Геохронология земли и геохронологическая шкала

2. Методы определения относительного возраста горных пород. 

1. Стратиграфический метод.

По окаменелостям не всегда можно установить возраст  горных пород. Для этого необходимо также изучение самих пластов, их состава, изменений в горизонтальном и вертикальном направлениях, их мощности, состава фауны и флоры, соотношений их между собой, с подстилающими и перекрывающими их пластами, имеющее целью установление последовательности их образования. Все это составляет задачу отрасли геологии, известной под названием стратиграфии. Метод определения возраста горных пород, основанный на анализе взаимных соотношений пластов, известен под названием стратиграфического метода. Стратиграфический метод, базирующийся на всестороннем изучении пласта в пространстве, расширяет возможности применения палеонтологического метода. Применение обоих методов позволяет определить возраст не только палеонтологически охарактеризованных пластов, но и «немых» пород, не содержащих органических остатков. 

Немые породы широко распространены по всей толще земной коры. Абсолютно  немыми являются магматические породы. В осадочных горных породах, даже в известняках, иногда остатки организмов не сохраняются. Многие обломочные породы, ледниковые отложения, породы химического происхождения (соль, гипс и др.) и большинство метаморфических пород также часто совершенно не содержат ископаемых. Возраст немых пород устанавливается на основании анализа условий их залегания при выяснении соотношений их с породами, содержащими окаменелости.

Соотношения между палеонтологически охарактеризованными  и немыми породами в природных условиях очень разнообразны и расшифровываются по-разному. Определение возраста немых пород в разных случаях видно из приведенных примеров. Возраст немой осадочной породы слоя 2 (рис. 8), залегающей выше слоя 1, содержащего фауну а, и ниже пласта 3, содержащего фауну другого состава б, определяется как промежуточный между возрастом фауны а и б.

 Стратиграфический и палеонтологический методы позволяют выяснить возраст  не только однородных, но и разнородных  пластов, образовавшихся в различной обстановке в одно и то же время. Накопление пород может происходить одновременно в условиях суши, в прибрежной полосе моря и в более глубоких его частях. Естественно, что состав органических остатков, встречающихся в одновременно образованных континентальных и морских пластах, будет различным. Чтобы доказать одновременность таких пластов, нужно изучить не только фауну и состав пластов, но и соотношения между ними. 

Например, в  известняке пункта А (рис. 9) найдена фауна а, а в песчанике пункта В — флора b, т. е. объекты прямо между собой несравнимые. Толща органогенных известняков свидетельствует о непрерывном морском режиме в пункте А, в то время как песчаники пункта В континентального происхождения. Прослеживая пласты известняка и песчаника по протяженности, часто удается установить, что в пункте С, например, пропластки известняка с фауной а чередуются с песчаниками, содержащими флору b. Это говорит о том, что в пункте С за время существования фауны а и флоры b морской режим сменялся континентальным, что позволяет сделать заключение также и о геологической одновременности известняков и песчаников в пунктах А и В. К такому же заключению можно прийти и другим путем, если известняки и песчаники всюду подстилаются перемежающейся песчано-глинистой свитой, содержащей фауну п, и перекрываются глинами с фауной m. В этом случае геологически фауна а и флора b, существовавшие после фауны п — 2 и ранее фауны т, будут геологически одновременными, хотя и резко различными по встречающимся в них формам органических остатков.

 Определение возраста эффузивных пород основано на определении возраста перекрывающих и подстилающих их осадочных пород. Определение возраста интрузивных тел производится по соотношению между интрузивными и осадочными породами, прорванными  интрузивным телом и перекрывающими его. Определение возраста интрузивных тел иногда представляет значительные трудности в связи с неоднократным внедрением разновозрастных интрузий. Наиболее простой пример приведен на рис. 10, где показаны две наклонные дайки, пересекающие пласты осадочных пород. Анализ соотношений приводит к выводу, что породы дайки, перекрытой осадочными породами, моложе осадочных пород слоев 1—2 так как она сечет их, и древнее породы слоя 3, так как он залегает на размытой поверхности подстилающих осадочных пород и дайки. Породы другой дайки еще моложе, так как эта дайка сечет всю осадочную толщу, включая и слой 3.

2.  Петрографический метод.

 Петрографический метод основан на изучении минерального состава, структуры, текстуры и других литологических признаков пород, а также условий образования горных пород и последовательности их залегания в разрезе. Этот метод позволяет сопоставлять, увязывать по возрасту пласты горных пород, слагающие разные разрезы.

Если  в двух (или нескольких) разрезах имеются пласты пород, одинаковые по минеральному составу, структуре, текстуре, условиям образования и последовательность залегания пород в этих разрезах одинакова (например, выше известняка лежат глины, выше глин алевролиты и т. д.), можно предположить, что эти породы образовались в одно время. Этот метод дает хорошие результаты только в том случае, когда сравниваются близко расположенные разрезы. В отдаленных разрезах одновозрастные породы могут иметь неодинаковые литологические особенности, что обусловлено неодинаковой обстановкой их образования. С другой стороны, породы разного возраста могут иметь одинаковый литологический характер, так как в разное время на поверхности Земли повторялось образование пород в сходных условиях, а значит,, и имеющих сходные признаки. Этот метод используют также при определении относительного возраста магматических и метаморфических пород.

3.  Палеонтологический метод.

 Палеонтологический метод, метод определения относительного возраста осадочных толщ земной коры по сохранившимся в них ископаемым остаткам организмов. Используется для решения задач стратиграфии. Основоположник метода — английский инженер У. Смит (1769—1839), обративший внимание на то, что в разных осадочных слоях горных пород присутствуют характерные для каждого из них остатки организмов, и показавший, что эти остатки можно использовать для сопоставления толщ разных районов и составления на этой основе геологических карт. Развитию П. м. способствовали работы Ч. Дарвина, утвердившие эволюционный подход в палеонтологии. В основу П. м. положены идеи последовательной смены групп животных и растений в ходе исторического развития органического мира Земли, неповторяемости растительных и животных форм, а также признания необязательного одновременного изменения отдельных групп на всём земном шаре.

Нередко геологический  возраст отложений определяют по так называемым руководящим ископаемым . Недостаток такого подхода в том, что руководящие роды и виды при определённых условиях могут появляться на ином, не свойственном им уровне. Более надёжно выяснение возраста отложений по комплексам ископаемых организмов. Сопоставление может считаться надёжным, если в вертикальном разрезе устанавливается одинаковая последовательность нескольких фаун. Большие трудности возникают при сопоставлении морских и континентальных отложений, содержащих (как правило) остатки организмов разных групп. При применении палеонтологического метода  наиболее важны те группы организмов, которые быстро изменялись во времени, были широко распространены, хорошо сохраняются в ископаемом состоянии и встречаются в значительном количестве. Всё большее значение для палеонтологического метода  приобретают микроорганизмы и микроостатки организмов (фораминиферы, остракоды, споры и пыльца, конодонты и др.); из морских макроорганизмов — граптолиты, головоногие моллюски, брахиоподы, из континентальных — позвоночные и растения.

Эти методы получили наибольшее распространение среди учёных,но и кроме этих методов существует множество других,(Аргоновый, свинцовый и тд)  различающихся между собой в зависимости от конечных продуктов распада.

3. Горные породы.

1. Изверженные породы.

Магма представляет собой вязкий огненножидкий сложный силикатный раствор, т. е. такой раствор, в котором наряду с различными древними соединениями видную роль играет кремне-кислота, идущая на образование кремнекислых минералов, или силикатов; в магме обычно присутствует также значительное количество газов и паров воды. В занимаемых ею в земной коре пространствах (магматических бассейнах) магма постепенно и очень медленно изменяет свой химический состав благодаря дифференциации, т.е. благодаря тому, что образующие ее соединения передвигаются в ней под влиянием различных причин  (охлаждения, удаления из магмы паров и газов, вплавления магмой составных частей соседних горных пород и др.); постепенно одни химические соединения скопляются в одних частях магматических бассейнов, другие — в других, и первично однородная магма становится разнородной но составу. В том случае, когда во время процесса дифференциации магма под влиянием тех или иных причин достигнет более охлажденных частей земной коры или ее поверхности, она застывает в виде изверженных горных пород различного химического и минералогического состава.

Эти породы в зависимости от содержания в них кремнекислоты делятся  на три главные группы: кислые, с  содержанием свыше 65% кремнекислоты, средние, содержащие 65—55% кремнекислоты, и основные, содержащие меньше 55% ее. Магмы кислые содержат обычно большое количество паров в газов, магмы основные — особенно малое количество их; в то же время последние значительно более текучи, чем вязкие кислые магмы. Одновременно с большим содержанием кремнекислоты в кислых магмах, а следовательно и в образовавшихся из них породах содержатся особенно большие количества глинозема и щелочей, в основных — малое количество глинозема и щелочей, зато большое — окиси кальция и железа; вследствие этого в составе кислых пород особенно видную роль играют светлоокрашенные минералы, в основных—темпоокрашенные. Среди горных пород различают также группу (преобладающую) известковощелочных пород, сравнительно богатых окисью кальция, и щелочных, богатых щелочами; минералогический состав этих пород часто в значительной степени разнится.

Главными  составными частями изверженных  Горных пород являются кварц, полевые  шпаты и их заместители — нефелин  и лейцит, из темных минералов —  биотит, роговые обманки, пироксены, оливин. Остальные минералы играют обычно второстепенную роль. В зависимости от условий образования различают породы глубинные, образовавшиеся на значительных глубинах в недрах земли, и породы излившиеся, вылившиеся на поверхность земли; глубинные породы обычно массивны, крупнозернисты, с почти одинаковыми размерами главных минералов, входящих в их состав, иногда с отдельными более крупными зернами (порфировидная структура). В излившихся породах часто наблюдается порфировая структура, при которой имеется тонкозернистая, плотная или стекловатая основная масса, с отдельными более крупными кристаллами рассеянных в ней минералов (порфировыми выделениями), представленными теми же минералами, какие входят в состав основной массы. Глубинные породы чаще всего залегают в виде батолитов, лакколитов, штоков, жил. Излившиеся породы образуют потоки, покровы, купола. Отдельность изверженных пород разнообразна: параллелепипедальная, столбчатая, иногда шаровая.

Первые  изверженные породы начали появляться в Архейскую эру,в связи с извержением древних вулканов.

2. Осадочные породы.

В Протерозойскую эру, в частности в кембрийский  и ордовиковый периоды, в связи  с разрушением древних гор, появляются первые осадочные породы.

Среди осадочных пород различают три  группы в зависимости от их происхождения, именно: 1) обломочные породы, 2) химические осадки и 3) органогенные отложения. Осадочные породы отлагаются большими частыми слоями, почему и называются часто слоистыми. Отлагались они на дне водных бассейнов, главным образом морских, иногда на поверхности земли. Твердые продукты выветривания переносятся текучими водами, частью ветром или льдом. Отложенные осадки постепенно изменяются; процесс медленного изменения осадочных пород с образованием в них стяжений тех веществ, которые первоначально были в них распределены равномерно, с выполнением пустых промежутков между зернами, их образующими (цементация), иногда полной перекристаллизацией некоторых пород (каменной соли, известняка), называется диагенезом; под влиянием диагенеза осадочные породы уплотняются, в особенности в связи с цементацией их углекислым кальцием, кремнекислотой и другими. В осадочных породах нередко наблюдается отдельность, обусловленная образованием трещин в их пластах, иногда параллелепипедальная, чаще неправильная. Минералы, образующие осадочные породы, в общем иные, чем в изверженных; в обломочных породах чаще всего присутствует кварц, реже—полевые шпаты, замененные продуктами их разрушения (серицитом, каолином и др.), нередко глауконит, хлорит, в цементе — кварц, халцедон, кальцит. Химические осадки образованы по преимуществу растворимыми минералами— каменной солью, гипсом, ангидритом, иногда кремнекислотой или кальцитом и др. Органогенные осадки, т. е. отложения, связанные с жизнедеятельностью животных и растений, содержат особенно часто кальцит, реже кремнекислоту, доломит,   часто   углерод.

Обломочные  породы классифицируются в связи  с величиной зёрен минералов, их образующих, и степенью их цементации. Различают крупно-, средне- и мелкообломочные  породы, рыхлые и цементированные. К крупнообломочным породам относятся рыхлые гальки и щебень и цементированные конгломераты и брекчии, к среднеобломочным—рыхлые пески и цементированные песчаники и аркозы, к мелкообломочным — глины, сланцеватые глины, глинистые сланцы. Имеются промежуточные члены, между ними суглинки; нередко к ним присоединяются органогенные и химические примеси (в мергелях, соленосных глинах, углистых глинах). К породам, образовавшимся в результате деятельности ледника, относятся  валунные глины  и суглинки. 

Химические  осадки представлены, главным образом, каменной солью, гипсом и ангидритом, образующимся обычно при высыхании  крупных бассейнов в условиях сухого климата и достаточно большой  концентрации раствора в этих бассейнах. Каменная соль сопровождается различного рода калийными солями, чрезвычайно цепными для химической промышленности. Располагаются они слоями, иногда до нескольких сот метров мощности, иногда же крупными штоками, в случае смятия слоев горообразующими процессами. Реже встречаются отложения селитры, глауберовой соли и др.

Органогенные  осадки делятся па три группы: 1) образованные органическим веществом; таковы: нефть, озокерит, асфальт, образовавшиеся из органического вещества животных существ; растительные остатки, постепенно изменявшиеся под влиянием геологических процессов, например, горообразующих (торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит); 2) Горные породы, образованные твердыми частями организмов; среди них различают, в зависимости от химического состава и от характера организмов, из которых они образованы: а) известняковые породы (известняки коралловые); б) ракушечные (крипоидные, плотные, кристаллические и др., также мел); в) доломиты, получившиеся при обогащении известняков магнием; г) кремнистые породы, образовавшиеся из кремнистых остатков растений (диатомовый ил, трепел из диатомовых водорослей или животных, радиоляриевый ил из кремневых губок); при цементации губковых слоев, а также при выщелачивании углекислой извести из некоторых известняковых пород и заменой ее кремнекислотой получаются опоки; д) фосфоритовые осадки, получившиеся из продуктов преобразования содержащих фосфор твердых частей животных; 3) Горные породы, которые образовались благодаря жизнедеятельности по большей части микроорганизмов, способствовавших выделению тех или иных веществ из водных растворов хотя бы и сильно разбавленных; таким способом образуются некоторые железные руды (керченские руды) и марганцевые руды (Чиатуры, Никополь), обычно оолитового сложения; этим же способом происходит отложение зернистых или оолитовых аггрегатов углекислой извести,  кремнекислоты  (кварциты).