Методы определения геологического возраста
Геологический возраст показывает, когда образовалась горная порода или произошло событие: извержение, складчатость, разлом, поднятие суши. Возраст определяют двумя основными способами: относительными методами устанавливают, что произошло раньше или позже, а абсолютные методы дают возраст в годах.
Что именно определяют
Геологический возраст — время, прошедшее от образования породы или события до настоящего момента. Для осадочных толщ часто сначала устанавливают их последовательность, а затем сопоставляют с другими разрезами. Важно различать возраст породы и возраст события: например, возраст слоя может быть больше возраста разлома, пересекающего этот слой.
Относительный возраст — положение породы или события в последовательности геологических событий без указания точного числа лет. Формулировки: «слой A древнее слоя B», «разлом моложе пород, которые он пересекает».
Абсолютный, или числовой, возраст — возраст, выраженный в единицах времени: годах, тысячах, миллионах лет. Его определяют главным образом радиометрическими методами, используя распад радиоактивных изотопов.
Поэтому слово «абсолютный» не означает идеальную точность. Результат всегда имеет погрешность, например \(120\pm3\) млн лет. Относительные методы обычно надёжно показывают порядок событий, а абсолютные позволяют привязать этот порядок к шкале времени.
Относительные методы: последовательность событий
Основа относительного датирования — стратиграфия, изучающая последовательность и строение слоёв. В ненарушенном осадочном разрезе нижние слои обычно древнее верхних. Это выражает закон суперпозиции. Однако при складчатости, опрокидывании или тектоническом перемещении положение слоёв нужно сначала правильно восстановить.
1) В ненарушенной толще осадочных пород нижний слой древнее верхнего. 2) Любое тело, пересекающее породу, моложе пересекаемой породы: дайка, жила или разлом моложе слоёв, которые она пересекает. 3) Включения древнее породы, в которую они попали. 4) Слой с одинаковым комплексом руководящих ископаемых можно сопоставить с таким же слоем в другом разрезе.
Метод пересекающих взаимоотношений особенно полезен для магматических тел и разломов. Если магматическая жила пересекает три слоя, она моложе всех трёх. Если затем разлом сместил жилу, разлом моложе жилы. Так строят относительную последовательность: слои → жила → разлом.
Биостратиграфический метод использует ископаемые организмы. Наиболее удобны руководящие ископаемые: они быстро распространились, существовали недолго и встречаются на большой территории. Одинаковые руководящие ископаемые в двух слоях указывают на близкий возраст этих слоёв, даже если расстояние между разрезами велико.
Относительное датирование не всегда даёт точный порядок для всех пород. Например, кристаллический массив без слоистости нельзя напрямую сравнивать с осадочным слоем только по его положению. В таком случае используют пересечения, включения, ископаемые остатки и радиометрические измерения.
Разлом пересекает известняк и гранитную жилу внутри известняка. Какое утверждение дұрыс?
Абсолютные методы и радиометрическое датирование
Абсолютный возраст чаще всего находят по содержанию радиоактивного изотопа и продукта его распада. Радиоактивный изотоп называют материнским, продукт распада — дочерним. За одинаковые промежутки времени распадается одна и та же доля материнских атомов, поэтому процесс описывается закономерностью, а не случайным значением для всей пробы.
Период полураспада \(T\) — время, за которое распадается половина исходного количества радиоактивного изотопа. Через один период остаётся \(1/2\) исходного количества, через два — \(1/4\), через три — \(1/8\).
Здесь \(N_0\) — исходное количество материнского изотопа, \(N\) — его количество сейчас, \(t\) — возраст образца, \(T\) — период полураспада. Если известно отношение оставшегося материнского вещества к исходному, возраст можно выразить так:
На практике измеряют не только остаток материнского изотопа, но и дочерний продукт, проверяют, не попали ли вещества извне и не покинули ли минерал после его образования. Поэтому радиометрический возраст наиболее надёжен для закрытой системы, в которой изотопы не обмениваются с окружающей средой.
| Метод | Что датируют | Особенность |
|---|---|---|
| Уран–свинец | Древние минералы магматических и метаморфических пород | Очень большой диапазон возраста |
| Калий–аргон | Вулканические породы и минералы | Подходит для многих древних извержений |
| Радиоуглеродный | Органические остатки | Используется для сравнительно недавнего прошлого; период полураспада около 5730 лет |
| Стратиграфический и палеонтологический | Последовательность слоёв и их сопоставление | Дают относительный возраст, а не число лет |
Не путайте период полураспада с временем полного распада: полного распада в математической модели не бывает. Не считайте, что любой радиоактивный метод подходит для любой породы: выбор зависит от минерала, возраста и сохранности образца. Нельзя автоматически считать верхний слой молодее нижнего, если разрез нарушен складкой или опрокинут.
Разобранный пример: вычисление возраста
В минерале осталось \(1/8\) исходного количества радиоактивного изотопа. Период его полураспада равен 10 млн лет. Определим возраст минерала.
Возраст минерала равен 30 млн лет. Если в есепке дана доля \(1/16\), прошло төрт периода; при периоде 10 млн лет возраст составил бы 40 млн лет.
Как объединяют методы
На экзамене обычно требуется не выбрать «лучший вообще» метод, а определить, какую информацию даёт каждый способ. Если нужно установить, какой слой древнее, применяют закон суперпозиции, пересекающие взаимоотношения или ископаемые организмы. Если нужно узнать число миллионов лет, используют радиометрический метод.
Методы дополняют друг друга. Например, радиометрическое датирование вулканического пепла может дать числовую границу возраста осадочной толщи. Если пепел залегает между двумя слоями, нижний слой древнее даты пепла, а верхний моложе этой даты. Так относительная последовательность получает абсолютную временную привязку.
Сначала определите, что сравнивается: слои, включения, жила, разлом или ископаемые. Затем найдите объект, который пересекает или включает другой: он моложе. Для радиометрической задачи установите, сколько периодов полураспада прошло, и умножьте это число на \(T\). В конце проверьте единицы времени и направление «древнее — моложе».
Быстрая проверка
Главное
- Относительные методы показывают последовательность событий, абсолютные — числовой возраст с погрешностью.
- В ненарушенном разрезе нижние слои древнее верхних; пересекающая жила или разлом моложе пересекаемых пород.
- Руководящие ископаемые помогают сопоставлять слои на расстоянии и устанавливать их относительный возраст.
- Радиометрический метод основан на распаде изотопов и периоде полураспада: \(N=N_0(1/2)^{t/T}\).
- Чтобы решить задачу, определите тип метода, установите порядок событий или число периодов полураспада и проверьте единицы.