Бог, не имея возможности сделать мир вечным,

Бог, не имея возможности сделать мир вечным, дал ему время Платон

Основы геохронологии

"Физики вечно (в средние века и позднее по 19 век) высмеивали геологию как субъективный, неточный, описательный предмет, который нельзя даже сравнивать с точными науками. Уильям Томсон (впоследствии лорд Кельвин, 1824 - 1907) говорил, что геология без чисел - не наука. Однако в случае самого Кельвина ярко высвечивается ахиллесова пята физики – уязвимость ее предпосылок. . . " Уоррен Кэри, Станфордский Университет, Калифорния

В настоящее время возраст Земли оценивается около 4, 6 млрд. лет.

Понятие геологического времени прежде всего, исследовательский инструмент, созданный учеными для решения геологических задач.

Геохронология - наука определения возраста горных пород, изучает как относительный, так и абсолютный их возраст.

Раздел геологической науки, называемый стратиграфией, изучает последовательность изменения относительного возраста слоев горных пород в разрезе. Верхний пласт глины в этой геологической формации в Норфолке (Англия) лежит поверх более ранних пластов песчаника. Это наглядно иллюстрирует принцип последовательности напластования горных пород, который гласит: чем ниже расположен слой, тем раньше он сформировался

Результат работы стратиграфов: «стратиграфическая колонка» нижнепалеозойских отложений окрестностей Саблино (Ленинградская обл. ). Сначала осуществляется расчленение геологического разреза и описание выделенных слоев (результаты этого этапа работы отражены в столбцах «колонка» , «мощность» , «характеристика пород» ). Затем производится корреляция, или привязка разреза к местной шкале (столбцы «горизонт» , «свита» ) и к глобальной шкале (столбцы «ярус» , «отдел» , «система» ). Изображение с сайта www. sablino. ru

Шкала относительного геологического времени (геохронологическая шкала) была создана на основе главным образом, палеонтологического метода. Свой вклад внесли литостратиграфический, тектонический, минералогопетрографический и палеомагнитный методы.

Геохронологическая летопись

Отложения вендского периода (по современным представлениям их возраст — около 600 млн. лет) на Зимнем берегу Белого моря (Архангельская область). Источник: Я. Е. Малаховская, А. Ю. Иванцов, Вендские жители земли. Фото с сайта macroevolution. narod. ru/vend. htm

Методы определения относительного возраста горных пород

Литостратиграфический метод включает метод изучение последовательности образования различных осадочных пород в разрезе и сравнение ее с известным разрезом, возраст слоев в котором установлен. Наличие одинаковых осадочных пачек слоев в той же последовательности укажет на одинаковый возраст обоих осадочных разрезов.

Методы определения относительного возраста пород: 1 -литостратиграфический, 2 -минералого-петрографический

В случае немых толщ наряду с литостратиграфическим используется минералого-петрографический метод, минералого-петрографический метод который включает изучение содержания в горной породе акцессорных (примесных) минералов.

Палеонтологический метод Необратимость эволюции органического мира, установленная палеонтологией, позволяет сопоставлять толщи пород, находящиеся друг от друга на больших расстояниях. Сравнение слоев производится по руководящим ископаемым остаткам древних беспозвоночных животных, поскольку для каждого периода характерно широкое площадное распространение определенных классов или родов беспозвоночных животных, имеющих минеральный скелет.

Пример биостратиграфического сопоставления разрезов. Находки ископаемых в породах позволяют соотнести их между собой и определить их возраст, сопоставив со стандартной геохронологической шкалой

Так художник представляет себе день, когда астероид Альвареса ударился о Землю и положил конец меловому периоду. Полный ужаса динозавр на переднем плане — небезызвестный тираннозавр рекс (Tyrannosaurus rex)

Тектонический метод включает сравнение разрезов по особенностям залегания и деформации слоев. Одинаково деформированные толщи могут оказаться одновозрастными.

Выделение структурных этажей разного возраста на основе анализа залегания пород и их состава, а также сопоставление этих толщ в разных разрезах

Палеомагнитный метод основан на способности зерен магнитных минералов ориентироваться в магматическом расплаве и рыхлом осадке в соответствии с ориентацией магнитного поля Земли в данный геологический период времени. Поскольку магнитное поле Земли через несколько миллионов лет меняет свою полярность, по ориентации кристалликов магнетита можно предполагать время образования этой породы.

Палеомагнитные измерения возраста осадочных пород в океанах показали, что параллельно направлению срединноокеанических хребтов располагаются полосы отложений с одинаковой магнитной ориентацией минералов, причем они симметричны относительно оси подводного хребта. По этим данным сделаны выводы о хребта. том, что полосы отложений с одинаковой ориентацией магнитных минералов имеют одинаковый возраст.

Карта полосовых магнитных аномалий, симметричных относительно осей срединно-океанических хребтов Стрелки указывают увеличение возраста пород.

Исследования полос отложений с различной ориентацией магнитных минералов показали, что изменения в ориентации магнитных диполей возникают вследствие инверсии магнитных полюсов. Инверсия полярности магнитных полюсов с прямой на обратную происходит через несколько миллионов лет, что может быть использовано для построения палеомагнитной шкалы геологического времени

Детальная палеомагнитная шкала кайнозойской эры Черный цвет — прямая намагниченность, белый — обратная (изображение с сайта geo. web. ru)

Дендрохронологический метод Метод датирования по древесным кольцам. Он позволяет датировать только самые молодые отложения (возрастом до 5 -8 тысяч лет), зато с очень высокой точностью, вплоть до одного года! Одно из самых старых деревьев на земле – сосна, растущая в Калифорнии (США). Ей более 4000 лет (фото с сайта home. austarnet. com. au)

Возраст живого дерева можно определить, не спиливая его, путем высверливания тонких столбиков древесины (фото с сайтов www. geo. arizona. edu и medias. obs-mip. fr)

Применение вышеописанных методов позволило геологам сопоставить осадочные разрезы на разных материках и составить единую стратиграфическую шкалу относительного геологического возраста. Первая геохронологическая шкала была утверждена на Второй сессии Международного геологического конгресса в 1881 г. Последние уточнения внесены в 1978 г.

Шкала геологического времени Кайнозойская, 67 Период, продолжительность, млн. лет Время начала периода, млн. лет Четвертичный, 1. 5 - 2 Эра, продолжительность, млн. лет 1. 5 - 2 Главнейшие особенности органического мира. Появление и развитие человека Развитие млекопитающих и покрытосеменных растений. 67 Меловой, 70 137 Первые покрытосеменные растения. Примитивные млекопитающие. Вымирание гигантских рептилий, аммонитов и белемнитов Юрский, 55 195 Расцвет гигантских рептилий. Появление птиц. Аммониты и белемниты. Цикадовые и хвойные растения. Триасовый, 40 230 Рептилии. Аммониты. Цикадовые, хвойные и гингковые растения. Пермский, 55 285 Появление рептилий, хвойных и цикадовых растений. Вымирание ряда групп беспозвоночных. Каменноугольный, 65 350 Плауновые и хвощевые древовидные растения. Древовидные папоротники. Амфибии. Различные беспозвоночные. Девонский, 55 405 Псилофиты. Панцирные рыбы. Древние кораллы. Аммониты, брахиоподы. Силурийский, 35 440 Псилофиты. Панцирные рыбы. Древние кораллы. Брахиоподы. Граптолиты. Ордовикский, 60 500 Трилобиты. Граптолиты. Кембрийский, 70 Палеозойская, 345 25 Палеогеновый, 42 Мезозойская, 165 Неогеновый, 23 570 Водоросли. Трилобиты. Археоциаты. Протерозойская, 2030 2600 Археозойская, > 900 > 3500 Водоросли. Беспозвоночные (медузы, плоские черви, одиночные и колониальные полипы ). Зарождение примитивных форм жизни

На то, чтобы выделить (препарировать) такой сложно устроенный панцирь (здесь показан Cybele sp. из ордовикского периода Ленинградской области), даже если он был заключен в сравнительно мягкую породу, уходят недели кропотливого ручного труда. Самый крупный трилобит изучается канадскими исследователями. Монстр, живший 445 млн. лет назад, имеет длину 72 см, что примерно вдвое больше прежнего рекордного размера. Он был найден в позднеордовикских - раннесилурийских слоях около Манитобы (Канада) и сейчас выставлен на обозрение в Музее Человека и природы в Виннипеге Большая часть его хитинового панциря утрачена. Эта находка противоречит идеи, что особи большего размера обычно развиваются в холодном климате и хотя сейчас Манитоба находится в бореальном климате, милионы лет назад это были моря в эваториальной области.

Среднеордовикские брахиоподы Plectorthis в породе Живые брахиоподы Magellania на морском дне

Общий вид колонии граптолитов (реконструкция) Так они обычно и выглядят - таинственные письмена на камнях. . . (1 – силур, 2 - ордовик) 1 Крыложаберное Rhabdopleura - ближайший современный родственник вымерших граптолитов 2

Колония Палеозойских (Силурийских) кораллов из группы табулят (род Syringopora). Девонская колониальная ругоза - Hexagonaria.

Реконструкция внешнего вида аммонита и его раковина в разрезе Наиболее распространенные формы раковин аммонитов

Ордовикская гастропода Salpingostoma вполне "нормального" облика. "Живое ископаемое" наутилус, единственный современный представитель наружнораковинных головоногих, устроен гораздо примитивнее своих вымерших родичей - аммонитов.

Ростр белемнита и реконструкция внешнего облика. Ростры белемнитов

Соотношение геохронологических и стратиграфических подразделений Длительность, млн. лет Геохронологи ческая шкала Стратиграфические подразделения Общие Региональные До 1000 Эонотема - До 100 Эра Группа Эратема 25 – 70 Период Система Серия 10 – 15 Эпоха Отдел Свита 5 – 7 Век Ярус Подсвита 0, 3 - 0, 7 Время (фаза) Зона Горизонт

Установить абсолютную длительность каждого геологического периода и дать заключение о том, когда (в абсолютном лето исчислении) произошло накопление характерных отложений позволяют методы абсолютной геохронологии.

Определение абсолютного возраста древних отложений стало возможным после открытия явления радиоактивности и явления радиоактивности вычисления скорости радиоактивного распада элементов. В основе радиогенных методов определения абсолютного возраста пород лежат экспериментальные данные о постоянстве скорости 50% массы радиоактивных изотопов

Радиоактивные изотопы, время и продукты их распада Радиоактив ный изотоп Продукты распада Период полураспала , млрд. лет твердые летучие 238 U 206 Pb He 4, 51 235 U 207 Pb He 0, 70 232 Th 208 Pb He 13, 9 40 K 40 Ca 40 Ar 1, 30 87 Rb 87 Sr βчастицы 50 147 Sm 143 Nd He 106 14 C - 14 N 5, 730 тыс. лет

Зная количество в граммах нераспавшегося радиоактивного изотопа (А) и количество полученного продукта распада (В), можно вычислить время образования породы (ее возраст) по формуле: t = B / A K В формуле учитывается коэффициент К, показывающий количество радиоактивного изотопа, которое распадается за 1 год.

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.

Туринская плащаница, в которую якобы было обернуто тело Христа и на которой запечатлен его образ. Проведенный в 1988 году радиоуглеродный анализ показал, что ткань было изготовлена не ранее 1260 года.

Принципы стратиграфии

Принцип последовательности образования геологических тел (принцип Стенона). Стенона В 1669 году датский физик и естествоиспытатель Нильс Стено сформулировал «закон перекрывания» . Он гласит, что в последовательности осадочных пластов слой, лежащий выше, образовался позже слоя, лежащего ниже. Иными словами, самые древние слои располагаются внизу, а чем выше вверх, тем они становятся моложе и моложе. «Временные отношения раньше/позже определяются путем установления первичных пространственных отношений и (или) генетических связей» . Нильс Стенон (1638 -1686)

Принцип гомотаксальности (Т. Гексли) Более 100 лет назад Т. Гексли указал, что надо говорить не об «одновременности» , а об «однопорядковости» (гомотаксальности) сопоставляемых слоев. Томас Гексли (1825 -1895)

Частный случай принципа Гексли - принцип относительной одновозрастности геологических тел (В. геологических тел Смита). В. Смит (1769 -1839)

Принцип хронологической взаимозаменяемости признаков (С. В. Мейена) признаков Мейен Сергей Викторович (1935 -1987)

Принцип объективной реальности и неповторимости (уникальности) стратиграфических подразделений (Д. Л. стратиграфических подразделений Степанова и М. С. Месежникова).

Принцип необратимости геологической и биологической эволюции (Ч. Дарвина) Принцип неполноты стратиграфической и палеонтологической летописи (Ч. Дарвина) летописи Чарльз Дарвин (1809 -1882)

Принцип актуализма (Ч. Лайеля) Лайель Чарльз (1797 -1875)

Принцип возрастной миграции геологических тел (Н. А. геологических тел Головкинского). Н. А. Головкинский (1834 -1897)

Принцип условности (договоренности) Принцип условности (А. В. Попова)