Тема 1. Геологическое строение и возраст горных пород

Как и когда образовалась Земля? Когда образовались те или иные породы на Земле? Эти вопросы волновали ученых-естествоиспытателей с давних времен.

Вопрос о происхождении Земли до сих пор еще окончательно не решен. По современным представлениям, Земля образовалась около 4,5 млрд. лет назад путем гравитационной конденсации (т.е. уплотнения под воздействием силы тяжести) из рассеянного в околосолнечном пространстве газопылевого вещества, содержащего все известные в природе элементы. Уплотнение этого вещества привело к разогреву земных недр за счет тепла, выделяющегося при радиоактивном распаде элементов, а это в свою очередь способствовала разделению земли на геосферы.

Относительный возраст горных пород. Его определяют двумя методами: стратиграфическим и палеонтологическим.

Известно, что вновь образуемые на поверхности земли осадочные породы покрывают более древние породы. Этот процесс идет непрерывно. Если порядок отложений не нарушен (например, землетрясениями), т.е. породы залегают горизонтально, то чем древнее порода, тем глубже она залегает. Метод изучения относительного возраста слоев по их взаимоотношению друг с другом называют стратиграфическим,

Но часто в связи с движениями земной коры горизонтальное залегание слоев бывает нарушено, и более древние породы оказываются над более молодыми. В таких случаях на помощь приходит палеонтологический метод.

С давних пор в шахтах, каменоломнях, в обнажениях пород на поверхности земли люди находили окаменелые остатки листьев растений, раковин и других организмов. Однако долгое время ученые не могли дать правильного объяснения этим окаменелостям и выдвигали самые невероятные гипотезы о их происхождении. Существовала даже гипотеза, согласно которой все окаменелости рассматривались как останки животных и растений, погибших во время «всемирного потопа».

Первым правильно объяснил присутствие окаменелых остатков животного и растительного мира в горных породах английский инженер Уильям Смит в 1796 г. Он заметил, что в различных слоях горных пород встречаются окаменелости, присущие только этому слою. Это навело его на мысль определять последовательность образования пластов по содержащимся в них окаменелым остаткам. Так было положено начало развитию палеонтологического метода определения относительного возраста пород.

Палеонтологический метод определения относительного возраста пород основан на следующих положениях:

1) в ходе исторического развития органического мира земли происходила последовательная смена групп животных и растений — от

примитивных организмов, останки которых встречаются в наиболее древних слоях земной коры, до высокоорганизованных животных и растений, останки которых найдены в новейших отложениях;

2) растительные и животные формы в ходе исторического развития не повторялись;

3) изменение отдельных групп животных на всем земном шаре могло происходить не одновременно.

Некоторые виды растительного и животного мира существовали на протяжении длительного времени геологической истории Земли, не претерпевая значительных изменений; другие виды быстро изменялись, и определенные их формы соответствовали только относительно коротким отрезкам геологического времени. Эти формы имеют особенно большое значение для установления относительного возраста слоев, их остатки называются руководящими ископаемыми.

В результате изучения последовательности залегания и взаимоотношения пластов друг с другом и органических остатков была составлена единая стратиграфическая шкала, отражающая подразделение земных пластов на группы в соответствии с крупными событиями геологической истории земли и изменениями в составе органического мира. В соответствии с ней разработана геохронологическая шкала, показывающая отрезки времени, на которые делится геологическая история Земли и за которые сформировались отложения соответствующих групп.

Отложения подразделяются на пять групп; соответствующие группам временные отрезки называются эрами. Группы, в свою очередь, подразделяются на системы, системы — на отделы, отделы — на ярусы. Каждой системе соответствует по времени период; отделу — эпоха, ярусу — век.

Для обозначения возраста отложений каждому стратиграфическому подразделению присвоен свой индекс, обязательный для геологов всего мира.

Общая геохронологическая и стратиграфическая шкала приведена в таблице (Приложение 5).

По ископаемым остаткам животных и растений ученые установили, какие животные и растения населяли землю в различные эпохи, и уточнили возраст отдельных напластований.

Абсолютный возраст горных пород. Как ни велико значение относительной геохронологии, позволяющей представить последовательность накопления осадков и развития жизни на земле, крайне важно знать абсолютный возраст пород, образовавшихся в ту или иную эпоху, и длительность каждой эпохи.

Возможность определить абсолютный возраст пород ученые получили сравнительно недавно, после открытия явления радиоактивного распада элементов в конце ХIХ в. Изучение возраста земли на основе закономерностей радиоактивного распада началось в начале ХХ в.

Как уже говорилось, в основу определения абсолютного возраста пород было положено явление радиоактивного распада элементов, встречаемых в минералах и горных породах.

Такие элементы, как уран-238, уран-235, торий-232, распадаясь, в конечном итоге превращаются в свинец. Процесс распада идет самопроизвольно, на него не влияют внешние факторы. Длительность распада радиоактивных элементов очень велика; например, за 700 млн. лет распадается лишь половина всех атомов урана. Определяя количество присутствующего в горной породе радиоактивного элемента и продукта его распада, можно по их соотношению узнать возраст породы. Так определяют абсолютный возраст магматических пород, образовавшихся путем застывания магмы на глубине или на поверхности Земли. Возраст осадочных пород, образовавшихся путем осаждения в море продуктов разрушения первичных магматических пород или другим путем (о чем будет сказано ниже), определяют, изучая содержание радиоактивного элемента и продуктов его распада в определенном минерале (например, в глауконите); который присутствует в осадочной горной породе и образовался одновременно с ней.

В настоящее время применяются методы определения абсолютного возраста пород, основанные на определении содержания в них не конечных, а промежуточных продуктов распада урана или тория. Эти методы получили названия по определяемым элементам: ураново-свинцовый, калий-аргоновый, рубидиево-стронциевый, углеродный и др. Их применение и позволило составить шкалу абсолютного возраста, установить продолжительность эр и периодов.

Контрольные вопросы:

1. Что такое относительный возраст пород? На чем основано его определение?

2. На какие промежутки времени разделена геологическая история земли?

3. Чем обоснованы методы определения абсолютного возраста земли?

4. Какова продолжительность периодов?