2. ВОЗРАСТ ЗЕМЛИ И ГЕОХРОНОЛОГИЯ. МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ПРОШЛОГО ЗЕМЛИ
2.1.Изучение геохронологической и стратиграфической шкал
Задание. 1. Изучить и зарисовать в тетради геохронологическую и стратиграфическую шкалы.
Теоретическая часть
Одной из важных задач геологической науки является воссоздание истории развития Земли и ее отдельных регионов. Все геологические события развиваются во времени, в течение которого формируются различные горные породы. Определив возраст горной породы, одновременно выясняют время протекания того или иного геологического процесса, в результате которого сформировалась эта порода. Определением возраста горных пород и последовательности их образования, геологического времени и геологических событий занимаются науки геохронология и стратиграфия.
Геохронология (от греч. «hronos» - время) – учение о геологическом времени, о хронологической последовательности геологических событий на основе установления хронологических (временных) взаимоотношений между слоями горных пород. В геохронологии выделяют относительное и абсолютное летоисчисление.
Относительная геохронология определяет, какие горные породы древнее, какие моложе. Геологические события запечатлеваются в горных породах. Раздел геологии, изучающий слои земной коры, их взаимное расположение и последовательность возникновения, называется стратиграфией (от греч. «stratum» - слой). Из стратиграфического анализа вытекает стратиграфический метод относительной геохронологии. В его задачу входят расчленение осадочных и вулканогенных пород на отдельные слои или пачки, определение содержащихся в них остатков ископаемой фауны и флоры, установление возраста слоев или пачек, сопоставление выделенных слоев в одном разрезе с соседними, составление сводного разреза отложений региона, а также разработка региональных стратиграфических шкал и создание единой стратиграфической и геохронологической шкалы.
Основным методом определения относительного возраста осадочных пород является палеонтологический. В основе этого метода лежит закон о необратимости эволюции органического мира, согласно которому в толщах горных пород последовательно сменяют друг друга неповторяющиеся комплексы ископаемых организмов. Зародившись на самых ранних этапах геологической истории, органическая жизнь на Земле с течением времени развивалась и изменялась. Для различных отрезков истории характерны свои формы органической жизни, отличные от предшествующих и последующих. Важную роль в этом методе играют те группы организмов, которые существовали в течение короткого времени и были распространены во всех морях и океанах или на многих континентах. Такие роды и виды организмов оказались своеобразными реперами в геологической истории и получили название руководящих ископаемых. Руководящими формами ископаемых организмов в континентальных отложениях являются скелеты динозавров или их фрагменты, скелеты птиц, хоботных, приматов, лошадей и следы их жизнедеятельности, а также остатки растений. Среди морских организмов руководящими являются граптолиты, трилобиты, брахиоподы и др.
В настоящее время широко используется палеомагнитный метод корреляции отложений, основанный на том, что все горные породы, как магматические, так и осадочные, в момент своего образования приобретают намагниченность, отвечающую по направлению и по силе магнитному полю данного времени. Эта намагниченность сохраняется в породе, поэтому и называется остаточной намагниченностью, разрушить которую может лишь нагревание до высоких температур, выше точки Кюри, ниже которой магматические породы приобретают намагниченность, или, например, удар молнии. В истории Земли неоднократно происходила смена полярности магнитного поля, когда Северный и Южный полюса менялись местами, а горные породы приобретали прямую (положительную, как в современную эпоху) или обратную (отрицательную) намагниченность. Сейчас разработана подробная шкала смены полярности для всего фанерозоя, особенно для мезозоя, успешно применяемая для корреляции базальтов и осадков океанического дна.
Существуют и другие методы корреляции отложений, например метод непрерывного сейсмического профилирования, электрокаротажные методы и др.
Абсолютное летоисчисление устанавливает возраст горных пород в астрономических единицах (годах). Главными методами абсолютной геохронологии являются радиогеохронологические методы, основанные на явлении радиоактивного распада элементов, находящихся в горных породах или минералах. Радиоактивные изотопы в малых количествах входят в кристаллическую решетку многих минералов. С момента образования минерала в нем начинают накапливаться продукты самопроизвольного распада изотопов. Никакие внешние факторы не могут ни ускорить, ни замедлить этот процесс. При распаде материнских изотопов образуются новые дочерние изотопы. В зависимости от того, по изотопам какого радиоактивного элемента и соответствующего ему продукту распада производится определение возраста, в изотопной геохронологии различают несколько методов: уран-свинцовый, калий-аргоновый, рубидий-стронциевый, самарий-неодимовый, радиоуглеродный и др. (табл.6).
Таблица 6
Изотопы, используемые для определения радиогеохронологического возраста
|
Материнский изотоп |
Конечный продукт |
Период полураспада, млрд лет |
|
147Sm 238U 235U 232Th 87Rb 40K |
143Nd + He 206Pb + 8He 207Pb + 7He 208Pb + 6He 87Sr + β 40Ar + 40Ca |
106 4,46 0,70 14,0 48,8 1,30 5730 |
В настоящее время на основании определения возраста минералов, слагающих горные породы, установлено, что самые древние горные породы возникли на Земле около 4 млрд. лет назад, а образование планеты Земля произошло 4,66 млрд. лет назад.
На основе методов относительной и абсолютной геохронологии были созданы совмещенные стратиграфическая и геохронологическая шкалы. Первая применяется для обозначения на карте комплексов горных пород, сформировавшихся за определенный промежуток времени; во второй указаны временные рамки стратиграфических подразделений, т. е. каждому стратиграфическому подразделению соответствует геохронологическое подразделение (табл.7). (Мы говорим, например, что «каменноугольная система характеризуется распространением угленосных отложений», но «в каменноугольный период формировались залежи каменного угля».)
Таблица 7
Соответствие стратиграфических подразделений геохронологическим
(временным)
|
Подразделения |
|
|
стратиграфические |
геохронологические |
|
Эонотема Эратема (группа) Система Отдел Ярус Зона Звено |
Эон Эра Период Эпоха Век Фаза Пора |
Сначала была создана стратиграфическая шкала, в которой были показаны слоистые осадочные отложения от древних к молодым, а затем стратиграфическая шкала была совмещена с геохронологической, в которой уже были указаны временные рамки стратиграфических подразделений. Это произошло в 1881 году на II-м Международном геологическом конгрессе в г. Болонье. С тех пор она неоднократно уточнялась и в настоящее время выглядит следующим образом (табл.8, 9, 10).
Таблица 8
Таблица 9
Таблица 10
Примечания: Шкала нижнего докембрия утверждена МСК
в
Вся геологическая история Земли, (фиксируемая в минералах и горных породах), делится на две неравные части: более древний и более продолжительный криптозой (время скрытой жизни), или докембрий, охватывающий первые 3,5 млрд. лет геологической истории Земли, и значительно более короткий фанерозой (время явной жизни), к которому относят последние 540 млн. лет. Граница фанерозоя и докембрия постоянно уточняется, колеблясь от 590 до 542-535±1 млн. лет в наиболее современном варианте шкалы. Нижняя граница докембрия с появлением новых данных также может изменяться, смещаться вниз, в сторону удревнения.
Согласно современной международной стратиграфической (геохронологической) шкале (табл. 7) самыми крупными ее подразделениями являются эонотемы (эоны). Их выделяют две (два) в докембрии – архей и протерозой, третья эонотема (третий эон) - фанерозой – включает в себя более молодые отложения, от кембрийских до четвертичных включительно. Эонотемы (эоны) делятся на эратемы (эры): четыре – в архее, три – в протерозое и три - в фанерозое. Эратемы (эры) фанерозоя делятся на системы (периоды), отделы (эпохи), ярусы (века).
В современном варианте стратиграфической шкалы докембрия (Стратиграфический кодекс России, Издание третье, 2006, Приложения) архей и протерозой получили новый статус более крупного подраздела – акротем, в пределах каждой из которых выделяются эонотемы: нижне- и верхнеархейские и нижне- и верхнепротерозойские (см. табл.8). Верхний протерозой делится на рифей и венд (последний - в ранге системы). Нижний и верхний архей и нижний протерозой и рифей подразделяются на эратемы, название которых соответствуют названиям толщ пород соответствующего возраста.
Фанерозойская эонотема подразделяется на три эратемы: палеозойскую, состоящую из шести систем, мезозойскую, состоящую из трех систем, и кайнозойскую (три системы). Название системам (периодам) обычно присваивалось по наименованию местности, где породы соответствующего возраста были впервые выделены и наиболее полно описаны. Так, кембрийский период носит старое название п-ва Уэльс; ордовикский и силурийский получили название по имени древних племен, живших в тех районах Англии, где эти отложения были описаны; девонский период был назван по графству Девоншир опять в Англии; пермский – по Пермской губернии в России; юрский – по Юрским горам в Швейцарии. Исключение составляют каменноугольный (карбоновый) и меловой периоды, названные по характерным породам, их слагающим, а также триасовый период, название которого произошло от объединения трех толщ в Европе, последовательно залегающих одна над другой. Палеогеновый и неогеновый периоды, ранее входившие в состав третичного периода, свои названия получили от местоположения в его составе: древний и молодой. Только название «четвертичный» сохранилось с XVIII века.
Все подразделения геохронологической и стратиграфической шкал ранга «период-система» обозначаются по первой букве латинского наименования, например девон - D, карбон – С, пермь – Р и т.д. (табл.6,7). Более мелкими единицами, чем период (система), в шкале являются эпохи (отделы). Их бывает две (два) или три с соответствующими названиями. Эпохи делятся на раннюю, среднюю и позднюю, отделы - – на нижний, средний и верхний; обозначаются цифрами – 1, 2, 3, которые ставятся справа от индекса периода или системы внизу, например: J1 - раннеюрская эпоха (ранняя юра) или на карте - нижний отдел юрской системы (нижняя юра); К2- поздний мел или на карте - верхний мел –и т.д. Каждая система слоев осадочных толщ на геологической карте имеет свой цвет: Эти цвета общеприняты и замене не подлежат. В пределах системы интенсивность окраски уменьшается от нижнего отдела к верхнему.
Геохронологическая шкала является важнейшим документом, удостоверяющим последовательность и время геологических событий в истории Земли.
Методические рекомендации
1.Изучите геохронологическую (стратиграфическую) шкалу, прилагаемую к Стратиграфическому кодексу России, Издание третье, 2006г (табл.8)
2.Выучите основные геохронологические (акрон, эон, эра, период, эпоха) и стратиграфические (акротема, эонотема, эратема, система, отдел) подразделения, их обозначение на геологической карте (индекс и цвет).
3. Перенесите стратиграфическую шкалу в тетрадь. Раскрасьте системы и отделы систем в шкале в соответствии с правилами общепринятыми в геологии.
4.Изучите Международную стратиграфическую шкалу (Международный кодекс по стратиграфии, 2004-2006) (табл. 9). Сравните ее с первой шкалой. Отметьте различия.
5. Изучите Общую стратиграфическую шкалу докембрия (табл.10). Перенесите ее в тетрадь.
Контрольные вопросы
1.Перечислите основные методы относительной и абсолютной геохронологии.
2. Каков возраст Земли?
3. В чем заключается палеонтологический метод?
4. На чем основано определение возраста палеомагнитным методом?
5. На какие периоды делятся палеозой, мезозой и кайнозой?
6. Какие системы состоят из двух отделов?
7. Как называются ранний, средний и поздний палеоген? Ранний и поздний неоген?
8. Что такое плейстоцен? На какие эпохи он делится?
9. Как на геологической карте обозначается нижний мел, верхняя юра, средний девон, верхний силур?
Рекомендуемая литература
1. Короновский Н. В. Общая геология. – М.: Изд-во «КДУ», 2006.
2. Короновский Н. В. , Ясаманов Н. А. Геология. – М.: ACADEMA, 2003.
3. Савельева Л.Е.,
Козаренко А.Е. Геология, часть 1. – М.: ВЛАДОС, 2004.