Геохронология

Разделы:

Геохроноло́гия (от др.-греч. γῆ — земля + χρόνος — время + λόγος — слово, учение) — комплекс методов определения возраста пород или минералов с целью определения временной последовательности их образования. Задачей науки также является определение возраста Земли как космического образования. С этих позиций геохронологию можно рассматривать как часть общей планетологии.

Содержание

История

Основные вехи развития геохронологии

В 1658 году ирландский англиканский архиепископ Джеймс Ашшер издал «Анналы Ветхого Завета» (англ. The Annals of the Old Testament from the Beginning of the World), где на основе изучения Библии определял дату сотворения мира как 23 октября 4004 года до н. э. Эта дата стала предметом многих теологических споров, а в последующем даже популярной цитатой для критиков религии, однако труд Ашшера примечателен как одна из первых попыток определить возраст Земли при помощи достаточно строгих методов («прямых или косвенных синхронизмов с римскими датами»).

Ещё в XVIII веке никто не задумывался над «возрастом горных пород»,[1] однако методы будущей науки уже разрабатывались любителями геологии. Так Николас Стено [2] впервые (1669) сформулировал положение, которое в настоящее время играет роль закона: в разрезе нормально залегающие отложения отражают последовательность геологических событий, хотя понятие «нормально залегающие» точно не сформулировано. Вильямс Смит (1769—1839) определял степень одновозрастности слоёв пород по окаменелостям. Эти вопросы поднимал М. В. Ломоносов (1763).[3]

Дальнейшее развитие методов определения возраста полностью опиралось на анализ различных окаменелостей, пока в 1896 году французский химик Антуан Анри Беккерель (1852—1908) случайно не открыл «лучи Беккереля», позже переименованные Марией Кюри (1867—1934) в радиоактивное излучение. Тем самым были заложены основы главного в последующие годы метода определения возраста — ядерную, или абсолютную, геохронологию. Эрнест Резерфорд (1871—1937) провёл в 1907 году первые опыты по определении возраста минералов при изучения радиоактивных урана и тория [4] на основе созданной им совместно с Фредериком Содди (1877—1956) теории радиоактивности. В 1913 году Содди ввёл понятие об изотопах, а в 1920 году предсказал, что изотопы можно использовать для определения геологического возраста горных пород.[5]В 1928 году Ниггот реализовал, а в 1939 году A. O. К. Нир (1911—1994) создал первые уравнения для расчёта возраста и применил масс-спектрометр для разделения изотопов. С этих пор метод «ядерной геохронологии» стал основным в решении задач, связанных с определением последовательности осуществления геологических событий.

Геохронология в СССР

В СССР инициатором радиологических исследований был В. И. Вернадский (1863—1945). Его начинания продолжили В. Г. Хлопин (1890—1950), И. Е. Ста́рик (1902—1964), Э. К. Герлинг (1904—1985). При решении возрастных задач создавались различные методы, включающие изучения изотопов Pb, K, Ar, Sr, Rb и др., получившие самостоятельные названия — уран-свинцовый, свинец-свинцовый, калий-аргоновый,[6] рубидий-стронциевый.[7][8] Эти методы являются наиболее распространёнными. Для координации геохронологических исследований в 1937 году была создана Комиссия по определению абсолютного возраста геологических формаций при АН СССР. В это же время[9] интенсивно развивается радиоуглеродный метод (определение возраста в пределах 60 000 лет), заложивший строгую основу в датировании четвертичных отложений и развитии дендрохронологии. Другие методы радиоактивного определения возраста, например, ксеноновый,[10]самарий—неодимовый (по 147Sm →143Nd + He), рений—осмиевый, по трекам, люминесцентный и др., не получили широкого распространения.[источник не указан 3390 дней]

Проведённые исследования сыграли значительную роль в развитии геологии. Непосредственным результатом этих исследований стало первое построение в 1947 году англичанином Артуром Холмсом (1890—1965) «общей шкалы геологического возраста».[11] Далее она систематически уточнялась; уточнённая геохронологическая шкала приводится в многочисленных работах.[12]

В развитии геохронологии выделяются два весьма различающихся способа подхода к решению задачи, широко используемых до настоящего времени:

Методы определения относительного возраста геологических образований;
Методы абсолютной геохронологии.

Относительный возраст горных пород

Основная статья: Относительный геологический возраст

Палеонтологический метод

Основная статья: Руководящие ископаемые

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.

Абсолютный возраст горных пород

Термин «абсолютный» считается устаревшим. Название метода — условное, приведено только как антоним заголовку предыдущего раздела. Ряд исследователей дают другие названия: ядерная геохронология,[13] прикладная геохронология,[14] изотопная геохронология, например геохронология по данным абсолютного возраста, радиометрическое датирование и др.[15] Все эти синонимы не определяют сущность геохронологии, а косвенно отражают только методы проведения исследований.

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

iDr=jRo(eλrt−1){displaystyle ^{i}mathrm {D} _{r}=^{j}mathrm {R} _{o}(e^{lambda _{r}t}-1),}

^{{i}}{mathrm {D}}_{{r}}=^{{j}}{mathrm {R}}_{{o}}(e^{{lambda _{{r}}t}}-1),

где iDr — современная измеренная концентрация дочернего радиогенного изотопа, jRo — современные измеренные концентрации материнского изотопа. λr — постоянная распада атома jR.

См. также

Примечания

↑ Всё о Земле. Определение возраста горных пород.
↑ Белоусов В. В., Николаус Стено — сновоположник геотектоники, «Природа», 1938, № 5:
↑ Ломоносов М. В. О слоях земных и другие работы по геологии.- М.-Л.: Госгеолиздат, 1949. 209 с.
↑ Олейников А. Н. Геохимические часы. Л.: Недра. 1987
↑ Арнолд К. Р., Айэва Ф. Дж., Берсма М. Дж. и др. Премия по химии // Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия = Nobel Prize Winners / Под ред. Т. Уоссона. — М.: Прогресс, 1992 [1987]. — ISBN 5-01-002539-6.
↑ G. J. Wasserburg et al., 1955; Э. К. Герлинг и др., 1955, 1957, 1961; Г. Фор и Д. Пауэл, 1974; А. С. Батырмурзаев и др., 1982 и т. д.
↑ L. O. Nikolaysen, 1961; W. Compston, P. M. Jeffery, 1959, 1961, 1962; Э. Йегер, 1964, 1984; и др.
↑ Шуколюков Ю. А. И др. Графические методы изотопной геологии. М.: Наука, 1974
↑ В 1946 году американский физико-химик Уиллард Либби (1908—1980) предложил метод определения возраста биологических останков, предметов и материалов биологического происхождения путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа 14C по отношению к стабильным изотопам углерода (Нобелевская премия по химии, 1960).
↑ Шуколюков Ю. А. Изотопы ксенона в монацитах.//Геохимия, 1963, 6, С.549 — 551
↑ Олейников А. Н. Геохимические часы. Л.: Недра. 1987.
↑ См., например, Короновский Н. В. Общая геология. М.:КДУ, 2006. ISBN 5-98227-075-X
↑ Старик И. Е. Ядерная геохронология, М.—Л., 1961
↑ Гамильтон Е. И. Прикладная геохронология. Л., 1968.
↑ Изотопная геохронология процессов магматизма, рудообразования, осадконакопления и метаморфизма. / Материалы III Всероссийской конференции по изотопной геохронологии. М.: ГЕОС, 2006