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. Однако её выделяют как отдельную науку.

История

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»).

В XVIII веке ещё 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. Суть стратиграфического метода заключается в том, что относительный возраст горных пород определяют по тому месту, где залегает тот или иной пласт или слой в земной коре. Но при тектонических процессах, когда земная кора приходит в движение, определить относительный возраст горных пород невозможно. Стратиграфический метод применим только для осадочных горных пород при их спокойном залегании.

Уильям Смит (1769—1839) определял степень одновозрастности слоёв пород по окаменелостям, названным руководящими ископаемыми (палеонтологический метод). Эти вопросы поднимал ранее также М. В. Ломоносов (1763)[3].

Дальнейшее развитие методов определения возраста вначале опиралось только на анализ различных окаменелостей. Но они позволяли определить лишь относительный возраст горных пород, то есть узнать, какие из них являются более древними. Кроме палеонтологического метода определения относительного возраста горных пород существует и радиоактивный метод определения их абсолютного возраста[4][5].

Абсолютный возраст горных пород определить было невозможно. Именно поэтому до конца XIX века оценки возраста Земли различными учёными очень сильно различались. Так, Лорд Кельвин в 1868 году опубликовал математическую модель остывания Земли (как потом выяснилось, основанную на произвольном допущении о постоянстве теплопроводности земного вещества), и получил диапазон 20—400 миллионов лет. Близкую оценку по результатам исследования осадочных пород дал геолог Джон Филлипс (1860): 96 миллионов лет; примерно такой же возраст астрономы приписывали Солнцу. Ирландский математик и инженер Джон Перри в 1895 году подверг критике модель Кельвина и дал свою верхнюю оценку возраста Земли: 4 миллиарда лет[6].

Определение абсолютного возраста горных пород

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[7] 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[8]. В 1939 г. Альфред Нир (Nier, Alfred Otto Carl, 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.

В СССР инициатором радиогеологических 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[9], рубидий-стронциевый[10][11]. 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[12] 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[13], самарий-неодимовый (по 147Sm →143Nd + He), рений-осмиевый, по трекам, люминесцентный и др., не получили широкого распространения.

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»[14]. Далее она систематически уточнялась; уточнённая геохронологическая шкала приводится в многочисленных работах[15].

С помощью свинец-свинцового метода, разработанного Клэром Паттерсоном, к 1956 г. удалось определить возраст Земли как 4,54 миллиардов лет (4,54⋅109 лет ± 1 %)[16][17][18]. Эти данные базируются на радиоизотопной датировке метеоритных образцов (хондритов), образовавшихся до начал. Данная оценка почти не менялась с 1956 года.

См. также

Примечания
  1. Всё о Земле. Определение возраста горных пород. (недоступная ссылка). Дата обращения: 17 апреля 2019. Архивировано 22 апреля 2017 года.
  2. Стено Николаус — статья из Большой советской энциклопедии. 
  3. Ломоносов М. В. О слоях земных и другие работы по геологии. — М.-Л.: Госгеолиздат, 1949. 209 с.
  4. Геология: Абсолютный и относительный возраст горных пород
  5. Методы определения возраста горных пород
  6. Ливио, Марио, 2015, Главы 4, 5. Сколько лет Земле?.
  7. Олейников А. Н. Геохимические часы. Л.: Недра. 1987
  8. 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.
  9. 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.
  10. L. O. Nikolaysen, 1961; W. Compston, P. M. Jeffery, 1959, 1961, 1962; Э. Йегер, 1964, 1984; и др.
  11. Шуколюков Ю. А. И др. Графические методы изотопной геологии. М.: Наука, 1974
  12. 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).
  13. Шуколюков Ю. А. Изотопы ксенона в монацитах.//Геохимия, 1963, 6, С. 549 — 551
  14. Олейников А. Н. Геохимические часы. Л.: Недра. 1987.
  15. См., например, Короновский Н. В. Общая геология. М.:КДУ, 2006. ISBN 5-98227-075-X
  16. Age of the Earth. U.S. Geological Survey (1997). Дата обращения: 2010-20-12. Архивировано 22 августа 2011 года.
  17. Dalrymple, G. Brent. The age of the Earth in the twentieth century: a problem (mostly) solved (англ.) // Special Publications, Geological Society of London : journal. — 2001. — Vol. 190. — P. 205—221. — doi:10.1144/GSL.SP.2001.190.01.14.
  18. Manhes, Gérard; Allègre, Claude J.; Dupré, Bernard; and Hamelin, Bruno. Lead isotope study of basic-ultrabasic layered complexes: Speculations about the age of the earth and primitive mantle characteristics (англ.) // Earth and Planetary Science Letters, Elsevier B.V. : journal. — 1980. — Vol. 47. — P. 370—382. — doi:10.1016/0012-821X(80)90024-2. — .

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.