ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.05.2021
Просмотров: 560
Скачиваний: 1
В наше время используют следующие виды самопроизвольных ядерных превращений при определении изотопного возраста: 1. 238U – 8 4He +206Pb (альфа-распад); 2.40К +е – Аr (электронный захват); 3.40К – Са+б (бета-распад); 4.235U – 7 4He +Pb (альфа-распад); 5.232Th – 6 4He+208Pb (альфа-распад); 6. 87Rb – 87Sr +б (бета-распад). Ведущими методами ядерной геохронологии являются урано-ториево-свинцовый, калий-аргоновый, рубидий-стронциевый, самарий-неодимовый, радиоуглеродный, треков осколочного деления.
Урано-ториево-свинцовый базируется на процессах радиоактивного распада изотопов 235U, 238U, 232Th на изотопы свинца в радиоактивном минерале, содержащем более 1% урана или тория: уранините, монаците, ортите, цирконе. Указанные минералы встречаются в гранитах, пегматитах и кварцевых жилах. Возраст вычисляют по четырём изотопным соотношениям: 206Pb/238U, 207Pb/235U, 207Pb/206Pb, 208Pb/232Th с использованием закона распада радиоактивных элементов. Для удобства возраст вычисляют по заранее составленным таблицам, графикам, номограммам. Достоинство метода в его надёжности, а также возможностях определений абсолютного возраста метаморфических и изверженных пород, для которых другие методы неприемлемы.
Калий-аргоновый метод, предложенный российским учёным Э.К. Герлингом в 1949 году, основан на том, что в процессе самопроизвольного распада радиоактивного изотопа калия 11% 40К переходит в 40Ar, а остальные 89% – в изотоп 40Са. Период полураспада калия и перехода его в аргон составляет 1300 млн лет, что идеально для определения дробных подразделений стратиграфической шкалы во всех интервалах геологического времени. Сейчас метод является основным, широко применяется для выяснения возраста осадочных и магматических пород, поскольку присутствует в составе полевых шпатов, слюд, амфиболов, глауконита, сильвина. При температурах более 300о аргон улетучивается, поэтому метод не рекомендуется для определения возраста метаморфических пород.
Рубидий-стронциевый метод основан на распаде 87Rb и превращении его в 87Sr путём бета-распада. Он применяется для определения возраста докембрийских пород из-за очень большого периода полураспада 87Rb (47 млрд. лет). Однако в последнее время с появлением точной аналитической аппаратуры этот метод стал использоваться для установления возраста и фанерозойских пород. Самостоятельных минералов рубидий не образует, а встречается в виде примесей в калиевых минералах. Чаще всего используются слюды, в них содержится очень мало стронция, но его достаточно для определения возраста пород. Рубидий-стронциевый метод применим к тем же минералам, которые используются и для калий-аргонового; оба метода для контроля применяются вместе.
Самарий-неодимовый метод базируется на очень медленном распаде изотопа самария 147Sm, который встречается в смеси со стабильными изотопами 144, 148-150, 152, 154Sm c периодом полураспада 153 млрд. лет. Конечным продуктом распада является радиогенный 144Nd. Возраст минерала, содержащего самарий, рассчитывается по формуле: 143Nd/144Nd =(143Nd/144Nd)0+(ext – 1)147Sm/144Nd. Этот метод наряду с урано-ториево-свинцовым является наиболее надёжным для определения возраста глубокометаморфизованных раннедокембрийских пород, хотя также иногда даёт заниженные значения.
Радиоуглеродный метод основан на изучении радиоактивного изотопа углерода 14С, который образуется в атмосфере при реакции космических частиц с изотопом 14N, а затем усваивается тканями растений. После их гибели происходит распад накопленного в них 14С с определённой скоростью, что и позволяет определить изотопный возраст растений и слоёв, в которых они захоронены. Период полураспада 14С равен 5750 лет, поэтому с помощью радиоуглеродного метода можно установить возраст лишь тех пород, время образования которых не превышает 50-70 тысяч лет. Этот метод используют для определения возраста молодых четвертичных отложений, а также в археологии и антропологии. Объектом исследований являются остатки различных растений, а также обугленные остатки растений и животные ткани в золе кострищ доисторического человека.
Метод треков осколочного деления базируется на том, что в урансодержащих минералах возникают структурные изменения, фиксируемые пробегом осколков от спонтанного деления урана, которые проявлены в виде треков, заметных под микроскопом. Обычно подсчитывается плотность этих треков, т.е. число их на единицу поверхности. С увеличением возраста минерала возрастает плотность треков. Для определения содержания урана образец минерала облучают нейтронами. Возникают новые треки от деления присутствующего урана, вызванного нейтронами. При этом возраст минерала будет являться функцией отношения числа треков от спонтанного деления урана к числу вновь появившихся треков на единицу площади или объёма. Хотя метод и не очень точен, он может рассматриваться как новый перспективный способ исследования.
Рассмотренные методы особенно ценны для определения возраста магматических и метаморфических пород, которые не содержат органических остатков. Они широко применяются также для установления возраста осадочных и вулканогенно-осадочных отложений, определения продолжительности формирования стратиграфических подразделений разного ранга, выделенных палеонтологическими методами.
Радиогеохронологические методы имеют большое значение, области их применения расширяется. Они непрерывно совершенствуются, возрастает их точность, разрабатываются новые, более тонкие методики. Но они имеют недостатки, требующие осторожности при применении: 1 – невысокая точность (лучшие данные 3-5%); 2 – не все породы содержат радиоактивные элементы; 3 – искажения результатов при наложенных процессах; 4 – высокая стоимость анализов. Вместе с тем за этими методами большое будущее.
1.5. Геохронологическая и стратиграфическая шкалы.
Для восстановления геологической истории Земли используется абсолютное и относительное летоисчисление. Относительное определяет возраст геологических объектов и последовательность их образования стратиграфическими методами. Абсолютное устанавливает время возникновения горных пород, проявления геологических процессов, их продолжительность в астрономических единицах (годах) радиологическими методами. Поэтому существует две шкалы геологического времени – стратиграфическая и геохронологическая со своими стратиграфическими и геохронологическими подразделениями, отражающими этапы историко-геологического процесса. Стратиграфические единицы применяют для обозначения комплексов горных пород, а соответствующие геохронологические – для наименования времени, в течение которого происходило их образование.
Вся история Земли представляется как смена эволюционных и революционных этапов, что выражается в периодичности геологических процессов и эволюции органического мира. Крупным этапам развития Земли соответствуют этапы развития органического мира. Исходя из этого, границы различных по рангу историко-геологических этапов принимают за естественные рубежи, по которым проводят границы выделяемых стратиграфических единиц. Они следуют друг за другом в хронологическом порядке, отражая объективный ход исторического процесса развития Земли и её органического мира. Основой для выделения геохронологических и стратиграфических единиц служат следующие критерии, тесно связанные между собой:
1 – этапность в эволюции органического мира; 2 – периодическая изменчивость процессов осадконакопления и денудации; 3 – палеогеографические критерии (изменения контуров морских бассейнов, рельефа суши и дна моря, климата, ландшафтных обстановок); 4 – степень активности, характер проявления магматической деятельности и процессов метаморфизма; 5 – проявления крупных тектонических движений и деформаций.
Перечисленные явления взаимосвязаны и отражают единый процесс развития Земли. Но из всех геологических процессов развитие органического мира наиболее ярко и наглядно отражает необратимость развития истории Земли. Поэтому в позднем протерозое и фанерозое эволюция органического мира выступает в качестве основного и объективного критерия при выделении стратиграфических единиц, корреляции разрезов и определении таксонометрического ранга стратиграфических подразделений.
Подразделения международной стратиграфической шкалы были выделены в странах Средней Европы (исключение – пермская система). Первоначально полагали, что они имеют планетарное значение, но потом выяснилось, что повсеместно можно выделять крупные подразделения (группы, системы), а более мелкие отделы и ярусы трудно или невозможно установить. Поэтому появилась необходимость выделения региональных и местных стратиграфических подразделений (единиц) по совокупности литологических, палеонтологических и других признаков.
В России действует Стратиграфический кодекс, утверждённый МСК в 1991 и опубликованный в 1992 годах [31]. Он является временным сводом правил и рекомендаций, определяющих содержание и применение стратиграфических понятий, терминов, названий для обеспечения единообразия их использования на территории России. Кодексом предусмотрены две группы стратиграфических подразделений: основные и специальные, которые разделены на категории, представляющие собой фактически самостоятельные стратиграфические шкалы. Стратиграфические исследования проводят на конкретных разрезах осадочных, вулканогенно-осадочных и вулканогенных пород. С помощью различных методов выделяют конкретные стратиграфические подразделения, представляющие естественные геологические тела, выясняют их последовательность и взаимоотношения. Разрез, на котором впервые выделено данное стратиграфическое подразделение, носит название стратотипического, а район, где он располагается, – стратотипической местностью.
Основные стратиграфические подразделения делятся на общие, региональные и местные (табл. 1.1).
Общие стратиграфические подразделения представляют собой совокупности горных пород, естественные геологические тела, время формирования которых соответствовало определенным этапам геологической истории Земли. Эти подразделения устанавливаются с помощью различных методов, радиогеохронологических, в основном, для докембрия и палеонтологических для фанерозоя. Общим стратиграфическим подразделениям (слева) соответствуют их геохронологические эквиваленты (справа):
акротема – акрон,
эонотема – эон,
эратема (группа) – эра,
система – период,
отдел – эпоха,
ярус – век,
зона – раздел – фаза,
звено – пора,
ступень – термохрон (криохрон)
Таблица 1.1
Структура стратиграфической классификации, принятая в кодексе МСК
|
Стратиграфические подразделения |
Категории стратиграфических подразделений |
||
|
общие |
региональные |
местные |
|
|
основные |
акротема эонотема эратема система отдел ярус (подъярус) зона раздел* звено ступень |
горизонт (подгоризонт) лона (провинциальная зона) |
комплекс серия свита (подсвита)
|
|
специальные |
Биостратиграфические подразделения: биостратиграфические зоны разных видов; вспомогательные подразделения (слои с фауной и флорой) |
||
|
Литостратиграфические подразделения: толща, пачка, слой (пласт), маркирующий горизонт, органогенные массивы, стратогены |
|||
|
Климатостратиграфические, магнитостратиграфические, сейсмостратиграфические подразделения |
|||
*Раздел, звено и ступень используются для отложений четвертичной системы.
Практически все стратиграфические подразделения, крупнее яруса, имеют единые международные наименования.
Акротема – наиболее крупное подразделение, соответствующее акрону, появилось лишь в последнем издании [31] российского стратиграфического кодекса в связи с необходимостью по-новому ранжировать архей и протерозой, имеющих чересчур большую продолжительность по сравнению с фанерозойскими эрами – палеозойской, мезозойской и кайнозойской. Поэтому для архея и протерозоя были созданы более крупные стратоны и геохроны. Они иногда объединяются под названием криптозой, но чаще докембрий, т.е. совокупность пород, образовавшихся до кембрийского периода. Основным критерием разделения криптозоя и фанерозоя является присутствие только бесскелетных организмов в первом и появление большого разнообразия скелетных форм во втором.
Эонотема представляет отложения, образовавшиеся в течение крупной геохронологической единицы – эона, длительностью в сотни миллионов лет. Выделяют по две эонотемы в составе архейской и протерозойской акротем, ранг эонотемы имеет фанерозой.
Эратема или группа составляет часть эонотемы и характеризует отложения фанерозоя, образовавшиеся в течение эры продолжительностью в первые сотни миллионов лет. Эратемы отражают крупные этапы развития Земли и органического мира. Границы между эратемами соответствуют переломным рубежам в истории развития органического мира. В фанерозое выделяют три эры: палеозойскую (древней жизни), мезозойскую (средней жизни) и кайнозойскую (новой жизни).
Система – часть эратемы, характеризует отложения, образовавшиеся в течение периода длительностью в десятки миллионов лет. Ей свойственны типичные для неё семейства фауны и флоры. Выделяется 12 систем – кембрийская, ордовикская, силурийская, девонская, каменноугольная, пермская для палеозоя, триасовая, юрская, меловая для мезозоя и палеогеновая, неогеновая, четвертичная (антропогеновая) для кайнозоя. Названия систем даны по названиям населённых местностей, где они были впервые выделены, по характерным породам, другим критериям. Для каждой системы на геологических картах приняты определённый цвет, являющийся международным, и индекс, образованный начальной буквой латинского названия системы.
Отдел является частью системы, характеризует отложения, образовавшиеся в течение одной эпохи, длительность которой составляет первые десятки миллионов лет. В палеонтологическом отношении для отделов характерны определенные роды или группы видов фауны и флоры. Названия отделов даны по положению их в системе: нижний, средний, верхний или только нижний и верхний. Эпохи соответственно называют ранней, средней и поздней. Ряд отделов имеет собственные названия. Так в юрской системе выделяют лейас, доггер, мальм, в палеогеновой – палеоцен, эоцен, олигоцен, в неогеновой – миоцен и плиоцен. Отдел обозначается индексом системы и цифрой внизу (К1, О2).
Ярус – часть отдела. Ему отвечают отложения, образовавшиеся в течение века продолжительностью несколько миллионов лет. Согласно Стратиграфическому кодексу ярус – это таксономическая единица общей стратиграфической шкалы, устанавливаемая по биостратиграфическим данным, отражающим эволюционные изменения и этапность в развитии органического мира. Ярус устанавливается в каком-либо стратотипическом разрезе, носит название местности, где он впервые выделен, и для него характерен определённый комплекс ископаемых организмов с типичными родами и видами. Иногда выделяют подъярусы: нижний, средний, верхний или нижний и верхний. На геологической карте ярусы окрашиваются оттенками цвета системы, а индексы образуют путём добавления к индексу отдела начальной буквы названия яруса; К1а – аптский, К2к – конъякский, Р1а – артинский ярусы. Если в отделе имеются ярусы, начинающиеся с одной и той же буквы, то к первой букве следующего вверх по разрезу яруса добавляется согласная буква. Так альбский ярус нижнемелового отдела имеет индекс К1аl.