Вік рельєфу. Визначення абсолютного віку рельєфу

Методи визначення абсолютного віку порід:

1. радіовуглецевий;
2. калій-аргоновий;
3. стронцієвий;
4. уран-свинцевий;
5. термолюмінесцентний
6. оптиколюмінесцентний;
7. фторовий;
8. споро-пилковий аналіз.

Радіовуглецевий метод

Радіовуглецевий метод – це датування органічних залишків шляхом вимірювання вмісту радіоактивного ізотопу ¹⁴С у гірських породах. Органічними залишками в породі можуть бути деревина, кісткова тканина, вугілля, які дають точне датування відкладів, абсолютний вік яких не перевищує 50-70 тис. років.

Суть методу ґрунтується на тому, що в атмосфері та живих організмах наявний вуглець. Це стабільні ізотопи ¹²С (98,8%) і ¹³С (1,1%), а також невелика частка радіоактивного ¹⁴С (10-10%). Період піврозпаду ¹⁴С = 5730 років. У живому організмі відбувається постійний вуглецевий обмін і співвідношення ¹⁴С/¹²С стабільне. Коли організм відмирає, вуглецевий обмін припиняється. Стабільні ізотопи зберігаються, а радіоактивний поступово розпадається і його вміст у залишках поступово зменшується. Знаючи вихідне співвідношення ізотопів, вимірюють їхнє теперішнє співвідношення спектрометричними або методами дозиметрії, знаходять час, який пройшов від загибелі чи відмирання організму. Для цього зважують частинку породи, тоді бомбардують елементарними частинками. Впродовж радіоактивного розпаду зважують знову. Знаючи швидкість розпаду і вагу зразка в минулому, визначають час утворення [23]. Проілюструємо цей метод на прикладі свічки: знаючи швидкість її горіння, початкову та кінцеву довжину після деякого часу горіння, визначаємо час, протягом якого вона горіла.

Недоліком методу є те, що частинки органіки можуть бути винесені водою, а на їхнє місце принесені нові.

Приклад. Якщо ми знайшли викопний залишок і в ньому є тільки половина потрібної кількості ¹⁴С, то організм помер 5730 років тому. За два періоди піврозпаду залишиться лише ¼ вихідної кількості, якщо відношення ¹⁴С/¹²С становить ¼ від початкового співвідношення, то теоретично вік шматка органіки 11 460 років (5730×2).

Калій-аргоновий метод

Калій-аргоновий метод широко використовують для визначення віку порід, які містять калій (слюди, амфіболи, глауконітові мінерали). Радіоактивний калій розпадається, виділяючи газ аргон. Вік відповідних мінеральних утворень визначають за величиною співвідношення Аr/К. Що більше це співвідношення, то старший об’єкт [20]. Найчастіше використовують для датування вулканічних порід. Застосовують також для датування осадових порід за мінералом глауконітом, який формується у мілководно-морських умовах. Не рекомендують для визначення віку метаморфічних порід, оскільки аргон швидко випаровується за високих температур і тиску, та порід, які містять калієві польові шпати.

Сьогодні прогресивніший – аргон-аргоновий метод. У ньому вимірювання радіоактивного калію замінені на вимірювання часу піврозпаду радіоактивного ізотопу аргону, яким зразок опромінюють в ядерному реакторі. Цей метод точніший, оскільки можна виявити, який аргон і в якій кількості був у цій породі.

Застосовують для визначення віку у 100 тис. років і більше. Відомі визначення цим методом віку порід у 2 млд років у штаті Онтаріо (США). Цим методом також визначили вік гранітів Українського кристалічного щита в середньому 1,9 млд років (за О. Комлєвим) [18].

Стронцієвий або рубідієво-стронцієвий метод

Природна радіоактивність рубідію обумовлена ізотопом з масою 87, який, випускаючи частинку, переходить у стронцій-87. Це співвідношення дочірнього та материнського ізотопів використовують для визначення віку. Застосовують для датування мінералів, які містять рубідій: мусковіт, біотит, калієві польові шпати, лепідоліт. Рубідієво-стронцієвий метод поширений для визначення віку докембрійських порід, оскільки в них наявні мінерали з вмістом рубідію [24]. Розпад рубідію досить повільний, тому метод застосовують для датування порід у 5 млн років і більше.

Уран-свинцевий метод

Уран-свинцевий метод враховує співвідношення нерозщеплених атомів урану й утворених внаслідок радіоактивного розпаду атомів свинцю [20]. Уран входить до складу понад 200 мінералів, проте беруть мінерали, де вміст урану більший 1%: уранініт, циркон, монацит тощо, які наявні в магматичних породах. Період піврозпаду урану становить 4,51 млд років. Метод застосовують для порід, які утворені протягом всієї геологічної історії Землі, найчастіше – від 30 млн років і більше. Загалом методи, які ґрунтуються на визначенні абсолютного віку з використанням радіоактивних елементів, називають ізотопними або радіологічними.

Недоліками радіологічних методів є те, що вони не дають змоги поділити породи на дрібні ярусні підрозділи (світи, відділи). Зумовлено це невисокою точністю методу, який допускає відхилення у визначенні абсолютного віку гірських порід у 3-5%. Якщо середня тривалість віку періодів становить близько 50 млн років, відділів – 10-20 млн років, то похибка методами ядерної геохронології для відділів досягає від 300 тис. до 1 млн років. Зрозуміло, що ярусні підрозділи за допомогою цих методів не можна достовірно визначити. Результати абсолютної геохронології можуть лише доповнити, але не замінити геологічні дані, які завжди мають бути провідними у визначенні віку гірських порід.

Ще один значний недолік радіологічної геохронології – значна невідповідність результатів визначення абсолютного віку порід у зв’язку з накладенням на породи та мінерали метаморфізму. Крім того, в багатьох гірських породах радіоактивних елементів взагалі немає, тому про можливість застосування ізотопних методів у них не може й бути мови.

Термолюмінесцентний метод

Термолюмінесцентний метод грунтується на вимірюванні енергії, яка випромінилась внаслідок нагрівання зразка. Використано здатність глини, кальцитів, польових шпатів з часом накопичувати енергію іонізуючого випромінювання (Сонця), а потім під час нагрівання віддавати її у вигляді спалахів світла. Що старіший зразок, то більше спалахів. Їх вимірюють термолюмінесцентними дозиметрами. Вперше застосували у 1953 році, проте набув поширення з 1960 років.

Якщо зразок деякий час був дуже нагрітий чи підлягав сонячному опроміненню, то вся попередньо накопичена енергія стирається, а відлік часу беруть з цього опромінення.

Метод застосовують для датування порід, утворених від декількох сотень до одного млн років. Похибка становить 10% і менше. Визначають вік вапняків, вулканічних порід, лесів, пісків, алевритів.

Недоліки методу – у мінералів є електронні пастки, які дають неоднакове випромінювання для однакових зразків з одного місця походження. На точність визначення впливає також рівень радіації певної місцевості. Метод не дійсний для уламків, які перемістились з інших областей, де тривалість нагрівання більша або менша. З іншого боку, методом визначають не дату утворення, а дату постійного високого нагрівання, тривалого перебування зразка на Сонці [9].

Оптико-люмінесцентний метод

При оптико-люмінісцентному методі вимірюють рівень випромінювальної здатності породи після різкого освітлення. Побудований на визначенні моменту, коли мінерал останній раз перебував на світлі. Якщо опромінити мінерал синім, зеленим чи інфрачервоним світлом, то він буде світитись. Має електронні пастки в кристалах. Коли був на світлі, там залишились іони. Якщо посвітити, то буде скидати накопичену енергію. Знаходять час, коли був у темноті. Що старший зразок, то більше видає світла. Мінерали, за якими визначають час, – це кварц або польовий шпат, які здатні накопичувати іонізуюче випромінювання від радіоактивних елементів, що були колись у породі. Метод вперше застосували 1984 р. у Канаді.

Використовують для з’ясування віку еолових (типу дюн), деяких делювіальних відкладів і лесів. Діапазон визначення віку – від кількох сотень до 100 000 років. Похибка вимірювань 5%.

Фторовий

Метод визначення віку за вмістом фтору у викопних кістках, які поховані в певній товщі порід. Застосовують для визначення віку до 1 млн років.

Споро-пилковий аналіз

Це дослідження спор рослин і пилку минулих геологічних епох. Детально вивчає наука палінологія. Пилкові зерна рослин чи спори мають тверду оболонку, яка не руйнується навіть у разі їхнього закам’яніння (фосилізації). Беруть проби осадових порід, торфу, сапропелю, вилучають з них захоронені пилок і спори, вивчають під мікроскопом. Визначають їхні види і таксономічну належність.

Метод започаткований у 1930 роках. За цей час були розроблені класифікації спор і пилку вимерлих рослин, розсіяних у давніх породах. Цей метод почали використовувати для досліджень всіх осадових порід, адже певні споро-пилкові комплекси характеризують відклади різного віку того чи іншого регіону. З’ясували також типи споро-пилкових спектрів – степовий, лісовий, тундровий, за якими можна визначати палеоклімати [20].

Вік сучасних відкладів можна визначити також методами:

• за швидкістю геолого-геоморфологічних процесів (водна ерозія чи акумуляція);
• за кількістю річних шарів у стрічкових відкладах водно-льодовикових озер;
• за археологічними залишками.

Отож, знаючи абсолютний вік порід, які не зазнавали перевідкладення, можна визначити час утворення рельєфу в геохронологічних датах.

Запитання для самоперевірки знань

1. Як Ви розумієте “похований, відкопаний, експонований, реліктовий і реконструйований рельєф”?
2. Скласти план вивчення палеорельєфу.
3. Які види реконструкцій палеорельєфу Ви знаєте?
4. Які методи вивчення історії розвитку рельєфу?
5. Які методи визначення відносного віку рельєфу?
6. Назвати методи вивчення абсолютного віку рельєфу.

Бібліографія

Основна

1. Сіренко І. Палеогеоморфологія: навч. посібник / І. Сіренко, М. Іваник. – Львів: ВЦ ЛНУ ім. І. Франка, 2011. – 432 с.
2. Спиридонов А.И. Палеогеоморфологический анализ // Основы общей методики полевых геоморфологических исследований и геоморфологического картографирования / А.И. Спиридонов. – Москва: Высш. школа, 1970. – С. 184-204.

Допоміжна

3. Атлас литолого-палеогеографических карт. Масштаб: 1:7500000 / Под ред. А.П. Виноградова. – Т. 1, 1966; т. 2, 1967; т. 3, 1968.
4. Байрак Г. Визначення генезису і віку рельєфу / Г.Р. Байрак, Р.М. Гнатюк, П.М. Горішний, Я.Б. Хомин // Практикум з курсу “Геоморфологія”: навч.-метод. посібник (видання друге виправлене і доповнене) – Львів: ВЦ ЛНУ ім. І. Франка, 2015. – С. 16-19.
5. Байрак Г. Відтворення історії розвитку рельєфу за геолого-геоморфологічним профілем / Г.Р. Байрак, Р.М. Гнатюк, П.М. Горішний, Я.Б. Хомин // Практикум з курсу “Геоморфологія”: навч.-метод. посібник (видання друге виправлене і доповнене) – Львів: ВЦ ЛНУ ім. І. Франка, 2015. – С. 26-31.
6. Байрак Г.Р. Построение морфометрических карт средствами ГИС для изучения истории развития Гологоро-Кременецкой гряды / Г.Р. Байрак, Я.С. Кравчук // Геоморфологи: Современные методы и технологии цифрового моделирования рельефа в науках о Земле. – Вып. 6. – Москва: МедиаПРЕСС, 2016. – С. 40-44 + 4 іл.
7. Бердников В. В. Палеогенный микрорельеф центра Русской равнины / В.В. Бердников – Москва: Наука, 1976. – 126 с.
8. Богуцкий А.Б. Антропогеновые покровные отложения Волыно-Подолии / А.Б. Богуцкий // Антропогеновые отложения Украины. – Киев, 1986. – С. 121-132.
9. Вагнер Г.А. Научные методы датирования в геологии, археологии и истории / Г.A. Вагнер. – Москва: Техносфера, 2006. – 534 с.
10. Веклич М. Ф. До методики вивчення давнього і похованого рельєфів / М.Ф. Веклич // Геоморфологічне картування Української РСР. – Київ: Наук. думка, 1966. – 119 с.
11. Верзилин Η. Η. Методы палеогеографических исследований / Н.Н. Верзилин. – Ленинград: Недра, 1979. – 247 с.
12. Вопросы палеогеографии плейстоцена ледниковых и перигляциональных областей. – Москва: Наука, 1981.
13. Галицкий В. И. Основы палеогеоморфологии / В. И. Галицкий. – Київ: Наук. думка, 1980. – 220 с.
14. Гнатюк Р. М. Нові погляди на геоморфологічну будову території природного заповідника “Розточчя” // Природа Розточчя: зб. наук.-техн. праць природного заповідника “Розточчя”. – Івано-Франкове, 1999. – Вип. 1. – С. 40-46.
15. Евсеева Н.С. Методы палеогеографических исследований / Н.С. Евсеева, А.В. Шпанский. – Томск: ТГУ, 2011. – 253 с.
    
16. Іваніна А.В. Визначник решток палеоорганізмів: навч.-метод. посібник / А.В. Іваніна, Г.І. Гоцанюк, Я.М. Тузяк та ін. – Львів: ВЦ ЛНУ ім. І. Франка, 2007. – 156 с.
17. Іваніна А.В. Седиментологія. Навч.-метод. посібник / А.В. Іваніна, І.В. Шайнога – Львів: ВЦ ЛНУ ім. І. Франка, 2010. – 144 с.
18. Комлєв О.О. Історико-динамічні басейнові геоморфосистеми геоморфологічних формацій Українського щита: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра геогр. наук / О.О. Комлєв. – Київ: Інститут географії НАНУ, 2005. – 37 с.
19. Кора вивітрювання
20. Методи абсолютної геохронології // Історична геологія (лекції)
21. Михайлова Н. А. Методика составления крупномасштабных литолого-фациальных палеогеографических карт / Н. А. Михайлова. – Mосква: Наука, 1973. – 54 с.
22. Палієнко В.П. Методи вивчення віку рельєфу та його еволюція / В.П. Палієнко, М.Є. Барщевський // Морфоструктурно-неотектонічний аналіз території України. – Київ: Наук. думка, 2013. – С. 47-53.
23. Радіовуглецевий метод
24. Рубидий-стронциевый метод // Справочник химика
25. Рухин Л. Б. Основы общей палеогеографии / Л. Б. Рухин. – [2-е изд.]. – Ленинград: Гостоптехиздат, 1962. – 628 с.
26. Симонов Ю.Г. Методы изучения истории развития рельефа / Ю.Г. Симонов // Геоморфология. Методология фундаментальных исследований. – Санкт-Петербург: Питер, 2005. – С. 284–338.
27. Справочник по литологии. Под ред. Н.Б. Вассоевича, В.Л. Либровича, Н.В. Логвиненко, В.И. Марченко. – Москва: Недра, 1983. – 509 с.
28. Чемеков Ю. Ф. Погребенный рельеф платформ и методы его изучения / Ю.Ф. Чемеков, В. И. Галицкий – Ленинград: Недра, 1974. – 207 с.
29. Ясаманов Н.А. Популярная палеогеография. – Москва: Недра, 1985. – 136 с.
30. Яцишин А. М. Геоморфологічна будова долини Дністра у межах Передкарпаття: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. геогр. наук / А.М. Яцишин. – Львів, 2001. – 18 c.
31. Scoteze C. Atlas of Earth History, PALEOMAP Project, Arlington, Texas, 52 pp.