Понятие об абсолютном и относительном возрасте горных пород

Абсолютный возраст горных пород или событий измеряется в годах. Для оценки длительности геологического времени необходимо лишь наличие какого-либо процесса, равномерно и непрерывно происходящего во времени, обладающего достаточной продолжительностью и оставляющего заметные следы в геологических образованиях. Таким процессом явился самопроизвольный радиоактивный распад некоторых химических элементов. В 1905 году Э. Резерфорд определил возраст одного из минералов по количеству содержащихся в нем урана и гелия не менее чем в 500 млн лет (в то время продолжительность геологической истории оценивалась не более чем в 200 млн лет). Американский исследователь Б. Болтвуд вскоре установил возраст минералов из каменноугольных и девонских отложений в 340 и 370 млн лет соответственно. Использовал он при этом соотношения свинца и урана. Становление радиометрической хронологии связывают с именем американского геолога Артура Холмса, который первым начал систематически применять данные радиометрии для определения возраста минералов и определения продолжительности стратиграфических подразделений. В настоящее время чаще всего используются следующие методы радиоизотопной хронометрии.

1. Свинцово-урано-ториевый, основанный на следующих реакциях распада:

U²³⁸→Pb²⁰⁶+8He⁴, период полураспада 4,53*10⁹ лет;

U²³⁵→Pb²⁰⁷+7He⁴, период полураспада 0,713*10⁹ лет;

Th²³²→Pb²⁰⁸+6He⁴, период полураспада 13,89*10⁹ лет;

2. Рубидий-стронциевый метод, основанный на превращении:

Rb⁸⁷→Sr⁸⁷+e, период полураспада 4,99*10⁹ лет;

3. Калий-аргоновый метод, в основе которого лежат превращения радиоактивного изотопа К⁴⁰, 89 % атомов которого теряют нейтрон и превращаются в Ca⁴⁰, а 11 % атомов захватывают его и превращаются в Ar⁴⁰

4. Радиоуглеродный метод, основанный на реакции превращения азота N¹⁴ в верхних слоях атмосферы в результате бомбардировки нейтронами в радиоактивный изотоп углерода С¹⁴ с периодом полураспада 5750 лет.

Абсолютная геохронология используется для оценки продолжительности выделенных в стратиграфической шкале подразделений. Известны успехи абсолютной геохронологии в геологии докембрия. Однако практическое использование абсолютной хронологии широкого распространения не получило. В силу малой точности определений (±5 % от возраста), они не могут использоваться для анализа детальных стратиграфических разрезов. Поэтому главным инструментом практического геологии остается шкала относительной хронологии.

В относительной хронологии оценивается последовательность отложения толщ осадочных пород. Эта последовательность легко устанавливается для конкретного наблюдаемого разреза, например, в береговых обрывах, на крутых склонах (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 – Соотношение стратиграфических колонок и профильных разрезов

Определение последовательности слоев осадочных пород получило название стратиграфического метода. Его применение осложняется невозможностью непосредственного прослеживания слоев от одного разреза к другому. Прослеживание слоев определенного состава показывает, что они часто меняют толщину, состав и глубину залегания. Кроме того, распространение отдельных слоев и толщ ограничивается выклиниванием (исчезновением) (рисунок 5.2) и литологическим замещением (рисунок 5.3).

Рисунок 5.2 – Выклинивание осадочной толщи

Рисунок 5.3 – Литологическое замещение песка глиной