Большая Советская Энциклопедия (ГЕ) - БСЭ БСЭ

  Подразделения стратиграфической шкалы, выделенные с помощью палеонтологического метода, и соответствующие им подразделения геологического времени, объединённые в единой геохронологической шкале, были утверждены в 1881 на 2-м Международном геологическом конгрессе в Болонье и с тех пор являются общепринятыми во всём мире. В дальнейшем, благодаря совершенствованию методов палеонтологические исследования и накоплению новых данных, в первоначальную схему геохронологии Земли вносятся некоторые изменения и уточнения.

  Абсолютная Г. В начале 20 в. П. Кюри во Франции и Э. Резерфорд в Великобритании предложили использовать радиоактивный распад химических элементов (см. Радиоактивность) для определения абсолютного возраста горных пород и минералов. Принцип, положенный этими учёными в основу определений абсолютного возраста, используется до сих пор. Измерение возраста производится по содержанию продуктов радиоактивного распада в минералах. Процесс распада радиоактивных элементов происходит с постоянной скоростью. В результате радиоактивного распада появляются атомы устойчивых, уже нераспадающихся элементов, количество которых увеличивается пропорционально возрасту минерала. При этом принимается как достаточно обоснованное положение, что скорость радиоактивного распада в истории Земли всё время оставалась постоянной. Разные элементы распадаются с различной скоростью. Распад таких элементов, как уран, торий, калий и некоторых других, происходит очень медленно, на протяжении нескольких млрд. лет. Например, любое количество урана (238U) распадается наполовину за время, равное 4,51.109 лет, тория (232Th) за 1.41.1010 лет. Эти долгоживущие элементы обычно и используются для определения абсолютного возраста горных пород и минералов.

  В 1907 по инициативе Э. Резерфорда Б. Болтвуд в Канаде определил возраст ряда радиоактивных минералов по накоплению в них свинца. В СССР инициатором радиологических исследований был В. И. Вернадский. Его начинания продолжили В. Г. Хлопин, И. Е. Старик, Э. К. Герлинг. В 1937 была создана Комиссия по определению абсолютного возраста геологических формаций.

  Цифры, полученные в результате первых определений абсолютного возраста пород, позволили английскому геологу А. Холмсу в 1938 предложить первую геохронологическую шкалу фанерозоя. Эта шкала неоднократно уточнялась и перерабатывалась. В табл. 1 она воспроизводится на основании новейших данных (Г. Д. Афанасьев, 1968).

  Табл. 1. — Геохронологическая шкала фанерозоя

Группа (эра) Система (период) Начало, млн. лет назад Продолжи- тельность, млн. лет Кайнозойская (продолжительность 67 млн. лет) Антропогеновая (четвертичная) 1,5* 1,5* Неогеновая 25 23,5 Палеогеновая 67 42 Мезозойская (продолжительность  163 млн. лет) Меловая 137 70 Юрская 195 58 Триасовая 230 35 Палеозойская (продолжительность 340 млн. лет) Пермская 285 55 Каменноугольная 350 75-65 Девонская 410 60 Силурийская 440 30 Ордовикская 500 60 Кембрийская 570 70

*По разным данным, от 600 тыс. до 3,5 млн. лет.

  Геохронологическая шкала докембрия (см. табл. 2) из-за отсутствия остатков скелетной фауны построена главным образом по данным многократных определении абсолютного возраста магматических пород на различных материках, что позволило установить одновременность крупных тектономагматических циклов, лежащих в основе деления докембрия (см. Докембрийские эпохи складчатости).

  Табл. 2. — Геохронологическая шкала докембрия

Подразделения докембрия Начало, млн. лет назад Продолжительность, млн. лет Протерозой верхний (рифей) 1600 1030 средний 1900 300 нижний 2600 700 Архей >3500 >900

  Каждое из принятых в СССР подразделений докембрия — архей и протерозой — по длительности значительно превышает отдельные группы фанерозоя. Протерозой подразделяется на три части — нижний, средний и верхний. Последний вошёл в Г. под названием рифея, который многие геологи считают подразделением, соответствующим группе.

  Наиболее древние породы, найденные на Земле, имеют возраст около 3500 млн. лет и знаменуют собой начало архея. Пород, возникших в интервале времени от 3500 до 4500 млн. лет (предполагаемый возраст Земли), с достоверностью не обнаружено.

  Методы определения абсолютного возраста. Накопление продуктов радиоактивного распада в течение времени, положенное в основу определений абсолютного возраста, выражается формулой: D = Р (еlt — 1), где D — число атомов нерадиоактивного вещества, возникших за время t; Р — число атомов радиоактивного элемента в настоящий момент; е — основание натуральных логарифмов; l — константа распада, которая показывает, какая часть атомов радиоактивного элемента распадается за единицу времени (год, сутки, минуты и т.д.) по отношению к первоначальному количеству. Иногда скорость распада выражают периодом полураспада (T) — временем, в течение которого любое количество вещества распадается наполовину. Отношение D/P является функцией возраста (t) минерала. Так:

 

  Отсюда возраст образца минерала (t) может быть вычислен по формуле:

 

  Истинный возраст может быть определён в том случае, если отношение D/P изменяется только от радиоактивного распада, т. е. минерал представляет собой замкнутую систему.

  Основные типы радиоактивного распада, используемые для определения возраста, следующие:

  238U®206Pb + 84He,

  235U®207Pb + 74He,

  232Th®208Pb + 64He,

  ®40Ar

  40K + e®Ca + b

  87Rb®87Sr + b,

  187Re®187Os + b.

  В зависимости от конечных продуктов распада выделяют следующие методы ядерной Г: свинцовый (уран-торий-свинцовый), гелиевый, аргоновый (аргон-калиевый), кальциевый, стронциевый (стронциево-рубидиевый) и осмиевый. Наиболее широкое применение из них получили свинцовый, аргоновый и стронциевый.

  Свинцовый метод основан на исследованиях радиогенного свинца в минералах (уранините, монаците, цирконе, ортите). Он является наиболее достоверным, поскольку решение задачи о возрасте урано-ториевого минерала достигается по трем независимым уравнениям:

 

  Pb, U и Th обозначают содержание в минералах изотопов свинца, урана и тория; l1, l2 и l3 — константы распада изотопов 238U, 235U, 232Th.

  Если разделить уравнение (1) на (2), то получится уравнение

 

  Это уравнение даёт наиболее близкие к истинным значения возраста, что связано с малой его зависимостью от возможных потерь урана и свинца минералом на протяжении его геологической жизни. Оно позволяет вычислить возраст только по одному измеренному отношению , поскольку в настоящее время отношение  равно 137,7 и практически во всех минералах и горных породах одинаково. Совпадение значений возраста, полученных по всем четырём уравнениям, свидетельствует о хорошей сохранности исследованного минерала, правильности проведённых анализов и достоверности вычисленного абсолютного возраста. Измерение изотопного состава свинца производится на масс-спектрометре (см. Масс-спектроскопия).

  Однако чаще различные уравнения дают разные значения возраста одного и того же минерала. В этом случае для установления истины прибегают к построению диаграммы в координатах 206Pb/238U: 207Pb/235U (см. ниже). На неё наносят кривую OA (конкордия), вычисленную теоретически для разных возрастов, и прямую OB (изохрона), на которую ложатся результаты измерений для нескольких исследованных одновозрастных минералов. Истинным возрастом считается значение на пересечении кривой OA с прямой OB.

  Поскольку все радиоактивные минералы содержат наряду с радиогенным свинцом примесь свинца обыкновенного, при вычислении возраста приходится вносить поправку. Для того, чтобы избежать этого, был предложен метод определения возраста, основанный на измерении изотопного состава свинца в нескольких минералах одной и той же породы с целью построения по полученным результатам изохроны. Диаграмма строится в координатах 207Pb/204Pb; 206Pb /204Pb. Данные изотопного состава свинца минералов, если они одновозрастны, ложатся на одну прямую — изохрону. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс является отношением 207Pb/206Pb, по которому согласно формуле определяется возраст породы.