Периодизация геологической истории. Стратиграфическая и геохронологическая шкалы



МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ   «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Кафедра природообустройства,

строительства и гидравлики

 

Б1.О.18 Гидрогеология и основы геологии

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

к занятиям семинарского типа (лабораторные работы)

 

 

Направление подготовки

2.20.03.02 Природообустройство и водопользование

 

Профиль подготовки

Природоохранное обустройство территорий

 

Классификация (степень) выпускника

Бакалавр

 

Уфа 2018

 

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета природопользования и строительства (протокол № 7 от 28 марта 2018 г.).

Составители: д-р геол.-минерал.наук, профессор Абдрахманов Р.Ф., старший преподаватель Хайдаршина Э.Т.

Рецензент: канд. экон. наук, доцент кафедры землеустройства Кутлияров А.Н.

Ответственный за выпуск: зав. кафедрой природообустройства, строительства и гидравлики, канд. техн. наук, доцент Хасанова Л.М.

 

 

г. Уфа, БГАУ, кафедра природообустройства,

строительства и гидравлики

 

ОГЛАВЛЕНИЕ  
   
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ГЕОХРОНОЛОГИЯ,  ПОНЯТИЕ О ВРЕМЕНИ В ГЕОЛОГИИ 4
ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА № 2. ЭЛЕМЕНТЫ КРИСТАЛЛОГРАФИИ 10
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ЭЛЕМЕНТЫ МИНЕРАЛОГИИ 15
ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА № 4. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГЛАВНЕЙШИХ МИНЕРАЛОВ 21
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ. ИЗУЧЕНИЕ ПОРОД ПО ОБРАЗЦАМ 29
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ. ИЗУЧЕНИЕ ПОРОД ПО ОБРАЗЦАМ 34
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ. ИЗУЧЕНИЕ ПОРОД ПО ОБРАЗЦАМ 41
   
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 48

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ГЕОХРОНОЛОГИЯ, ПОНЯТИЕ О ВРЕМЕНИ В ГЕОЛОГИИ

Цель лабораторной работы – изучение общей стратиграфической шкалы (геохронологической шкалы).

Используемый материал – учебный демонстративный баннер, учебная литература, содержащая сведения о понятии времени в геологии.

Содержание лабораторной работы:

1. Изучение литературы с конспектированием сведений.

2. Работа с учебным демонстративным баннером.

Для получения зачета по теме обучающийся должен знать:

1. Значение и методы определения возраста горных пород.Геохронология.

2. Периодизация геологической истории. Стратиграфическая и геохронологическая шкалы.

3. Выучить и рассказать общую стратиграфическую шкалу (геохронологическую шкалу).

Методика выполнения лабораторной работы

Значение и методы определения возраста горных пород. 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.

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», 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. Вильямс Смит (1769—1839) определял степень одновозрастности слоёв пород по окаменелостям. Эти вопросы поднимал М. В. Ломоносов (1763).

Дальнейшее развитие методов определения возраста вначале опиралось только на анализ различных окаменелостей. 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[4]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[5]. В 1939 г. Альфред Нир (англ.) (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,[6]рубидий-стронциевый.[7][8] 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 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,[10] 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». Далее она систематически уточнялась; уточнённая геохронологическая шкала приводится в многочисленных работах.

В геохронологии есть два весьма различающихся подхода, широко используемых и сейчас:

· определение относительного возраста;

· определение абсолютного возраста.

Одной из важных задач геологической науки является воссоздание истории развития Земли и ее отдельных регионов. Все геологические события развиваются во времени, в течение которого формируются различные горные породы. Определив возраст горной породы, одновременно выясняют время протекания того или иного геологического процесса, в результате которого сформировалась эта порода.

История развития земной коры отражена в ее составе и строении. Последовательность образования отдельных пород соответствует последовательности этапов развития земной коры. Поэтому к горным породам применимы представления о возрасте.

Породы, образовавшиеся одновременно и в одинаковых условиях, обладают обычно также одинаковыми или сходными составом и свойствами. Поэтому при оценке породы сточки зрения ее строительных или водно-физических свойств или сточки зрения содержания в ней полезных ископаемых первоначальный прогноз часто может быть сделан без непосредственных исследований породы, по аналогии со свойствами ранее изученной породы того же возраста, происхождения и состава.

До недавнего времени геология рассматривала только относительный возраст горных пород, устанавливая последовательность образования горных пород и не определяя продолжительность отдельных этапов развития земной коры. Лишь в последние несколько десятилетий удалось разработать методы изучения этой продолжительности с установлением абсолютного возраста пород.

Относительный геологический возраст используется для определения возраста горных пород относительно друг друга, т.е. для установления того, какие из пород древнее, а какие моложе.

Существует два способа определения относительного возраста горных пород: палеонтологический и стратиграфический.

Палеонтологический метод

Научный геохронологический метод, определяющий последовательность и дату этапов развития земной коры и органического мира, возник в конце XVIII в., когда английский геолог Смит в 1799 г. обнаружил, что в слоях одинакового возраста всегда содержатся ископаемые одних и тех же видов. Он также показал, что остатки древних животных и растений размещены (с увеличением глубины) в одном и том же порядке, хотя расстояния между местами, где они обнаружены, очень большие.

Стратиграфический метод

Стратиграфический метод основан на всестороннем изучении расположений геологических (культурных) слоёв относительно друг друга. По тому, выше или ниже тех или иных слоёв расположен исследуемый участок горных пород, можно выяснить его геологический возраст.

Относительная геохронология определяет, какие горные породы древнее, какие моложе. Геологические события запечатлеваются в горных породах. Раздел геологии, изучающий слои земной коры, их взаимное расположение и последовательность возникновения, называется стратиграфией (от греч. «stratum» - слой). Из стратиграфического анализа вытекает стратиграфический метод относительной геохронологии. В его задачу входят расчленение осадочных и вулканогенных пород на отдельные слои или пачки, определение содержащихся в них остатков ископаемой фауны и флоры, установление возраста слоев или пачек, сопоставление выделенных слоев в одном разрезе с соседними, составление сводного разреза отложений региона, а также разработка региональных стратиграфических шкал и создание единой стратиграфической и геохронологической шкалы.

Основным методом определения относительного возраста осадочных пород является палеонтологический. В основе этого метода лежит закон о необратимости эволюции органического мира, согласно которому в толщах горных пород последовательно сменяют друг друга неповторяющиеся комплексы ископаемых организмов. Зародившись на самых ранних этапах геологической истории, органическая жизнь на Земле с течением времени развивалась и изменялась. Для различных отрезков истории характерны свои формы органической жизни, отличные от предшествующих и последующих. Важную роль в этом методе играют те группы организмов, которые существовали в течение короткого времени и были распространены во всех морях и океанах или на многих континентах. Такие роды и виды организмов оказались своеобразными реперами в геологической истории и получили название руководящих ископаемых. Руководящими формами ископаемых организмов в континентальных отложениях являются скелеты динозавров или их фрагменты, скелеты птиц, хоботных, приматов, лошадей и следы их жизнедеятельности, а также остатки растений. Среди морских организмов руководящими являются граптолиты, трилобиты, брахиоподы и др.

В настоящее время широко используется палеомагнитный метод корреляции отложений, основанный на том, что все горные породы, как магматические, так и осадочные, в момент своего образования приобретают намагниченность, отвечающую по направлению и по силе магнитному полю данного времени. Эта намагниченность сохраняется в породе, поэтому и называется остаточной намагниченностью, разрушить которую может лишь нагревание до высоких температур, выше точки Кюри, ниже которой магматические породы приобретают намагниченность, или, например, удар молнии. В истории Земли неоднократно происходила смена полярности магнитного поля, когда Северный и Южный полюса менялись местами, а горные породы приобретали прямую (положительную, как в современную эпоху) или обратную (отрицательную) намагниченность. Сейчас разработана подробная шкала смены полярности для всего фанерозоя, особенно для мезозоя, успешно применяемая для корреляции базальтов и осадков океанического дна.

Абсолютное летоисчисление устанавливает возраст горных пород в астрономических единицах (годах). Главными методами абсолютной геохронологии являются радиогеохронологические методы, основанные на явлении радиоактивного распада элементов, находящихся в горных породах или минералах. Радиоактивные изотопы в малых количествах входят в кристаллическую решетку многих минералов. С момента образования минерала в нем начинают накапливаться продукты самопроизвольного распада изотопов. Никакие внешние факторы не могут ни ускорить, ни замедлить этот процесс. При распаде материнских изотопов образуются новые дочерние изотопы. В зависимости от того, по изотопам какого радиоактивного элемента и соответствующего ему продукту распада производится определение возраста, в изотопной геохронологии различают несколько методов: уран-свинцовый, калий-аргоновый, рубидий-стронциевый, самарий-неодимовый, радиоуглеродный и др.

 

 

 

Рисунок 1 Ископаемая фауна, характерная для некоторых геологических периодов: а- кембрийский- трилобиты; б- ордовикский (1-трилобиты; 2 – граптолиты); в- силурийский (1- граптолиты; 2- брахиоподы); г- девонский – рыбы; д- каменноугольный (1,2 – кораллы; 3- брахиоподы); е- пермский – брахиоподы; ж- триасовый – аммониты; з- юрский- аммониты; и- юрский (1-белемниты; 2-моллюски); к-меловый (1-динозавр; 2- аммониты; 3,4- морские ежи).

Периодизация геологической истории. Стратиграфическая и геохронологическая шкалы

Оперируя категорией относительного времени необходимо иметь универсальную шкалу периодизации истории. Так, применительно к истории человечества, мы употребляем выражения «до нашей эры», «в эпоху Возрождения», «в XX веке» и т.п., относя какое-либо событие или предмет материальной культуры к определённому временному интервалу. Аналогичный подход принят и в геологии, для этих целей разработаны Международная геохронологическая шкала и Международная стратиграфическая шкала.

Основную информацию о геологической истории Земли несут слои горных пород, в которых, как на страницах каменной летописи, запечатлены происходившие на планете изменения и эволюция органического мира (последняя «запечатлена» в комплексах окаменелостей, содержащихся в разновозрастных слоях). Слои горных пород, занимающие определённое положение в общей последовательности напластований и выделяемые на основании присущих им особенностей (чаще - комплекса ископаемых), являются стратиграфическими подразделениями. Горные породы, слагающие стратиграфические подразделения, формировались на протяжении определённого интервала геологического времени, и, следовательно, отражают эволюцию земной коры и органического мира за этот промежуток времени.

Стратиграфическая шкала – шкала, показывающая последовательность и соподчинённость стратиграфических подразделений, слагающих земную кору и отражающих пройденные землёй этапы исторического развития. Объектом стратиграфической шкалы являются слои горных пород. Основа современной стратиграфической шкалы была разработана ещё в первой половине XIX века и была принята в 1881 г. на II сессии Международного геологического конгресса в Болонье. Позднее стратиграфическая шкала была дополнена геохронологической шкалой.

Геохронологическая шкала – шкала относительного геологического времени, показывающая последовательность и соподчинённость основных этапов геологической истории Земли и развития жизни на ней. Объектом геохронологической шкалы является геологическое время.

Сначала была создана стратиграфическая шкала, в которой были показаны слоистые осадочные отложения от древних к молодым, а затем стратиграфическая шкала была совмещена с геохронологической, в которой уже были указаны временные рамки стратиграфических подразделений. Это произошло в 1881 году на II-м Международном геологическом конгрессе в г. Болонье.

Шкала геологического времени (или геохронометрическая шкала) представляет собой последовательный ряд датировок нижних границ общих стратиграфических подразделений, выраженных в единицах времени (чаще в миллионах лет) и вычисленных с помощью методов абсолютного датирования.

Объектом геохронологической шалы служат геохронологические подразделения – интервалы геологического времени, в течение которого образовались горные породы, входящие в состав данного стратиграфического подразделения.

Всем стратиграфическим подразделениям соответствуют подразделения геохронологической шкалы.

 

Таблица 1 Соответствие стратиграфических подразделений геохронологическим (временным)

Стратиграфические подразделения Геохронологические позразделения
акротема акрон
эонотема эон
эратема (группа) эра
система период
отдел эпоха
ярус век
зона фаза

 

При этом практически все стратиграфические подразделения ранга эонотема - система имеют единые общепринятые международные наименования.

Наиболее крупными стратиграфическими подразделениями являются акротемы и эонотемы. Архейскую и протерозойскую акротемы объединяют под названием «докембрий» (т. е. толщи пород, накопившиеся до кембрийского периода – первого периода фанерозоя) или «криптозой». Рубежом докембрия и фанерозоя служит появление в слоях горных пород остатков скелетных организмов. В докембрии органические остатки редки, поскольку мягкие ткани быстро разрушаются, не успев захорониться. Сам термин «криптозой» образовано при слиянии корней слов «криптос» - скрытыйи «зоэ» - жизнь. При расчленении докембрийских толщ на дробные стратиграфические подразделения важнейшую роль имеют методы изотопной геохронологии, поскольку органические остатки редки или вообще отсутствуют, определяются с трудом и, главное, не подвержены быстрой эволюции (однотипные комплексы микрофауны остаются неизменными на протяжении огромных интервалов времени, что не позволяет расчленять толщи по этому признаку).

Эонотемы включают в свой состав эратемы. Эратема, или группа - отложение, образовавшиеся в течение эры; продолжительность эр в фанерозое составляет первые сотни миллионов лет. Эратемы отражают крупные этапы развития Земли и органического мира. Границы между эратемами соответствуют переломным рубежам в истории развития органического мира. В фанерозое выделяют три эратемы: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую.

Эратемы, в свою очередь, включают в свой состав системы. Система – это отложения, образовавшиеся в течение периода; длительность периодов составляет десятки миллионов лет. Одна система от другой отличается комплексами фауны и флоры на уровне надсемейств, семейств и родов. В фанерозое выделяются 12 систем: кембрийская, ордовикская, силурийская, девонская, каменноугольная (карбоновая), пермская, триасовая, юрская, меловая, палеогеновая, неогеновая и четвертичная (антропогеновая). Названия большинства систем происходят от географических названий тех местностей, где они были впервые установлены. Для каждой системы на геологических картах приняты определенный цвет, являющийся международным, и индекс, образованный начальной буквой латинского названия системы.

Отдел - часть системы, соответствующая отложениям, образовавшимся в течение одной эпохи; длительность эпох обычно составляет первые десятки миллионов лет. Отличия между отделами проявляются в различии фауны и флоры на уровне родов или групп. Названия отделов даны по положению их в системе: нижний, средний, верхний или только нижний и верхний; эпохи соответственно называют ранней, средней, поздней.

В составе отдела выделяются ярусы. Ярус - отложения, образовавшиеся в в течение века; продолжительность веков составляет несколько миллионов лет.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое геохронология?

2. Назовите два подхода определения геологического возраста?

3. Назовите методы относительного летоисчисления?

4. Что такое стратиграфическая шкала?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ЭЛЕМЕНТЫ КРИСТАЛЛОГРАФИИ

Цель лабораторной работы – изучение элементов кристаллографии.

Используемый материал  – учебная литература, содержащая сведения об элементах кристаллографии.

Содержание лабораторной работы:

1. Изучение литературы с конспектированием сведений.

Для получения зачета по теме обучающийся должен знать:

1. Элементы кристаллографии.

 


Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 46; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ