Геохронология и история геологии

1.

Геохронология и история геологии
В развитии геохронологии выделяются два весьма
различающихся метода, широко используемых до
настоящего времени:
1. Методы определения относительного возраста
геологических образований;
2. Методы абсолютной геохронологии.

2.

Относительный возраст горных пород
Определяет возраст геологических объектов и последовательность их
образования стратиграфическимии методами
Стратиграфический метод (лат. "strata" - слой, "grapho" - пишу)
ИЗУЧАЕТ ПЕРВИЧНЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ И ВРЕМЕННЫЕ СООТНОШЕНИЯ ГОРНЫХ
ПОРОД:
ОПРЕДЕЛЯЕТ ВОЗРАСТ И КОРРЕЛИРУЕТ РАЗРЕЗЫ ПО ЗАКЛЮЧЕННЫМ В НИХ
ОРГАНИЧЕСКИМ ОСТАТКАМ.
Биостратиграфия
Экостратиграфия
Событийная стратиграфия
ЗАДАЧИ :
1. Расчленение конкретных разрезов и составление местной стратиграфической схемы.
2.Корреляция отдельных слоев и толщ удаленных друг от друга разрезов и создание
региональной стратиграфической схемы.
3.Проведение межрегиональной и глобальной корреляции и создание общей
(планетарной) стратиграфической шкалы.

3.

Методы стратиграфии
палеонтологические (биостратиграфические)
1.руководящих ископаемых
2.комплексного анализа
3.количественный (процентностатистический)
4.филогенетический
5.палеоэкологический.
непалеонтологические
1.литологические
2.геофизические
3.палеомагнитный
4.общегеологические
5.ритмостратиграфический
6.экостратиграфический
7.климатостратиграфический

4.

Палеонтологический метод
Научный геохронологический метод, определяющий
последовательность и дату этапов развития земной коры
и органического мира, возник в конце XVIII в., когда
английский геолог Смит в 1799 г. обнаружил, что в
слоях одинакового возраста всегда содержатся
ископаемые одних и тех же видов. Он также показал,
что остатки древних животных и растений размещены (с
увеличением глубины) в одном и том же порядке, хотя
расстояния между местами, где они обнаружены, очень
большие.

5.

МЕТОД РУКОВОДЯЩИХ ИСКОПАЕМЫХ
(одновозрастными считаются отложения с одинаковыми руководящими ископаемыми
организмами)
Руководящие ископаемые - это органические остатки, принадлежащие
группам, существующим короткий промежуток времени и успевшим за этот
срок расселиться на большой территории и в большом количестве.
Для них характерно широкое горизонтальное и узкое вертикальное
распространение, большая частота встречаемости и легкая
распознаваемость.
Так, брахиоподы Proconchidium muensteri характерны для ашгильского
яруса верхнего ордовика, конодонтыPalmatolepis gigas для франского
яруса верхнего девона, аммонитCadoceras elatmae характерен для
келловейского яруса юры.
Руководящими могут быть рода и некоторые крупные систематические
группы(семейства, отряды, классы). Так, швагерины
(фораминиферы)жили только в ранней перми, цератиты
(аммоноидеи) - только в конце перми и в триасе, а археоциаты –
только в раннем кембрии.

6.

В основе палеонтологических методов лежит закон Далло о необратимости
видов «Организм никогда не сможет вернуться к прежнему виду, даже если
он окажется в обстановке, близкой к предковой»
Ч. Дарвин «Вид или другой таксон существует во времени непрерывно и раз
исчезнув, не может появиться вновь»

7.

Метод комплексного анализа
1.Выяснение распределения всех окаменелостей в разрезах,
установление смены комплексов и прослеживании выделенных
комплексов от разреза к разрезу.
Метод иллюстрируется на графиках.
Позволяет установить естественные рубежи смены фауны и флоры.
Количественные методы корреляции
Заключаются в использовании математического аппарата для анализа
палеонтологических комплексов.
Процентно–статистическийметод был введен в
стратиграфию Ч.Лайелем.
Метод - сравнение изучаемого слоя со слоями опорного разреза по
содержанию общих окаменелостей.
Сопоставляют слои по наибольшему содержанию общих видов (по
специально разработанным коэффициентам сходства).
Применяются в комплексе с другими методами.

8.

Филогенетический метод
(на основании смены во времени родственных организмов по принципу
эволюционного развития).
1.Основывается на принципах эволюционного развития (так в истории
развития аммоноидей – Pz гониатиты с простой перегородочной
линией сменяются в Mz аммонитами с очень сложной лопастной
линией).
2.Важно выяснение филогенеза конкретной родственной группы, т.е.
установление момента появления данных организмов, сколько времени
они существовали, кто и какие были их предки, кто стали потомками и как
они в свою очередь развивались.
3.Родственные связи можно изобразить в виде схемы филогенетических
взаимоотношений.
4.При расчленении разрезов особое внимание следует обратить на
момент появления новых видов, что позволяет определять границы
выделяемых стратиграфических подразделений.

9.

Непалеонтологические методы
1. Литологические методы
Метод маркирующих горизонтов – слои, пачки имеющие отличительные черты
прослеживаются на значительные расстояния
2. Геофизические методы (основаны на сравнении пород по их физическим
свойствам)
Анализ результатов каротажа (исследования скважин)
Электрический каротаж наиболее распространен. Разная способность
горных пород поглощать воду, нефть, промывочную жидкость отражается на
их электрических свойствах.
По необсаженной скважине непрерывно измеряют естественное
электрическое поле (ПС) и (КС).
Разница в значениях ПС и КС позволяет различать обломочные, глинистые и
карбонатные породы, выделять рудные тела, пласты насыщенные нефтью и
газом.
Радиоактивный каротаж основан на измерении как естественного излучения,
так и возникающего при искусственном облучении. Повышенной
радиоактивностью обладают битуминозные породы, калийные соли, а низкой –
ангидрит, гипс, доломиты.
Применяют еще акустический, термический, механический и другие виды
каротажа.

10.

Палеомагнитный метод
(основан на явлениях палеогеомагнетизма)
Магнитное поле Земли зафиксировано в горных породах, т.к. горные
породы намагничивались по направлению геомагнитного поля того
времени и места, где они возникали. Полученный при этом вектор
первичной намагниченности сохранялся в горной породе и может быть
определен. позволяет сопоставлять отложения и выяснять их возраст.
В течение геологической истории геомагнитное поле претерпело
множество инверсий (обращений полярности)- чередование прямой
(совпадающей с современной) и обратной намагниченности отражено в
разрезах осадочных и вулканогенных образований.
Геомагнитные инверсии – события глобального масштаба, поэтому
теоретически возможна хронологическая корреляция прямо и обратно
намагниченных пород по всему миру. Для этого вначале надо знать
абсолютный возраст пород, в которых установлена полярность магнитного
поля.

11.

Ритмостратиграфия
(заключается в изучении чередования различных пород в разрезах)
1. Определяются наборы (ритмы) чередующихся пород и их границы.
2.Выделяют ритмы, по характерным особенностям которых сравнивают разрезы.
Ритмичность типична для угленосных, соленосных, флишевых толщ, известны
годичные ритмы ленточных глин.
3.Анализ ритмичности широко используется для их расчленения и корреляции.
4.Н.Б.Вассоевичем (1948) разработана методика построения ритмограмм, где
выделяются аномальные ритмы, по которым и проводится корреляция разрезов.
5.Ритмичность бывает разных порядков. Наиболее крупные ритмы отражают
определенные этапы развития Земли и могут быть прослежены по всей планете.

12.

Общегеологические методы
(состоят в определении последовательности слоев
и изучении их взаимоотношений)
Метод изучения взаимоотношений с
изверженными породами позволяет определить
последовательностьобразования горных пород
Метод выделения структурных этажей
основан на несогласиях. Несогласия – это
естественные рубежи, по которым
расчленяются разрезы. Затем сопоставляются
толщи, занимающие одинаковое положение по
отношению к поверхностям несогласия)

13.

ЭКОСТРАТИГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД
Взаимодействие геологических процессов порождает глобальные события. Следы этих
глобальных событий, например массовые вымирания, трансгрессии и регрессии, изменение
атмосферы, выделяемые в разных регионах, являются реальной основой глобальной
стратиграфической упорядоченности.
Событийная стратиграфия связана с экостратиграфией.
Она выделяет и прослеживает следующие событийные отложения:
Турбидиты – отложения мутьевых потоков
Темпеститы --отложения штормов;
Инундиты — отложения наводнений;
Тиллиты и морены – отложения ледников;
Импактиты – отложения ударных кратеров метеоритов.
Восстанавливает эрозионные и седиментационные события.
Среди морских отложений эрозионные события хорошо фиксируются появлением
образований твердого дна (хардграундов).
Следы вулканических извержений - пепловыми прослоями –бентонитами.

14.

Климатостратиграфический метод
1.Разработан для четвертичных отложений.
2.Основан на чередовании в четвертичном
периодерезких похолоданий (стадиалов или
оледенений) и потеплений (интерстадиалов или
межледниковий), что определяло смену литологофациальных и палеонтологических комплексов.

15.

Абсолютный возраст горных пород
Устанавливает время возникновения минералов и гонных
пород и геологических процессов в годах радиологическими
методами
Термин «абсолютный» считается устаревшим. Ряд исследователей дают другие
названия: ядерная геохронология, прикладная геохронология, изотопная геохронология,
например геохронология по данным абсолютного возраста, радиометрическое датирование и
др.
В основе метода лежит явление самопроизвольного радиоактивного распада, который по
Резерфорду и Содди (1903 г.) протекает по закону, описывающему ход мономолекулярной
реакции. В результате из материнского радиоактивного изотопа jR образуется радиогенный
изотоп дочернего элемента iD
iD
r
=
jR
0
∆rt
(e
-1)
где iDr — современная измеренные концентрация дочернего радиогенного изотопа, jRo —
современные измеренные концентрации материнского изотопа. ∆r — постоянная распада
атома jR.

16.

1.Используются радиоактивные элементы с постоянной скоростью радиоактивного
распада и длительными периодами полураспада (млн., млрд лет).
2.Такие радиоактивные элементы как
232Тh = 15170 млн лет
238U = 4510 млн лет
235U = 713 млн лет
могут дать объективные данные возраста даже самых древних пород.
3.Для определения возраста надо знать соотношение начального и конечного
элементов.
4.Радиоактивные минералы подвержены выветриванию (химическим изменениям),
метаморфизму, которые приводят к потере радиоактивных элементов и продуктов их
распада.
5.Может быть "омоложение" возраста породы без учета преобразований.

17.

Свинцовый метод
В основе лежит процесс радиоактивного распада
изотопов 235U,238U, 232Pb на изотопы свинца.
Используют минералы уранинит, монацит, ортит, циркон
(в гранитах, пегматитах и кварцевых жилах) при содержании в них более
1 % урана или тория.
Калий-аргоновый(аргоновый) метод
Изотоп 40К путем электронного захвата превращается в аргон:
40К + e— > 40Аг - за 1300 млн лет, аргон хорошо сохраняется в
кристаллической решетке минералов (биотит, мусковит, лепидолит,
калиевые полевые шпаты, роговая обманка, пироксены, сильвин,
глауконит).
Наиболее надежен по глаукониту, биотиту, мусковиту и по калиевым
полевым шпатам.

18.

Принципы исторической геологии
Геология — наука историческая, и важнейшей её задачей
является определение последовательности геологических
событий. Для выполнения этой задачи с давних времён
разработан ряд простых и интуитивно очевидных признаков
временных соотношений пород.
Принцип неполноты геологической летописи (Чарльз Дарвин)
-uеологическая летопись является неполной, и многие
исторические этапы развития планеты не зафиксированы в
виде горных пород.
Принцип фациальной дифференциации одновозрастных
осадочных толщ (принцип Гексли) – толщи одного и того же
возраста могут отличаться по облику, в зависимости от
условий, в которых они формировались. В одно и то же время
формируется целый фациальный ряд осадков.

19.

Правило Смита – одновозрастные осадки содержат
одни и те же или близкие остатки ископаемых
организмов.
Биостратиграфическое расчленение и корреляция
разрезов
основаны на правиле Смита + принцип Гексли –
ископаемые фауны и флоры сменяют друг друга в
определѐнном порядке.

20.

Принцип Н.А. Головкинского - В основе принципа лежит положение о
разновременности образования литологически однородных слоев,
установленное впервые Н.А. Головкинским (1868) в результате изучения
пермской формации Камско-Волжского бассейна.
Как вывод из своих исследований Н.А. Головкинский указал на
необходимость различения понятий о хронологическом,
стратиграфическом, петрографическом и палеонтологическом
горизонтах.
В каждой осадочной толще уверенно можно считать
одновозрастными лишь те осадки, которые простирались
параллельно береговой линии древнего бассейна.
Интрузивные взаимоотношения – представлены контактами интрузивных
пород и вмещающих их толщ. Обнаружение признаков таких
взаимоотношений (зоны закалки, даек и т. п.) однозначно указывает на то,
что интрузия образовалась позже, чем вмещающие породы.
Секущие взаимоотношения также позволяют определить относительный
возраст. Если разлом рвёт горные породы, значит он образовался позже,
чем они.

21.

22.

Принцип актуализма постулирует, что геологические
силы, действующие в наше время, аналогично работали и в прежние
времена. Джеймс Хаттон сформулировал принцип актуализма фразой
«Настоящее — ключ к прошлому».
Теория актуализма (или униформизма) есть принцип равнозначности
процессов и утверждает, что геологические процессы, которые мы
можем наблюдать в настоящее время являются такими же, которые
происходили и в отдалённые по времени геологические эпохи. Если, к
примеру, в ископаемых слоях обнаруживаются окаменевшие русловые
гряды, которые схожи с теми, что образуются в настоящее время или
в недалёком прошлом (рецентные), то это означает, что появились они
вследствие одинаковых геологических процессов.
Эти идеи были впервые изложены в 1795 году шотландским геологом
Джеймсом Хаттоном в его работе «Теория Земли» и позднее развиты
Чарлзом Лайелем в главном труде учёного «Принципы геологии»
(1830 год).

23.

Принцип суперпозиции заключается в том, что породы находящиеся в не
нарушенном складчатостью и разломами залегании, следуют в порядке их
образования, породы залегающие выше моложе, а те которые находятся ниже
по разрезу — древнее.
Принцип финальной сукцессии постулирует, что в одно и то же время в океане
распространены одни и те же организмы. Из этого следует, что палеонтолог,
определив набор ископаемых остатков в породе, может найти одновременно
образовавшиеся породы при условии сходных процессов формирования
горных пород.

24.

Этапы развития исторической геологии
I. Конец 17 века - делаются первые попытки обобщить геологические
знания в некоторую общую теорию Земли. Большинство учёных конца
17 - начала 18 веков придерживалось представления о существовании в
истории Земли всемирного потопа, в результате которого образовались
осадочные породы и содержащиеся в них окаменелости. Эти воззрения,
получившие название дилювианизма, разделяли английские
естествоиспытатели Р. Гук (1688), Дж. Рей (1692), Дж. Вудворд (1695),
швейцарский учёный И. Я. Шёйкцер (1708) и др.

25.

II. Вторая половина XVIII века – разработка элементарных
приёмов наблюдения и накопления фактического материала.
Исследования сводились главным образом к описанию свойств
и условий залегания горных пород. Но уже тогда появлялись
попытки объяснить генезис горных пород и вникнуть в суть
процессов, происходящих как на поверхности Земли, так и в
её недрах.
III. Середина XVIII века - века появляются геологические карты
(точнее, литолого-петрографические), сначала небольших
участков, а затем и крупных территорий. На этих картах
показывался состав горных пород, но не указывался возраст. В
России первой "геогностической" картой была карта
Восточного Забайкалья, составленная в 1789-94 Д. Лебедевым
и М. Ивановым.

26.

IV. Конец XVIII – начало XIX века - Рождение
геологии как науки. Устанавливается возможность
разделять слои земной коры по возрасту на
основании сохранившихся в них остатков древней
фауны и флоры. Позднее это позволило обобщить
и систематизировать разрозненные ранее
минералогические и палеонтологические данные,
сделало возможным построение
геохронологической шкалы и создание
геологических реконструкций.
1790 - английский учёный У. Смит составил "шкалу
осадочных образований Англии, а в 1815 составил первую геологическую карту Англии.

27.

Вторая половина XIX века:
1872 - Американский геолог Дж. Дана
выделил архейскую группу отложений,
первоначально охватывавшую весь докембрий.
1838 - Швейцарский геолог А. Грессли впервые
предложил все породы, образовавшиеся в
одинаковых условиях, объединять под названием
"фации". Учение о фациях разрабатывалось русским
геологом Н. А. Головкинским.
появляются первые представления о существовании
особо подвижных поясов земной коры геосинклиналей
Французский геолог М. Бертран и австрийский
геолог Э. Зюсс для территории Европы выделили
разновозрастные эпохи складчатости (каледонская,
герцинская и альпийская).

28.

Основные задачи современной геологии
Поиски и освоение невидимых с поверхности ("слепых", или
"скрытых") месторождений
Изучение земной коры и верхней мантии геофизическими методами
Изучение метаморфических и магматических образований, их состава,
строения и условий образования
Бурение сверхглубоких скважин
Исследование докембрийских толщ с позиций стратиграфии,
тектоники, минералогии, петрографии и размещения в них полезных
ископаемых
Изучение геологии дна морей и океанов (71% всей поверхности Земли)
Детальное изучение подземного тепла как возможного
энергетического ресурса будущего
Исследование эволюции внутренних и внешних геологических
процессов, определяющих закономерности распространения
минеральных ресурсов.
Сравнительное изучение Земли и других планет