Тема лекции: Возраст горных пород и методы его определения. Геохронологическая и стратиграфическая шкалы. Тектоника литосферных плит – современная геологическая теория

Одной из главных задач геологии является воссоздание истории развития Земли и ее отдельных регионов. Геологические события запечатлеваются в горных породах. На основе определения возраста горных пород можно восстановить историю развития конкретного региона. Существуют методы определения относительного и абсолютного возраста горных пород.

Методы определения относительного возраста пород основаны на сравнительном анализе слоев осадочных отложений и на выявлении среди них более молодых или более древних методы абсолютной геохронологии определяют возраст пород в единицах времени.

Основными методами определения возраста горных пород являются стратиграфический, петрографический и палеонтологический. Страграфический метод основан на изучении последовательности слоев осадочных пород, залегающих в ненарушенном виде, и исходит из принципа: нижерасположенный слой древнее вышележащего слоя. Петрографический метод основан на сопоставлении и увязывания слоев горных пород по характерным особенностям их состава и строения. Этот метод уверенно применяется для ближайших разрезов и становится ненадежным в удаленных разрезах.

Палеонтологический метод основан на изучении окаменелых остатков животных и растительных организмов, живших в прошлые геологические эпохи и захороненных в толщах осадочных пород. Органическая жизнь в ходе геологической истории развивалась постепенно – от простейших форм до высокоорганизованных организмов. Поэтому в древних пластах земной коры обнаруживаются остатки более просто устроенных организмов, а в более молодых – остатки более совершенных по своему строению организмов.

В результате изучения состава пород, их последовательности и ископаемых остатков древних организмов была разработана стратиграфическая и соответствующая ей геохронологическая шкала. В 1881г. на II Международном геологическом конгрессе в г. Болонье были утверждены основные подразделения совмещенных стратиграфической (для разделения слоистых осадочных пород) и геохронологической шкал.К настоящему времени создана единая геохронологическая шкала, отражающая историю развития земной коры. В геохронологической шкале приняты следующие временные и соответствующие им стратиграфические подразделения: геохронологические – эон, эра, период, эпоха, век; стратиграфические – эонотема, эратема (группа), система, отдел, ярус. Наиболее длительным по времени является эон (греч.- длительный промежуток времени). В геологической истории Земли выделяется три эона: архей (греч. «археос» - древнейший), протерозой (греч. «протерос» - первичный), и фанерозой (греч. «фанерос» - явный). Весь огромный отрезок геологического времени (более 3,2 млрд. лет) и комплексы пород, соответствующие архею и протерозою, часто объединяют под общим названием докембрий. Архейский эон разделяется на две: ранний и поздний архей. Протерозойский эон – также на две: ранний и поздний протерозой. В позднем протерозое выделяют рифей (название произошло от древнего названия Уральских гор) и вендский период. Фанерозойский эон подразделяется на палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры и состоит из 12 периодов. Название периодов и соответствующих их систем даны либо по названию местности, где они впервые были выделены и описаны (кембрийский, девонский, пермский, юрский), либо по имени племен, населявшим ту или иную территорию (ордовикский, силурийский), либо по характерным особенностям отложений (каменноугольный, меловый). Индексы (символы) систем (периодов) обозначаются по первой букве латинской транскрипции. Для изображения и удобства чтения возраста слоев на геологических картах каждой системе присвоен определенный цвет. Периоды (системы) делятся на эпохи (отделы). Их бывает 3 с соответствующими названиями: ранняя (нижний), средняя (средний), поздняя (верхний) или 2 - ранняя (нижний), поздняя (верхний). Индексы отделов (эпох) отвечают индексам соответствующих систем с добавлением цифр справа внизу – 1,2,3. Например: К₁ – нижний мел, К₂ – верхний мел. Цветовое обозначение отделов соответствует принятому для системы, но для более нижних отделов применяются более темные оттенки, чем для верхних. Следующими единицами геохронологической и стратиграфических шкал являются соответственно век и ярус. Названия векам и ярусам присваиваются географические.

Абсолютная геохронология – измерение геологического времени, выраженного в обычных абсолютных астрономических единицах – годах. Абсолютная геохронология определяет время образования минералов и горных пород и по их возрвсту определяют возраст геологических событий. Определение абсолютного возраста горных пород основано на радиоактивном распдде урана, калия, и ряда других элементов и получило название радиологических. Различают уран-торий-свинцовый (уран-свинцовый), калий-аргоновый, радиоуглеродный,рубидий-стронциевый и другие. На основании радиологических методов определены продолжительность геологических эр и периодов, времени их начала и конца. По совокупности данных возраст Земли принимается равным 4,6 млрд лет.

Тектоника литосферных плит – современная геологическая теория. В 50-е годы XX столетия в результате интенсивных геологических и геофизических исследований были получены новые данные, что позволило создать теорию тектоники литосферных плит. Это было обусловлено рядом новых открытий, сделанных геологами и геофизиками при изучении дна Мирового океана. Была открыта мировая система срединно-океанических хребтов, осложненных в осевой части рифтовыми долинами, заполненными молодыми базальтами. Было подтверждено коренное отличие океанской коры от континентальной и обнаружено, что океанская кора характеризуется магнитными аномалиями, параллельными осям срединных хребтов и расположенными симметрично по отношению к ним. Открытие явления палеомагнитизма – сохранение породами ориентировки магнитного поля времени их образования (застывания для магматических, осаждения для осадочных пород) привело к разработке нового научного направления. В результате этих открытий в 1961-1963 годах было сформулировано представление о новообразовании океанов в процессе их расширения – спрединга, начиная от осей срединных хребтов, и заполнения базальтовой магмой, изливающейся в рифтовых щелях. В 1967-1968 годах представление о спрединге, рождающем новую океанскую кору, было дополнено о ее субдукции – поглощении в глубоководных желобах, окаймляющих вулканические островные дуги. Поглощение это происходит вдоль наклонных сейсмоактивных зон, уходящих глубоко в мантию Земли. Уточнение эпицентров землетрясений показало, что литосфера разделена на небольшое число относительно жестких и монолитных плит, на границах которых сосредоточена почти вся тектоническая, сейсмическая и вулканическая активность планеты. Все эти достижения создали почву для разработки более широкой мобилистской концепции тектогенеза, охватывающей не только океаны, но и весь земной шар. В итоге родилась новая концепция, получившая название тектоники литосферных плит, завоевавшая широкую популярность и подтверждение, принесшее ей впервые в истории геологии статус научной теории. Ее основные положения сводятся к следующему: 1) литосфера Земли, включающая кору и самую верхнюю часть мантии, подстилается более пластичной, менее вязкой оболочкой – астеносферой; 2) относительно жесткая и хрупкая литосфера разделена на ограниченное число крупных, несколько тысяч километров в поперечнике и среднего размера (около 1000км) монолитных плит, разграниченных швами, вдоль которых происходит их относительное перемещение; 3)перемещения литосферных плит относительно друг друга может быть трояким - а) раздвиг (спрединг) с заполнением образующегося зияния новой корой океанского типа; б) поддвиг (субдукция) океанской плиты под континентальную с возникновением над зоной субдукции вулканической дуги или окраинно-континентального вулкано-плутонического пояса; в) скольжение одной плиты относительно другой вдоль трансформных разломов, поперечных к осям срединных хребтов; 4) перемещение литосферных плит по поверхности астеносферы подчиняется теореме Эйлера, согласно которой их траектория должна представлять дугу окружности, проведенной относительно оси, проходящей через центр Земли; 5) в масштабе Земли в целом спрединг компенсируется субдукцией, то есть сколько за данный промежуток времени рождается новой океанской коры, столько же более древней океанской коры поглощается в зонах субдукции, благодаря чему объем Земли остается неизменным; 6) перемещения литосферных плит происходит под действием конвективных течений в мантии, включая астеносферу. Под осями раздвига срединных хребтов образуются восходящие течения, они превращаются в горизонтальные на периферии хребтов и в нисходящие в зонах субдукции на окраинах континентов. Эти положения позволили объяснить широкий круг геологических явлений: тектонические движения и деформации, включая образование складчато-надвиговых горных систем и проявления регионального метаморфизма, а также разнообразие магматических, осадочных пород и заключенных в них полезных ископаемых.