1. История развития методов определения абсолютного возраста Земли и отдельных этапов в истории ее становления

Относительная геохронология, как бы детально ни была она разработана, не дает реального представления об истинной продолжительности отдельных периодов и эпох, а также о геологическом возрасте Земли в целом. Вопросы об истинной продолжительности (в тысячах и миллионах лет) решает только абсолютная геохронология.

Начиная с XVIII в. ученые пытались использовать различные химические, физические, геологические и даже биологические явления для определения абсолютного возраста Земли и отдельных этапов в истории ее развития (подсчет накопления солей в океане, скорость образования осадков и их мощность, быстрота эволюции органического мира на Земле и др.). Однако эти попытки не принесли положительных результатов. Лишь в начале XIX в. геологи нашли способ определения абсолютного возраста горных пород, основанный на изучении процесса радиоактивного распада атомов некоторых элементов.

Процессы радиоактивного распада протекают самопроизвольно с постоянной скоростью, различной у разных элементов, причем эта скорость не зависит ни от температуры, ни от давления. Для каждого радиоактивного элемента экспериментальным путем точно определена скорость распада (период полураспада). Зная количество исходного радиоактивного элемента и продуктов его распада в горной породе, а также период полураспада, можно выяснить возраст этой горной породы. Расчет производят по специальным формулам. В настоящее время для определения абсолютного возраста горных пород используют данные, полученные в результате радиоактивного распада урана, тория, калия, рубидия, углерода и некоторых других элементов. Все эти элементы, кроме радиоактивного углерода, имеют длительные периоды полураспада — в сотни миллионов и миллиарды лет. В зависимости от конечных продуктов распада различают свинцовый, гелиевый, аргоновый и стронциевый методы.

Свинцовый и гелиевый методы начали применять раньше, чем другие. В их основе лежит процесс превращения радиоактивного урана и тория в инертный газ гелий и свинец

(U238 →8Не4 + Pb206; U235→7Не4 + РЬ207;

Th232→6He4 + Pb208).

Для определения абсолютного возраста используют минералы, содержащие более 1% урана или тория, встречающиеся в магматических породах. Свинцовый метод употребляют чаще, чем гелиевый, так как он точнее.

Аргоновый метод основан на распаде радиоактивного калия и превращения его в инертный газ аргон (К40→Аг40). Он был разработан советскими учеными в 1949 г. и в настоящее время является основным. Этот метод можно применять для определения возраста магматических и осадочных пород, так как первичные калиевые минералы в большом количестве распространены в магматических (полевые шпаты, слюды) и осадочных породах (глауконит). В отличие от гелия аргон лучше сохраняется в кристаллической решетке минералов.

Стронциевый метод основан на радиоактивном распаде рубидия (Rb87→Sr87). Этот метод применим только для определения возраста древних, докембрийских пород, так как период полураспада Rb87 очень велик (50 млрд. лет).

Радиоуглеродный метод основан на изучении радиоактивного изотопа углерода С14 в растительной ткани (обычно в древесине). Этот изотоп образуется в атмосфере из азота N14 под воздействием космических лучей и усваивается живыми организмами. После отмирания организма.происходит распад С14 с определенной скоростью, что и позволяет определить абсолютный возраст захоронения организма и вмещающих его пород. Период полураспада С14 приблизительно равен 5,5—6 тыс. лет, поэтому этот метод используют для определения возраста молодых четвертичных отложений и в археологии (когда возраст объектов исследования не превышает 50—70 тыс. лет).

Радиометрические методы определения абсолютного возраста горных пород быстро развиваются и совершенствуются, область их применения непрерывно расширяется. Наибольшую ценность они имеют для изучения древних, докембрийских отложений. В последние годы широкое применение радиометрических методов привело к полному пересмотру стратиграфии докембрия.

Несмотря на большое значение, радиометрические методы все еще являются вспомогательными по ряду причин. Во-первых, невелика еще точность определения (ошибки составляют 3—5%); во-вторых, далеко не во всякой горной породе можно найти минералы с радиоактивными элементами; в-третьих, радиометрические методы весьма сложны и дорогостоящи. Указанные недостатки снимают ценность этих методов и пока не позволяют сделать их универсальными рабочими методами геохронологии.

2. Методы восстановления физико-географической обстановки прошлых геологических эпох (основы палеогеографии)

Другой важной задачей исторической геологии является восстановление физико-географической обстановки, в которой образовались породы. В процессе решения этой задачи геолог восстанавливает палеогеографические особенности прошлых эпох: характер древнего рельефа на суше или на морском дне, очертания береговой линии, распределение осадков на морском дне или в пониженностях рельефа на суше, климат, глубину моря, соленость и температуру морской воды, состав органического мира и т. д. Все эти и многие другие палеогеографические вопросы решают с помощью фациального анализа.

Фациальный анализ — метод восстановления физико-географической обстановки прошлого при помощи всестороннего изучения осадочных горных пород. Название этого метода происходит от термина «фация», введенного в геологию швейцарским ученым А. Грессли в 1838 г. Изучая юрские отложения в Юрских горах, Грессли установил, что хорошо прослеживающиеся здесь на большом расстоянии слои сохраняют один и тот же литологический состав и сходный комплекс окаменелостей не на всем своем протяжении, а только в пределах определенного участка. Часть слоя горной породы, которая на всем участке своего распространения имеет один и тот же состав и сходный комплекс окаменелостей, Грессли и назвал фацией. Фации испытывают изменения по мере движения по слою, эти изменения называются фациальными.

Фации могут быть ископаемыми, представленными горной породой, и современными — в виде еще не уплотненного осадка. Среди ископаемых и современных фаций выделяют два главных типа: морские и континентальные. Каждая фация формируется на определенном участке морского дна или суши в определенных физико-географических условиях. Поэтому, изучая ту или иную фацию, можно восстановить не только место, но и условия ее формирования: климат, глубину морского дна, температуру, соленость морской воды и т. д. Изучая несколько одновозрастных фаций, можно сделать выводы о физико-географических условиях времени накопления этих фаций на всей площади их распространения.

При фациальном анализе подробно изучают состав осадочной породы (литология) и выясняют условия ее образования, а также состав ископаемой фауны и флоры и выясняют условия их обитания. Поэтому фациальный анализ распадается на две части: литологический анализ — метод восстановления палеогеографической обстановки по породам и биономический анализ — метод восстановления палеогеографической обстановки по окаменелостям. При проведении фациального анализа геологи широко используют принцип актуализма — принцип восстановления процессов и явлений прошлых эпох при помощи прямой аналогии с процессами и явлениями современности. Этот принцип стали использовать еще в начале прошлого столетия. В России его применял Д. И. Соколов, а в Западной Европе — Ч. Лайель. Изучая современные фации, геологи используют полученные данные для расшифровки условий формирования ископаемых фаций. Используя данные о современных геологических явлениях для объяснения явлений геологического прошлого, нужно всегда учитывать непрерывное развитие и изменение природы. Чем дальше от нас геологическое прошлое, тем труднее провести аналогию между настоящим и прошлым, тем существеннее должна быть поправка в окончательные результаты палеогеографических выводов.