форм, остатки которых обычно заключены в наиболее древних породах, слагающих земную кару, до высокоорганизованных организмов, соответствующих по времени новейшим отложениям. Для каждого отрезка геологической истории характерен свой комплекс флоры и фауны. Однако, далеко не все организмы имеют одинаковое значение в установлении возраста горных пород.

Микропалеонтологический метод, основанный на изучении микроорганизмов, в первую очередь простейших, и спорово-пыльцевой анализ, объектом изучения которого являются микроскопические растительные остатки: наружные оболочки споровых растений и зерна цветочной пыльцы семенных растений. Эти растительные образования построены из чрезвычайного стойкого вещества, поэтому они хорошо сохраняются в ископаемом состоянии. Следует отметить, что и палеонтологические методы являются универсальными. При определении возраста часто возникает необходимость применения комплекса методов, однако даже в этих случаях в геологических образованиях земной коры существуют толщи, возраст которых не установлен или установлен приблизительно.

Определение относительного возраста магматических и метаморфических горных 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 метаморфических пород аналогично определению относительного возраста магматических пород.

Минералого-петрографический метод основан на определении относительного возраста путем сопоставления и увязывания отдельных слоев г.п. по характерным особенностям их состава и строения. Этот метод параллелизации слоев применим только в близко расположенных точках, он не надежен в удаленных друг от друга геологических разрезах. Установлено, что часто горные породы одинакового возраста имеют совершенно различный состав и, наоборот, одновозрастные слои могут различаться по минералого-петрографическому составу, что указывает на различие условий их формирования.

МЕТОДЫ АБСОЛЮТНОЙ ГЕОХРОНОЛОГИИ

Биостратиграфические и геолого-геофизические методы определения относительного возраста не дают реального представления об абсолютном возрасте пород, об абсолютной продолжительности времени их формирования. Относительная геохронология позволяет судить только о последовательности геологических событий.

С открытием радиоактивного распада появились радиогеохронологические методы, которые принято называть методами абсолютной геохронологии.

Парадокс Яншина: методы относительной геохронологии точнее методов абсолютной геохронологии.

Это неудивительно, так как радиогеохронологические методы имеют множество ограничений и достаточно большую погрешность – в несколько %, что в масштабе геологического времени оборачивается миллионами лет.

В настоящее время широко применяются разнообразные радиогеохронологические методы: урано-ториево-свинцовый, свинцовый, рубидий-стронциевый, калий-аргоновый, самарий-неодимовый, радиоуглеродный.

Урано-ториево-свинцовый метод основан на использовании трех процессов радиоактивного распада изотопов урана и тория: уран-237→свинец-206 (период полураспада 4510 млн. лет); уран-235→свинец-207 (период полураспада 713 млн. лет); торий-232→свинец-208 (период полураспада 15170 млн. лет). Исходя из продолжительности распада минералы, содержащие эти элементы, используются для определения возраста, путем измерения содержания радиоактивных изотопов урана и тория, радиогенных изотопов свинца, нерадиогенного изотопа свинца (204) и расчета изотопных отношений.

Свинцовый метод – наиболее старый (Б. Болтвуд, 1907) метод. Позволяет определять возраст по изотопам свинца.

Рубидий-стронциевый метод основан на очень медленном распаде изотопа рубидия-87 (период полураспада 47000 млн. лет) и превращения его в изотоп стронция-87. Применятеся для определения возраста докембрийских и палеозойских пород. Возраст пород содержащих только стронций, но без рубидия, оценивается стронциевым методом по отношению изотопов стронция (87 и 86).

Калий-аргоновый метод основан на распаде радиоактивного калия-40, который превращается в аргон -40 (период полураспада 1300 млн. лет). Применяется для датировки слюд, амфиболов, калиевого полевого шпата, глауконита и валовых проб изверженных пород с возрастом от десятков до сотен млн. лет.

Самарий-неодимовый метод основан на распаде изотопа самария-147 (период полураспада 153 млрд. лет). Является наиболее надежным для определения возраста глубокометаморфизированных архейских пород.

Радиоуглеродный метод основан на определении радиоактивного изотопа углерода-14 (период полураспада 5750 лет) в органических остатках или породах с высоким содержание органики. Датирует осадки не древнее 60-80 тыс. лет.

Радиогеохронологические методы имеют наибольшую ценность для датировки магматических и метаморфических пород, лишенных органических остатков. Наилучшие результаты показывают в случаи магматических пород. Возраст осадочных пород обычно определяется косвенно по возрасту прорывающих, перекрывающих, подстилающих интрузий или эффузивов. Для осадочных пород непосредственно используются только радиоуглеродный метод и калий-аргоновый метод (для датировки песчаных пород). Опыт радиометрической датировки магматических и метаморфических пород показал, что наибольший смысл имеет комплексное применение разных методов к одной и той же породе и к разным составляющем ее минералам, а также к породе в целом («по валу»).