Геохронология

ГЕОХРОНОЛОГИЯ (от греч. ge — Земля, chronos — время и logos — слово, учение * а. geochronology; н. Geochronologie; ф. geochronologie; и. geochronologia) — учение о возрасте, продолжительности и последовательности формирования горных пород, слагающих земную кору. Различают относительную и абсолютную (ядерную, изотопную) геохронологию.

Относительная геохронология определяет относительный возраст осадочных, пирокластических и вулканогенных пород на основе принципа последовательности напластования так называемый закон последовательности напластования датского естествоиспытателя Н. Стено (1669), согласно которому, при ненарушенном залегании каждый вышележащий пласт моложе нижележащего. Одновременность образования пород устанавливается по сходству содержащихся в них остатков ископаемых организмов. Относительный возраст интрузивных пород и других неслоистых геологических образований определяется по соотношению с толщами слоистых горных пород. Основой шкалы относительного геологического времени — геохронологической шкалы — послужила общая стратиграфическая шкала, выработанная многолетней практикой главным образом европейских геологов в 19 в. и уточняемая и поныне. Впервые относительный возраст горных пород определён в конце 18 — начале 19 вв. У. Смитом в Великобритании и Ж. Кювье во Франции.

Абсолютная, или ядерная (изотопная), геохимия устанавливает возраст горных пород (главным образом магматических и метаморфических), руд и минералов в единицах астрономического времени (обычно в млн. лет). Основана на явлении радиоактивного распада химических элементов при условии, что скорость его за всё время существования Земли оставалась постоянной, специфичной для каждого элемента. Измерение возраста проводится по содержанию в породах и минералах материнских и дочерних продуктов радиоактивного распада. Возраст t вычисляется по формуле:

где l — константа распада, показывающая, какая часть атомов радиоактивного элемента распадается за единицу времени (год, сутки, минуты и т.д.), по отношению к первоначальному количеству;

D — число атомов нерадиоактивного вещества, возникших за время t;

М — число атомов радиоактивного элемента в данный момент.

Для определения возраста используются преимущественно следующие типы радиоактивного распада:

Эти типы распада положены в основу наиболее распространённых методов ядерной геохимии: свинцового (уран-торий-свинцового), калий-аргонового, рубидий-стронциевого, которые применяются главным образом для определения возраста докембрийских и фанерозойских пород. Возраст новейших геологических образований (верхнеплиоценовых и четвертичных) определяется радиоуглеродным, ураноиониевым, термолюминесцентным, фторовым и другими методами (см. радиологический возраст).

Первые определения возраста радиоактивных минералов по накоплению в них свинца были выполнены Б. Болтвудом в Канаде в 1907. Первую геохронологическую шкалу для фанерозоя предложил английский учёный А. Холмс в 1938. Эта шкала неоднократно уточнялась и перерабатывалась. Она воспроизводится на основании новейших данных (табл.).

Наиболее древние породы, найденные на Земле, имеют возраст около 3500 млн. лет (архей); пород, возникших в интервале времени от 3500 до 4500 млн. лет (предполагаемый возраст Земли), достоверно не обнаружено. В СССР инициатором радиометрических исследований был В. И. Вернадский; в 50-60-х гг. большой вклад внесли также В. Г. Хлопин, И. Е. Старик, Э. К. Герлинг, Г. Д. Афанасьев, А. И. Тугаринов, Л. В. Комлев, Л. Н. Овчинников, Н. И. Полевая. Истинное время образования горных пород и минералов может быть определено лишь в том случае, если они на протяжении всего своего существования представляли собой замкнутые системы, исключающие возможность дифференцированных потерь или обогащений. Различные наложенные процессы (прогрев, катаклаз, диафторез и т.п.) обычно приводят к искажению возрастных значений, получаемых методами ядерной геохимии, особенно калий-аргоновым методом. Изотопные определения в этом случае указывают время метаморфизма, метасоматизма или внедрения более поздних интрузий, вызвавших прогрев пород, т.е. фиксируют более молодые события; реже возможны случаи установления более древнего возраста пород.

Истинный возраст пород и время протекания наложенных процессов можно установить, применяя одновременно независимые радиометрические методы, особенно в изохронных вариантах.

Несмотря на определенные трудности в интерпретации радиометрических данных, последние являются достаточно значимыми для геологии. Удалось определить возраст Земли, Луны, метеоритов, конкретных геологических формаций, выявить главные эпохи магмообразования, рудообразования и метаморфизма, установить продолжительность формирования плутонических тел и месторождений полезных ископаемых.

Все геохронологические исследования в СССР координируются Комиссией по определению абсолютного возраста геологических формаций при Академии Наук СССР (основном в 1937 в Москве). Сессии комиссии созываются 1 раз в 2 года, международные симпозиумы по космохимии, геохронологии и изотопной геологии — 1 раз в 2-3 года.

Ведущие учреждения в СССР: геохронологические лаборатории в Институте геологии и геохронологии докембрия Академии Наук СССР и Всесоюзном научно-исследовательском геологическом институте Министерства геологии СССР (обе — в Ленинграде), Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Академии Наук СССР и Институте минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ, Москва). Результаты радиометрических исследований геологических образований на территории СССР обобщены в монографии "Геохронология СССР" (т. 1-3, 1973-74) и в "Каталогах определений возраста горных пород СССР радиологическими методами" (5 выпусков).