Методи дослідження, визначення відносного віку гірських порід, визначення абсолютного

Зараз я опишу методи, за допомогою яких геологія вивчає Землю. Зрозуміти їх дуже цікаво і важливо. Хочу також зауважити, що назви багатьох методів збігаються з назвами різних розділів геології, які їх застосовують.

Визначення відносного віку гірських порід

Щоб вивчати минуле планети і розвиток життя на ній необхідно вміти визначати які гірські породи утворилися на Землі раніше, які - пізніше. Для цього існують самі різні способи.

Спочатку датчанин Нільс Стено висунув принцип: «Шар, що лежить вище, утворився пізніше шару, що лежить нижче». Галуззю геології, що вивчає послідовність освіти і закономірності розміщення гірських порід, використовуючи цей та інші принципи, стала стратиграфія. Це одна з основних галузей геології.

Однак у принципу Стено є і свої недоліки. Наприклад, неможливо порівняти вік порід, що лежать в різних місцях. Пізніше і ця проблема була вирішена. Вчені помітили, що живі організми влаштовані тим складніше, чим вони молодші. Так, зіставляючи особливості будови їх останків в гірських породах, визначають які організми, а отже і породи, молодші. Тепер навіть при перемішуванні шарів гірських порід можна визначити початкову послідовність їх залягання (див. Рис. 2).

В даний час вчені вибрали для кожного періоду в історії Землі найбільш характерні форми життя. Їх останки називають керівними копалинами. За ним точно визначають послідовність накопичення гірських порід.

Завдяки цим відкриттям була складена геохронологическая шкала, в якій історія Землі розділена на еони, ери, періоди та епохи. Шкала загальноприйнята, використовується повсюдно і важлива для багатьох галузей науки. Однак в ній спочатку вказана лише послідовність періодів. Їх тривалість, дати почали і кінця були встановлені за допомогою ізотопного методу визначення абсолютного віку гірських порід [6].

Визначення абсолютного віку гірських порід

Як визначити вік одних гірських порід щодо інших, геологи вже зрозуміли. Але ще одна задача була не вирішена - визначити, скільки років існують ті чи інші гірські породи. З розвитком ядерної фізики люди навчилися за допомогою новітніх приладів визначати абсолютний вік гірських порід.

Суть ізотопного методу (так називається спосіб визначення абсолютного віку гірських порід) полягає в наступному. Встановлено, що нестабільні ізотопи хімічних елементів розпадаються і перетворюються в більш легкі стабільні атоми. Причому швидкість цього розпаду майже не залежить від зовнішніх умов. Так за кількістю нестабільного елемента і за кількістю продуктів його розпаду визначають, наскільки сильно розпався елемент. У деяких випадках визначають не кількість продуктів розпаду, а кількість треків - областей, випалених в породі осколками ядер нестабільного ізотопу. Це дозволяє дізнатися число ділень ядер. Знаючи завжди постійну швидкість розпаду, визначають, коли він почався, а значить і як давно утворилася порода.

Найточнішим є радіовуглецевий метод, при якому використовується розпад нестабільного ізотопу вуглецю з атомною масою 14. Період його напіврозпаду - досить короткий проміжок часу - 5768 років. Але оскільки за час рівне десяти періодам напіврозпаду ефективність перебігу реакції знижується в 1024 рази, то стає важко зареєструвати такі малі зміни речовини. Тому час, що вимірюється цим методом, що не перевищує 60 000 років. У цьому проміжку вік визначається найбільш точно.

Для визначення кількості ізотопів вуглецю часто застосовують метод мас-спектрометрії (див. Рис. 3). В цьому випадку міститься в зразку вуглець окислюють, перетворюючи його на вуглекислий газ. Потім молекули газу перетворюють в іони і пропускають через магнітну камеру. У ній CO2 з легким вуглецем откланяется сильніше, ніж газ з важким ізотопом. Реєструючи відхилення від прямолінійної траєкторії, визначають, скільки в речовині залишилося нестабільних важких ізотопів. Чим менше залишилося нестабільних атомів, тим древнє зразок, вік якого визначають. В роках це розраховують за допомогою спеціальних формул.

Період напіврозпаду урану з атомною масою 238 - 4,51 млрд. Років. Тому ураново-свинцевий метод (свинець - продукт розпаду урану) дозволяє датувати найдавніші події, хоча при цьому і знижується точність вимірювань. Технологія методу полягає в наступному. Серед порід, вік яких необхідно визначити, відбираються ті, які містять циркон - ураносодержащих мінерал. Потім породу подрібнюють до кристалів і їх просівають через спеціальні сітки, що б відокремити кристали одного розміру. При зануренні цих кристалів в розчини високої щільності, найважчий з кристалів - циркон осідає на дно. Його вибирають і шаром в один кристал наклеюють на спеціальну платівку. Потім кристали на платівці шліфують і опускають в розчин кислоти. При цьому речовина всередині треків розчиняється, і вони стають помітними через мікроскоп. Потім кількість треків в одиниці площі підраховують. В роках вік визначають за спеціальними математичними формулами. При цьому враховують і зменшення швидкості розпаду з часом.

Ізотопний метод в даний час є найбільш точним, але існують і інші способи визначення абсолютного віку гірських порід. Наприклад, визначивши швидкість накопичення осадових гірських порід і знаючи товщину їх шару, приблизно оцінюють і час утворення цих порід. Але ж швидкість накопичення порід може змінюватися, а шар їх здатний стискатися і, тому подібні методики недостатньо точні.