Геохронология

Геохроноло́гия (от др.-греч. γῆ — земля + χρόνος — время + λόγος — слово, учение) — комплекс методов определения абсолютного и относительного возраста горных пород или минералов. В число задач этой науки входит и определение возраста Земли как целого. С этих позиций геохронологию можно рассматривать как часть общей планетологии.

История

Основные вехи развития геохронологии

В 1658 году ирландский англиканский архиепископ Джеймс Ашшер издал «Анналы Ветхого Завета» (англ. The Annals of the Old Testament from the Beginning of the World), где на основе изучения Библии определял дату сотворения мира как 23 октября 4004 года до н. э. Эта дата стала предметом многих теологических споров, а впоследствии — популярной цитатой для критиков религии, однако труд Ашшера примечателен как одна из первых попыток определить возраст Земли при помощи относительно строгих методов («прямых или косвенных синхронизмов с римскими датами»).

Ещё в XVIII веке никто не задумывался над «возрастом горных пород»,^[1] однако методы будущей науки уже разрабатывались любителями геологии. Так Николас Стено^[2] впервые (1669) сформулировал положение, которое в настоящее время играет роль закона: в разрезе нормально залегающие отложения отражают последовательность геологических событий, хотя понятие «нормально залегающие» точно не сформулировано. Вильямс Смит (1769—1839) определял степень одновозрастности слоёв пород по окаменелостям. Эти вопросы поднимал М. В. Ломоносов (1763).^[3]

Дальнейшее развитие методов определения возраста вначале опиралось только на анализ различных окаменелостей. Предпосылкой к изменению ситуации стало открытие, которое случайно сделал в 1896 году французский химик Антуан Анри Беккерель: «лучи Беккереля», позже переименованные Марией Кюри в радиоактивное излучение. Это открыло путь к определениям абсолютного возраста методом радиоизотопного датирования. Его применение известно как ядерная, или абсолютная геохронология. В 1907 году Эрнест Резерфорд провёл первые опыты по определению возраста минералов по урану и торию^[4] на основе созданной им совместно с Фредериком Содди теории радиоактивности. В 1913 году Содди ввёл понятие об изотопах, которое стало очень важным для методов абсолютной датировки.^[5] В 1928 году Ниггот реализовал, а в 1939 году A. O. К. Нир (1911—1994) создал первые уравнения для расчёта возраста и применил масс-спектрометр для разделения изотопов. С этих пор ядерная геохронология стала основной для определения последовательности геологических событий.

Геохронология в СССР

В СССР инициатором радиологических исследований был В. И. Вернадский (1863—1945). Его начинания продолжили В. Г. Хлопин (1890—1950), И. Е. Ста́рик (1902—1964), Э. К. Герлинг (1904—1985). При решении возрастных задач создавались различные методы, включающие изучения изотопов Pb, K, Ar, Sr, Rb и др. Эти методы получили самостоятельные названия — уран-свинцовый, свинец-свинцовый, калий-аргоновый,^[6] рубидий-стронциевый.^[7][8] Это наиболее распространённые методы (есть и ряд других). Для координации геохронологических исследований в 1937 году была создана Комиссия по определению абсолютного возраста геологических формаций при АН СССР. В это же время^[9] интенсивно развивается радиоуглеродный метод (применим в пределах 60 000 лет), заложивший строгую основу в датировании четвертичных отложений и развитии дендрохронологии. Другие методы радиоактивного определения возраста, например, ксеноновый,^[10] самарий-неодимовый (по ¹⁴⁷Sm →¹⁴³Nd + He), рений-осмиевый, по трекам, люминесцентный и др., не получили широкого распространения.^{[источник не указан 638 дней]}

Проведённые исследования сыграли значительную роль в развитии геологии. Непосредственным результатом этих исследований стало первое построение в 1947 году англичанином Артуром Холмсом (1890—1965) «общей шкалы геологического возраста».^[11] Далее она систематически уточнялась; уточнённая геохронологическая шкала приводится в многочисленных работах.^[12]

В геохронологии есть два весьма различающихся подхода, широко используемых и сейчас:

• определение относительного возраста;
• определение абсолютного возраста.

Относительный возраст горных пород

Основная статья: Относительный геологический возраст

Палеонтологический метод

Основная статья: Руководящие ископаемые

Научный геохронологический метод, определяющий последовательность и дату этапов развития земной коры и органического мира, возник в конце XVIII в., когда английский геолог Смит в 1799 г. обнаружил, что в слоях одинакового возраста всегда содержатся ископаемые одних и тех же видов. Он также показал, что остатки древних животных и растений размещены (с увеличением глубины) в одном и том же порядке, хотя расстояния между местами, где они обнаружены, очень большие.

Абсолютный возраст горных пород

Основная статья: Абсолютный геологический возраст

Термин «абсолютный» считается устаревшим. Это название нужно только для того, чтобы отличать этот возраст от относительного. Ряд исследователей дают другие названия: ядерная геохронология,^[13] прикладная геохронология,^[14] изотопная геохронология, радиометрическое датирование и др.^[15] Все эти синонимы не определяют сущность геохронологии, а косвенно отражают только методы проведения исследований.

В основе метода лежит явление самопроизвольного радиоактивного распада, который протекает по экспоненциальному закону. В результате из материнского радиоактивного изотопа ^jR образуется радиогенный изотоп дочернего элемента ⁱD

$^{i}\mathrm{D}_{r} = ^{j}\mathrm{R}_{o}(e^{\lambda_{r}t}-1)\,$,

где ⁱD_r — современная измеренная концентрация дочернего радиогенного изотопа, ^jR_o — современные измеренные концентрации материнского изотопа. λ_r — постоянная распада атома ^jR.

См. также

• Возраст Земли
• Геохронологическая шкала
• Радиоизотопный анализ

Примечания

1. ↑ Всё о Земле. Определение возраста горных пород.
2. ↑ Белоусов В. В., Николаус Стено — основоположник геотектоники, «Природа», 1938, № 5:
3. ↑ Ломоносов М. В. О слоях земных и другие работы по геологии.- М.-Л.: Госгеолиздат, 1949. 209 с.
4. ↑ Олейников А. Н. Геохимические часы. Л.: Недра. 1987
5. ↑ Арнолд К. Р., Айэва Ф. Дж., Берсма М. Дж. и др. Премия по химии // Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия = Nobel Prize Winners / Под ред. Т. Уоссона. — М.: Прогресс, 1992 [1987]. — ISBN 5-01-002539-6
6. ↑ G. J. Wasserburg et al., 1955; Э. К. Герлинг и др., 1955, 1957, 1961; Г. Фор и Д. Пауэл, 1974; А. С. Батырмурзаев и др., 1982 и т. д.
7. ↑ L. O. Nikolaysen, 1961; W. Compston, P. M. Jeffery, 1959, 1961, 1962; Э. Йегер, 1964, 1984; и др.
8. ↑ Шуколюков Ю. А. И др. Графические методы изотопной геологии. М.: Наука, 1974
9. ↑ В 1946 году американский физико-химик Уиллард Либби предложил метод определения возраста биологических останков, предметов и материалов биологического происхождения путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа ¹⁴C по отношению к стабильным изотопам углерода (Нобелевская премия по химии, 1960).
10. ↑ Шуколюков Ю. А. Изотопы ксенона в монацитах.//Геохимия, 1963, 6, С.549 — 551
11. ↑ Олейников А. Н. Геохимические часы. Л.: Недра. 1987.
12. ↑ См., например, Короновский Н. В. Общая геология. М.:КДУ, 2006. ISBN 5-98227-075-X
13. ↑ Старик И. Е. Ядерная геохронология, М.—Л., 1961
14. ↑ Гамильтон Е. И. Прикладная геохронология. Л., 1968.
15. ↑ Изотопная геохронология процессов магматизма, рудообразования, осадконакопления и метаморфизма. / Материалы III Всероссийской конференции по изотопной геохронологии. М.: ГЕОС, 2006

Ссылки

• Геохронология — статья из Большой советской энциклопедии
• Всё о Земле: VseOzemle.ru
• Макаров В. П. Теоретическая геохронология