5.Основы исторической геологии. Абсолютный и относительный возраст горных пород.

Историческая геология - наука о закономерностях развития земной коры - оперирует рядом историко-геологических методов. Важнейшей задачей исторической геологии является установление относительного и абсолютного возраста отложений. Основой реконструкции физико-географических и тектонических обстановок геологического прошлого служит метод актуализма.

В истории развития Земли и земной коры выделяются несколько крупных этапов, не равных по своему значению: 1 - этап аккреции вещества газопылевой туманности; 2 - догеологический этап; 3 - докембрийский (4,0-3,5 - 1 млрд. лет назад); в фанерозое выделяются: 4 - раннепалеозойский (каледонский); 5 - позднепалеозойский (герцинский); 6 - мезозойский (киммерийский) и 7 - мезозойско-кайнозойский (альпийский) этапы, которые начинались и заканчивались в различных районах Земли неодновременно. Начало этапов характеризовалось раскрытием бассейнов с корой океанского типа, а конец - сближением литосферных плит и формированием горно-складчатых поясов.

Различают абсолютный и относительный возраст горных работ.

Абсолютный возраст выражается в годах, т.е. определяется, сколько лет прошло с момента образования породы. Для этой цели применяют радиоактивные методы (уран-свинцовый метод), основанные на использовании процессов радиоактивных превращений, которые имеют место в некоторых химических элементах (уран, калий, рубидий и др.), входящих в состав пород. С помощью одних элементов устанавливают возраст в миллионах лет, другие дают возможность определять более короткие отрезки времени. Так, например, зная какое количество свинца образуется из 1 гр. Урана в год, определяя их совместное содержание в данном минерале, можно вычислить абсолютный возраст минерала и той горной породы, в которой он находится. Этот метод позволяет определять возраст более древних горных пород в миллионах лет. Таблица №2

По углероду С14, период полураспада которого равен 5568 можно устанавливать возраст более молодых образований. Абсолютные значения возраста горных пород приведены в геохронологической шкале.

Б) Относительный возраст позволяет определять, какие породы древнее, какие моложе, учитывая их последовательность залегания. Для определения относительного возраста используют два метода: 1. стратиграфический и 2. палеонтологический.

6.Геологическая хронология

На основе определения относительного, а позже и абсолютного возраста горных пород, изучение последовательности отложений отдельных пластов осадочных пород и тождества найденных в них остатков руководящих организмов, вся история Земли была поделена на отдельные геологические этапы развития. Самый крупный из них - мегациклах, далее последовательно идут эра, период, эпоха, возраст и другие.

Названия периодов в большинстве заимствованы от названия местности, где впервые были обнаружены горные породы этого возраста, или от названия древних племен, которые жили в этой местности. Так, кембрийский период получил название от древней названия полуострова Уэльса (Камбрия), ордовика - название древнего племени, обитавшего в Англии, силуре - название племени, которое жило в Уэльсе, девон - от графства Девоншир в Англии, пермский - от Пермского царства в России. Каменноугольный (карбон) и меловой получили название за мощными отложениями соответствии каменного угля и писчего мела. Четвертичный период получил свое название от старого деления истории Земли на четыре периода: первичный (палеозой), вторичный (мезозой), третичный (палеоген и неоген) и четвертичный.

ногда четвертичный период называют еще антропогенным (греч. "антропос" - человек), благодаря появлению человека в начале этого периода.

Периоды (системы) в свою очередь разделяются на две или три эпохи (отделы), называют, как и периоды, с добавлением слов: ранняя (нижний), средняя (средний), поздняя (верхний) и в геологическом индексе обозначает цифрами: С1 , С2 (нижний и средний карбон).

Нумерация осуществляется снизу вверх в направлении развития.

Анализ геохронологической шкалы показывает, что 83,7% всего возраста Земли приходится на криптозой (2930 млн. лет). В это время Земля представляла собой почти безводную каменную пустыню с примитивными организмами, возникших в конце архея. Обращает на себя внимание и неодинаковость абсолютной продолжительности геологических этапов. Чем ближе к современности, тем они становятся короче. Объясняется это тем, что распределение геологической истории Земли по этапам осуществлялся присутствием остатков ведущих организмов, свидетельствуют об ускоренном развитии органической жизни на Земле. Второй большой отрезок времени приходится, на планетарную эпоху Земли - 1,1 - 1,5 млрд. лет. Этот этап развития Земли очень слабо изучен.

7. Стратиграфический и палеонтологический методы определения возраста горных пород.

1) Первый метод применяют для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоёв. При этом считают, что нижележащие слои горных пород являются более древними, чем вышележащие (рис.3). Самым молодым является слой 3 и самым древним является слой 1. Этот метод не применим при залегании слоёв в виде складок (рис.4).

2) Палеонтологический метод позволяет определять возраст осадочных пород по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоёв и сопоставлять возраст пород, залегающих на различных участках. В основу метода положена история развития органической жизни на Земле. Животные и растительные организмы развивались постепенно, последовательно. Остатки вымерших организмов захоронялись в тех осадках, которые накапливались в тот отрезок времени, когда они жили, зная последовательность и период жизни вымерших организмов, по их останкам можно определить возраст слоёв осадочных пород. В результате изучения строения земной коры и истории развития жизни появилась возможность разделить всю геологическую историю на ряд отрезков времени и составить по данным абсолютного и относительного возраста шкалу геологического времени – геологическую шкалу (табл.2).

8. Минералы и их происхождение.

Минерал – природное вещество, состоящее из одного элемента или из закономерного сочетания элементов, образующееся в результате природных процессов, протекающих в глуби земной коры или на поверхности. Каждый минерал имеет определенное строение и обладает присущими ему физическими и химическими характеристиками. В настоящее время известно более 2 500 минералов (не считая разновидностей). Наука, изучающая минералы, называется минералогией.

По происхождению минералы делятся на типы, которые объединяются в две группы: эндогенные – возникают в глуби земной коры благодаря процессам магматизма и метаморфизма, а также экзогенные – образующиеся в верхней части земной коры в результате выветривания и осаждения из водных растворов. Последовательность формирования минералов от эндогенных до экзогенных можно представить следующим образом.

1. Магматический тип минералообразования имеет место в пределах магматического очага, возникающего в глуби земной коры. По мере остывания и гравитационного разделения магмы, из нее последовательно кристаллизуются вначале тугоплавкие, а затем все более легкоплавкие минералы. Соответственно, первыми возникают тяжелые зелено-черные минералы: оливин, авгит, лабрадор; затем более легкие: роговая обманка, слюды, ортоклазы, а в завершение – самый легкий низкотемпературный кварц. Такая последовательность получила название реакционного ряда Боуэна (по имени канадского ученого).

2. Пегматитовый тип проявляется на последних стадиях остывания магмы, при температурах 500 – 700° С, когда в расплавленном виде остаются лишь самые легкие фракции, обогащенные кислотами и щелочами и насыщенные газами. В этих условиях формируются своеобразные породы – пегматиты, сложенные крупными и гигантскими кристаллами кварца, ортоклаза, слюд. На данной стадии возникают многие драгоценные камни, рудные и радиоактивные минералы.

3. Пневматолитовый тип заключается в кристаллизации перенасыщенного газами вещества магмы, поднимающегося по трещинам земной коры. Из летучих соединений формируются руды висмута, вольфрама, молибдена, мышьяка и др. Когда температура понижается до 500° С, пневматолитовый тип начинает сопровождаться гидротермальными процессами, ведущими к накоплению рудообразующих минералов: галенита, сфалерита, киновари, халькопирита, пирита, золота, а также кальцита и др.

4. Гидротермальный тип начинается при охлаждении газов и растворов до 375° С, что обуславливает образование как самородных минералов, так и хлоридных, сульфатных и других соединений: серы, галита, сильвина и др.

5. Гипергенный тип минералообразования проявляется на земной поверхности в воздушной или водной среде, или на небольших глубинах в земной коре. Здесь неустойчивые ко внешним воздействиям минералы разрушаются и переходят в устойчивые соединения. Основополагающее значение принадлежит процессам выветривания, осаждения веществ из водных растворов, деятельности подземных вод. Характерными минералами являются каолин, монтмориллонит, галит, сильвин, малахит, лимонит, боксит и др.

6. Метаморфический тип обусловлен воздействием на горные породы высоких температур, давления, а также магматических газов и растворов. При этом возникает обширный перечень минералов, как хлорит, тальк, графит, магнетит и др.

Процессы минералообразования могут сопровождаться метасоматозом – замещением одних минералов другими при изменении физико-химических условий. Например, переходом пирита (FeS2) в лимонит (Fe2O3 x nH 2O) в результате окисления. Кроме того, возможно образование одного и того же минерала в разных условиях. Наконец, каждому типу минералообразования характерны свои, строго закономерные сочетания минералов, что ведет к образованию минералов-спутников. Такое явление получило название парагенезиса. Практическое значение парагенезиса заключается в том, что на основании обнаружения одного минерала, можно предполагать наличие другого. Так, наличие пегматитового кварца свидетельствует о возможности обнаружения золота.

9. Эндогенный, экзогенный и метаморфический процессы.

Все процессы минералообразования разделяются на три большие группы: эндогенные, экзогенные и метаморфические.

Эндогенные (или гипогенные, глубинные) процессы протекают в недрах Земли и связаны с внутренней энергией Земли, главным образом энергией радиоактивного распада. К этим процессам относятся:

1. Собственно магматический процесс (кристаллизация вещества из расплава);

2. Пегматитовый процесс;

3. Гидротермальный процесс (кристаллизация вещества иэ минерализованного водного раствора).

Экзогенные (или гипергенные, поверхностные) процессы протекают на поверхности Земли, а также в атмосфере и гидросфере при климатической температуре, атмосферном давлении и связаны с энергией Солнца. Главнейшими здесь являются:

1. Процессы выветривания;

2. Процессы осадконакопления.

Метаморфические процессы - процессы сложного преобразования и изменения минералов эндогенного и экзогенного происхождения при изменении термодинамичаских условий в недрах Земли.

Различие этих процессов заключается в различии геологических условий минералообразования, параметров температуры и давления, источников энергии и вещества, химического состава среды.

Основные разделы петрографии выделяются в соответствии с главными типами природных процессов минералообразования: петрография магматических пород эндогенного (глубинного) происхождения; петрография осадочных пород, возникающих при экзогенных процессах; петрография метаморфических пород, которые формируются в результате преобразования магматических и осадочных пород.

Распространение горных пород неодинаково. Так, литосфера на 95% сложена магматическими и метаморфическими породами и только 5% составляют осадочные породы. В то же время последние покрывают 75% земной поверхности и только 25% ее занято магматическими и метаморфическими породами.