4. Геохронологія.
4.1. Відносний та абсолютний вік гірських порід.
Велике наукове та практичне значення має геологічне літочислення, тобто встановлення геологічного віку гірських порід. Це необхідно для оцінки властивостей та визначення їх положення серед інших порід. Так, наприклад, породи, що утворилися одночасно і в однакових умовах, мають однаковий склад. А якщо схожість умов зберігалась і надалі, то однаковими будуть і будівельні властивості.
Історію та закономірності розвитку Землі з початку утворення земної кори вивчає історична геологія. До задач цієї науки входить:
- визначення абсолютного віку Землі, а, отже, і гірських порід;
- реконструкція фізико-географічних умов в різні періоди існування Землі;
- визначення відносного віку гірських порід, з’ясування послідовності їх утворення.
Для визначення відносного віку порід, тобто, встановлення положення шарів по відношенню один до одного (по вертикалі), з’ясування умов їх формування використовують методи: стратиграфічний, петрографічний, тектонічний, палеонтологічний.
Стратиграфічний метод базується на законі Стено. Він враховує послідовність відкладання осадових порід, при цьому верхні шари завжди молодші, ніж ті, на яких вони залягають. Цей метод ефективний для осадових порід горизонтального чи похилого залягання без тектонічних порушень (рис. 7, а); при порушенні початкового залягання застосовують інші методи.
Рис.7. Умови залягання гірських порід:
а) - непорушене, б) - порушене
Петрографічний метод ґрунтується на детальному вивченні складу гірських порід земної кори. Використовується при визначенні відносного віку вивержених і осадових порід. В першому випадку (рис. 8, а) вапняк старіший за граніт, оскільки зазнав метаморфізму від пізнішого проникнення магми з якої утворився граніт. В другому випадку (рис. 8, б), вапняк молодший за граніт.
Рис. 8. Схеми залягання гірських порід
Тектонічний метод полягає у вивченні наслідків тектонічних рухів в земній корі. Встановлюють розбіжність в заляганні товщ (свит) гірських порід, що виникла внаслідок перерви в осадонакопиченні при тектонічних рухах земної кори (рис. 7, б). Приміром, розбіжність в заляганні гірських порід буде у випадку, коли проміжні шари відсутні, на прадавніх гранітах залягають сучасні відкладення.
Палеонтологічний метод дає можливість визначити відносний вік гірських порід при будь-якому їх заляганні та незалежно від місця розташування. Цей метод ґрунтується на визначенні віку певних видів залишків рослин і тварин (скам’янілостей, відбитків), які розвивалися у визначений час і після своєї загибелі були поховані в шарах осадових порід, отже, вік породи відповідає вікові скам’янілості. Скам'янілості - це залишки у вигляді черепашок, скелетів або їх частин (кістки, зуби і. т. ін.), стовбурів дерев, а також відбитки листя, пилку квітів та ін. Органічна речовина в цих залишках повністю заміщена мінеральною, найчастіше кальцитом або кремнеземом.
Органічне життя на Землі розвивалось поступово, переходячи від найпростіших форм до найдовершеніших, аж до появи людини. Знаючи історію розвитку життя на Землі, можна визначити вік тих гірських порід, в яких знаходяться залишки органічного світу. Для точного визначення віку користуються тими організмами, які мали невеликий, певний термін існування, потім вимирали і більше не з'являлися3+ їх називають "керівними" викопними формами. Шари гірських порід, що містять однакові викопні організми, називають геологічними або стратиграфічними горизонтами одного віку.
Абсолютний вік визначається в роках; він свідчить, скільки часу минуло з моменту утворення гірських порід. Для цього користуються ізотопними (радіологічними) методами, що ґрунтуються на вивчені процесів радіоактивного розпаду певних елементів. знаючи кількість радіоактивног ізотопу і кінцевих продуктів його розпаду у мінералі можна визначити час існування мінералу (породи). Наприклад, радіоактивний розпад U 238 відбувається за формулою
U 238 8Не4 + Pb206
Відомо, що з 1г U238 за 1 рік утворюється 1.351 10-10 г Рb206. Визначивши масу урану і свинцю в гірській породі, можна визначити її вік. Так, вік гранітогнейсів на р. Дніпрі оцінюється в 2,5 мільярди років, вік гірських порід земної кори 4,5 мільярди років. Інтервал часу, в якому застосовують різні методи в залежності від періоду напіврозпаду речовин, такий: радіовуглецевий метод – 2000…3000 років; калій - аргоновий – 100000 років; рубідій - стронцієвий – 5 млн. р; урановий U 235 – 200 млн. р., U 238 – 1...4.5 млрд. р.,
Вік молодих осадових порід визначають радіовуглецевим методом, встановлюючи вік органічних речовин, що містяться у викопних формах. Відношення між ізотопами вуглецю С13 і С14 в атмосфері постійне і поглинається рослинами у відповідній пропорції. Після відмирання рослин кількість радіоактивного ізотопу С13 зменшується внаслідок його розпаду, при цьому змінюється співвідношення С13 / С14 . Період напіврозпаду вуглецю С14 -5750 років. Виходячи з припущення про постійну концентрацію вуглецю в атмосфері і визначивши кількість його ізотопу, що не розпався, встановлюють час поховання його в гірських породах.