При абсолютном летоисчислении возраст горных пород определяется в годах. При этом используются две группы методов:
1. По скорости осадконакопления. Например, в случае ленточных глин пара слоев накапливается за 1 год. Подсчитав количество пар слойков, можно определить то время, за которое образовалась толща глин.
2. По скорости радиоактивного распада элементов. При этом используются радиоактивные изотопы урана, тория, рубидия, калия, углерода и водорода – 238U, 235U, 232Th, 87Rb, 40K, 14C, 3H и многие другие изотопы.
Измерение изотопного возраста минералов и горных пород основано на использовании явления радиоактивности. Для коротких диапазонов времени используются тритий (ЗН) и радиоуглерод (14С); для длительных диапазонов – методы уран-свинцовый (238U/206Pb и 235U/207Pb), свинцово-свинцовый (207Pb/206Pb), торий-свинцовый (232Th/208Pb), калий-аргоновый (40K/40Ar) и рубидий-стронциевый (87Rb/87Sr). Может быть использован также подсчет следов распада (треков) с дополнительной специальной бомбардировкой образца нейтронами.
Тритий образуется при столкновении атомов водорода1Н с нейтронами. Его период полураспада равен всего 12,5 года, поэтому он применяется для установления характера движения подземных вод и перемешивания морской воды или определение возраста снега в снежных полях.
Радиоуглерод, образующийся из азота в верхних слоях атмосферы, распадается с периодом полураспада 5730 лет. Он используется преимущественно для определения возраста древесины, древесного угля, торфа и углеродсодержащих организмов.
14C®14N+b T=5730 ± 40 лет(Т – период полураспада элемента)
Область применения уран-торий-свинцовых методов была первоначально ограничена уранинитом и урановой смолкой. Затем расширена за счет других минералов, циркона с очень небольшим содержанием урана и тория. Атомы 238U, 235U и 232 Th распадаются сразными скоростями до изотопов, соответственно, 206Pb, 207Pb, 208Pb.
238U ® 206Pb + 8He4 T = 4.468 млрд лет
235U ® 207Pb + 7 He4 Т = 0.7038 млрд лет (Т - период
232 Th ® 208Pb + 6He4 Т = 14.008 млрд лет полураспада)
Разделение этих изотопов производится на масс-спектрометре. Отношения изотопов обеспечивают определение геологического возраста. При этом используются графики конкордии.
Калий-аргоновый метод. Один из изотопов калия переходит в аргон со скоростью, которая подходит для определения возраста горных пород не только по отдельным калиевым минералам, но и по валовой пробе 40K ® 40Ar + e Т = 1.3 млрд лет.
Преимущество этого метода состоит в том, что калий входит в состав более 100 минералов, включая такие широко распространенные, как плагиоклазы, калиевые полевые шпаты, слюды и др.
Главная проблема заключается в утечке радиогенного аргона или загрязнении атмосферным аргоном.
Рубидий-стронциевый метод основан на распаде рубидия до стабильного стронция с периодом полураспада около 5 млрд лет.
87Rb ® 87Sr + b Т = 4.99 млрд лет
Отношение 87Rb/87Sr, измеренное по валовой пробе, должно быть нанесено на график для определения изохрон.
Древнейшие из известных на Земле породы имеют возраст почти 3,8 млрд лет; это меньше, чем возраст некоторых метеоритов (4,7 млрд лет) и некоторых лунных пород (до 4,7 млрд лет). Соответственно, возраст Солнечной системы примерно 5 млрд лет.
Геохронологическая и международная
Стратиграфическая шкалы
Детальный анализ эволюции органического мира позволил разработать геохронологическую шкалу основных этапов истории Земли.
Самыми крупными подразделениями геохронологической шкалы являются этапы – акрон и эон. Эон делитсяя на эры, периоды, эпохи, века. Первые два акрона – архейский и протерозойский. Характеризуются появлением примитивных форм организмов – простейших, водорослей, червей. Их находки в древних породах очень редки.
Фанерозойский эон объединяет палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры, которые характеризуются развитием скелетных форм организмов.
Начиная с архея в эволюции органического мира произошли следующие главные события:
1. В архее (AR) зарождается жизнь.
2. В протерозое (PR) появляются водоросли.
3. В кембрии (C) появляется морская скелетная фауна.
4. В девоне (D) появляются первые наземные растения и животные.
5. В каменноугольном периоде (С) – расцвет папоротников.
6. В триасе (Т) – появление млекопитающих.
7. В юре (J) – расцвет рептилий (динозавры).
8. В мелу (К) – вымирание динозавров.
9. В неогене (N) – появление всех современных родов.
10. В четвертичный период (Q) – появление человека.
Изучение относительного возраста горных пород стратиграфическими и палеонтологическими методами позволило геологам определить последовательность формирования стратифицированных образований в целом для всего Земного шара и составить международную стратиграфическую шкалу (МСШ), в которой сведены основные возрастные комплексы пород, лежащие в естественной последовательности их образования (табл. 9).
Самые крупные подразделения стратиграфической шкалы – группы (эратемы) – представляют собой крупные комплексы пород, имеющих различные типы ископаемых органических остатков. Каждая более молодая группа характеризуется появлением новых типов и классов более высокоразвитых животных и растений, сменяющих более древних представителей.
Группы (эратемы) подразделяются на системы, отделы, ярусы. Так, например, в мезозойской группе три системы – триасовая (Т), юрская (J) и меловая (К). Для систем с трехчленным делением обычно названия отделов – нижний, средний и верхний (соответствующие ранней, средней и поздней эпохам). Отделы палеогеновой и неогеновой систем имеют специальные названия: соответственно, палеоценовый, эоценовый, олигоценовый и миоценовый, плиоценовый.
Названия периодов (систем) имеют разное происхождение. Многие из них связаны с географическими названиями мест, где были изучены отложения этого возраста: пермская система (Пермская губерния России), девонская (графство Девоншир в Великобритании) и так далее. меловая и каменноугольная системы названы по характерным породам – писчему мелу и каменному углю и т.д.
Таблица 9