Основы абсолютной геохронологии.

Под абсолютной геохронологией понимают определение возраста пород, слагающих земную кору, и геологических событий в их исторической последовательности в обычных единицах времени. Попытки установления абсолютной геохронологии с помощью разнообразных методов делались неоднократно. Геологические методы абсолютного летоисчисления весьма разнообразны. Одни из них основаны на изучении продолжительности ряда современных геологических процессов, например скорости накопления дельтовых отложений, скорости эрозии и седиментации, скорости отступания водопадов и т.д. Другие основывались на изменении теплового состояния Земли, на изменении эксцентриситета земной орбиты и т. д. Наибольшего внимания заслуживает метод, основанный на изучении ленточных глин, отложенных в ледниковую эпоху четвертичного периода, и подробно рассмотренный в гл. X.

Годичную периодичность, выражающуюся в наличии несходных по составу летнего и зимнего слоев, можно установить и для некоторых других, более древних отложений (например, для озерных осадков) и по ним составить приблизительное представление о длительности процесса их накопления. Однако непосредственное проявление годичной периодичности осадконакопления можно наблюдать в очень редких случаях, когда сохранившаяся слоистость выражает сезонные изменения осадков. Ленточные глины четвертичного периода представляют собой редкое исключение; подобные породы в более древних отложениях пока почти неизвестны.

Попытки вычислить годовое накопление осадков были применены к самым молодым по времени осадкам в дельтах больших современных рек. Изучение, например, дельты р. Нила, где сохранились погребенные памятники древнейшей человеческой культуры, показало, что скорость накопления наносов реки достигает 0,152 м, а по другим данным — 0,120 м в столетие. Зная годовой прирост дельты и массу дельтовых отложений, можно было подсчитать, что накопление данных дельтовых образований произошло соответственно в течение 12—13 тыс. лет, а по другим подсчетам — 4082 и 6350 лет. Было установлено, что в различных частях дельты скорость накопления осадков далеко не одинакова.

При использовании одних и тех же исходных данных исследователи получали трудносопоставимые цифры, указывающие на несовершенство самого метода абсолютного летоисчисления, основанного на скорости отложения современных дельтовых отложений. Применялись также попытки определения абсолютного возраста не на основании скорости отложения осадков, а наоборот, на основании скорости размывания и отступания, например, Ниагарского водопада. Скорость его отступания равна 31 м в столетие. По скорости отступания Ниагарского водопада в столетие и длине Ниагарского каньона ученые определили абсолютное время, необходимое! на его образование (36 тыс. лет).

Полученные цифры как для скорости накопления дельтовых отложений р. Нила, так и для скорости отступания Ниагарского водопада, конечно,  нельзя переносить в далекое прошлое Земли, так как в то время условия могли существенно отличаться от современных. Поэтому перенесение современных условий на далекие отрезки геологической истории ведет к заведомо неверным, искаженным результатам. Не имели успеха и определения абсолютного возраста, основанные на подсчете потери теплоты Землей, на  изменении эксцентриситета земной орбиты и др.

При ознакомлении с геологическими методами абсолютного летоисчисления можно прийти к выводу, что большая их часть основана на процессах, протекающих с непостоянными скоростями в разных районах и в разное время. Они дают противоречивые цифры и часто основаны на неверных предпосылках. Лишь некоторые из них пригодны для определения возраста в некоторых толщ в местных условиях.

Методы установления абсолютного возраста по скорости радиоактивного распада элементов основаны на том, что он происходит самопроизвольно и равномерно в определенные промежутки времени и не зависит от изменений окружающей среды и обстановки. В настоящее время предложено несколько способов определения абсолютного возраста пород, основанных на радиоактивном распаде. Широко применяются свинцовый и гелиевый методы, в основу которых положен количественный учет в породе свинца и гелия, образующихся при распаде радиоактивных элементов,

Свинец и гелий являются конечными продуктами распада урана и тория. Урановый свинец с атомной массой 206 устойчив и дальнейшему распаду не подвергается, так же как и ториевый свинец с атомной массой 208. При распаде урана происходит 8-кратное, при распаде тория — 6-кратное выделение гелия. Зная скорость распада и процентное отношение радиоактивного свинца или гелия к урану в составе породы, возраст которой определяется, легко вычислить и время, в течение которого происходил распад, т. е. установить возраст этой породы. Экспериментальными исследованиями установлено, что распад урана и тория и образование конечных продуктов — свинца и гелия — происходят со следующей скоростью: 1 г урана дает в год 9-10-6 см3 гелия и 7,4-10-9 г свинца; 1 г тория — 27 X 10-6 см3 гелия и 19,5-10-9 г свинца. Определив содержание в пород) урана и продуктов его распада (гелия, свинца), можно установить возраст породы, сделав вычисление соответственно уравнениям:

A=\frac{n}{m\cdot9\cdot10^{-6}}(по гелию)

A=\frac{n}{m\cdot7,4\cdot10^{-6}}(по свинцу)

где А — возраст породы в годах; т — содержание в породе урана, г; п — содержание гелия, см3; п" — содержание свинца, г.

В настоящее время применяется несколько способов определения возраста пород по свинцовому методу. Возраст, вычисленный по гелиевому методу, обычно несколько меньше действительного, так как гелий может улетучиваться из породы. Свинцовый метод, наоборот, дает возраст породы часто больше действительного, так как в породе может присутствовать свинец и нерадиоактивного происхождения. В настоящее время в России нашел огромное применение аргоновый метод, разработанный советским ученым Э. К. Герлингом. Основой этого метода является выяснение отношения аргона (Аг) к изотопу калия (40К). При распаде калиевых минералов около 12% атомов переходит в аргон, а остальные 88% атомов калия (40К) переходят в изотоп кальция (40Са). Потери аргона в минералах благодаря плотной кристаллической упаковке практически отсутствуют. Поэтому возраст этим методом можно установить с большой точностью. Ценным является и то, что аргоновый метод позволяет определять не только возраст отдельных радиоактивных минералов, но и горных пород, взятых с соблюдением особых правил.

За последние годы находит применение стронциевый метод, основанный на изучении превращений рубидия (87Rb) в стронций (87Sr). Применение этого метода встречает, однако, ряд трудностей, так как стронций широко распространен в природе и имеет различное происхождение.

Радиоуглеродный метод основан на распаде радиоактивного изотопа углерода (14С), входящего в состав органических остатков, и позволяет определять только возраст молодых образований, отложенных не ранее 50 тыс. лет назад. В настоящее время не имеет широкого применения и радиево-иониевый метод, основанный на распаде радия и иония, содержащихся в глубоководных морских отложениях, в связи с громадными трудностями, связанными с получением необходимых образцов с больших глубин.

Первые определения абсолютного возраста горных пород в России по гелиевому и свинцовому методам были сделаны в 1924 г. В. Г. Хлопиным и К. А. Ненадкевичем. С этого времени был накоплен материал, позволивший установить древнейшие участки земной коры в пределах России. Для некоторых пород, развитых в восточной части Балтийского щита и относимых к архею, установлено, что они имеют возраст от 2800 до 3500 млн. лет, а возраст древнейших пород Украинского щита превышает даже 3500 млн. лет.

В настоящее время длительность геологических эр принимается в следующих цифрах: кайнозойская эра — от 66 до 70 млн. лет, мезозойская — от 173 до 175 млн. лет, палеозойская — от 335 до 355 млн. лет, протерозойская — около 2 млрд. лет и архейская — более 1,8 млрд. лет. Возраст геологического этапа развития Земли с момента образования выходящих на поверхность горных пород, на основании приведенных цифр, исчисляется в 4370—4395 млн. лет и принимается около 4,0 млрд. лет.

В 1942 г. Э. К. Герлинг произвел определение возраста Земли и получил цифры от 3,1 до 4 млрд. лет. За последние годы А. П. Виноградовым, С. И. Зыковым и другими учеными возраст Земли по отношению изотопов 206Rb/207Rb был определен в 5 млрд. лет. Эти значения близки к цифрам, характеризующим возраст метеоритов (возраст двух метеоритов, определенный Э. К. Герлингом по аргоновому методу, 4,5 млрд. лет). Неоднократные определения возраста  Земли, сделанные зарубежными учеными (Р. Расселем, А. Холмсом, Г. Хевеши, Э. Разерфордом) дали различные цифры — от 2,4 до 11 млрд. лет.

Несмотря на то, что методы определения абсолютного возраста, основанные на радиоактивном распаде, более надежны по сравнению с другими, приведенные цифры дают лишь приближенное представление о длительности эр и возрасте планеты и нуждаются в дальнейшем уточнении и доработке.

Вернуться назад к оглавлению "Общая Геология. Основы Геологии."

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>