Найдены строматолиты возрастом 3,7 млрд лет — древнейшие следы жизни на Земле. Наиболее древними породами являются
Найдены строматолиты возрастом 3,7 млрд лет — древнейшие следы жизни на Земле
Австралийские ученые вместе с коллегой из Англии, продолжив свои многолетние исследования осадочных пород зеленокаменного пояса Исуа в Гренландии, нашли недостающее доказательство существования древнейшей микробной жизни. В новом местонахождении, открывшемся на месте растаявшего ледника, они обнаружили слоистые структуры, по форме и элементному составу сходные с известными строматолитовыми постройками архея. Их возраст составляет 3,7 млрд лет, и это самые древние из известных на сегодня свидетельств жизни.
Новое сообщение о древнейших следах земной жизни опубликовали в свежем выпуске журнала Nature специалисты из нескольких университетов Австралии вместе с геологом из Оксфорда Кларком Френдом (Clark R. L. Friend). Продолжив свои многолетние исследования зеленокаменных пород формации Исуа (см. Isua Greenstone Belt) в Гренландии, ученые нашли недостающее доказательство существования микробной жизни в архейском море Исуа. Формация Исуа в Гренландии хорошо знакома всем, кто интересуется проблемами становления земной жизни.
Ранние следы жизни следует искать в осадочных породах, ведь в вулканических или метаморфических породах органическое вещество в принципе не сохраняется. Проблема в том, что сами осадочные породы, оставшиеся в неизменном состоянии с древнейших времен, должны быть чрезвычайно редки. Обычно они погребены под последующими наслоениями осадков или в ходе субдукции геологических блоков погружаются вглубь коры и мантии, подвергаясь действию высоких давлений и температур, из-за чего начинаются химические реакции и изменяются первичные характеристики исходных пород. Так что от тех древнейших времен до нас доходят — увы — материалы, сильно переработанные и химически, и структурно. Реконструировать их первоначальный вещественный состав весьма непросто, если вообще возможно. Но всё же вероятность сохранения малоизмененных пород не равна нулю, и на Земле есть несколько мест, где такие исходные осадочные породы сохранились. Среди них — как раз формация Исуа, самые старые породы которой имеют возраст 3,8–3,7 млрд лет, и, например, группа Пилбара в Австралии возрастом 3,5–3,4 млрд лет и моложе. В этих местах (и в некоторых других — например, в Южной Африке), ученые ведут поиск самых древних следов жизни. Формация Исуа во главе этой эстафеты, ведь именно там сохранились самые древние почти не измененные осадочные породы.
Какие в принципе нужны основания для заявлений вроде «здесь была жизнь»? Во-первых, должны присутствовать осадочные прослои, которые к тому же сформированы при сравнительно низких температурах и давлениях, и для которых можно надежно определить абсолютный возраст. Во-вторых, может выявиться фракционирование изотопов углерода и серы, то есть элементов, вовлеченных в любую биологическую жизнедеятельность. В-третьих, могут найтись минералы, образованные с микробным участием. В-четвертых, интересно резкое увеличение количества некоторых элементов, ассоциированных с микробной деятельностью. В-пятых, могут присутствовать образования, внешне напоминающие биологические объекты. Обнаружив хотя бы одно из этих проявлений (а еще лучше, если сразу несколько!), специалист имеет право предполагать наличие жизни.
С 1996 года, когда в осадочных графитовых зернах из апатитов Исуа были найдены следы фракционирования изотопов углерода, утвердилось мнение, что именно это и есть древнейшее свидетельство земной жизни. Позже заключения по изотопному фракционированию углерода в Исуа были подвергнуты критике, так как те графитовые зерна имеют широкий диапазон изотопного состава, а сами минералы, которые послужили материалом для исследования, по всей видимости, не осадочного происхождения (J. S. Mayers, 2001. Protoliths of the 3.8–3.7 Ga Isua greenstone belt, West Greenland). В результате принятые датировки видимых свидетельств жизни «омолодились» на сотни миллионов лет. Древнейшими безоговорочными свидетельствами жизни были признаны микрофоссилии формации Онвервахт (Onverwacht, ЮАР, возраст 3,5 млрд лет), формации Варравуна (Warrawoona, Западная Австралия, 3,5–3,3 млрд лет), а также разнообразная микробиота формации Дрессер (Dresser, Западная Австралия, 3,48 млрд лет).
Нужно подчеркнуть, что исследователи формации Исуа не останавливали свои исследования, и несмотря на многолетний скепсис продолжали искать в древнейших породах Гренландии остатки жизни. Тщательное определение возраста цирконов в различных стратиграфически последовательных блоках формации убедительно показало возраст 3,71–3,69 млрд лет. Затем команда австралийцев (среди них и авторы новой публикации) опубликовала новые доказательства осадочного происхождения некоторых пород Исуа — потребовалось детальное картирование для нахождения источника осадков.
Вскоре нашлись и свидетельства низкотемпературной переработки минералов, слагающих эти осадочные породы. Слои доломита и кварца при температурах выше 550оС преобразуются в тремолит, а тут тремолит вовсе не доминировал в прослоях. Это означало, что температура соответствовала условиям сохранения исходных пород. Были измерены элементные спектры осадочных слоев. И в них, как это характерно и для осадков современных и древних морских мелководий, было повышено содержание иттрия и лантана. Значит, в этом месте была морская вода, а не суша и не пресные лужи.
Таким образом, потребовалось около десятка лет, чтобы с фактами отстоять осадочную природу некоторых участков зеленокаменного пояса Исуа (Isua Greenstone Belt). Можно было снова переходить к поиску следов жизни в этом облюбованном и «выстраданном» месте. В этом ключе было выдвинуто не лишенное смысла предположение, что доломит, слагающий осадочные слои Исуа, может быть биологического происхождения (к данным по фракционированию углерода для доказательства жизни, кстати, так и не возвратились). Происхождение доломитов при относительно низких температурах не имеет четкого химического объяснения, и одной из обоснованных гипотез служит бактериально опосредованное его формирование. Так что ученые заключили, что раз имеется такой доломит, то, возможно, жизнь сыграла здесь не последнюю роль.
Однако все эти обстоятельства слишком косвенные, поэтому во всех своих публикациях ученые говорили лишь о подходящих условиях для жизни и о ее возможном присутствии. И вот, при обследовании выхода пород, недавно открывшихся из-под растаявшего ледника, были найдены слоистые структуры: доломит и кварцитового доломита. И по границам некоторых доломитовых слоев выявились четкие гетерогенные неровности. Они имели волнообразную или конусовидную асимметричную формы, чрезвычайно похожие на те строматолитовые постройки, которыми знаменита формация Дрессер и другие палеоархейские микробиальные образования.
Из-за схожести по форме и слоистости с безусловными строматолитами более молодого возраста эти структуры также были признаны строматолитами. А с учетом доказанной осадочной природы вмещающих пород и низкой температуры при их дальнейшей трансформации, они получают надежное фактологическое обоснование. Таким образом, мы теперь можем снова вернуть формации Исуа переходящий вымпел древнейших осадочных пород со следами жизни — их возраст 3,7 млрд лет.
Стоит, однако, при этом не забывать, что данная работа — всего лишь начало нового витка исследований ископаемой жизни в этих интереснейших местонахождениях. Сомнения и вопросы относительно биологической природы строматолитоподобных образований в Исуа у специалистов наверняка скоро появятся. Например, в этих образованиях пока не обнаружено определенных следов фракционирования изотопов углерода. Наверное, нужны дополнительные измерения по другим образцам. Также, в этих образованиях, в отличие от строматолитов формации Дрессер, пик иттрия существенно ниже — хорошо бы понять причину отклонения. Наиболее придирчиво скептики отнесутся к обсуждению доказательств низкотемпературной природы минералов, слагающих слоистые структуры. Но им нужно будет теперь учитывать существенно более тщательно проработанный и богатый материал, чем раньше.
Источник: Allen P. Nutman, Vickie C. Bennett, Clark R. L. Friend, Martin J. Van Kranendonk & Allan R. Chivas. Rapid emergence of life shown by discovery of 3,700-million-year-old microbial structures // Nature. 2016. DOI: 10.1038/nature19355.
Елена Наймарк
elementy.ru
Геологическая история Земли в до
Докембрий как древнейший этап
геологического развития
Геологическая история Земли, начинающаяся с архейской эры чрезвычайно длительна
и сложна. О более ранней догеологической истории Земли ученые высказывают только
гипотезы. Предполагают, что до архейской существовали по крайней мере две эры:
начальная и ранняя. Начальная эра являлась эрой космической жизни Земли. По
современным воззрениям, наша планета представляла собой газово-пылевое облако и
не имела еще коры. В последующую эру возникла тонкая и непрочная первичная
земная кора, состоящая из вулканических пород. Эту эру раннего существования
земной коры часто называют «лунной», так как она характеризовалась грандиозным
развитием вулканических процессов, следы которых в застывшем виде сохранились на
Луне в виде кратеров, огромных лавовых потоков и других вулканических форм. В
«лунную» эру возникла первичная атмосфера, сильно отличавшаяся от современной.
Рубежи «лунной» эры довольно четки: ее начало связывают с образованием первичной
земной коры, а конец — с возникновением гидросферы.
Архейская эра является древнейшей из собственно геологических эр. В ее начале
возникли первые водоемы, в которых начали накапливаться осадки, из них
образовались древнейшие осадочные породы. Пока неизвестно, когда появились
первые осадочные породы, ведь даже самые древнейшие из них, найденные человеком,
образовались за счет разрушения каких-то еще более древних горных пород. Поэтому
начало архейской эры, а следовательно, и всей геологической истории Земли
принимают условно — по возрасту наиболее древних осадочных пород, известных в
настоящее время на Земле. Таковыми являются горные породы Юго-Западной
Гренландии, возраст которых оценивается в 3,76—3,98 млрд. лет (установлено
стронциевым методом).
Геологическая история Земли, насчитывающая более 4 млрд. лет, делится на два
неравных этапа. Первый из них — докембрийский, охватывающий архейскую и
протерозойскую эры, продолжался примерно 3,5 млрд. лет. Второй этап, включающий
палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры, длился 570 млн. лет. Геологическая
история Земли восстановлена для первого, докембрийского этапа гораздо хуже, чем
для второго. Поэтому описанию архейской и протерозойской эр отведено значительно
меньше места, чем палеозойской, мезозойской и кайнозойской эрам.
Геологическая история Земли восстановлена в достаточной степени только для
территории современных материков. Для океанических впадин при помощи имеющихся
методов историко-геологических исследований восстановить геологическую историю
пока невозможно; имеются лишь предположения, высказанные в общих чертах. Поэтому
описание геологической истории Земли будет проведено для территорий современных
материков.
Докембрием называют древнейший этап геологического развития Земли, охватывающий
архейскую и протерозойскую эры. В течение этого этапа образовались все породы,
залегающие ниже кембрийских отложений, поэтому его и называют докембрием.
Докембрийский этап сильно отличается от всех более поздних этапов —
палеозойского, мезозойского и кайнозойского. Главными особенностями докембрия
являются следующие:
1. Весьма большая продолжительность. Ранее уже было отмечено, что длительность
архейской эры оценивается примерно в 1,5 млрд. лет, а протерозойской превышает 2
млрд. лет. Длительность докембрия в 6 раз больше всей последующей истории Земли
(от начала палеозойской эры до наших дней прошло 570 млн. лет). За это огромное
по продолжительности время на Земле, несомненно, произошло очень много важных
событий, которые настолько отдалены от нашего времени, что их трудно
расшифровать современными методами исторической геологии.
2. Органический мир докембрия очень скупо представлен палеонтологическими
остатками. В архейскую эру органический мир только зарождался, и мы не имеем о
нем даже приблизительного представления. В протерозойскую эру (особенно в ее
конце) органический мир был уже сравнительно богат и разнообразен, но ископаемые
органические остатки в породах протерозоя встречаются очень редко. Это связано с
тем, что в докембрии обитали мягкотелые бесскелетные организмы, которые не
образовывали окаменелостей, и очень редко встречаются в ископаемом состоянии, да
и то лишь в виде отпечатков. Поэтому для докембрия нельзя применить ни
палеонтологические методы определения относительного возраста горных пород, ни
биономический анализ для восстановления физико-географических условий (кроме
пород верхнего протерозоя).
3. Подавляющее большинство докембрийских горных пород в той или иной степени
изменены, метаморфизованы. Как правило, чем древнее порода, тем сильнее она
метаморфизована. Особенно сильно метаморфизованы древние архейские и
нижнепротерозойские породы. В процессе метаморфизма многие докембрийские
отложения были настолько сильно изменены, что восстановить условия их
первоначального образования крайне трудно. Как и все более молодые,
докембрийские отложения по своему происхождению состоят из осадочных и
магматических горных пород, метаморфизованных после своего формирования. Только
изучение этих метаморфических пород под микроскопом позволяет установить, были
ли они первоначально осадочными или магматическими. Осадочные породы превращены
в гнейсы, кристаллические сланцы, мраморы, кварциты. Гнейсы и кристаллические
сланцы произошли за счет глубокого метаморфизма различных глинистых,
песчано-глинистых и вулканических горных пород; мраморы — за счет метаморфизма
карбонатных пород — известняков и доломитов; кварциты — за счет метаморфизма
различных по составу песчаников. Магматические горные породы в процессе
метаморфизма были превращены в различные по составу гнейсы и кристаллические
сланцы. Например, граниты стали гранитогнейсами, приобрели полосчатую структуру,
свойственную всем метаморфическим породам. Гнейсы, происшедшие за счет
магматических пород, называют ортогнейсами, за счет осадочных — парагнейсами.
4. Большинство докембрийских горных пород смято в очень сложные складки. Это
относится главным образом к наиболее древним, архейским и нижнепротерозойским,
породам, которые испытали многократно повторявшиеся процессы складкообразования.
Поэтому условия залегания докембрийских пород очень сложные, они интенсивно
перемяты и передроблены. Все это сильно усложняет восстановление тектонических
движений в докембрии.
5. Физико-географическая обстановка в докембрии отличалась не только от
современной, но и от той, которая существовала в мезозое и палеозое. В архейскую
эру уже существовала гидросфера и шли процессы осадкообразования, но атмосфера
Земли еще не имела кислорода, его накопление было связано с жизнедеятельностью
водорослей, которые только в протерозое завоевывали все большие и большие
пространства океанического дна, постепенно обогащая атмосферу кислородом.
Процессы осадконакопления находятся в прямой зависимости от
физико-географических условий; в докембрии эти условия имели свои специфические
черты, во многом отличные от современных. Так, например, среди докембрийских
горных пород часто встречаются железистые кварциты, кремнистые породы,
марганцевые руды и, наоборот, совершенно отсутствуют фосфориты, бокситы,
соленосные, угленосные и некоторые другие осадочные отложения.
Все указанные особенности докембрия сильно затрудняют восстановление его
геологической истории. Значительные трудности возникают и при определении
возраста горных пород. Для этой цели используют непалеонтологические методы
определения относительного возраста горных пород и методы определения их
абсолютного возраста. Исключительное значение для установления возраста
докембрийских горных пород имеют радиометрические методы определения абсолютного
возраста. Особенно широко их стали применять в последние 15—20 лет, что
позволило провести пересмотр стратиграфии докембрия. Давно используют
непалеонтологические методы определения относительного возраста горных пород:
стратиграфический, минералого-петрографический и тектонический.
Палеонтологические методы стали применять только в последние годы для самых
молодых, верхнепротерозойских отложений. Для этих отложений применяют и
фациальный анализ.
Для докембрия не выработаны еще единые международные геохронологические и
стратиграфические подразделения. Принято выделять две эры (группы) — архейскую и
протерозойскую, границу между которыми зачастую провести нелегко. При помощи
радиометрических методов установлено, что эта граница проходит на рубеже 2600
млн. лет. Протерозойскую эру (группу) обычно подразделяют на 2 подэры
(подгруппы), более мелкие подразделения являются местными региональными.
Органический мир
В докембрии существовали организмы, лишенные скелетных образований. Большинство
из этих мягкотелых организмов не сохранилось в ископаемом состоянии, что не
позволяет палеонтологам восстановить органический мир докембрия. По редким
находкам бесспорно установлено, что в архее уже существовали простейшие
одноклеточные растительные организмы, а в конце протерозоя обитали представители
большинства типов животных. Это свидетельствует о длительном и сложном процессе
эволюции органического мира в докембрии, который ученые пока еще не в состоянии
проследить.
Последние данные, полученные при изучении архейских пород под микроскопом,
показали, что «рубеж жизни» опустился почти до 3,5 млрд. лет. Крайне
немногочисленные палеонтологические находки из архейских пород, которые пока еще
трудно расшифровать, известны из Африки, Северной Америки, Австралии и
европейской части России. Наиболее древние из них (3,2—3,4 млрд. лет) происходят
из Южной Африки, где обнаружены мельчайшие шаровидные тельца, принадлежащие,
по-видимому, простейшим одноклеточным растительным организмам. В более молодых
архейских породах Южной Африки (3 млрд. лет) найдены в виде известковых корок
самые древние строматолиты — продукты жизнедеятельности сине-зеленых водорослей.
В древнейших породах на Украине (3,1 млрд. лет), обнаружены микроскопические
округлые образования, возможно, органического происхождения. Жизнь зародилась в
архее еще в условиях бескислородной атмосферы.
В раннем протерозое (2,6—1,6 млрд. лет) продолжали свое развитие простейшие
одноклеточные животные и сине-зеленые водоросли. Органических остатков из
отложений этого времени известно немного. Органические остатки с хорошо
сохранившимся клеточным строением известны из нижнепротерозойских отложений, но
все клетки еще были безъядерные. Органический мир достиг разнообразия в позднем
протерозое и особенно в его конце — венде. Верхнепротерозойские известняки
содержат в массовом количестве разнообразные строматолиты, при помощи которых
разрабатывается стратиграфия рифея и венда.
Наиболее богаты палеонтологическими остатками отложения венда (680—570 млн.
лет). В них обнаружены не только многочисленные одноклеточные организмы, но и
бесспорные отпечатки мягкотелых многоклеточных: кишечнополостных — медуз,
червей, членистоногих, иглокожих и др. Их находки известны из вендских отложений
России, Украины Англии, США, Африки, Австралии. Очень интересны находки
многоклеточных из Южной Австралии (Эдиакара, хребет Флиндерс). Здесь в вендских
отложениях найдено более 1500 отпечатков разнообразных морских медуз, червей,
членистоногих и других бесскелетных животных хорошей сохранности.
По-видимому, они жили в мелководных лагунах, где и были погребены. Медузы
заплывали на мелководье. Попадая на песок, они гибли и оставляли четкие слепки.
Очевидно, еще отсутствовали хищники: у животных не было зубов и ни у одного
организма не найдены следы укусов. На берегу Белого моря в вендских отложениях
обнаружены многочисленные отпечатки разнообразных мягкотелых животных и следы их
жизнедеятельности (норки, следы ползания, питания и т. д.). Венд представляет
собой важный начальный этап в эволюции беспозвоночных многоклеточных животных.
История геологического развития
геосинклинальных поясов
Геосинклинальные пояса возникли в протерозойскую эру. Малые пояса —
Внутриафриканский и Бразильский — существовали с начала протерозойской эры и
закончили свое геосинклинальное развитие в ее конце. Их строение и геологическая
история весьма слабо изучены. Большие пояса начали свое геосинклинальное
развитие с позднего протерозоя. Верхнепротерозойские породы в них распространены
широко, но на поверхность выходят только в отдельных участках, испытавших
длительное воздымание. Повсюду эти породы метаморфизованы в той или иной степени
и имеют огромные мощности. До сих пор верхнепротерозойские породы в разных
поясах изучены крайне неравномерно. Более подробно они изучены в пределах
Урало-Монгольского пояса.
Урало-Монгольский геосинклинальный пояс
Этот пояс охватывает огромную территорию, расположенную между
Восточно-Европейской, Сибирской, Таримской и Китайско-Корейской древними
платформами. Он имеет сложное геологическое строение, изучение которого (кроме
территории Урала) началось практически в годы советской власти.
Верхнепротерозойские породы распространены очень широко в пределах пояса, но
хорошо изучены они на Урале, в Казахстане, на Алтае, в Тянь-Шане и в Байкальской
складчатой области.
На западном склоне Урала имеется полный разрез рифейских и вендских отложений
большой мощности (до 15 км). Здесь советскими геологами впервые были выделены
рифейские отложения. Весь разрез разделен на 4 комплекса, которые состоят из
смятых в складки метаморфических морских осадочных отложений: песчаников,
глинистых сланцев и известняков с редкими прослоями вулканических пород. В
известняках встречаются различные строматолиты, по которым разработана
стратиграфия рифея.
Восточнее, в Казахстане, на Тянь-Шане и в Алтае-Саянской горной области резко
увеличивается роль вулканических пород среди верхнепротерозойских отложений. В
некоторых участках эти отложения достигают колоссальной мощности — свыше 20 км.
Все породы интенсивно перемяты и сильно метаморфизованы.
Обширные площади сложены верхнепротерозойскими породами в Прибайкалье и
Забайкалье, где они образуют сложно построенную складчатую область. Особенно
широко здесь распространены очень мощные, смятые в сложные складки и сильно
метаморфизованные рифейские морские осадочные и вулканические формации, которые
образовались, несомненно, на главном геосинклинальном этапе. Все эти рифейские
отложения прорваны многочисленными гранитными интрузиями. На рифейских
складчатых породах залегают грубообломочные породы венда (до 6 км), формирование
которых происходило на орогенном этапе. Изучение верхнепротерозойских отложений
в Байкальской складчатой области позволило советским геологам установить
крупнейшую в докембрии эпоху горообразования, которая проявилась в конце
протерозоя во всех геосинклинальных поясах и получила название байкальской
складчатости.
biofile.ru
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХРОНОЛОГИЯ
Очень важной характеристикой горных пород является их возраст. Как было показано выше, от него зависят многие свойства горных пород, в том числе инженерно-геологические. Кроме того, на основе изучения, прежде всего, возраста горных пород историческаягеология воссоздает закономерности развития и образования земной коры. Важным разделом исторической геологии является геохронология– наука о последовательности геологических событий во времени, их продолжительности и соподчиненности, которые она устанавливает благодаря определению возраста горных пород на основе использования различных методов и геологических дисциплин. Выделяется относительныйиабсолютный возраст горных пород.
При оценке относительноговозраста различают более древние и молодые горные породы, выделяя время какого-либо события в истории Земли по отношению ко времени другого геологического события. Относительный возраст проще определять для осадочных пород при ненарушенном (близком к горизонтальному залеганию) их залегании, а также для переслаивающихся с ними вулканических и реже метаморфических пород.
Стратиграфический (стратум – слой) метод основан на изучении последовательности залегания и взаимоотношения слоев осадочных отложений, исходя из принципа суперпозиции: каждый вышележащий пласт моложе нижнего. Он при- меняется для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоев (рис. 22). Этот метод осторожно следует применить при складчатом залегании слоев, предварительно нужно определить их кровли и подошвы. Молодым является слой 3, а слои 1 и 2 – более древние.
Литолого-петрографическийметод основан на изучении состава и строения пород в соседних разрезах скважин и выявлении одновозрастных пород – корреляцииразрезов. Осадочные, вулканические и метаморфические породы одинаковых фаций и возраста, например, глины или известняки, базальты или мрамор, будут обладать схожими текстурно-структурными особенностями и составом. Более древние породы, как правило, бывают более измененными и уплотненными, а молодые – слабо измененными и пористыми. Труднее использовать данный метод для маломощных континентальных отложений, литологический состав которых быстро меняется по простиранию.
Важнейшим методом определения относительного возраста является палеонтологический (биостратиграфический) метод, основанный на выделении слоев, содержащих различные комплексы ископаемых остатков вымерших организмов. В основе метода лежит принцип эволюции: жизнь на Земле развивается от простого к сложному и не повторяется в своем развитии. Наука, устанавливающая закономерность развития жизни на Земле путем изучения остатков ископаемых животных и растительных организмов – окаменелостей (фоссилий), содержащихся в толщах осадочных пород называется палеонтология. Время образования той или иной породы соответствует времени гибели организмов, останки которых оказались захороненными под слоями выше накопившихся осадков. Палеонтологический метод позволяет определять возраст осадочных пород по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоев и сопоставлять возраст пород, залегающих на отдаленных друг от друга участках земной коры. Каждому отрезку геологического времени соответствует определенный состав жизненных форм или руководящих организмов (рис. 23–29). Руководящиеископаемыеорганизмы (формы) жили в течение непродолжительного отрезка геологического времени на обширных площадях, как правило, в водоемах, морях и океанах. Начиная со второй половины ХХ в. активно стали применять микропалеонтологическийметод, в том числе и спорово-пыльцевой, для изучения организмов невидимых на глаз. На основе палеонтологического метода составлены схемы эволюционного развития органического мира.
Таким образом, на основе перечисленных методов определения относительного возраста горных пород к концу XIX в. была составлена геохронологическая таблица, включающая в себя подразделения двух шкал: стратиграфические и со- ответствующие им геохронологические.
Стратиграфическоеподразделение (единица) – совокупность горных пород, составляющих определенное единство по комплексу признаков (особенностям вещественного состава, органических остатков и др.), который позволяет выделить ее в разрезе и проследить про площади. Каждое стратиграфическое подразделение отражает своеобразие естественного геологического этапа развития Земли (или отдельного участка), выражает определенный геологический возраст и сопоставим с геохронологическим подразделением.
Геохронологическая(геоисторическая) шкала – иерархическая система геохронологических (временных) подразделений, эквивалентных единицам общей стратиграфической шкалы. Их соотношение и подразделение показано в табл. 15.
Самое мелкое подразделение – зона, накопившаяся в течение фазыи объединяемая с другими зонами в яруса – в течениевека. Яруса объединяются в отделы, сформировавшиеся за эпохи. Отделы объединяются в определенную систему по- род, которая образовалась за время периода и т.д. Наиболее крупные промежутки времени – эоны, а толщи пород, образовавшиеся за это время – эонотемы. Многие системы и яруса получили свое название по месту первого определения и изучения данного стратиграфического подразделения, например, кембрийская система была
выделена в Великобритании, пермская – в России и т.п. (табл.16).
Наряду с международными подразделениями геохронологической таблицы выделяются региональные и местные стратиграфические подразделения – совокупности слоев горных пород, сохраняющие свое палеонтологическое и литологическое единство, ясно отграниченные от смежных подразделений и обычно опознаваемых и картируемых в поле. Региональные и местные стратиграфические подразделения: горизонты, свиты, серии и др., должны рассматриваться как предварительные (временные), подлежащие при дальнейших исследованиях замене подразделениями общей шкалы.
Абсолютныйвозраст – продолжительность существования (жизни) породы, выраженная в годах – в промежутках времени, равных современному астрономическому году (в астрономических единицах). Он основан на измерении содержания в минералах радиоактивных изотопов: 238U, 232Th, 40К, 87Rb, 14C и др., продуктов их распада и знании экспериментально выявленной скорости распада. Последняя характеризуется периодомполураспада – временем, в течение которого распадается половина атомов данного нестабильного изотопа. Период полураспада сильно варьирует у различных изотопов (табл. 17) и определяет возможности его применения.
Методы определения абсолютного возраста получили свое название от продуктов радиоактивного распада, а именно: свинцовый (урано-свинцовый), аргоновый (калий-аргоновый), стронциевый (рубидиево-стронциевый) и др. Наиболее часто используется калий-аргоновый метод, поскольку изотоп 40К содержащийся во многих минералах (слюда, амфиболы, полевые шпаты, глинистые минералах), распадается с образованием 40Ar и имеет период полураспада 1,25 млрд. лет. Выполненные при помощи данного метода расчеты зачастую проверяются стронциевым методом. В перечисленных минералах калий изоморфно замещается 87Rb, который при распаде превращается в изотоп 87Sr. С помощью 14С устанавливают возраст самых молодых четвертичных пород. Зная, какое количество свинца образуется из 1 г урана в год, определяя их совместное содержание в данном минерале, можно найти абсолютный возраст минерала и той горной породы, в которой он находится.
Использование перечисленных методов усложняется тем, что горные породы за свою «жизнь» испытывают различные события: и магматизм, и метаморфизм, и выветривание, во время которых минералы «раскрываются», меняются и теряют частично содержащиеся в них изотопы и продукты распада. Поэтому используемый термин «абсолютный» возраст удобен для употребления, но не является абсолютно точным для возраста горных пород. Вернее использовать термин «изотопный» возраст. Производится систематическая корреляция между подразделениями относительной геохронологической таблицы и абсолютным возрастом горных пород, который до сих пор уточняется и приводится в таблицах.
Геологи, строители и другие специалисты могут получить сведения о возрасте горных пород при изучении геологических карт или соответствующих геологических отчетов. На картах возраст горных пород показывается буквой и цветом, которые приняты для соответствующего подразделения геохронологической таблицы. Сопоставляя показанный буквой и цветом относительный возраст конкретных пород и абсолютный возраст унифицированной геохронологической таблицы, можно предположить абсолютный возраст изучаемых пород. Инженеры- строители должны иметь представления о возрасте горных пород и его обозначении, а также использовать их при чтении геологической документации (карт и разрезов), составляемой при проектировании зданий и сооружений.
Особый интерес вызывает четвертичныйпериод (табл. 18). Отложения четвертичнойсистемы покрывают сплошным чехлом всю земную поверхность, их толщи содержат останки древнего человека и предметы его обихода. В этих тол- щах чередуются и сменяют друг друга по площади различные отложения (фации): элювиальные, аллювиальные, моренныеифлювиогляциальные, озерно-болотные. К аллювию приурочены месторождения россыпного золота и других ценных металлов. Многие породы четвертичной системы являются сырьем для производства строительных материалов. Большое место занимают отложения культурногослоя, появляющегося в результате деятельности человека. Они отличаются значительной рыхлостью и большой неоднородностью. Его наличие может осложнить строительство зданий и сооружений.
Похожие статьи:
poznayka.org
Геологическая история и строение Южного Урала
Становление, развитие Уральской горной страны происходило на протяжении сотен миллионов лет.
Выделяют несколько крупных этапов ее развития. На самом раннем этапе развития, в позднем архее (около 3 млрд лет), эта часть суши, которую позднее назвали Уралом, становится тектонически активной зоной. В земной коре здесь закладываются глубокие трещины (разломы), по которым на поверхность изливаются лавы базальтов. Не дошедшие до поверхности магматические расплавы кристаллизировались на глубинах 5—10 км, образуя крупные интрузивные массивы. В мелких морских бассейнах, занимавших пониженные участки рельефа, накапливались обломочные осадочные породы.
Затем наступает время относительного покоя. Палеоурал на короткое время становится тектонически спокойной страной. Около 2 млрд лет назад тектонические движения возобновляются с новой силой. Вновь на большом пространстве образуются протяженные зоны глубинных разломов. Вдоль них растут цепи вулканов. Громадные, в тысячи километров участки суши прогибаются и заливаются морем. Надолго эта часть Палеоурала становится океаническим дном. Именно здесь, на западном "плече" будущих Уральских гор, смогли накопиться огромные толщи (более 10—12 км) осадочных пород: известняков, доломитов, глинистых, известковистых и углеродистых сланцев, песчаников и конгломератов. Около 900 млн лет назад накопившиеся массы осадоч-ных и вулканических пород гигантскими силами Земли сминаются в складки и образуют первые горные вершины Урала.
Около 600 млн лет назад Урал вновь предстает тектонически спокойной страной. Преобладала суша. Мелководные теплые моря занимали небольшие участки. Обитателями этих морей были губки, археоцеаты, другие, ныне вымершие, организмы, остатки которых сохранились в толщах осадочных пород.
В палеозойскую эру активные тектонические движения охватывают восточные площади Палеоурала. Протяженные долины (рифты), сопровождаемые глубокими разломами, попеременно образуются в разных частях этой территории, как бы раздвигая, расширяя ее. Возобновляется вулканическая деятельность. Вулканические пояса охватывают обширные пространства. Большинство вулканов было морскими, поэтому продукты вулканической деятельности (лавы, туфы, бомбы) часто перемешивались с осадками, накапливавшимися в тех же бассейнах. Обширный уральский палеоокеан простирался к востоку не менее, чем на 1500 км.
Около 400 млн лет назад в этом палеоокеане образуются вулканические острова, почти такие же, как сегодняшние Курильские и Японские. Остатки такой "островной дуги" сегодня можно наблюдать в районе Магнитогорска.
В каменноугольное время (350—290 млн лет) начинается подъем этой части суши. Морские воды отступают. Океанические породы выходят на дневную поверхность. Громадные толщи морских и континентальных осадков, вулканических пород самого разного состава в конце пермского периода (около 240 млн лет назад) становятся высокими Уральскими горами, протянувшимися от северных морей до южных степей почти на 2500 км. Становление гор сопровождалось внедрением больших масс гранитов, гранодиоритов, сиенитов, которые не только усложнили геологическое строение Урала, но и явились причиной появления многих месторождений полезных ископаемых.
Урал постепенно становится тектонически спокойной, устойчивой областью Земли — платформой, но до полного успокоенияеще далеко.
Вновь активизировались Уральские горы в эпоху так называемой киммерийской складчатости (240—100 млн лет назад). Тогда на восточном склоне Уральских гор образовались большие, протяженные разломы близмеридионального направления, вдоль которых начались излияния базальтовых лав. У современного Челябинска образовался прогиб глубиной до 4000 м и длиной до 140 км, получивший название Челябинский грабен.
В этом прогибе на протяжении 40—45 млн лет, уже в мезозойскую эру, формировались мощные пласты углей и вмещающих их пород: песчаников, алевролитов, сланцев.
Последние 160—155 млн лет территория Урала, в том числе и Южного, тектонически стабильна. Уральские горы медленно разрушаются под влиянием поверхностных сил. На месте высоких, когдато заснеженных вершин образуется довольно плоская равнина, получившая название Зауральский пенеплен.
Совокупность признаков (состав и происхождение горных пород, их возраст, степень тектонической раздробленности) позволяет разделить Уральскую страну на ряд более или менее крупных зон (геологических структур). Все они сформировались в палеозойскую эру. С запада на восток выделяются:
I. Предуральский прогиб.
II. Западно-Уральская внешняя зона складчатости.
III. Центрально-Уральское поднятие.
IV. Магнитогорский прогиб, Магнитогорский вулканический пояс.
V. Восточно-Уральская зона прогибов и поднятий.
VI. Зауральское поднятие.
Предуральский прогиб
Восточная часть этой структуры — на крайнем западе Челябинской области, в районе Аши. Сложена она известняками и мергелями нижнепермского возраста, лежащими почти горизонтально — 1—5°. Кристаллические, более древние породы лежат здесь на больших глубинах. Восточная граница проходит по разлому, ориентированному почти параллельно реке Салдыбаш, впадающей в реку Сим.
Западно-Уральская зона складчатости
Эта структура охватывает территорию Нязепетровского, Саткинского, Ашинского районов и окрестности Усть-Катава. В районе Нязепетровска геологические образования вытянуты меридионально, а в районе пос. Айлино, Кропачево, г. Миньяра приобретают почти широтное направление.
Здесь представлены все системы нижнего и среднего палеозоя.
Породы кембрийского возраста (570—500 млн лет) — конгломераты, песчаники, аргиллиты — можно наблюдать северозападнее пос. Терминево. По реке Нязе, севернее Нязепетровска, и по Бардымскому хребту обнажаются породы ордовика — базальты и их разновидности, а также туфы, туфопесчаники, кремнистые сланцы, среди которых встречаются прослои мраморов.
Силурийские образования (440—410 млн лет) — кремнистые, глинистые, углисто-глинистые сланцы, вулканические туфы и известняки — также слагают Бардымский хребет и широкую полосу западнее него. Здесь много песчаников и алевролитов.
Девонские образования (410—350 млн лет) в этой зоне представлены известняками с фауной криноидей, фораминифер, кораллов и остракод, свидетельствующей о том, что содержащие их породы морского происхождения. В районе пос. Айлино, Межевого Лога в разрезе девона можно наблюдать обломочные породы. Есть здесь известняки и мергели. Именно среди них находятся бокситы (алюминиевые руды), добываемые на Южно-Уральских бокситовых рудниках (ЮУБР). Каменноугольные породы (350—285 млн лет) в западной зоне складчатости также, в основном, карбонатные — известняки, доломиты, мергели.
Центрально-Уральское поднятие
Эта сложно построенная зона протягивается вдоль всего Урала более чем на 2000 км. На территории области она прослежена на 250 км с юго-запада на северо-восток. Охватывает территорию Катав-Ивановского, Саткинского, Кусинского районов, а также окрестности Златоуста и Верхнего Уфалея. В районе КатавИвановска ширина структуры 120 км, а на севере, в районе Верхнего Уфалея, — всего 25 км.
Эту структуру слагают самые древние породы Урала, возраст которых достигает 2,6—3 млрд лет, глубоко измененные вулканические и обломочные образования, превращенные в амфиболиты, гнейсы, мигматиты, кварциты. Эти породы широко распространены западнее Верхнего Уфалея и Карабаша. Более молодыми (1,5—0,9 млрд лет) считаются породы, составляющие целый ряд толщ, получивших чисто южноуральские названия — айские, саткинские, бакальские и другие. В составе этих толщ — глинистые и углистые сланцы, песчаники, алевролиты, известняки и доломиты, слагающие огромные по мощности толщи пород.
Полный разрез нижнерифейских пород (~900 млн лет) представлен в скалах правого берега реки Ай, выше железнодорожного моста в г. Кусе (доломиты, известняки, сланцы). В доломитах здесь можно наблюдать остатки колоний сине-зеленых водорослей (строматолит).
На Откликном хребте (Таганай) обнажены кристаллические сланцы, содержащие в своем составе такие редкие минералы, как гранат и ставролит. Там же, на Таганае, близ Златоуста, можно наблюдать такие редкие породы, как кварциты с включениями слюдистых и железистых минералов, получивших название таганаит (авантюрин).
В этой зоне очень мало вулканических и магматических пород. К последним относится Кусинская габбровая интрузия (дайка протяженностью до 100 км), Бердяушский гранитный массив (рапакиви). Здесь же находятся известные минералогические копи — Ахматовская, Максимильяновская; расположены всемирно известные Бакальское железорудное и Саткинское магнезитовое месторождения.
Восточная граница структуры проходит по Главному Уральскому разлому. Эта сложная зона прослежена на тысячи километров по всему Уралу. В пределах области она протягивается от поселка Ленинска на юге через Миасс, Карабаш к северу до самой границы со Свердловской областью. Ширина этой древней тектонической зоны — от 10 15 км до нескольких сот метров. По ней комплексы пород западного склона Урала сочленяются с комплексами восточного склона.
На всем своем протяжении Главный Уральский разлом прослеживается по наблюдаемым здесь протяженным, лентообразным (в плане) интрузиям ультраосновных пород — дунитов, перидотитов и образовавшихся по ним серпентинитов. Этот пояс протягивается более чем на 2000 км. Ультраосновные породы и расположенные между ними блоки палеозойских осадочных и вулканических пород порой образуют тектоническую смесь, называемую меланжем.
Магнитогорский прогиб (вулканический пояс)
С востока к Главному Уральскому разлому примыкает Магнитогорский прогиб — крупная структура, протянувшаяся почти меридионально на 500 км от южной до северной границы области. На широте Баймака, Магнитогорска ширина структуры — 90—100 км, а в районе Миасса, Карабаша — 1—2 км. Она охватывает десять районов области.
Наиболее древними породами здесь являются силурийские, выходы которых наблюдаются в северной, наиболее узкой части структуры. Девонские отложения в Магнитогорском прогибе представлены в полном объеме. Это, в основном, вулканические породы — лавы и сопровождающие их туфы. И лавы, и туфы имеют различный химический, минералогический состав. Среди них выделяются кислые (риолиты), средние (андезиты), основные (базальты) продукты вулканизма. Они образуют большие по мощности толщи — до 3—5 км, в которых наблюдается тесное переслаивание продуктов вулканизма с типично морскими образованиями — известняками, песчаниками, кремнями, яшмами, а также породами смешанного состава — туфопесчаниками, туфогравелитами, туффитами и прочими породами.
Руины вулканических построек той поры, вмещающие их морские отложения, часто содержащие морскую фауну, можно наблюдать, изучать на дневной поверхности в разных районах области.
Естественные выходы девонских вулканитов, известняков, обломочных пород есть в окрестностях пос. Межозерного, на хребтах Ирендык и Кумач (западная граница области), по берегам Гумбейки, Куросана, Урлядов, в окрестностях пос. Балканы (Нагайбакский, Агаповский районы) и многих других местах.
Разрезы пород каменноугольного периода — лавы различного состава, их туфы и разнообразные осадочные образования — можно наблюдать в окрестностях Магнитогорска, по рекам Худолаз и Урал ("Семь Братьев"), и многих других местах. Каменноугольные осадки, мощность которых достигает многих сотен метров, заполняют всю центральную часть прогиба. Самыми молодыми породами здесь являются известняки, песчаники и конгломераты с остатками морских животных (раковин), обнажающиеся по берегам рек: Уралу, Худолазу и Б. Кизилу.
Осадочные, вулканические породы, заполняющие Магнитогорский прогиб, разбиты тектоническими нарушениями различных направлений, прорваны интрузиями магматических пород — гранитов, гранодиоритов, сиенитов, габбро. В таких местах формировались крупные месторождения железных руд (Магнитогорское, М. Куйбас). Вулканические процессы на дне девонского палеоокеана способствовали образованию колчеданных залежей медных и цинковых руд, разрабатываемых в наши дни (Учалинское, Сибайское, Молодежное, Александрийское, Узельгинское и другие месторождения).
Восточно-Уральская зона прогибов и поднятий прослежена широкой полосой через весь Южный Урал. Ширина этой структуры 60—75 км. Она охватывает центральные районы области — от Каслинского на севере до Брединского на юге.
Самыми древними породами здесь являются метаморфические, в том числе гранатсодержащие сланцы, обнажения которых можно видеть в окрестностях пос. Ларино, Кочнево (Уйский район), на горе Игиш, к югу от Миасса.
Ордовикские образования, как вулканические, так и вулканогенно-обломочные, распространены в этой структуре гораздо шире. Они встречены на горе Маячной к северо-западу от Бред (туфоконгломераты, туфопесчаники, кварцитопесчаники), а также по реке Средний Тогузак у пос. Большевик. Здесь залегают лавы базальтов, изливавшиеся на морское дно. Среди лав — прослои красных яшм с остатками морской фауны. В силуре эта часть территории Урала была также морским дном.
На севере области разрезы с фрагментами силурийских отложений можно наблюдать по рекам Багаряк, Синаре, у пос. Первомайского (Сосновский район), в окрестностях дер. Булатово (Уйский район) и в других местах (известняки, глинистые сланцы, конгломераты, песчаники).
Очень широко в этой зоне развиты девонские и каменноугольные отложения. Породы девонской системы особенно полно представлены в разрезах по реке Куросан, в окрестностях пос. Арсинского, Сухтели. Кремнистые сланцы, яшмы, туффиты перемежаются здесь с диабазами, базальтами, их туфами и брекчиями. Вулканические и осадочные породы самого разного химического состава и происхождения описаны в Аргаяшском районе; по реке Зюзелге, восточнее пос. Долгодеревенского, по рекам Санарке, Увельке к юго-востоку от Пласта. Каменноугольные (карбоновые) отложения в этой структуре распространены на обширных пространствах в южных районах области (Чесменский, Карталинский, Брединский). Здесь широко представлены мергели, известняки и различные обломочные породы и сланцы с углистыми частицами. Последних особенно много, так как в это время (350 млн лет назад) на Южном Урале росли тропические леса, в них росли папоротники, каламиты, лепидодендроны, сигиллярии и другие растения. В некоторых местах (Брединский район) они образовывали залежи угля, но, в основном, остатки каменноугольной флоры были превращены в углистую, графитовую пыль, окрашивающую осадочные и метаморфические породы в черный цвет.
Вулканических пород — базальтов, риолитов, андезитов — здесь значительно меньше, чем в разрезах девона. Фрагментов геологических разрезов карбона в этой структуре достаточно: по рекам Верхний, Нижний Тогузак, Уй (пос. Осиповка), отдельным крупным логам к югу от пос. Бреды, в окрестностях Пласта, по рекам Кабанка и Увелька и в других местах.
Вся структура в целом насыщена интрузивными образованиями — преимущественно гранитами, диоритами, сиенитами, слагающими десятки больших и малых массивов различной конфигурации.
Эта цепь массивов, прослеженная через весь Урал , получила название "гранитная ось Урала". С севера на юг через всю область протягиваются гранитные массивы: Юго-Коневский, Каслинский, Аргазинский, Султаевский, Челябинский, Санарский, Демаринский, Борисовский, Пластовский, Каслинский, Чесменский, Черноборский, Джабык-Карагайский, Суундукский и многие другие. Площадь самых крупных массивов — Челябинского и Джабык-Карагайского — значительно превышает 1000 кв. км. Нижняя граница массивов по данным геофизики находится на глубинах 5—11 км. Сами интрузии, вмещающие их породы рассечены большим количеством даек, жил самого разного состава, в том числе и кварцевых.
Зауральское поднятие
Самой восточной геологической структурой на территории области является Зауральское поднятие. Эта структура охватывает восточные районы — от Кунашакского на севере до Троицкого и Варненского на юге. Около 90% площади здесь перекрыто горизонтально лежащими породами мезо-кайнозойского возраста — от верхнего мела до верхнего неогена (100—2 млн лет).
Палеозойские образования лежат на глубине 5—100 м. Их можно наблюдать лишь по берегам отдельных рек. Наиболее интересные и полные разрезы вскрыты по рекам Увельке, Санарке и Ую близ г. Троицка. Здесь ширина структуры составляет около 40 км.
По реке Санарке, в Кувайском логу установлены самые древние из палеозойских пород — кембрийские. Это пестроокрашенные глинистые сланцы и известняки. В известняках найдены остатки археоцеат — придонных организмов той далекой эпохи. Этот выход кембрийских пород — единственный на Южном Урале и один из очень немногих на Урале вообще.
Ордовикские образования в этой зоне распространены гораздо шире. Серые кварцевые песчаники, зеленые и серые метаморфические сланцы, кварциты и базальты широко представлены в разрезах по рекам Уй и Увельке в самом Троицке и к востоку от него, до д. Бобровки. В глинистых породах на западной окраине Троицка найдены остатки древних ракообразных — трилобитов и раковины брахиопод. Все описанные уральские структуры образовались в допалеозойское и палеозойское время, когда Урал был активной зоной складчатости и вулканизма. В последующие 160 млн лет (до наших дней) Урал развивается в сравнительно спокойном платформенном режиме.
По геологическим данным, резких тектонических перестроек на Южном Урале не происходило, но медленные колебательные движения, сопровождающиеся небольшими поднятиями или опусканиями отдельных районов, продолжались и продолжаются.
В верхнемеловую эпоху (около 100 млн лет) опускание восточной части территории приводит к морской трансгрессии. Море наступало с северо-востока, со стороны Тюмени. Западная граница его — очень извилистая, с глубокими заливами — установилась примерно по линии пос. Багаряк — оз. Б. Куяш — Челябинск — Южноуральск — Чесма — Карталы — Бреды (восточнее). Морские осадки — опоки, диатомиты, песчаники, конгломераты, трепела, мергели — образовали горизонтально лежащие слои, перекрывавшие скальные породы палеозойского Урала. Мощность этих осадков в восточной части Троицкого района по данным бурения составляет 100—300 м.
И палеозойские, и мезозойские образования уже в четвертичное время (1,5—2 млн лет) участками перекрылись континентальными, образованными на суше, рыхлыми породами — глинами, песками, суглинками, образовавшимися в результате работы ветра, воды, солнца.
www.protown.ru
5.2. Построение геологических разрезов по карте, не имеющей высотных характеристик
На рис. 1 изображен пример построения геологического разреза по линии I – I на фрагменте геологической карты (территория с примерно горизонтальной поверхностью рельефа). Предположим, что слои горных пород залегают согласно, и каждый слой в пределах карты имеет постоянную мощность. Определим, какая форма нарушенного залегания пород видна на карте и разрезе. Между породами какого возраста наблюдается стратиграфический перерыв.
Разрез рекомендуется строить в следующем порядке. Проводим линию топографического профиля поверхности Земли, которая по условию горизонтальна.
Рис. 1 Пример построения геологического разреза.
а) фрагмент геологической карты, б) линия топографического профиля поверхности Земли,
в) построенный геологический разрез
На профиль переносим точки пересечения разреза со стратиграфическими границами на карте, как показано на рис. 1б. В разрезе эти точки будут лежать на линиях границ слоев (кровле или подошве), поэтому справа и слева от точек на топографическом профиле карандашом обозначаем индексы возраста пород. Чтобы правильно провести границы между слоями, необходимо проанализировать геологическую историю развития района. Наиболее древними отложениями на карте являются каменноугольные (С). На тех же абсолютных отметках симметрично обнажаются породы пермского (Р) возраста и далее триаса (Т). Первоначально эти породы лежали горизонтально: внизу – каменноугольные, на них пермские и выше триасовые. На одной высоте над уровнем моря они могли оказаться только в результате погружения в одних местах и поднятия в других, т. е. деформации в виде складок. При размыве и формировании равнинного рельефа складки срезаны. В ядре антиклинальной складки залегают наиболее древние породы, а в ядре синклинальной обнажены наиболее молодые породы.
Возрастные геологические границы (между С, Р и др.) проводим наклонно таким образом, чтобы древние породы везде лежали под более молодыми (рис. 1в).
Разрушенные части складки можно восстановить пунктиром. Углы при вершинах и наклон крыльев в антиклинальной и синклинальной складках принимаем произвольно, поскольку эти данные отсутствуют. Между триасом и неогеном фиксируем стратиграфический перерыв.
После этого разрез окончательно оформляется – заштриховывается и раскрашивается, подписываются индексы слоев.
5.3. Построение геологических разрезов по карте с горизонталями
На рис. 2 изображен пример построения геологического разреза по линии I– I на фрагменте геологической карты с топографической основой (рис. 2,а). Построим геологический разрез по линии I – I. Установим, какая форма залегания осадочных горных пород представлена в разрезе. Между какими слоями наблюдается стратиграфический перерыв.
Разрез строят на миллиметровой бумаге в следующем порядке.
На горизонтальной линии отмечаем начало и конец разреза в принятом масштабе. Слева строим вертикальную шкалу, соответствующую вертикальному масштабу с абсолютными отметками, встречающимися на карте. Поскольку горизонтальные масштабы карты и разреза совпадают, можно повернуть карту (рис. 2,б) так, чтобы линия разреза на карте была параллельна горизонтальной линии на разрезе, и построить топографический профиль путем переноса точек пересечения горизонталей с линией разреза с рис. 2,а на рис.2,б (линии с длинными пунктирными штрихами). Далее на полученный топографический профиль сносим точки пересечения стратиграфических границ слоев с линией разреза (линии с короткими пунктирными штрихами). Карандашом справа и слева от стратиграфических границ отмечаем индексами возраст и состав пород, попавших на разрез.
Для того чтобы правильно провести границы слоев, проводим анализ геологической истории развития района. Наиболее древними являются доломиты силурийского возраста (S). Более молодые девонские аргиллиты (D) и каменноугольные (С) глины. Между каменноугольными глинами и юрскими сланцами (J) наблюдается стратиграфический перерыв (отсутствуют отложения перми и триаса). Проводим границы слоев, начиная с линий, имеющих максимальное количество точек на топографическом профиле (граница между S и D, D и C). Размытую часть границы показываем пунктиром; границы остальных слоев проводим параллельно построенной, через точки стратиграфических границ на топографическом профиле. Литологический состав пород обозначаем штриховкой, возраст – индексами.
В разрезе видна антиклинальная складка с размытым ядром. Стратиграфический перерыв наблюдается между отложениями пермского возраста и меловыми (отсутствуют триасовые и юрские отложения).
Рис. 3. Пример построения геологического разреза по фрагменту
Ученые изучают историю развития животного и растительного мира Земли
не только потому, что это увлекательно и интересно. История органического
мира имеет и самое прямое отношение к геологическим исследованиям по образованию
и размещению полезных ископаемых. Дело не только в том, что каменный уголь
— это остатки древних растений. Остатки растений и животных позволяют
узнавать возраст горных пород. Все слышали о каменноугольном периоде,
когда образовались крупнейшие месторождения на территориях, где ныне находятся
Донбасс, Подмосковье и многие другие районы. В Поволжье крупные месторождения
нефти заключены в породах, которые отлагались во время девонского периода,
а знаменитые месторождения фосфоритов в Южном Казахстане приурочены к
осадкам морей кембрийского периода. Короче говоря, в разное время на Земле
отлагались разные ценные полезные ископаемые. Поэтому для их поисков надо
уметь узнавать, в какую эпоху отлагались соответствующие слои и чем они
отличаются от более молодых и более древних осадочных толщ.
На помощь геологам приходит палеонтология — наука об организмах
геологического прошлого и о развитии живой природы в течение геологических
времен. Если мы находим в пласте известняка панцирь трилобита, то можно
уверенно сказать, что известняк образовался в палеозойскую эру. Этот пласт
гораздо старше, чем слои, в которых найдены кости млекопитающих животных.
Иногда бывает достаточно небольшой раковинки, крохотного обломка окаменевшей
древесины, чтобы определить, в какой период отлагались те или иные слои.
Изучив последовательно смену событий — и геологических и биологических,
ученые разделили всю долгую историю нашей планеты на пять наиболее крупных
отрезков — эр. Три последние эры — палеозойская, мезозойская
и кайнозойская (от греческих слов «палеос» — древний, «мезос»
— средний, «кайнос» — новый и «зое» — жизнь) — разделяются на несколько
периодов, а периоды, в свою очередь, — на эпохи и века.
Две наиболее древние и самые продолжительные эры — архейская и
протерозойская (по-гречески «археос» — древний, старый и «протерос»
— первый, начальный) — на периоды, эпохи и века пока не разделяются. Во
второй половине протерозойской эры в морях существовало много водорослей
и появились первые животные.
Возраст горных пород, устанавливаемый по остаткам растений и животных,
называют относительным геологическим возрастом. Мы можем узнать,
моложе или древнее тот или иной пласт песчаника или глины по сравнению
с пластами соседнего района.
Но ведь этого мало. Важно знать, на сколько лет древнее или моложе, т.
е. знать не только относительный, но и абсолютный геологический возраст
горных пород, выраженный в миллионах и миллиардах лет. Успехи атомной
физики позволяют геологам достаточно точно определять возраст горных пород.
При этом они используют явления радиоактивности. Атомы некоторых элементов
— урана, радия, тория и других — не остаются постоянными. Они изменяются,
выделяя заряженные мельчайшие частицы (это и называется радиоактивным
излучением), и превращаются в атомы свинца, гелия и других элементов.
Скорость таких превращений для каждого элемента постоянна. Так, уран с
атомным весом 238 (U238) превращается в свинец и гелий. Чтобы
половина атомов урана превратилась в атомы свинца, требуется 4520 млн.
лет. Это время называется периодом полураспада урана. Для радия период
полураспада 1590 лет, для тория — 13 900 млн. лет. Выяснилось, что способностью
к радиоактивному распаду обладают некоторые разновидности атомов и у более
широко распространенных элементов. Такие разновидности атомов называют
радиоактивными изотопами. Радиоактивный изотоп калия (К40)
имеет период полураспада в 1,25 млрд. лет и превращается в атомы инертного
газа аргона, а у изотопа рубидия (Rb87) — 50 млрд. лет, и превращается
он в атомы стронция. Даже углерод имеет радиоактивные изотопы Си, которые
превращаются в атомы азота, а период полураспада составляет 5760 лет.
Определяют возраст по радиоактивным элементам и изотопам так. Ученые
— физики и химики — точно подсчитывают, сколько содержится в горной породе
атомов радиоактивных элементов — «родителей», а также «новорожденных»
элементов — «детей». Затем решают самую обыкновенную задачу: известно,
сколько времени нужно для превращения половины атомов (период полураспада)
и сколько атомов распалось в изучаемой горной породе. Таким образом, составляется
простая арифметическая пропорция — и получается абсолютный возраст горной
породы.
Чем меньше период полураспада, тем точнее можно определить возраст пород,
но только для геологически относительно недавних, коротких отрезков времени.
Так, по радиоактивным изотопам углерода определяется возраст остатков
не старше нескольких десятков тысяч лет.
Геологи и палеонтологи изучили осадочные слои земной коры от верхних
слоев — самых молодых до нижних — самых древних. По сохранившимся в них
остаткам организмов была восстановлена подлинная история жизни на Земле.
По радиоактивным изотопам калия удается измерять возраст горных пород
в пределах сотен миллионов лет. Недавно в вечной мерзлоте Таймыра был
найден замороженный труп мамонта. Анализ радиоактивных изотопов углерода
показал, что этот мамонт жил приблизительно 11 тыс. лет назад. Зернам
пшеницы, найденным в египетских пирамидах, оказалось 6100 лет, а костер,
который обнаружил на острове Пасхи ученый-путешественник Тур Хейердал,
горел 1550 лет назад, приблизительно в 400 г. н. э. Именно калий-аргоновым
методом сделано большинство определений абсолютного возраста осадочных
пород мезозоя и палеозоя. Дело в том, что калий входит в состав минерала
глауконита. Этот минерал образуется одновременно с включающей его осадочной
горной породой. Определив возраст глауконита по соотношению изотопов калия
и аргона, мы получим возраст горной породы.
По соотношению рубидия и стронция можно «измерить» более долгие отрезки
времени, и этот метод считается наиболее надежным для определения возраста
самых древних горных пород, образовавшихся в архейскую и протерозойскую
эры. Выяснилось, что самому древнему камню на нашей планете около 4—5
млрд. лет.
Первые остатки каких-то организмов, скорее всего водорослей или бактерий,
были обнаружены в слоях, возраст которых около 3 млрд. лет. Первые животные
появились, очевидно, около 1 млрд. лет тому назад.
Иногда бывает достаточно небольшой раковины, крохотного обломка окаменевшей
древесины, чтобы определить, в какой период отлагались слои.
Но не думайте, что определение возраста древних пород — это чисто механическая,
так сказать, лабораторно-машинная работа. В действительности все гораздо
сложнее. Прежде всего, радиоактивные элементы и изотопы встречаются в
горных породах в очень небольших количествах. Поэтому для их определения
и подсчетов необходимы исключительно точные приборы. Кроме того, за многие
миллионы лет горные породы подвергались воздействию различных процессов,
которые могли значительно изменить их химический состав. Если минералы
находились на поверхности Земли, они выветривались, растрескивались, разрушались.
Если, наоборот, они попадали в глубинные слои земной коры, то они могли
подвергаться процессам метаморфизма, о которых рассказано в других статьях
тома. При этом могло изменяться и количество радиоактивных атомов. Значит,
цифры, полученные самыми точными методами для таких образцов, еще не означают
действительный абсолютный возраст горной породы. Поэтому для определения
возраста пород необходимо пользоваться не одним, а несколькими независимыми
методами.
edukids.narod.ru
Возраст самых древних пород земной коры — 4,28 млрд лет : Геология
Геологи оценили возраст пород недавно открытого зеленокаменного пояса на севере Канады. Их расчетах основывались на соотношение самария и разных изотопов неодима. Этот метод используется для оценок возраста пород старше 4 млрд лет, например метеоритов. Оказалось, что некоторые составляющие этого зеленокаменного пояса имеют возраст 4,28 млрд лет. Это всего на 300 млн лет позже рождения самой Земли.
Возраст Земли сейчас оценивают в 4,5–4,6 млрд лет. Этот возраст расчетный, так как никаких пород от тех времен не сохранилось (или неизвестно, где и как их искать). Древнейшие найденные породы имеют возраст 4,03 млрд лет (северо-западные территории Канады) и 4,27 млрд лет (в Западной Австралии). Для расчетов возраста этих пород обычно используют
Геологи из Монреаля и Вашингтона решили использовать другой метод для определения абсолютного возраста древних пород — по соотношению неодим–самарий.
Изотоп самария с атомным весом 146 (146Sm) распадается с образованием изотопа неодима 142Nd, период полураспада 146Sm составляет 103 миллиона лет. Соотношение этих двух изотопов говорит о возрасте пород — но это если известно изначальное содержание изотопа самария 146Sm в породе. А поскольку оно неизвестно, геологи отталкиваются от другого соотношения — двух стабильных изотопов неодима144Nd/142Nd. Это соотношение меняется из-за распада самария — то есть чем древнее порода, чем больше в ней должно быть относительное содержание изотопа 142Nd. Измерив в породе содержание изотопа самария-146 и соотношение 144Nd/142Nd и учтя период полураспада самария, а также «фоновое» соотношение 144Nd/142Nd, геологи и оценивают возраст древних пород.
Сланцы, которые изучали геологи, были доставлены в лабораторию из зеленокаменного пояса , расположенного у иннуитского (эскимосского) поселка Нуввуагиттук (Nuvvuagittuq) в Квебеке. Этот зеленокаменный пояс был обнаружен исследователями семь лет назад, и его древний возраст был определен сразу же, в том же году. Остальные шесть лет специалисты перепроверяли результаты и описывали строение формации и минералогию. Этот пояс составлен вулканическими породами и окружен массивом тоналитов, сложенных кварцем, натриевым ампиболом и тд. В тоналитах были найдены вкрапления циркона и по этим вкраплениям определен возраст тоналитов — 3,66 млрд лет. А вот основные породы самого пояса — это своеобразные по химическому составу амбифолы, называемые куммингтонитом. Так как эти породы отличаются от основной массы амфиболов, с которыми привыкли иметь дело канадские геологи, то авторы статьи в Science даже назвали куммингтонит лжеамфиболом. И самое важное было для них — определить возраст этих лжеамфиболов. Он оказался 4,28 млрд лет.
Радиозотопный метоод датирования .по цирконовым гранулам. Но главное ограничение циркониевого метода в том, что циркон — это редкий минерал, и в наиболее распространенных магматических породах он не встречается.
