Использование разных методов и подходов при изучении горных пород
дает учёным информацию как об их абсолютном возрасте (т.е. получен конкретный возраст образования пород, численно выраженный в тысячах, миллионах и миллиардах лет), так и об относительном (т.е. в отсутствие возможности определить конкретный возраст, полученные данные свидетельствуют о том, моложе или древнее изучаемые породы относительно тех, для которых абсолютный возраст уже получен).
Абсолютный возраст горных пород может быть получен благодаря исполь-
зованию комплекса методов радиоизотопного датирования, которые основаны на явлении распада радиоактивных элементов в специфических минералах, слагающих породу. Среди основных стоит выделить U-Pb (уран-свинцовый), Rb-Sr (рубидий-стронциевый), Ar-Ar (аргон-аргоновый), Sm-Nd (самарий-неодимовый), 14С (радиоуглеродный). Все методы основаны на сравнении концентрации природного радиоактивного изотопа в минерале с концентрацией продуктов его распада, которые образуются с известной постоянной скоростью, которая называется периодом полураспада. Выбор того или иного метода обусловлен, во-первых, наличием в изучаемом разрезе (последовательность геологических тел, выходящая на дневную поверхность или вскрытая скважиной, и доступная к непосредственному изучению) тех или иных пород, содержащих в своем минеральном составе указанные выше элементы, а во-вторых – предполагаемым возрастом изучаемых толщ.
Так, радиоуглеродный метод, основанный на анализе распада изотопа 14С,
период полураспада которого составляет 5750 лет, может использоваться только для определения возраста осадков не древнее 60-80 тыс. лет.
Относительный геологический возраст, который характеризует возрасты
горных пород относительно друг друга, может быть определён с использованием целого комплекса методов: стратиграфического, палеонтологического, геофизических, палеомагнитного и других методов.
Стратиграфический метод основан на изучении взаимоотношений сло-
ёв горных пород относительно друг друга. Согласно одному из принципов стратиграфии, если пласты горных пород не подвергались деформации при движениях земной коры, то нижележащий слой древнее вышележащего (так называемый «принцип Стено»).
Палеонтологический метод основан на теории необратимой и непрерыв-
ной эволюции органического мира, которую впервые сформулировал Дарвин в своем учении об эволюции. Исходя из этого закона, совокупность ископаемых организмов, встречающаяся в том или ином слое, отражает определенный и неповторимый этап развития органического мира. При этом, одновозрастные осадки, несмотря на различия в условиях образования, могут содержать одни и те же или близкие остатки ископаемых организмов. Наибольшую важность для определения относительного возраста играют руководящие ископаемые – вымершие организмы, жившие короткий отрезок времени, однако встречающиеся в большом количестве, хорошо сохраняющиеся в ископаемой летописи и имевшие широкое распространение. Примерами руководящих ископаемых являются археоци
аты, встречавшиеся в раннем кембрии; трилобиты в кембрии, ордовике и силуре; белемниты в юрском и меловом периодах.
Геофизические методы основаны на изучении и сравнении физических
свойств горных пород. Наиболее часто они применяются при изучении отложений, не обнажённых на поверхности Земли, а находящихся на глубине. Они применяются для определения состава толщ, выделения геологических тел, отличающихся по своим физическим характеристикам, и их корреляции (сопоставления) между собой и с разрезами, для которых возраст установлен другими методами.
Палеомагнитный метод позволяет реконструировать историю магнитного
поля Земли. Он основан на способности горных пород в момент образования приобретать намагниченность, по направлению и величине соответствующую магнитному полю Земли. Благодаря этому методу было установлено, что в геологической истории Земли ее магнитное поле не было постоянным: наряду с продолжительными эпохами стабильности магнитного поля, имели место многочисленные инверсии - смены магнитных полюсов Земли местами. Запечатленные в магматических породах океанического дна, магнитные инверсии имеют вид полос с прямой и обратной намагниченностью, линейно-вытянутые вдоль зон образования новой океанической коры – срединных океанических хребтов. Анализируя после-
довательность этих полос (т.н. полосовых магнитных аномалий), появляется воз-можность установить возраст пород дна океанов и оценить скорость роста океанической коры. Таким образом, изучение намагниченности позволяет сравнивать породы, расположенные на больших расстояниях, определять их относительный возраст и даже географическое положение изучаемого блока земной коры в данный период геологической истории.
Восстановление физико-географических условий и тектоники прошло-
го Земли Всестороннее изучение пород и их последовательностей, восстановление облика ископаемых животных и растений, позволяет проследить последовательность геологических событий, реконструировать климат, и даже определить глубину и площадное распространение древних морей и океанов.
Анализ осадочных горных пород заключается в диагностике типа и состава
породы, определении степени окисленности железа Fe2+/Fe3+ в глинистых и карбонатных породах и в поиске индикаторной ископаемой флоры и фауны. Важное значение имеют взаимное расположение пластов пород, их мощность, характер слоистости. Так, например, обломочные породы могут быть характерны как для континентального, так и для морского осадконакопления, в то время как извест-няки и другие биогенно-осадочные породы характерны исключительно для мор-ских обстановок. Определение условий образования и взаимного расположения морских и континентальных отложений позволяет установить контуры морских бассейнов, а по некоторым характерным литологическим признакам осадочных
толщ можно даже сделать выводы об общей геодинамической обстановке, имевшей место в данном регионе многие миллионы лет назад.
Особенности строения ископаемых организмов зачастую позволяют сде-
лать важные выводы об условиях среды их обитания и образе жизни. Каждая
группа организмов в процессе эволюционного развития вырабатывает специфические адаптивные механизмы, защищающие их от воздействия окружающей среды и отражающиеся в анатомическом строении. Например, тело трилобитов было устроено так, чтобы они могли вести придонный образ жизни. Свидетельством этого являлись мощный панцирь, уплощённое туловище, сложные глаза на верхней стороне тела, расположение рта и ног на брюшной стороне тела. Таким образом, находки трилобитов в осадочных породах позволяют говорить об обстановках, в которых происходило осадконакопление. Исследование особенностей органических ископаемых остатков позволяет также судить о температуре, солёности, газовом режиме.
Реконструкции формирования и история перемещений блоков земной коры (палеотектонические реконструкции) производятся при помощи, как уже упоми-налось выше, палеомагнитного метода, основанного на анализе вектора остаточной намагниченности горных пород, и целой серии других методов, среди которых немаловажным является и палеонтологический. При его использовании исследователями изучаются и сравниваются ассоциации одновозрастных остатков в разрезах разных регионов. В некоторых случаях по имеющимся общим формам, например – сухопутной фауны, можно сделать вывод о единстве ареала их распространения в пределах крупного палеоконтинента, на территориально-удалённых в настоящее время фрагментах которого эти остатки были обнаружены.