как узнать сколько лет камню
Можно ли определить возраст камня
Можно ли определить возраст камня.
Возраст есть практически у всего существующего. И при этом неважно, живое это создание или же неодушевленный предмет. Сегодня мы расскажем вам можно ли определить возраст камней и как это делается. Правда же интересно?
Ну во-первых, по сезонным отложениям, которые напоминают годичные кольца на срезе дерева. А также возраст камней можно узнать по особым отметкам, которые остаются на них от различных эпох.
Наука о камнях называется минералогия(от слова минерал) И в ней существуют методы, с помощью которых можно определить возраст камней с различной точностью.
Это возможно благодаря тому, что распад и превращение веществ в другие подчиняются строгим закономерностям, которые не изменяются даже с течением веков.
Измеряя количество радия и свинца и определив его количество образующееся в породе за год, можно вычислить момент появления данного камня. Этот метод отличается большой точностью и позволяет получить возраст различных минералов.
Таким образом, сравнивая соотношение (разницу количества по отношению друг к другу) тех или иных веществ, содержащихся в камне устанавливают его точный возраст.
Тем или иным способом можно подсчитать возраст практически любого камня. Главное правильно определить какой способ определения будет подходящим. Большинство древнейших минералов позволяют проследить происходившие с ними процессы до 4 тысяч миллионов лет.
Например северные породы в районе Финляндии существуют 3 миллиарда лет, а каменный уголь Донбасса начал образовываться «всего» 3 миллиона лет тому назад.
Другой способ определения возраста камней и минералов можно применить в подземных соляных копях. Дело в том, что стены подземелья имеют полосы разных оттенков, которые являются отпечатком отложений исчезнувших морей. Речным и озерным осадком являются также северные глины нашей территории, образовавшиеся в период таяния ледников. Это было примерно 20 тысяч лет назад.
Ученые «разложили по полочкам» все исследования и на основе изучения возраста камней построили мировую хронологию (что-то вроде календаря). В результате выяснилось, что от 5 до 10 миллиардов лет тому назад образовались планеты. Земная кора появилась 2 миллиарда 100 миллионов лет назад. А примерно 1 миллиард лет назад на нашей планете появилась жизнь.
Дальнейшие подсчеты касаются времени появления различных видов первобытных животных, которые оставили свои отпечатки в камнях. Появление современных гор, ледниковые эпохи, возникновение человека и его развитие также входят в данную хронологию.
Каменные «документы» показывают весь исторический процесс изменения природы. И хотя исследователи открыли еще далеко не все, что могут «рассказать» камни, первый шаг на пути к познанию истины наука уже сделала.
Возраст камня
В одну из поездок в Крым мне пришлось изучать отложения Сакского соляного озера (на фото слева).
Поверхность его черной лечебной грязи покрыта прочной коркой гипса. Когда берут грязь для ванн, то стараются снять эту корку. Но она рассыпается на мелкие иголки и острые камешки.
В этих копьевидных кристалликах я подметил черные полоски, а сравнив гипсовые иголочки друг с другом, скоро увидел, что черные полоски лежат в коре горизонтально и всегда на одном и том же уровне.
Разгадка сделалась очевидной: кристаллы гипса растут ежегодно, особенно летом, после весенних разливов, когда с окружающих гор в озеро текут мутные илистые воды, вызывающие образование черных полосок на гипсовых кристаллах. Каждая полоска — это год жизни, годовое кольцо — вроде тех, которые мы так отчетливо наблюдаем на стволах деревьев. Кристаллики неожиданно рассказали историю своего образования, их возраст был не больше двадцати лет, по толщине чистых и черных полосочек можно говорить о том, дождливая ли была весна и жаркое ли было лето.
Здесь, под землей, в огромных камерах, освещенных электрическими лампами, на стенках можно заметить полоски разного оттенка, правильно чередующиеся на всем протяжении подземных зал. Мы знаем, что это годовые кольца отложений соли в мелких озерах у берегов давно исчезнувших пермских морей.
Но еще замечательнее — это ленточные глины, которые на нашем Севере встречаются в большом количестве. Смотрите пример на картинке справа.
Они являются осадками озер и рек, стекавших с того огромного ледника, который около двадцати тысяч лет тому назад покрывал наш Север, проникая отдельными языками далеко на юг, даже в область южнорусских степей. В таких глинах на окраске и величине зернышек можно отличить зимний слой, более темный, и летний, более светлый. Подсчитывая такие слои, — а их много тысяч, — можно нарисовать точную хронологию нашего Севера. Ленточные глины являются для геолога календарем, в котором отмечалась и записывалась летопись всего нашего Севера.
Сейчас для нас более или менее несомненно, что возраст самых древних минералов и горных пород определяется между одной тысячей и двумя тысячами миллионов лет. Горные породы Финляндии и побережья Белого моря, вероятно, имеют возраст в миллиард семьсот миллионов лет. Наши каменноугольные отложения Донецкого бассейна образовались около трехсот миллионов лет тому назад.
Сейчас нам впервые благодаря камню удалось построить хронологию мира:
Образование планет в нашей солнечной системе до 5–10 000 000 000 лет тому назад.
Образование твердой земной коры — 2 100 000 000.
Появление первой жизни — 900 000 000–1 000 000 000.
Появление ракообразных (синяя глина окрестностей Ленинграда) — 500 000 000.
Появление панцырных рыб (девон) — 300 000 000.
Эпоха каменного угля — 250 000 000.
Начало третичной эпохи и время образования Альпийских гор — 60 000 000.
Появление человека — около 1 000 000.
Начало ледниковых эпох — до 1 000 000.
Конец последней ледниковой эпохи — 20 000.
Начало тонкой обработки камня — 7000.
Начало века меди — 6000.
Начало века железа — 3000.
Настоящий момент (до нашей эры) — 0.
Таково определение времени в прошлом по каменным документам истории природы. Дальше хронология обрывается. За пределами геологической истории Земли и истории Солнца прошлое скрыто пока от пытливой мысли ученого. Пусть, однако, и в вышеприведенных цифрах читатель увидит лишь первое приближение к истине: пока только намечаются вехи, пытаются измерить время прошлого. Еще много трудов, много ошибок испытывает человеческая мысль, пока она из приближенных чисел нашей хронологии сумеет построить точную хронологию мира и на летописях камня прочтет свое прошлое.
Еще много придется работать ученым, чтобы использовать хронологию в самой жизни и суметь возраст растений и животных сделать точными часами прошлого.
Можно ли определить возраст камня
Существование камней исчисляется весьма длительными периодами. Но в их структуре есть информация о возрасте. Это отложения сезонного характера, напоминающие годичные кольца среза дерева. А также отметки различных эпох. Минералогия знает методы определения возраста камней различной точности. Например, по содержанию радия можно сделать выводы о процессах, происходящих на протяжении миллионов лет. Ведь явления распада и превращения веществ подчиняются строгим закономерностям, не изменяющимся с течением веков. Сравнивая соотношение продуктов реакции, устанавливают точный возраст породы.
Методы определения возраста пород
Подсчету возраста можно подвергнуть самые различные минералы, используя верные способы определения этой величины. Большинство древнейших минералов позволяют описать мировые процессы до 4 тысяч миллионов лет. Северные породы в районе Финляндии существуют три миллиарда лет, а каменный уголь Донбасса начал образовываться 3 миллиона лет тому назад.
Различные камни подлежат исследованию соответствующими способами, подходящими для конкретного случая. Так содержащийся во многих горных породах радий распадается, образуя новое вещество — свинец, выделяя гелий. Измеряя количество радия и свинца, определив его ежегодное образование в породе, можно вычислить момент появления данного камня. Метод отличается большой точностью и позволяет получить возраст различных минералов.
Другой способ можно применить в подземных соляных копях. Стены подземелья имеют полосы разных оттенков, являющиеся отпечатком отложений исчезнувших морей. Речным и озерным осадком являются также северные глины нашей территории, образовавшиеся в период таяния ледников. Это было примерно двадцать тысяч лет назад. В отложениях различаются сезонные признаки: темные зимние слои и светлые — летнего периода. При подсчете многочисленных отметок складывается в единую картину хронология Севера, которую геологи считают календарем.
Хронология мира на основании возраста пород
Ученые систематизировали исследования и построили мировую хронологию на основе изучения возраста камней. Это следующие вехи на пути образования окружающего мира.
Дальнейшая летопись касается различных видов первобытных животных, оставивших отпечатки в камнях. Появление современных гор, ледниковые эпохи, возникновение человека и его развитие входят в хронологию по этапам. Каменная документация показывает исторический процесс преобразования природы. Не все прошлое открылось исследователям, но в начальной стадии наука все-таки сделала шаг на пути к истинному положению вещей.
Ископаемые остатки и минералы, произошедшие из магмы
Еще предстоит прочитать прошлое и определить точный ход времени по возрасту биологических объектов. Возраст остатков животных определяется лишь за последние 300 тысяч лет. Применение методов соотношений урана и свинца, стронция и рубидия, калия и аргона, содержащихся в породе, позволяет оценить периоды в миллиарды лет. Эти камни имеют вулканическое и горное происхождение, а не ископаемое.
Анализируя минералы, ученые определяют момент кристаллизации породы. Из вулканов изливалась лава, появились месторождения руд. Органических включений эти камни не содержат, что не позволяет определить геологический период. Поэтому календарь весьма относителен. Но наука пытается связать его закономерностями распространения растений и животных с периодом образования земных слоев. Так морские отложения содержат среди ископаемых остатков зерна зеленого минерала глауконита. В этих кристаллах есть радиоактивные элементы, позволяющие связать биологические породы с магматическими, одновременно появившимися в одном и том же месте. В таких случаях относительное летоисчисление совпадет с абсолютно точными измерениями периодов.
Определение возраста отложения по глаукониту и углероду
Нужно немалое количество глауконита (до 80 г), чтобы определить его возраст. Тогда будет определен период того или иного отложения. В более древних эпохах этого минерала еще меньше и возраст толщи породы приходится определять по 10 г камня глауконита. Пробы пород осадков при этом имеют значительный вес. Более всего глауконита обнаружено в образцах докембрийского периода.
Радиологическое исследование требует чистых образцов минерала. Для этого породу подвергают процессам:
Высушенную пробу без пыли ограждают от высокой температуры, чтобы не изменить химический состав искомого минерала. Далее глауконит изымается методом электромагнита или с использованием жидкости бромоформ. При этом известковую породу можно частично растворить в органической кислоте. Добытые зерна очищают от пленки кислыми средами. Они очень малы по размеру и могут видоизмениться от факторов окружающей обстановки. Из кристалла исчезает аргон в результате изменения структуры или повышения температуры.
Все это приводит к неточностям, делая минерал в результатах «моложе», чем есть на самом деле. Но при большом содержании калия в минерале удается достичь достоверных измерений, снизив ошибку до 5 %. Возраст отложений старше 500 миллионов лет измеряется практически исключительно только по глаукониту. Для пород до 60 000 лет применяется также радиоуглеродный анализ (исследование поведения радиоактивного изотопа углерода 14C). В этом временном интервале радиоуглеродное датирование — довольно надежный метод.
Определение возраста камней чаще является непростой задачей. Наука делает шаги на пути уточнения хронологии, стараясь установить ее периоды абсолютным образом.
Возраст камня. О связи разных летосчислений и подарке исчезнувших морей
Определение абсолютного возраста ископаемых остатков животных возможно лишь в пределах последних 300 тыс. лет. Правда, уран-свинцовый, калий-аргоновый, стронций-рубидиевый и некоторые другие методы дают возможность проникнуть в глубь истории Земли на десятки миллионов и даже миллиарды лет. Однако минералы, содержащие эти радиоактивные элементы, обычно приурочены к так называемым магматическим и вулканогенным породам, т. е. к горным породам, образовавшимся из огненных расплавов.
Анализируя эти минералы, можно узнать, сколько времени прошло с момента кристаллизации магмы, когда излилась вулканическая лава и возникли рудные месторождения. Но породы эти не содержат органических остатков, по которым их можно было бы отнести к тому или иному геологическому периоду. Удастся ли связать между собой «относительный» календарь, построенный на закономерностях распространения в различные эпохи разных групп животных, с «абсолютным» возрастом земных слоев?
Изредка в морских отложениях вместе с остатками вымерших животных встречаются красивые зеленые зернышки. Это силикатный минерал глауконит. В его кристаллах и радиально-лучистых зернах содержатся радиоактивные вещества, позволяющие перебросить мост между «абсолютной» и «относительной» системами летосчисления.
Для того чтобы определить возраст по глаукониту, нужно располагать довольно большим количеством зерен этого минерала. Около 80 г глауконита должен извлечь геолог из породы, чтобы установить, например, время образования неогеновых отложений. И хотя количество минерала, требующееся для анализа, уменьшается по мере продвижения к более древним эпохам, все равно даже в протерозойских толщах необходимо собрать не менее 10 г глауконита. Поэтому пробы осадочных пород, из которых предполагается извлекать глауконитовые зерна, обычно весят несколько килограммов. Лишь в докембрийских отложениях, если случается иногда найти в них переполненные этим минералом участки, можно ограничиться одним-двумя крупными кусками породы.
Если минерал, как это нередко бывает, был заключен в известковых породах, предварительно растворяют часть известкового цемента в слабых органических кислотах. Извлеченные из известняка зерна глауконита, как правило, бывают подернуты тонкой карбонатной пленкой. Поэтому непременно нужно промыть их слабым раствором уксусной или соляной кислоты. Если не сделать этого, углекислый газ, бурно выделяясь во время опыта, может развеять из пробирки мельчайшие летучие частицы минерала и сведет к нулю результат трудоемкого анализа.
Нередко зерна глауконита, особенно из глубоководных отложений, бывают чрезвычайно мелкими. Это затрудняет отбор их из породы. Кроме того, этот минерал легко поддается изменениям. Иногда он ожелезняется, превращаясь в бурые катышки, почти лишенные калия; в других случаях становится совершенно бесцветным. Стоит хоть немного проявиться процессам выветривания, как начинается бегство аргона из кристаллической решетки минерала.
Бывают и такие случаи, когда даже превосходно сохранившиеся на первый взгляд кристаллы по какой-то причине утрачивают некоторую часть радиогенного аргона. Предполагают, что это происходит в результате незначительных нагревании породы за время ее существования, а также вследствие изменении слоистой структуры минерала. Поэтому возраст, определенный по глаукониту аргоновым методом, может оказаться несколько моложе, чем ожидается.
Однако в результате упорных поисков все же удается обнаружить образцы минерала, которым посчастливилось избежать перекристаллизации и остаться незатронутыми действием выветривания. Зерна такого глауконита содержат много калия. Они-то и дают наиболее достоверные оценки геологического возраста.
По глаукониту можно устанавливать возраст песков, песчаников, глин, известняков, доломитов и других пород, отложившихся в водных условиях. Этот минерал образуется в природе на границе водной среды и воздуха и потому особенно часто встречается вместе с окаменелостями. Он довольно широко распространен в морских породах, находящихся ныне на материках и принадлежащих к различным геологическим системам.
Геохронологическая шкала и эволюционное развитие органического мира
Для решения этого вопроса были использованы глаукониты из разреза верхнемеловых и палеогеновых отложений Прииртышья. С помощью методов ядерного гамма-резонанса были тщательно отобраны зерна минерала с неразрушенной кристаллической решеткой. Хорошая сохранность этого материала полностью исключала возможность утраты радиогенного аргона вследствие прогрева, окисления или выветривания и обеспечивала отсутствие искажений радиологического возраста. Детальное стратиграфическое положение анализируемых образцов по ярусам было оценено с помощью споро-пыльцевого анализа. Выполненные калий-аргоновым методом определения абсолютного возраста глауконитов полностью совпали с последовательностью появления в разрезе палеонтологических индикаторов времени и позволили уточнить положение границы мела и палеогена. Возраст этого рубежа оказался равным 67 млн. лет.
А для отложений, которые старше 500 млн. лет, глауконит вновь выступает на первое место. Здесь он едва ли не единственный минерал, пригодный для определения абсолютного возраста калий-аргоновым методом. И именно по глауконитам установлен, например, возраст древних образований Русской платформы, сформировавшихся от 0,5 до 1,3 млрд. лет назад.
Как определяют возраст окаменелостей?
Как определить возраст ископаемого? Сколько тысяч или миллионов лет назад жил найденный организм? Как определили, какому периоду принадлежит формация? У геологов и палеонтологов есть два основных метода датирования: относительный и абсолютный. Относительный метод быстрее, но менее точный. При относительной датировке используются уже изученные организмы, породы и формации. Для абсолютной датировки нужна лаборатория, чтобы изучить находку. Зная скорость распада определённых изотопов, и насколько они распались, мы можем достаточно точно определить возраст организма или, что чаще, породы, в которой он был обнаружен.
Относительный метод
Относительный метод датирования используется, когда мы знаем что и где нашли. Например, мы нашли зуб тираннозавра из формации Хелл Крик. Нам не нужна лаборатория для установки точного возраста. Нам известно, когда жил тираннозавр, и какой период охватывает формация Хелл Крик.
Но что делать, если перед нами неисследованные слои горных пород? В этом случае к нам на помощь приходят так называемые индексные окаменелости. Как правило, это специфичные организмы, свойственные только определённому периоду. Их возраст уже определён абсолютным методом. Например, брахиоподы являются ценными индексными окаменелостями. Благодаря этим беспозвоночным мы можем определить не только возраст пород, но и физико-географическую обстановку изучаемой области. Так, найденные в 2014 году на берегу реки Шидерты брахиоподы подсказали исследователям, что возраст пород 345-400 млн лет, а область представляла из себя тёплое море со среднегодовой температурой от +5 до +25 градусов. Соответственно, остатки других организмов, найденные в одном слое с этими брахиоподами, будут также датироваться девонским периодом.
Можно использовать и несколько индексов. Представим, что мы нашли формацию, в которой сохранились уже известные нам брахиоподы, с возрастом 345-400 млн лет. В тех же слоях рядом с брахиоподами мы находим и трилобитов, датируемых 410-390 млн лет назад. Несложная арифметика и мы получаем возраст формации от 400 до 390 млн лет.
Также в относительном методе датирования стоит помнить, что слои накладываются последовательно. Если мы нашли окаменелости, возраст которых знаем, то слой над ними будет моложе, а слой под ним – старше.
Абсолютный метод
Точное определение возраста окаменелостей при абсолютном методе датирования происходит при помощи радиометрии (радиоизотопное датирование). В радиометрии используются различные радиоактивные изотопы, которые работают как часы. Равномерный радиоактивный распад изотопов может помочь нам установить очень точный возраст пород различных геологических эпох. От орудий наших предков до точного возраста самой планеты.
Чаще всего в определении возраста ископаемого нам помогают вулканические породы, которые накладываются слоями. Установив датировки для вулканических слоёв под и над окаменелостью, мы можем указать возраст найденных остатков.
Сложность абсолютного метода в том, что мы не всегда можем найти нужный нам изотоп для той или иной эпохи. Например, когда речь заходит о радиоизотопном методе датирования, первым в голову приходит радиоуглеродный анализ. Но он очень редко используется для датирования окаменелостей, степень его точности хороша для остатков моложе 60 000 лет. За это время изотоп C-14 проходит 10 циклов полураспада и уменьшается в 1000 раз.
Период полураспада — это время, за которое из некоторого количества изотопов распадается половина. Для изотопа C-14 — это 5730 ± 40 лет. То есть за 5730 лет изотоп распадается наполовину, ещё за 5730 лет наполовину распадается оставшаяся его часть и так далее.
Но что делать, если нам нужно установить возраст в миллионы и сотни миллионов лет? Для этого существуют другие методы, в которых используются другие изотопы.
Уран-свинцовый анализ предполагает использование изотопов урана: уран-235 или уран-238. Уран-свинцовый метод один из самых старых и хорошо изученных способов датировать породы возрастом в сотни миллионов и миллиарды лет. Точность данного метода очень велика, для пород возрастом 2 млрд лет погрешность будет ± 2 млн лет (0,1%). Одно из преимуществ данного метода, это большой охват возраста. Полураспад урана-235 с его превращением в свинец-207 имеет период в 700 млн лет, а урана-238 в свинец-206 – 4,5 млрд лет. Иногда используется уран-торий-свинцовый метод с изотопом торий-232. Превращение тория-232 в свинец-208 имеет период в 14 млрд лет.
Свинец-свинцовый анализ изучает наличие трёх изотопов в породах: свинец-206, свинец-207 и свинец-204. Используется данный метод для определения возраста метеоритов и пород, утративших изотопы уран-235 и уран-238. Благодаря свинец-свинцовому методу определили возраст Земли. Соотношение свинца-207 к свинцу-206, как результатов распада урана-235 и урана-238 соответственно, в породах Земли и метеоритах подсказало дату образования планеты. На сегодняшний день самая точная цифра – 4.567.200.000 ± 600.000 лет.
Калий-аргоновый анализ хорош тем, что калий встречается во многих материалах: слюде, глинистых минералах, вулканических осадках, эвапоритах. Из-за длительного периода полураспада, калий-аргоновый метод используется для датировки окаменелостей возрастом более 100 000 лет.
Это далеко не все способы определить возраст находки, как относительные, так и абсолютные. У нас не возникает сложностей, когда требуется датировать окаменелость, вид и место обнаружения которой известны. Сложнее, когда образец утратил или вовсе не имеет точных данных о месте обнаружения. Это относится к старым музейным экспонатам, находкам палеонтологов-любителей или изъятым у чёрных копателей окаменелостям.