6-地球年龄与地质年代(公选)

第八章地球年龄与地质年代2·1地球的年龄2·1·1地球年龄的计算起点2·1·2地球年龄的测定方法2·2地质年代2·2·1地质年代的概念2·2·2地层层序律2·2·3生物层层序律2·2·3切割律2·3地质年代表2·3·1地质年代表的类型2·3·2生物地层与同位素年龄年代表2·3·3地磁极性年代表2·4地质作用1·3·1地质作用概述1·3·2地质作用的能量1·3·3地质作用的分类2·1地球的年龄2·1·1地球年龄的计算起点神学家以【圣经】为依据，认为计算起点应为〖耶稣基督〗的降生日，即地球只经历了4千多年的历史。地质学家在批判荒谬的宗教观点的同时。提出了应以现代为计算起点，向史前的漫长岁月回溯。地球自原始太阳星云中的物质凝聚成一个行星至今有多少时间了，是人们长期以来探求的问题，不同的世界观有不同的看法。2.1.2地球年龄的测定方法【1】天文学法通过测定恒星间的距离，按宇宙大爆炸的理论，假定星系匀速背离，可推算出宇宙的年龄。据天文观察资料，星系的谱线红移的大小取决于该星系的背离速度，而星系的位移大小及离我们的距离与该星系的视亮度有关。据此天文学家用《三角视差法》对大量星系进行测距。地球（E）绕太阳（S）一周的周期为1年，在地球上观察其他恒星（T）在天球上的位置会因地球处在不同公转轨道上，而出现【视差】。在日地连线与星地连线垂直时（TE⊥SE），∠STE(π)达到极大值，此值每年出现两次，用来表示周年视差的差，简称恒星周年视差(π），也即由恒星看地球公转轨道半径（a)的最大张角。设恒星与太阳的距离为r，则有：r＝a/Sinπ因π很小，π≌Sinπ，故r＝a/π；可见恒星离我们越远，其周年视差越小。π角以角秒表示时记作π”1弧度＝57°３′＝206265”1”＝1/206256弧度；π＝1/206256π”；r＝206256a/π”上述表示数字太大，为方便起见，天文学上用秒差距（PC）来表示，∵r＝206256a/π”设π”＝1，则r＝206256a此式为1秒差距，即π”＝1”时，其物理含义是从恒星上看地球公转轨道半径a的张角为1”，此时地球公转轨道半径a的长度称为1个天文单位∴1PC＝206256天文单位此时，恒星与太阳的距离：r＝206256天文单位光年与天文单位的换算关系为：1光年＝9.46×1012km＝63540天文单位以光年为单位时，恒星与太阳间的距离r为：r＝3.26/π”光年有了上述数学关系，只要测定恒星的周年视差（π）就可求得距离r。假定这些恒星是以匀速离去的，测得恒星与太阳间的距离r后，再将其反演到原来的位置，即爆炸前的位置，就可得到恒星的年龄。星系离太阳越远，年龄越老。据测定，宇宙的年龄为50亿年。计量地球所经历的时间，必须找到一种速率恒定而又量程极大的尺度1、海水中盐分的积累。1亿多年2、大洋中沉积物。几亿年3、同位素地质测定法，在天然条件下，放射性元素衰变的速度不受外界物理化学条件的影响而始终保持很稳定。这是目前测定地球年龄的最佳方法，是计算地球历史的标准时钟．根据这种办法，科学家找到的最古老的岩石，有40～43亿年。地壳形成之前地球还经过一段表面处于熔融状态的时期，科学家们认为加上这段时期，地球的年龄应该是46亿年。按照地球与太阳系其他天体都来自同一星云的理论，各类陨石以及“阿波罗”宇航员从月球上取回的月岩的年龄。结果，它们的年龄都是45亿年至46亿年。【2】放射性同位素方法该方法是1904年英国物理学家卢福首先提出的，此方法的基本原理是：假设岩石形成时，含有一定量的具放射性的母体同位素。随时间的流逝，该母体同位素蜕变，其含量逐渐减少，蜕变后形成的子体同位素则逐渐增多。只要测定母体同位素与子体同位素之比，则该比值就可作为岩石形成以来的时间的尺度。可测定地质年代的同位素须具备2个基本条件：（1）母体同位素在岩石中分布较普遍，并能测定其含量；（2）其子体同位素能在岩石中保存下来，并可测定其含量。用于测定地质年代的放射性同位素母体同位素子体同位素半衰期母体同位素子体同位素半衰期铀U238铅Pb20845亿年铷Rb87锶Sr87500亿年铀U235铅Pb2077.13亿年钾K40氩Ar4015亿年钍Th230铅Pb20875200年碳C14氮N145692年钍Th232铅Pb208139亿年铅Pb210铅Pb20822年钍Th234铅Pb20824天例如1克铀经过一年之后有1/74亿克衰变为铅和氦。在铀的质量不断减少的情况下，经过约45亿年以后，大体就有1/2克衰变为铅和氦。利用放射性元素的这一特性，我们选择含铀的岩石，测出其中铀和铅的含量，便可以比较准确地计算出岩石的年龄。用以计算岩石的年龄的公式为：t＝ln(1＋D/N）/λλ为衰变常数；D为子体同位素含量；N为母体同位素含量。目前用放射性同位素方法测得地球上最古老岩石的年龄为40－43亿年；对来自外星球的陨石及月岩的测定，获得的最大年龄为45－47亿年。据此，确定地球的年龄为至少有45亿年。【3】剥蚀法估算通过测定海或湖水中某种成份的总量及其年输入量就可获得海和湖水的年龄。测得Na+在海洋中的总量为1.22×1022g，因为输入海洋的Na+大多来自陆上岩石的风化剥蚀，因此可通过推算岩石的年剥蚀量，计算出由江河输入海洋的Na+量每年不超过6.9×1013g，由此算得海洋的年龄为:(1.22×1022g）/（6.9×1013g）=1.8×108年(1.8亿年）大洋钻探获得的岩石记录的洋底年龄也为1.8亿年由于实际的剥蚀速度取决于地表的坡度、降水量，温度及CO2的含量，还与岩石及土壤的类型等有关，影响因素很多，因此，现在一般已放弃这种计算方法。但是，从模糊概念及统计学意义上来讲，用此方法来推断某一时段的年龄，还是有一定的参考价值。上述三种测年龄方法的评价【1】天文学法仅适于计算所观察到的星系的年龄和宇宙的年龄。【2】放射性同位素法是目前唯一的一种可测定岩石自形成至今的时间的方法，由其测出的岩石的年龄称绝对地质年龄。【3】剥蚀法影响因素太多，计算误差大，只能粗略估计某地质时段所经历的时间，如计算海、湖的年龄。不能用于岩石年龄的测定。2.2地质年代2.2.1地质年代的概念地质年代是多种地质事件在时间上的综合表现。它包含了两层含义：（1）各种地质事件在时间上的先后顺序（2）各种地质事件发生至今的时间（1）就是相对地质年代的概念，（2）是绝对地质年龄。如何确定各地质事件在时间上的先后顺序？即如何确定相对地质年代？常用方法有：地层层序律生物层序律切割律2.2.2地层层序律地层是指在一定地质时期内形成的层状堆积物或岩石。地层在垂向的迭置顺序，称为层序。层序律的含义是：（1）地层的原始状态是水平或近于水平的。（2）正常的状态是先形成的位于下方，后形成的位于上方，呈下古上新的规律。原始产出的地层具下老上新的层序规律，称为地层层序律或地层迭置原理。由于地层形成后的地壳运动，可使地层倾斜或倒转（老地层位于新地层之上）。在实际地质工作中，会经常遇到要判别地层的新老关系，判别的关键是确定地层的顶、底面。一般根据地层中的沉积构造及生物遗迹来判别。常用的判别标志有：（1）泥裂是泥质的沉积物表层快速失水、变干、收缩形成的裂开，其中常被砂和其他物质充填，它总是上宽下尖，尖端指向地层底面。波痕（2）冲蚀（冲刷）构造是携带粗粒砂、砾的高速水流，流经较松软的细粒沉积物表面，在其上冲蚀出沟槽，并在沟槽中充填砂、砾的沉积构造。冲蚀（冲刷）构造总是出现于粗粒沉积层的底面，细粒沉积层的顶面，其沟槽底指向地层下方。（3）槽状交错层理是携带大量碎屑具较大动能的水流，边冲蚀床底，边进行堆积形成的槽形迭置的沉积构造。其凹槽底始终指向地层下方。（4）生物活动遗迹也可指示地层上下关系，例如：植物总是自地面垂直向上生长，钻孔生物在泥沙快速堆积的环境中，为了不被掩埋，总是不断地向上逃逸，而在沉积物中留下逃逸构造。2.2.3生物层序律生物层序律包含了三个概念：1，生物化石埋葬在地层中的古代生物遗体和遗迹称为化石。它们是原在海、湖、河等环境中生长的各种生物死亡后，被沉积物掩埋，经长时期的固结成岩作用后形成的动物骨骼、甲壳、蛋、粪以及植物的根、茎、叶等可形成化石；生物活动留下的足迹、爬迹、摄食痕迹、构筑的巢穴、钻凿的孔穴以及生物软体腐烂后留下的印模等可形成遗迹化石；随科技的进步，目前已能在有生物埋葬的沉积物中提取生物基因，尽管没有留下遗体或遗迹，也可鉴别生物的种类，这就是新兴的基因化石。恐龙骨骼化石鱼化石三叶虫化石腕足类化石菊石化石粪粒化石孢粉化石羊齿化石藻化石核形石藻鲕叠层石在地层中采集到的化石都应具有标记生物当时生存环境及年代的意义。但是，由于多数生物对环境的适应能力很强，虽然已经过漫长的地质历史，它们并没有发生很大的差异。例如，藻类、蠕虫、海豆芽、舌形贝、鹦鹉螺等可以从遥远的过去一直繁衍到现代，其基本形态和特征没有明显变化。这些生物化石就不能用来有效地确定地质年代，必须从众多的生物化石中找出只在地质历史的某一时段出现并消亡的所谓”标准化石”，来有效地确定地质年代。标准化石是指在地质历史中演化快、繁衍时间短、特征显著、数量多、分布广的生物化石种属。例如，古生代的三叶虫、中生代的恐龙、新生代的猿人等。三叶虫早古生代标准化石甲胄鱼笔石晚古生代标准化石铤鱼中生代标准化石鱼龙2，生物层序生物的演化总是从简单到复杂，从低级到高级，所以含简单的低级的生物化石的地层时代老，含复杂的高级的生物化石的地层时代新。根据生物化石建立起来的层序关系称生物层序。生物界在不断地进化和发展，就某种生物而言，总是遵循从开始出现→大发展→最后灭绝，被其它新种生物所取代的发展规律。因此，在不同时代的地层中有不同的生物化石组合，在同一时代的地层中有相同的生物化石组合。据此，可利用生物化石来划分地层层序，确定地层的相对年代。3，生物层序律将上述生物化石在地层中出现的规律综合起来就可给生物层序律下定义：生物层序律是在不同时期的地层中含有不同类型的化石组合，而在相同时间和相同地理环境下所形成的地层中含有相同类型的化石组合，以及地层年代越老所含生物化石较简单、较原始，而地层年代越新所含生物化石较复杂、较进步的层序规律。将生物层序律与地层层序律结合起来使用就可以系统地划分和对比分散在不同地点的地层，并确定它们的新老关系。地层的划分和对比2.2.4切割律由沉积作用形成的地层可运用地层层序律和生物层序律来确定相对年代。但是，由岩浆冷凝而成的岩浆岩之间，既不存在先形成的在下，后形成的在上的规律，更没有化石存在。因此，岩浆岩与岩浆岩之间以及岩浆岩与岩浆岩与地层之间的相对年代，不能用地层层序律或生物层序律。只能用先形成的被后形成的包裹以及后形成的侵入到先形成者中（即先形成者被后形成者切割）的关系来判断新老关系。上述侵入者年代新、被侵入者年代老，切割者新、被切割者老以及包裹者新、被包裹者老的顺序规律称为切割律。2·3地质年代表2.2.1地质年代表的类型1，按适用范围分有:国际性地质年代表和地方性地质年代表。国际性地质年代表是将地球上的各种地质事件，按其发生的先后顺序，进行系统地时代编排后列出的反映地质历史的时间表。在国际地质年代表的基础上，根据某区域的地质特点，将该区域中发生的各种地质事件按其发生的先后顺序编排出来的地质历史时间表，称为地方性地质年代表。2，按时代顺序编排的依据分有：生物地层年代表、同位素年龄年代表及地磁极性年代表2.3.2生物地层及同位素年龄地质年代表是根据地层层序律和生物层序律将世界各地的地层进行系统划分和对比后，按一定的时代单位编排，并将各时代的地层分别作放射性同位素年代测定，而建立起来的。地质年代表所使用的时代单位和地层单位如下：全球性地方性地质年代单位年代地层单位岩性地层单位宙宇代界纪系世统期阶大群群组段地质年代表相对地质年代绝对年龄Ma生物开始出现时间宙(宇)代(界)纪(系)世(统)植物动物全新世（统）Qh第四纪(系)Q更新世（统）Qp2.0现代人上新世（统）N2晚第三纪(系)N中新世（统）N124.6古猿渐新世（统）E3始新世（统）E2新生代