Возраст Земли. Геологическое летоисчисление

Считается, что Земле понадобилась 7 миллиардов лет для того, чтобы стать такой, какой мы знаем и видим ее сегодня. За весь период своего существования наша планета накопила бесчисленное количество секретов, особенно о своем первичном формировании. Ученые со всего мира, изучая земную кору, собирают информацию о всевозможных значительных изменениях, когда-либо происходивших на поверхности Земли. Такие данные сортируются в хронологическом порядке и носят название геологические летоисчисления.

Возникновения и развитие

В то время, когда господствовали религиозные учения о божественном акте, который был задействован в формировании Земли, также существовало мнение и о молодом возрасте нашей планеты и Вселенной в целом (считалось, что они образовались одновременно в течение буквально двух дней примерно 6 тысяч лет назад). Это представление безоговорочно принималось древними людьми до появления и стремительного развития таких точных наук, как астрономия, химия и физика.

Со временем мыслители античности и ученые, жившие в эпоху Возрождения, высказывали свою, более реалистичную, точку зрения о том, как формировалась Земля. Согласно их предположениям, основанным на многогранности изменений поверхности и недр планеты, история ее существования значительно превышает 6 тысяч лет. Современные ученые со всего мира пришли к выводу, что Земля окончательно сформировалась более четырех миллиардов лет назад. Стоит сказать, что не все согласны с этим утверждением, поскольку считают, что эта цифра является слишком завышенной.

Планета Земля до нашей эры

Данное временное понятие приобрело известность благодаря Беде Достопочтенному - бенедиктинскому монаху. Он использовал выражения «наша эра» и «до нашей эры» в своих трактатах, после чего с 731 года большинство стран Западной Европы перешли на календарь с таким отсчетом. Данные изменения также затронули и геологические летоисчисления, которые поделены на два неравных периода. Первая, древняя часть, господствовала на планете гораздо дольше второй, ведь именно в то время происходило зарождение и развитие природы от мельчайших живых организмов до громадных океанов.

Земля переживала длительные и грандиозные изменения, дабы создать современному человеку максимально комфортные условия существования. Многолетние исследования земной коры предоставили ученым возможность сформировать общее представление о формировании нашей планеты в целом и зарождении жизни.

Докембрий

Геохронологическая таблица начинается с докембрийского эона, который существовал на Земле от 4,5 миллиарда до 600 миллионов лет назад. В этот период происходило образование в первую очередь земной коры, а позже - воды и суши. Активная вулканическая деятельность происходила на протяжении всего эона.

Катархей

Этот период часто относят к одной из трех частей Докембрия. Вероятно, это ошибочное мнение, поскольку Катархейский эон практически не имеет ничего общего со своим предшественником. В это время не было проявлений вулканической активности, а вместо этого на поверхности Земли господствовала холодная пустыня.

В сутках Катархейского эона было всего шесть часов. Этот период довольно часто сопровождался землетрясениями, сглаживающими ландшафт. Тогда территорию Земли покрывал реголит - первичное вещество темно-серого цвета.

Архей

Автором этого термина в 1872 году стал один из американских ученых. Архей отличается от катархея появлением эрозии и большого количества вулканов. Во времена Архейского эона, который длился 2,5 миллиарда лет, на нашей планете начался процесс эволюции.

Несмотря на то что атмосферы все еще не было, происходило появление анаэробных бактерий, существовавших при отсутствии кислорода. Такие природные ископаемые, как сера, железо, никель и графит сформировались в результате деятельности первых живых организмов.

Протерозой

Геологические события данного эона отмечаются образованием гор с так называемой Со временем они превратились в небольшие холмы. Горные породы протерозоя были богаты на железо, руду и цветные металлы. Что касается образования жизни, то данный эон характеризуется появлением простейших микроорганизмов, грибов и водорослей. На конец протерозоя припадает возникновение моллюсков и червей.

В свою очередь, протерозой включает в себя три долговременных эры:

К концу палеопротерозоя в атмосфере происходит концентрация кислорода современного уровня.

Во время мезопротерозоя, который состоит из калимия, эктазия и стения, достигают своего пика развития водоросли и бактерии. От других эр протерозой отличается самым холодным периодом, во время которого льдом покрыло большую часть Земли.

Неопротерозой включает в себя три этапа: тоний, криогений и эдиакарий. характеризуются образованием первого континента - Родиния, плиты которого вскоре снова разошлись.

Фанерозой

Этим эоном завершается геохронологическая таблица. Фанерозой отличается явным периодом появления большого количества живых организмов, имеющих минеральные скелеты. Предшествующий протерозойский эон называют скрытым, потому что следов развивающейся в то время жизни не было найдено.

Во времена фанерозоя произошли такие крупномасштабные события, как кембрийский взрыв (около 540 миллионов лет назад), а также 5 крупнейших вымираний живых существ за всю историю Земли.

Эпохи фанерозойского эона

Первая из трех частей фанерозоя носит название палеозой. Ее считают эрой древней жизни и делят на семь этапов:

. Кембрий характеризуется формированием умеренного климата. Геологические летоисчисления данного периода отмечаются отсутствием любых изменений в ландшафте, вместо этого происходит зарождение современных видов животных.

. Ордовик . В это время теплый климат распространился по всей территории земного шара, в том числе и в Антарктиде. Также отмечается значительное погружение суши и возникновение рыб.

. Силурийский период характеризуется формированием внутриконтинентальных морей и засушливой низменностью.

. Девону присуще время появления лесов и первых земноводных.

. Нижний карбон отличается значительным распространением акул и папоротникообразных.

. Верхний и средний карбон.

. Пермь - время, когда происходило вымирание большинства древних животных.

Мезозой - вторая часть фанерозойского эона, которая включает в себя три периода: триас, мел и юра. Этот промежуток времени характеризуется появлением, развитием и вымиранием динозавров и зубатых птиц. Геологические летоисчисления мезозоя отмечаются покрытием мелководными морями территории Западной Америки и части Европы. В этот период на Земле сформировались первые кленовые и дубовые леса.

Третья часть фанерозойского эона называется кайнозоем, или временем млекопитающих. В свою очередь, эра новой жизни делится на два этапа:

. Третичный . Начало периода характеризуется теплым климатом, развитием хищников и копытных животных и в то же время вымиранием древнейших млекопитающих. Леса максимально распространились по территории планеты. Около 25 миллионов лет назад появились человекообразные обезьяны. Немного позже, в эпоху плиоцена, возникли первые люди.

. Четвертичный этап насчитывает четыре ледниковых периода. В это время происходит исчезновение крупных млекопитающих и зарождение человеческого общества. По окончании четвертого ледникового периода, климат приобрел нынешний вид. С четвертичного этапа прочно устанавливается главенство человека на всей территории Земли, который длится и до текущего момента.

7 класс__________________________________

Тему: Строение земной коры, геологическое летоисчисление и геохронологическая таблица.

Тип урока: комбинированный

Цель: Формировать представление о внутреннем строении земли, земной коре, мантии и ядре; представление о рельефе.

Задачи урока:

Развивать умения самостоятельно анализировать рисунки, работать с учебником.

Воспитывать понимание необходимости рационально использовать полезные ископаемые.

Развивать речевую деятельностью.

Оборудование: Учебник, карта « Строение земной коры», коллекция горных пород.

Основные понятия : земная кора, мантия, ядро, рельеф, горные породы и минералы.полезные ископаемые.

Планируемые результаты:

назвать три слоя Земли: ядро, мантию, земную кору;

давать определения понятиям: земная кора, полезные ископаемые;

Методы работы: объяснительно – репродуктивный, исследовательский, репродуктивный, частично поисковый.

Ход урока:

1. Организационный момент.

Приветствие.

2. Повторение пройденного материала.

В каких состояниях находится вода?

С колько % воды в человеческом теле?

Какими свойствами обладает вода?

Где зародилась жизнь на Земле?

Сколько океанов на земле?

Что называется теплопроводностью?

При какой температуре замерзает вода?

В какое состояние переходит вода при замерзании?

Что называют ледниками?

Когда вода переходит в газообразное состояние?

Что такое пар?

Что происходит с водой при понижении температуры ниже +4ºС?

Почему зимой лопаются водопроводы?

Что называется раствором?

Какую работу производит вода в природе?

3. Усвоение нового материала:

Рассказ учителя.

Внутреннее строением Земли. И горными породами.

Ответьте на вопросы: какие три оболочки мокружают Землю? (атмосфера, литосфера, гидросфера)

Из каких частей состоит Земля? (ядро, мантия, земная кора).

Задание 2. Заполнить таблицу: « Внутреннее строение Земли»

Название слоя

Толщина

Температура

Ядро: внешнее,внутреннее

34% всей массы Земли

Мантия: нижняя и верхняя

Земная кора

От 5-7км. До 75 км.

Повышается с глубиной

Задание3. Прочитайте раздел «Горные породы» и ответьте на вопросы:

Чем образована земная кора?

Из чего состоят горные породы?

Какими свойствами обладают горные породы?

На какие три группы делятся горные породы по способу образования?

Задание4. Используя динамическое пособие создать модель внутреннего строения Земли.

Ответить на вопросы:

Каково внутреннее строение Земли?

Что представляет собой ядро?

В каком состоянии находится верхняя часть мантии?

Как называются неровности земной поверхности?

Из чего состоит земная кора?

4. Закрепление

5. Домашнее задание: §4 ,зарисовать внутреннее строение Земли.

Важной задачей геоморфологии наряду с изучением морфографии, морфометрии и генезиса является выяснение возраста рельефа. Как известно, в геологии возраст пород представляет одну из важнейших геологических характеристик, и он, по существу, составляет основное содержание общих геологических карт.

Возраст Земли как планеты по последним данным оценивается ~ 4,6 млрд. лет . Изучение метеоритов и лунных пород также подтверждает эту цифру. Однако самые древние породы Земли, доступные непосредственному изучению, имеют возраст около 3,8 млрд. лет. Поэтому весь более древний этап истории Земли носит название до геологической стадии. Для выяснения закономерностей и условий образования горных пород необходимо знать последовательность их образования и возраст, т.е. установить их геологическую хронологию.

Различают относительный возраст горных пород (относительная геохронология) и абсолютный возраст горных пород (абсолютная геохронология).

Определение относительного возраста пород- это установление, какие породы образовались раньше, а какие - позже. Различают два вида возраста рельефа:

1. Абсолютный возраст рельефа.

2. Относительный возраст рельефа.

Абсолютный возраст рельефа.

В последние десятилетия благодаря развитию радиоизотопных методов исследования широко применяется определение возраста отложений и форм рельефа в абсолютных единицах, т.е. в годах . Для этого необходимо знать период полураспада того или иного радиоизотопа; затем определяют соотношение его количества в отложениях с производным. Это достаточно надежный способ определения абсолютного рельефа.

Абсолютная геохронология устанавливает возраст горных пород в единицах времени . К методам определения абсолютного возраста пород относятся методы ядерной (или изотопной геохронологии) и не радиологические методы

Методы ядерной геохронологии в наше время являются наиболее точными для определения абсолютного возраста горных пород, в основе которых лежит явление самопроизвольного превращения радиоактивного изотопа одного элемента в стабильный изотоп другого . Суть методов состоит в определении соотношений между количеством радиоактивных элементов и количеством устойчивых продуктов их распада в горной породе. По скорости распада изотопа, которая для определенного радиоактивного изотопа есть величина постоянная, количеству радиоактивных и образовавшихся стабильных изотопов, рассчитывают время, прошедшее с начала образования минерала (соотв. и породы).

Разработано большое число радиоактивных методов определения абсолютного возраста: свинцовый, калиево-аргоновый, рубидиево-стронциевый, радиоуглеродный и др. (выше установленный возраст Земли 4,6 млрд. лет не установлен с применением свинцового метода).

Не радиологические методы уступают по точности ядерным.

Соляной метод был применен для определения возраста Мирового океана. Он основан на предположении, что воды океана были первоначально пресными, то, зная современное количество солей с континентов, можно определить время существования Мирового океана (~ 97 млн. лет).

Седиментационный метод основан на изучении осадочных пород в морях. Зная объем и мощность морских отложений в з.к. в отдельных системах и объем минерального вещества, ежегодно сносимого в моря с континентов можно вычислить продолжительность их наполнения.

Биологический метод базируется на представлении о сравнительно равномерном развитии орг. мира. Исходный параметр - продолжительность четвертичного периода 1,7 - 2 млн. лет.

Метод подсчета слоев ленточных глин, накапливающихся на периферии тающих ледников. Глинистые осадки откладываются зимой, а песчаные летом и весной, т.о. каждая пара таких слоев результат годичного накопления осадков (последний ледник на Балтийском море прекратил свое движение 12 тысяч лет назад).

Относительный возраст рельефа – это определение стадии его развития по комплексу характерных морфологических и динамических признаков.

Относительный возраст рельефа. Понятие «относительный возраст рельефа» в геоморфологии имеет несколько аспектов.

1. Развитие рельефа какой-либо территории или какой-либо отдельно взятой формы, как показал В. Девис, является стадийным процессом. Поэтому под относительным возрастом рельефа можно понимать определение стадии его развития. В качестве примера можно проследить развитие речных долин. Следовательно, один из аспектов определения относительного возраста рельефа - это определение стадии его развития по комплексу характерных морфологических и динамических признаков.

2. Понятие «относительный возраст рельефа» применяется также при изучении взаимоотношений одних форм с другими. В общем случае любая форма является более древней по отношению к тем, которые осложняют ее поверхность и сформировались в более позднее время.

3. Определение относительного геологического возраста рельефа означает установление того отрезка времени, когда рельеф приобрел черты, в основном аналогичные его современному облику. Если речь идет об аккумулятивных формах рельефа, то вопрос сводится к определению обычными геологическими методами возраста слагающих эту форму отложений. Так, речные террасы, сложенные среднечетвертичными отложениями, имеют среднечетвертичный возраст; древние дюны, сложенные эоловыми плиоценовыми отложениями, имеют плиоценовый возраст и т. д.

Относительный возраст осадочных горных пород устанавливается с помощью геолого-стратиграфических (стратиграфического, литологического, тектонического, геофизических) и биостратиграфических методов.

Стратиграфический метод основан на том, что возраст слоя при нормальном залегании определяется - нижележащие их слои являются более древними, а вышележащие более молодыми. Этот метод может быть использован и при складчатом залегании слоев. Не может быть использован при опрокинутых складках.

Литологический метод основан на изучении и сравнении состава пород в разных обнажениях (естественных- в склонах рек, озер, морей, искусственных - карьерах, котлованах и т.д.). На ограниченной по площади территории, отложения одинакового вещественного состава (т.е. состоят из одинаковых минералов и горных пород) , могут быть одновозрастными. При сопоставлении разрезов различных обнажений используют маркирующие горизонты, которые отчетливо выделяются среди других пород и стратиграфиески выдержаны на большой площади.

Тектонический метод основан на том, что мощные процессы деформации горных пород проявляются (как правило) одновременно на больших территориях, поэтому одновозрастные толщи имеют примерно одинаковую степень дислоцированности (смещения). В истории Земли осадконакопления периодически сменялись складчатостью и горообразованием.

Возникшие горные области разрушались, а на выровненную территорию вновь наступало море, на дне которого уже несогласно накапливались толщи новых осадочных горных пород в этом случае различные несогласия служат границами, подразделяющими разрезы на отдельные толщи.

Геофизические методы основаны на использовании физических характеристик отложений (удельного сопротивления, природной радиоактивности, остаточной намагниченности горных пород и т.д.) при их расчленении на слои и сопоставлении.

Расчленение пород в буровых скважинах на основании измерений удельного сопротивления горных пород и пористости называется электрокаротаж, на основании измерений их радиоактивности - гамма-каротаж .

Изучение остаточной намагниченности горных пород называют палеомагнитным методом ; он основан на том, что магнитные минералы, выпадая в осадок, распластаются в соответствии с магнитным полем Земли той эпохи которая, как известно, постоянно менялась в течении геологического времени. Следовательно, в различных слоях направление магнитного поля будет различным. Палеомагнитизм позволяет т.о. сопоставлять отложения значительно удаленные друг от друга (западное побережье Африки и восточное побережье Латинской Америки).

Биостратиграфические или палеонтологические методы состоят в определении возраста горных пород с помощью изучения ископаемых организмов.

При изучении истории развития земной коры важно знать время образования горных пород и минералов, хронологическую последовательность геологических событий.

Источником информации о развитии Земли во времени прежде всего являются осадочные горные породы, которые в подавляющем большинстве сформировались в водной среде и поэтому залегают слоями (см. рис. III .4 на с. 66).

Чем глубже от земной поверхности лежит слой, тем раньше он образовался и, следовательно, является более древним по отношению к любому слою, который расположен ближе к поверхности и являетсяболее молодым . На этом простом рассуждении основывается понятиеотносительного возраста , которое легло в основуотносительной геохронологии .

Относительный возраст пород легко устанавливается в случае горизонтального залегания слоев. Например, в береговом обрыве сверху вниз легко различаются слои песка, глины и известняка. Наиболее древней породой здесь будет известняк, затем образовался слой глины и самым молодым является слой песка . Если поблизости в другом обнажении обнаруживается та же последовательность пород (снизу вверх: известняк, глина, песок), мы можем предположить, что одноименные слои одновозрастны .

Рис. III .3. Строение земной коры:

а - строение земной коры по К.Буллену;

б - строение земной коры в разных геологических районах и положение

отдельных сверхглубоких скважин (СГ-3 - Кольская, М - Мурунтаусская,

У- Уральская, К - Кубанская, Б-Р - Берта-Роджерс, I - скважины судна

“Гломар Челленджер”, II - глубокие скважины на шельфе);

1 - гидросфера, 2 - осадочный слой океанов, 3 - осадочный слой континентов, 4 - складчатые области фанерозоя, 5 - вулканогенные образования,

6 - кристаллические породы докембрия, 7 - базальтовый слой континентов,

8 - базальтовый слой океанов, 9 - верхняя мантия, 10 - глубинные разломы

Рис. III .4. Формы залегания осадочных образований

а - складчатые, б - разрывные

Однако сопоставление пород по составу эффективно только для увязки пород на небольших расстояниях. Многие породы, разные по возрасту, имеют сходный состав, и напротив, одновозрастные, но образовавшиеся в различных условиях породы будут отличаться по составу. Поэтому наиболее достоверно определение относительного возраста по остаткам растительных и животных организмов -окаменелостям , сохранившимся в породах. Отложения одного возраста, если они сформировались в сходных условиях, содержат сходные или одинаковые окаменелости. Это позволяет сопоставлять одновозрастные толщи, если они имеют разный состав и расположены в разных регионах Земли .

Самые длительные временные интервалы в относительной геохронологии - эоны; эоны делятся на эры, эры - на периоды, периоды - на эпохи, эпохи - на века и т.д. За отрезок времени, равный эону, накопилась толща осадочных пород, соответствующая эонотеме, за эру - эратеме, за период - системе, за эпоху - отделу, за век - ярусу и т.д.

В отличие от относительной абсолютная геохронология призвана измерить геологическое время в астрономических единицах - годах. Существуют две группы методов определения абсолютного возраста: сезонно-климатические и радиологические. Сезонно-климатические методы применимы к породам, имеющим сезонную слоистость, и сводится к подсчету сезонных слоев.Радиологические (изотопные) методы основываются на определении возраста минералов по распаду радиоактивных изотопов, которые в малых количествах входят в кристаллическую решетку многих минералов. Так как процесс распада осуществляется с постоянной скоростью, результаты определений являются независимыми от тех или иных условий среды. Наиболее часто для абсолютных датировок используют 235 U , 40 K , 87 Rb , 147 Sm , 14 C . Кроме того, дополнительным методом геохронологического расчленения пород является изучение палеомагнетизма, на основе чего составлена палеомагнитная шкала времени. Изотопные и палеомагнитный методы особенно важны для определения возраста магматических и метаморфических пород.

Важно знать время образования горных пород и , хронологическую последовательность геологических событий.

Источником информации о развитии Земли во времени прежде всего являются осадочные , которые в подавляющем большинстве сформировались в водной среде и поэтому залегают слоями.

Чем глубже от земной поверхности лежит слой, тем раньше он образовался и, следовательно, является более древним по отношению к любому слою, который расположен ближе к поверхности и является более молодым. На этом простом рассуждении основывается понятие относительного возраста, которое легло в основу относительной геохронологии.

Относительный возраст пород легко устанавливается в случае горизонтального залегания слоев. Например, в береговом обрыве сверху вниз легко различаются слои песка, глины и известняка. Наиболее древней породой здесь будет известняк, затем образовался слой глины и самым молодым является слой песка. Если поблизости в другом обнажении обнаруживается та же последовательность пород (снизу вверх: известняк, глина, песок), мы можем предположить, что одноименные слои одновозрастны.

Однако сопоставление пород по составу эффективно только для увязки пород на небольших расстояниях. Многие породы, разные по возрасту, имеют сходный состав, и напротив, одновозрастные, но образовавшиеся в различных условиях породы будут отличаться по составу. Поэтому наиболее достоверно определение относительного возраста по остаткам растительных и животных организмов — окаменелостям, сохранившимся в породах. Отложения одного возраста, если они сформировались в сходных условиях, содержат сходные или одинаковые окаменелости. Это позволяет сопоставлять одновозрастные толщи, если они имеют разный состав и расположены в разных регионах Земли.

Самые длительные временные интервалы в относительной геохронологии — эоны; эоны делятся на эры, эры — на периоды, периоды — на эпохи, эпохи — на века и т.д. За отрезок времени, равный эону, накопилась толща осадочных пород, соответствующая эонотеме, за эру — эратеме, за период — системе, за эпоху — отделу, за век — ярусу и т.д.

В отличие от относительной абсолютная геохронология призвана измерить геологическое время в астрономических единицах — годах. Существуют две группы методов определения абсолютного возраста: сезонно-климатические и радиологические. Сезонно-климатические методы применимы к породам, имеющим сезонную слоистость, и сводится к подсчету сезонных слоев. Радиологические (изотопные) методы основываются на определении возраста минералов по распаду радиоактивных изотопов, которые в малых количествах входят в кристаллическую решетку многих минералов. Так как процесс распада осуществляется с постоянной скоростью, результаты определений являются независимыми от тех или иных условий среды. Наиболее часто для абсолютных датировок используют 235 U, 40 K, 87 Rb, 147 Sm, 14 C. Кроме того, дополнительным методом геохронологического расчленения пород является изучение палеомагнетизма, на основе чего составлена палеомагнитная шкала времени. Изотопные и палеомагнитный методы особенно важны для определения возраста магматических и метаморфических пород.