4.1 Методы определения относительного возраста пород

Основным методом определения относительного возраста пород является палеонтологический метод. Его применение базируется на дивергентном развитии органического мира и принципе необратимости эволюции.

Исходя из этого, каждый комплекс ископаемых организмов, приуроченный к тому или иному слою, отражает определённый этап развития органического мира и является неповторимым. В основе палеонтологического метода лежит также явление широкого пространственного распространения ископаемых организмов, что позволяет осуществлять корреляцию разрезов, отдалённых друг от друга областей. Определение возраста горных пород производится путём сравнения окаменелостей с теми, которые встречены в опорном разрезе.

Стратиграфическое расчленение осадочных пород, начинается с всестороннего изучения естественных обнажений и кернов скважин, вскрывающих эти отложения в закрытых районах. Изучается литологический состав отдельных слоёв, их взаимоотношение друг с другом, причём принимается, что при ненарушенном залегании подстилающий слой является более древним, а покрывающий – более молодым (принцип Стенона).

Если между слоями нет следов перерыва, то их формирование шло последовательно и непрерывно. Если же между ними наблюдается стратиграфическое несогласие, то предполагается наличие перерыва в осадконакоплении, а также возможность размыва нижележащих слоёв. В таких случаях важно установить размеры перерыва. О следах перерыва свидетельствует неровная эродированная поверхность нижнего слоя, наличие в подошве вышележащего слоя грубообломочного материала – гравия, гальки, желваков фосфоритов, остатков переотложенных скелетов различных организмов. В кровле нижнего слоя наблюдаются следы зарывающихся и сверлящих организмов: норы ракообразных, двустворок, заполненные осадком вышележащего слоя. Если между слоями наблюдается угловое несогласие (то есть слои пород залегают не горизонтально, а под различными углами), то это объясняется тем, что подстилающие породы до образования вышележащих подвергались воздействию тектонических движений, в результате которых их первоначальное горизонтальное залегание было изменено.

Из каждого слоя или группы слоёв изучается систематический состав биоценозов. Для этого извлекаются органические остатки – фоссилии, которые после технической обработки определяются. При извлечении из слоёв ископаемых остатков, отмечаются особенности их захоронения, выясняется их принципиальное положение. Предварительный анализ окаменелостей позволяет отличать отложения, образованные в морских или континентальных условиях, в лагунах или пресноводных бассейнах. Однако для немых толщ, не заключающих органических остатков, решить этот вопрос бывает очень трудно.

На основании изучения естественных обнажений и прослеживания по простиранию слоёв составляется свободный стратиграфический разрез изучаемого района. Для обоснования возраста слоёв, выделенных в разрезе, определяются органические остатки, выясняется их систематическая принадлежность и время существования. Отдельно анализируются остатки растений (отпечатки листьев, семян, споры), позвоночных и беспозвоночных. Если сохранность материала не позволяет определить органические остатки с точностью до вида, то тогда, в зависимости от сохранности определение дается до рода, до семейства и т. д. В тех случаях, когда встречены

Среди морских форм выделяют организмы бентоса, нектона и планктона. На основании определения состава организмов, живших в изучаемый отрезок времени, и выяснения их стратиграфического значения, выделяются отдельные стратиграфические единицы, и обосновывается их возраст.

Для расчленения отложений каждого периода используются наиболее быстро эволюционирующие группы организмов. Для разделения кембрия важную роль играют трилобиты, для ордовика и силура – граптолиты; для карбона-перми – фораминиферы; для девона – брахиоподы; для мезозоя – кораллы; для палеогена и неогена – гастроподы и пелециподы (двустворки).

Существует много других методов определения возраста пород. Так, с помощью аминокислот удаётся установить возраст до 1000 тыс. лет. Дело в том, что аминокислоты присутствуют во всех живых клетках и структуры их являются левосимметричными. Когда организм умирает, аминокислоты из-за изменения температуры становятся правосимметричными. Далее образуется смесь, где левосимметричные и провосимметричные кислоты достигают соотношения 50 на 50 и далее эти пропорции не меняются. Данный метод можно использовать, если знать, что рассматриваемая порода долгое время формировалась при постоянной температуре.

Среди палеонтологических методов выделяют следующие:

• для датировки последних 1000 лет можно использовать годовые кольца деревьев. Но, проблема здесь в том, что в некоторые годы они не образуются. Относительная толщина колец отражает климатические условия, а последовательность изменения ширины колец позволяет сравнивать поперечные сечения разных деревьев. Обычно определенные последовательности годовых колец характерны для какой-либо части суши, но не для всей Земли, так как климатические условия могут отличаться в разных частях Земли;

• для определения возраста используют последовательность палеомагнитных данных. Известно, что магнимтное поле Земли время от времени меняет полярность. Это значит, что стрелка компаса, показывающая север, будет показывпать на юг. По мере накопления осадков частицы вещества, богатые никелеи и железом, ориентируются согласно магнитному полю Земли. Когда осадки превращаются в породу, ориентация частиц замораживается, что даёт возможность определить положение магнитных полей в прошлом. В лавах после остывания такие частицы также сохраняют ориентировку магнитных полей Земли;

• чередование темных и светлых глинистых слоёв, каждая пара, состоящая из тёмного и светлого слоя, соответствует году. Чтобы узнать время, за которое образовались данные отложения, подсчитывают число всех слоёв, а после деления на два получается количество лет. Этим методом определили время таяния ледника в Швеции, прошло 13,5 тыс. лет;

• метод, связанный с ростом организмов. У современных и ископаемых растений и животных наблюдаются струйки, линии, морщины и кольца роста. Одни из них соответствуют суткам или части суток (струйки, тонкие линии), другие месяцам (морщины), третьи – годам (кольца). У ископаемых животных линии и кольца роста особенно хорошо фиксируются на внешнем морщинистом слое (эпитеке) кораллов, на раковинах двустворчатых и головоногих моллюсков. По линии роста эпитеки кораллов было подсчитано число дней в году в прошлые геологические эпохи. Оказалось, что в кембрии год состоял из 420 – 425 дней. Уменьшение числа дней в году в течение фанерозоя указывает на замедление вращения Земли вокруг своей оси, при условии, что длина орбиты вокруг Солнца оставалась прежней. Есть и другое мнение, Земля вращалась вокруг своей оси с той же скоростью, но сокращается длина орбиты, то есть Земля приближается к Солнцу.

Палеонтологический метод в первое время после его открытия казался простым и удобным, так как расчленение и увязка разрезов производилась на сравнительно небольшой территории Западной Европы. Однако ещё Ч. Дарвин отметил, что геологическая летопись отличается неполнотой, так как многие группы организмов исчезли бесследно. Особое внимание Ч. Дарвин обратил на кажущееся внезапным появление в кембрии разнообразных представителей животного мира, объясняя отсутствие таковых в более древних отложениях докембрия метаморфизмом докембрийских пород. Не менее важной проблемой была проблема геологической синхронности отложений, развитых на удалённых территориях, относимых по палеонтологическим остаткам к одним и тем же стратиграфическим подразделениям.

Причинами осложнений применения палеонтологического метода являются:

• переотложение органических остатков;

• эндемизм фауны;

• реликтовые и реккурентные формы.

Переотложение органических остатков и нахождение их во вторичном залегании широко распространены в природе. Как правило, переотложение возникает в результате размыва подстилающих пород, и переотложенные органические остатки чаще всего приурочены к базальтовому горизонту. В нём может встречаться галька, обломки и целые глыбы с органическими остатками.

Эндемичные формы могут быть использованы только для ограниченных районов. Примером эндемичных фаун служит озеро Байкал, состоящая из 75% эндемичных форм, Галапагосские острова, Австралия. Эндемизм чаще всего связан с изоляцией района.

К реликтовым формам относятся древние формы, живущие среди более молодых. Например, в настоящее время живёт кистепёрая рыба латимерия, которая жила в мезозое.

Находки подобных форм в ископаемом состоянии могут привести к ошибкам в определении возраста.

К реккурентным формам относятся формы, которые появляются в различных стратиграфических горизонтах в связи с повторением в разрезе благоприятных для них фаций.

Реккуренция связана с миграцией фауны при возникновении неблагоприятных условий для её обитания и возвращением её при восстановлении условий, близких к прежним. Реккурентные фауны чаще всего наблюдаются в условиях ритмичного чередования слоёв. Например, в Донбассе морские фауны повторяются в прослоях известняков, чередующихся с континентальными угленосными отложениями. На востоке Русской платформы фаунистические комплексы битуминозных известняков повторяются в живетском, франском и фаменском ярусах девона.