Методы определения абсолютного и относительного возраста горных пород

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Прикладная геология»

 

 

 Допускаю к защите

 

                                       Руководитель                  доц.  Шульга В.В.

   И.О.Фамилия

 

 

Методы определения  абсолютного и относительного возраста горных пород.

наименование  темы

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

 

 

Геология и литология

16.0_.00.00

ПЗ

 

Выполнил студент группы НДбз-11- _________ _______________

                                                                      шифр            подпись               И.О.Фамилия

 

Нормоконтроль                                 __________         проф. А.П.Кочнев

                                                                                      подпись               И.О.Фамилия

Курсовая работа  защищена с  оценкой______________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2013 г.

 

План.

Введение

1. История развития методов определения абсолютного возраста Земли и отдельных этапов в истории ее становления.......................................................5
2. Геологическое время....................................................................................7
3. Методы определения абсолютного возраста горных пород..................8
4. Методы определения относительного возраста горных пород............14

Заключение.............................................................................................................21

Список использованных источников...................................................................22

Приложения...........................................................................................................23 

 

Введение.

Возраст Земли как планеты  по последним данным оценивается ~ 4,6 млрд. лет. Изучение метеоритов и лунных пород также подтверждает эту  цифру. Однако самые древние породы Земли, доступные непосредственному  изучению, имеют возраст около 3,8 млрд. лет. Поэтому весь более древний  этап истории Земли носит название до геологической стадии. Объектом же геологического изучения является история Земли за последние 3,8 млрд. лет, которая выделяется в ее геологическую  стадию.

Для выяснения закономерностей  и условий образования г.п. необходимо знать последовательность их образования  и возраст, т.е. установить их геологическую  хронологию.

Различают относительный возраст г.п. (относительная геохронология) и абсолютный возраст г.п. (абсолютная геохронология).

Установлением возраста г.п. занимается наука стратиграфия (лат. Stratum — слой).

Определение относительного возраста пород - это установление, какие породы образовались раньше, а какие — позже.

Относительный возраст  осадочных г.п. устанавливается с  помощью геолого-стратиграфических (стратиграфического, литологического, тектонического, геофизических) и биостратиграфических методов.

Абсолютная геохронология  устанавливает возраст г.п. в единицах времени. Определение абсолютного  возраста необходимо для корреляции и сопоставления биостратиграфических подразделений различных участков Земли, а также установления возраста лишенных палеонтологических остатков фанерозойских и долембрийских пород.

К методам определения  абсолютного возраста пород относятся  методы ядерной (или изотопной геохронологии) и не радиологические методы

Методы ядерной геохронологии  в наше время являются наиболее точными  для определения абсолютного  возраста г.п., в основе которых лежит  явление самопроизвольного превращения  радиоактивного изотопа одного элемента в стабильный изотоп другого. Суть методов  состоит в определении соотношений  между количеством радиоактивных  элементов и количеством устойчивых продуктов их распада в горной породе. По скорости распада изотопа, которая для определенного радиоактивного изотопа есть величина постоянная, количеству радиоактивных и образовавшихся стабильных изотопов, рассчитывают время, прошедшее с начала образования минерала (соотв. И породы).

Разработано большое число  радиоактивных методов определения  абсолютного возраста: свинцовый, калиево-аргоновый, рубидиево-стронциевый, радиоуглеродный  и др. (выше установленный возраст  Земли 4,6 млрд. лет не установлен с  применением свинцового метода).

 

 

 

1. История развития методов определения абсолютного возраста Земли и отдельных этапов в истории ее становления.

 

Относительная геохронология, как бы детально ни была она разработана, не дает реального  представления об истинной продолжительности  отдельных периодов и эпох, а также  о геологическом возрасте Земли  в целом. Вопросы об истинной продолжительности (в тысячах и миллионах лет) решает только абсолютная геохронология.

Начиная с XVIII в. ученые пытались использовать различные химические, физические, геологические и даже биологические явления для определения абсолютного возраста Земли и отдельных этапов в истории ее развития (подсчет накопления солей в океане, скорость образования осадков и их мощность, быстрота эволюции органического мира на Земле и др.). Однако эти попытки не принесли положительных результатов. Лишь в начале XIX в. геологи нашли способ определения абсолютного возраста горных пород, основанный на изучении процесса радиоактивного распада атомов некоторых элементов.

Процессы  радиоактивного распада протекают  самопроизвольно с постоянной скоростью, различной у разных элементов, причем эта скорость не зависит ни от температуры, ни от давления. Для каждого радиоактивного элемента экспериментальным путем  точно определена скорость распада (период полураспада). Зная количество исходного радиоактивного элемента и продуктов его распада в  горной породе, а также период полураспада, можно выяснить возраст этой горной породы. Расчет производят по специальным  формулам. В настоящее время для  определения абсолютного возраста горных пород используют данные, полученные в результате радиоактивного распада  урана, тория, калия, рубидия, углерода и некоторых других элементов. Все  эти элементы, кроме радиоактивного углерода, имеют длительные периоды  полураспада — в сотни миллионов  и миллиарды лет. В зависимости  от конечных продуктов распада различают  свинцовый, гелиевый, аргоновый и  стронциевый методы.

Свинцовый и гелиевый методы начали применять  раньше, чем другие. В их основе лежит процесс превращения радиоактивного урана и тория в инертный газ гелий и свинец

 

(U^{238 →}8Не⁴ + Pb²⁰⁶; U^235→7Не⁴ + РЬ²⁰⁷;

Th^232→6He⁴ + Pb²⁰⁸).

 

Для определения  абсолютного возраста используют минералы, содержащие более 1% урана или тория, встречающиеся в магматических  породах. Свинцовый метод употребляют  чаще, чем гелиевый, так как он точнее.

Аргоновый метод основан на распаде радиоактивного калия и превращения его в  инертный газ аргон (К^40→Аг⁴⁰). Он был разработан советскими учеными в 1949 г. и в настоящее время является основным. Этот метод можно применять для определения возраста магматических и осадочных пород, так как первичные калиевые минералы в большом количестве распространены в магматических (полевые шпаты, слюды) и осадочных породах (глауконит). В отличие от гелия аргон лучше сохраняется в кристаллической решетке минералов.

Стронциевый метод основан на радиоактивном  распаде рубидия (Rb^87→Sr⁸⁷). Этот метод применим только для определения возраста древних, докембрийских пород, так как период полураспада Rb⁸⁷ очень велик (50 млрд. лет).

Радиоуглеродный метод основан на изучении радиоактивного изотопа углерода С¹⁴ в растительной ткани (обычно в древесине). Этот изотоп образуется в атмосфере из азота N¹⁴ под воздействием космических лучей и усваивается живыми организмами. После отмирания организма.происходит распад С¹⁴ с определенной скоростью, что и позволяет определить абсолютный возраст захоронения организма и вмещающих его пород. Период полураспада С¹⁴ приблизительно равен 5,5—6 тыс. лет, поэтому этот метод используют для определения возраста молодых четвертичных отложений и в археологии (когда возраст объектов исследования не превышает 50—70 тыс. лет).

Радиометрические  методы определения абсолютного  возраста горных пород быстро развиваются  и совершенствуются, область их применения непрерывно расширяется. Наибольшую ценность они имеют для изучения древних, докембрийских отложений. В последние  годы широкое применение радиометрических методов привело к полному  пересмотру стратиграфии докембрия.

Несмотря  на большое значение, радиометрические методы все еще являются вспомогательными по ряду причин. Во-первых, невелика еще  точность определения (ошибки составляют 3—5%); во-вторых, далеко не во всякой горной породе можно найти минералы с  радиоактивными элементами; в-третьих, радиометрические методы весьма сложны и дорогостоящи. Указанные недостатки снимают ценность этих методов и  пока не позволяют сделать их универсальными рабочими методами геохронологии.

 

2. Геологическое время.

Стратиграфическая шкала. Стандартная шкала геологического времени (или геологическая колонка) - результат систематического изучения осадочных пород в разных районах земного шара. Поскольку большинство ранних работ проводилось в Европе, стратиграфическая последовательность отложений этого региона была принята в качестве эталона и для других районов. Однако в силу различных причин эта шкала имеет недостатки и пробелы, поэтому она постоянно уточняется. Шкала очень подробна для более молодых геологических периодов, но ее детальность существенно снижается для более древних. Это неизбежно, поскольку геологическая летопись наиболее полна для событий недавнего прошлого и становится более фрагментарной с увеличением возраста отложений. Стратиграфическая шкала основана на учете ископаемых организмов, которые служат единственным надежным критерием для межрегиональных корреляций (особенно дальних). Установлено, что некоторые ископаемые соответствуют строго определенному времени и поэтому считаются руководящими. Породы, содержащие эти руководящие формы и их комплексы, занимают строго определенное стратиграфическое положение. Значительно труднее проводить корреляции для палеонтологически немых пород, не содержащих ископаемых организмов.

Поскольку хорошо сохранившиеся раковины встречаются  только начиная с кембрийского периода (примерно 570 млн. лет назад), докембрийское  время, охватывающее ок. 85% геологической истории, нельзя изучить и подразделить столь же детально, как более молодые эпохи. Для межрегиональных корреляций палеонтологически немых пород используются геохимические методы датирования. В случае необходимости в стандартную стратиграфическую шкалу вводились изменения, отражающие региональную специфику. Например, в Европе выделяется каменноугольный период, а в США ему соответствуют два - миссисипский и пенсильванский. Повсеместно возникают трудности при корреляции местных стратиграфических схем с международной геохронологической шкалой.

Международная комиссия по стратиграфии помогает решать эти проблемы и устанавливает  нормативы для стратиграфической  номенклатуры. Она настоятельно рекомендует  использовать при геологической  съемке местные стратиграфические  подразделения, а для сравнения  сопоставлять их с международной  геохронологической шкалой. Некоторые  ископаемые имеют очень широкое, почти глобальное распространение, а другие - узко региональное. Эры - самые  крупные подразделения истории  Земли. Каждая из них объединяет несколько  периодов, характеризующихся развитием  определенных классов древних организмов. Массовое вымирание различных групп организмов происходило в конце каждой эры. Например, трилобиты исчезли в конце палеозоя, а динозавры - в конце мезозоя. Причины этих катастроф еще не выяснены. Это могли быть критические стадии генетической эволюции, пики космического излучения, выбросы вулканических газов и пепла, а также очень резкие изменения климата. Имеются доводы в поддержку каждой из этих гипотез. Однако постепенное исчезновение большого числа семейств и классов животных и растений к концу каждой эры и появление новых с началом следующей эры все еще остается одной из загадок геологии. Не увенчались успехом попытки связать массовую гибель животных на завершающих этапах палеозоя и мезозоя с глобальными циклами горообразования.

Определение относительного возраста пород - это установление, какие породы образовались раньше, а какие - позже.

Относительный возраст осадочных г.п. устанавливается  с помощью геолого-стратиграфических (стратиграфического, литологического, тектонического, геофизических) и биостратиграфических методов.

Приложение  №1

 

3. Методы определения абсолютного возраста горных пород.

Стратиграфический метод основан на том, что возраст слоя при нормальном залегании определяется - нижележащие их слои являются более древними, а вышележащие более молодыми. Этот метод может быть использован и при складчатом залегании слоев. Не может быть использован при опрокинутых складках.