Абсолютный и относительный возраст горных пород. Геохронологическая шкала.

Лекция 3. Основы геохронологии. Эндогенные процессы.

Метаморфические горные породы (ММГП)

Образуются из МГП и ОГП под действием факторов метаморфизма – высоких давления и температуры, химически активных жидкостей и газов. Метаморфизм может происходить в ограниченных зонах, например, вблизи области внедрения магмы или в зоне тектонических разломов и смещения пород, а может охватывать огромные территории. В последнем случае метаморфизм называется региональным. Соответствующие породы имеют наибольшее распространение; структура их кристаллическая, а по текстуре они могут быть сланцеватыми (гнейсы и различные сланцы) и несланцеватыми (мраморы и кварциты).

Гнейсы – породы, по минеральному составу и механическим свойствам близкие к гранитам, из которых они образуются при перекристаллизации последних. Но при метаморфизме может происходить изменение и минералогического состава; например, гнейсы возникают также в ходе глубокого метаморфизма глинистых пород. Сланцы – породы с наиболее отчетливо выраженной сланцеватостью, возникшей как результат перекристаллизации при метаморфизме. Плоскости сланцеватости ослаблены, по ним породы раскалываются при ударе и разрушаются при выветривании. Из-за анизотропности и легкой выветриваемости мало пригодны как строительный камень. Название сланца устанавливается по преобладающему минералу – слюдяной, тальковый, хлоритовый и др.

Мраморы представляют собой перекристаллизованные известняки и доломиты. В качестве примесей содержат кварц, графит, гематит, хлорит, пирит и др., что влияет на их свойства. Прочность на сжатие зависит также от структуры: для мелкозернистого мрамора до 200 МПа, а крупнозернистого до 70…100.

Кварциты образуются из кварцевого песка и песчаника. При метаморфизме отдельные зерна кварца оплавляются и сливаются в сплошную массу. Поэтому кварциты характеризуются большой прочностью (до 500 МПа), твердостью, абразивностью.

Во многих случаях важное значение имеет возраст горных пород и установление времени и (или) последовательности геологических событий. Используемая в этих целях геохронологическая шкала построена с помощью двух методов определения относительного возраста пород: стратиграфического и палеонтологического. Суть первого способа в том, что вышележащий слой моложе подстилающего, нижележащего. Палеонтологический способ основан на изучении остатков, следов органической жизни, сохранившихся в горных породах. Жизнь на Земле развивалась от примитивных простейших форм к более сложным. Поэтому слои, содержащие следы более простых организмов, будут и более древними.

Оба способа имеют ограничения. Например, в результате сложных движений отдельных участков ЗК первоначальное залегание пород может нарушиться вплоть до «запрокидывания» слоев. В некоторых породах всякие следы жизни отсутствуют – например, в МГП. Тем не менее сочетание обоих способов, сопоставление геологического строения многих участков ЗК позволили составить геохронологическую шкалу, являющуюся также и стратиграфической.

Временные подразделения шкалы от более крупных: эра – период – эпоха – век. Соответствующие стратиграфические подразделения для горных пород: группа - система – отдел – ярус. Названия эр и периодов приведены ниже в таблице. В периодах выделяют две, а чаще три эпохи (ранняя, средняя, поздняя); названия отделов соответственно нижний, средний, верхний. Отличаются они индексами при обозначении периода или системы. Особые названия получили эпохи Кайнозойской эры: в палеогене 1 – палеоцен, 2 – эоцен, 3 – олигоцен; для неогена 1 – миоцен, 2 – плиоцен. В четвертичном периоде выделены две эпохи – плейстоцен (1,2,3) и современная – голоцен Q₄.

В конкретных геологических разрезах отложения некоторых систем и даже целых групп могут отсутствовать. Это означает, что в соответствующие периоды или даже целые эры на данной территории господствовали процессы разрушения и сноса пород (денудация). Такие выпадения характеризуются как стратиграфические перерыв (во времени) или несогласие (в залегании пород).

Возможность определять не только относительный, но и абсолютный возраст пород ЗК появилась только в ХХ веке, после изучения закономерностей процесса радиоактивного распада. В некоторых породах содержатся элементы, обладающие свойством переходить в другие (распадаться) при самопроизвольном испускании элементарных частиц. По содержанию в породе исходного элемента и продуктов его распада можно установить абсолютное время существования породы.

Указанным методом возраст наиболее древних пород ЗК оценен в 4,5 млрд. лет. Как видно из табл. 3.1, большая часть этого времени приходится на Архейскую эру, когда только появились осадочные породы и жизнь на Земле отсутствовала и на Протерозойскую – эру первичной жизни. Длительность последнего – четвертичного периода Кайнозойской эры составляет около 2 млн. лет.

Таблица 3.1

Породы более раннего, дочетвертичного возраста называются коренными. При сравнении их с близкими по составу четвертичными они, как правило, оказываются более плотными и прочными. Свойства пород зависят от условий их образования и происходящих далее изменений. Очевидно, что изучать и описывать их вне времени невозможно. Поэтому возраст пород обязательно указывается при их описании, а также на геологических картах и разрезах.

В последнем столбце таблицы приведены названия эпох складчатости, т.е. периодов особенно интенсивного проявления эндогенных процессов, сильно изменивших строение ЗК и ее поверхности.