Относительная геохронология и ее методы

Как уже упоминалось, своеобразными наглядными документами геологической истории Земли служат горные породы. Последовательность образования осадочных пород отражает хронологическую этапность истории земных слоев. Раздел геологии, изучающий последовательность формирования комплексов горных пород в земной коре, первичное их соотношение в пространстве и периодизацию геологической истории, называется стратиграфией.

Стратиграфическое подразделение (стратон) не повторяется во времени и пространстве, что С.В. Мейен называет принципом уникальности стратона. Время события в геологии часто определяется условными (сравнительными) категориями — «древнее», «моложе». Поэтому подобное подразделение истории Земли носит название относительной геохронологии.

В 1669 г. Н. Стенон установил последовательность формирования комплексов горных пород в земной коре, называемую принципом Стенона: «При ненарушении залегания каждый нижележащий слой древнее покрывающего слоя». С.В. Мейен уточнил: «Временные отношения раньше/позже между геологическими телами определяются их пространственными отношениями и (или) генетическими связями». Так, Н. Стенон ввел в стратиграфию понятие времени. С введением принципа Стенона появилась возможность установления последовательности образования слоев, отраженной в геологических событиях. Ho иногда эта последовательность нарушается: может исчезнуть один слой или группа слоев. Это явление называется стратиграфическим несогласием, которое обычно возникает в результате размыва нижележащих толщ. Перерывы в осад-конакоплении являются наиболее четкими рубежами, по которым устанавливаются границы стратиграфических подразделений.

Существуют различные методы расчленения и корреляции, главными из которых являются биостратиграфический, литологический, палеомагнитный и целый ряд вспомогательных.

Биостратиграфический (или палеонтологический) метод впервые был предложен вначале англичанином У. Смитом, основоположником стратиграфии и исторической геологии, а затем разработан французским естествоиспытателем Ж. Кювье. Биостратиграфическим методом осуществляется расчленение разрезов: т. е. выделение в нем стратиграфических подразделений, корреляция этих подразделений и обоснование их возраста. В осадочных породах почти всегда присутствуют остатки растительных и животных организмов. После того как была установлена необратимость эволюции органического мира, появилась возможность определения последовательности образования осадочных и отчасти вулканогенных пород по органическим остаткам. Важная роль в этом методе принадлежит тем организмам, которые существовали в течение короткого промежутка времени, т. е. вертикальный (временный) диапазон их распространения незначителен, и в то же время они были широко распространены в морях и океанах на всех континентах, т е. имели широкое распространение в пространстве. Такие группы называются архистратиграфическими, и их относят к руководящим ископаемым.

Для морских отложений используются трилобиты, граптолиты, брюхоногие, остракоды, головоногие моллюски и др., для континентальных отложений — динозавры, птицы, слоновые и др. В последние десятилетия стал широко применяться микропалеонтологи-ческий метод на основании изучения многочисленных мелких организмов фораминифер, кальпионелл, радиолярий, остракод и микроорганизмов — нанопланктона. Среди растительных остатков используются отпечатки листьев, древесина, а на изучении спор и пыльцы растений разработан споро-пыльцевой метод.

Наиболее достоверная корреляция, осуществляемая по комплексам фауны и флоры, основана на анализе распространения большого числа таксонов (видов, родов, семейств и др.), что нивелирует возможность ошибки в определении стратиграфического распространения отдельных форм. Биостратиграфический метод используется для обоснования геологического (относительного) возраста местных стратиграфических подразделений и для корреляции их с подразделениями региональной или общей стратиграфической шкалы. Для расчленения отложений этот метод, как правило, используется в сочетании с литологическим методом.

Литологический метод. Основным критерием, который используется для расчленения осадочных толщ, является смена литологических типов отложений, обусловленная изменением соответствующих им фациальных обстановок. Смена литологенетических типов может происходить при изменении минералогического состава пород, характера слоистости, остатков организмов, изменения характера ритмичности строения толщи и по другим признакам.

Наиболее отчетливыми рубежами для установления границ местных стратиграфических подразделений являются перерывы в осадконакоплении. Перерыв в осадконакоплении выражается в несогласном залегания слоев. Перерывы часто сопровождаются размывом и образованием поверхности несогласия. Различают два вида несогласия: параллельное и угловое (рис. 6.1, 6.2). Литологический метод для расчленения и корреляции осадочных толщ необходимо применять совместно с другими методами, особенно с биостратиграфическим.

Палеомагнитный метод появился сравнительно недавно, в 60-х гг. XX в., и толчком для его развития послужила тектоника плит. Этот метод изучает явления палеомагнетизма, т. е. магнитного поля Земли прошлых геологических эпох, запечатленного в естественных векторах остаточной намагниченности горных пород. При этом изучаются распределение в пространстве и изменение во времени геомагнитного поля прошлых геологических эпох. В основе этого метода лежат следующие факторы: 1 — инверсии (изменение знака полярности) магнитного поля, связанные с периодичностью смены магнитных полюсов; 2 — существование природных минералов — ферромагнетиков, способных в процессах остывания магматических расплавов или раннего диагенеза первичных осадков к ориентировке в магнитном поле Земли и сохранении этой ориентировки как информации о магнитных меридианах своего времени. Геомагнитные инверсии — наиболее характерное явление палеомагнетизма, имеющее глобальное распространение, поэтому из всех палеомагнитных шкал наиболее широкое применение получили шкалы геомагнитной полярности.

Прямое и обратное чередование намагниченности пород в разрезах различных регионов мира позволило выделить по ним магнитные стратоны от эпох до эпизодов (ивент), поскольку геомагнитные инверсии — явление глобальное, оно требует точной стратиграфической и хронологической корреляции прямо- и обратнонамагниченных образований по всему миру. Поэтому шкала геомагнитных инверсий может быть построена как чисто хронологическая, если образцы горных пород, для которых определена магнитная полярность, удается датировать физическими методами. Такая шкала называется магнитохронологической. Лишь определение абсолютного возраста горных пород калий-аргоновым методом, определившим точную датировку лав основного состава с установленной магнитной полярностью, позволило построить магнитохронологическую шкалу, но только для позднего кайнозоя. Наибольшей известностью пользуется шкала геомагнитной полярности для последних 45 млн лет, основанная на 150 определениях абсолютного возраста и полярности лав в самых разных точках земного шара. Это классическая шкала Кокса, которая впоследствии была уточнена и продлена до 7 млн лет (рис. 6.3). В результате палеомагнитных исследований на основе стратиграфии была создана палеомагнитная шкала палеозоя, мезозоя и палеогена СССР (рис. 6.4).