Дэлхийн насыг тодорхойлох геохронологийн арга
Геохронологи нь геологийн материалын он сар өдөр, Дэлхийг бүрдүүлсэн үйл явдлын дарааллыг судалдаг дэлхийн шинжлэх ухааны нэг салбар юм. Геохронологийн тусламжтайгаар эрдэмтэд Дэлхий хэдэн настай, тодорхой чулуулаг хэзээ үүссэн, гаригийн түүх цаг хугацааны явцад хэрхэн өрнөдөг зэрэг үндсэн асуултуудад хариулж чадна. Дэлхийн насыг тодорхойлохдоо зөвхөн нэг үйл явдлаас "урвуу тоолох" замаар бус, харин харилцан бие биенээ баталгаажуулсан олон аргуудыг хослуулан хийдэг - голчлон радиометрийн он сар өдөр, стратиграфи, чулуужсан корреляци. Одоогийн байдлаар Дэлхийн насыг ойролцоогоор 4,54 тэрбум жил гэж өргөнөөр хүлээн зөвшөөрдөг бөгөөд энэ нь геохимийн болон одон орны нотолгооны зөвшилцлийн үр дүн юм.
Геохронологийн үндэс
Ерөнхийдөө геохронологийн аргуудыг хоёр үндсэн бүлэгт хуваадаг: харьцангуй он сар өдөр ба үнэмлэхүй он сар өдөр. Харьцангуй он сар өдөр нь насыг жилээр тодорхойлдоггүй, харин үйл явдлын дарааллыг тодорхойлдог - аль нь хөгшин, аль нь залуу болохыг. Жишээ нь суперпозицийн зарчим (доод тунамал давхаргууд нь ихэвчлэн хөгшин байдаг), таслалтын хамаарал (хуучин давхаргыг нэвтлэн гардаг магмын нэвтрэлт нь залуу байдаг), мөн элэгдэл эсвэл тунадасжилтын дутагдлаас болж "цаг хугацаа алдсан" болохыг илтгэдэг тохиромжгүй байдал орно.
Үүний эсрэгээр, үнэмлэхүй он сар өдөр (илүү нарийвчлалтай тоон он сар өдөр) нь насны тооцооллыг тоогоор өгдөг, жишээлбэл, "энэ чулуу 250 сая жилийн настай." Маш эртний насыг тодорхойлох хамгийн найдвартай тоон арга бол цацраг идэвхт элементүүдийг урьдчилан таамаглах хурдаар охин элементүүд болгон задалдагт үндэслэсэн радиометрийн он сар өдөр юм.
Радиометрийн болзооны зарчим
Радиометрийн он сар өдөр нь зарим атомууд тогтворгүй бөгөөд байгалийн жамаар бусад атомууд руу задардаг тул ажилладаг. Энэхүү задралын хурдыг хагас задралын хугацаагаар илэрхийлдэг бөгөөд энэ нь эцэг атомуудын тал хувь нь охин атом болоход шаардагдах хугацаа юм. Хагас задралын хугацаа нь байгалийн нөхцөлд тогтмол физик шинж чанар тул эрдэс дэх эцэг ба охин элементүүдийн харьцааг эрдэс нь системийг "түгжих" (хаагдах) мөчөөс эхлэн, өөрөөр хэлбэл эрдэс хөрч, эцэг ба охин элементүүд амархан орж гарахаа больсон үеэс эхлэн түүний насыг тооцоолоход ашиглаж болно.
Гэсэн хэдий ч радиометрийн он сар өдөр нь ямар ч нөхцөлд "чулуулаг"-ын насыг бус, харин эрдэс бодисын үүсэл эсвэл хөрөлтийн насыг тодорхойлдог гэдгийг ойлгох нь чухал юм. Жишээлбэл, метаморфик чулуулаг нь метаморфизмын насыг зааж чаддаг бол тунадас нь ихэвчлэн тунадасжих хугацаанаасаа эртний эрдэс мөхлөг агуулдаг.
Уран-Хар тугалга (U-Pb) арга: Эртний эрин үеийг тодорхойлох тулгуур багана
Хуучин чулуулгийн хамгийн чухал аргуудын нэг бол ихэвчлэн циркон (ZrSiO₄) эрдэст хэрэглэдэг Уран-Хар тугалга (U-Pb) арга юм. Циркон нь маш хэрэгтэй, учир нь:
1. Уран үүсэх үед түүний талст бүтцэд оруулах чадвартай.
2. Талсжих явцад хар тугалга (Pb)-г няцаадаг тул хэмжсэн Pb нь ерөнхийдөө задралын үр дүн юм.
3. Цаг агаарын нөлөөлөл болон метаморфизмд тэсвэртэй тул маш эртний "цаг хугацааны бүртгэл"-ийг хадгалах боломжтой.
U-Pb системд хоёр үндсэн задралын гинж байдаг: U-238-аас Pb-206 хүртэл болон U-235-аас Pb-207 хүртэл. Хоёр "цаг" нэгэн зэрэг ажилладаг тул энэ арга нь дотоод хөндлөн шалгалт хийх боломжийг олгодог. Орчин үеийн шинжилгээнд LA-ICP-MS эсвэл SIMS зэрэг техникүүдийг ашигладаг бөгөөд энэ нь микроны хэмжээнд насыг хэмжиж, цирконы өсөлтийн бүсүүдийн давтагдсан геологийн үйл явдлын талаарх мэдээллийг өгөх боломжийг олгодог.
U-Pb нь дэлхийн насыг тооцоолоход чухал ач холбогдолтой бөгөөд учир нь энэ нь дэлхий дээрх хамгийн эртний чулуулгийн он сар өдрийг тогтоохоос гадна хамгийн чухал нь нарны аймгийн эхэн үед үүссэн солир зэрэг харь гаригийн материалыг он сар өдрийг тогтоох боломжтой.
Кали-Аргон (K-Ar) болон Аргон-Аргон (Ar-Ar) аргууд
Кали-Аргон (K-Ar) арга нь K-40-ийн задралыг Ar-40 болгон ашигладаг. Аргон нь хий тул халуун, шинээр үүссэн эрдэс бодисуудад амархан "хадгалагддаггүй". Чулуулаг хөрөх тусам аргон нь эрдэс торонд гацаж эхэлдэг. Энэ нь K-Ar-ийг галт уулын болон хувирмал чулуулгийн он цагийг тогтооход ашигтай болгодог.
Аргон-Аргон (Ar-Ar) хэмээх илүү боловсронгуй хувилбар нь нейтроны цацраг туяа ашиглан аргоны изотопын харьцааг хэмждэг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн илүү нарийвчлалтай бөгөөд шаталсан халаалтын шинжилгээ хийх боломжийг олгодог. Энэ арга нь чулуулаг дахин халсан эсэхийг ойлгоход онцгой ач холбогдолтой бөгөөд энэ нь түүний радиометрийн цагийг "дахин тохируулдаг".
Рубиди-Стронциум (Rb-Sr) болон Самари-Неодиум (Sm-Nd)
Rb–Sr арга нь Rb-87-ийн Sr-87 болж задралыг ашигладаг. Энэ аргыг ихэвчлэн магмын болон метаморфик чулуулагт ашигладаг, ялангуяа изохрон аргыг хэрэглэдэг бөгөөд энэ арга нь охин элементүүдийн анхны найрлагын талаарх таамаглалын хэрэгцээг бууруулдаг.
Үүний зэрэгцээ, Sm–Nd (Sm-147 нь Nd-143 болж задалдаг) нь метаморфик өөрчлөлтөд илүү тэсвэртэй гэдгээрээ алдартай бөгөөд энэ нь дэлхийн царцдас болон мантийн хувьслыг судлахад ашигтай болгодог. Sm–Nd систем нь насыг тодорхойлохоос гадна магмын эх үүсвэр болон дэлхийн ялгаран хөгжих түүхийг тайлбарлахад тусалдаг, учир нь неодим нь мантийн эх газрын царцдас үүссэний тэмдэглэгээ байж болно.
Харьцангуй болзоо: Стратиграфи ба индексийн олдворууд
Дэлхийн насыг тодорхойлох нь радиометрийн аргуудаас ихээхэн хамаардаг бол геохронологи нь давхаргын хүрээг шаарддаг. Дэлхий даяарх тунамал чулуулгийн давхаргыг литологийн шинж чанар, тунадасны хэв маяг, чулуужсан олдворуудыг ашиглан харьцуулж болно.
Индекс олдворууд - харьцангуй богино хугацаанд амьдарч байсан ч өргөн тархсан организмын олдворууд - нь бүс нутгийн хоорондын хамаарлыг тодорхойлох боломжийг олгодог. Ийм байдлаар геологичид геологийн цагийн хуваарийг (жишээлбэл, Юрийн галав, Цэрдийн галав, Палеоген) байгуулж, дараа нь уг харьцангуй хуваарийг тунадас хоорондын завсрын галт уулын давхаргын үнэмлэхүй тоогоор (жишээлбэл, U-Pb эсвэл Ar-Ar-тай он сар өдөртэй галт уулын үнс) "түгжиж" чадна.
Дэлхийн насыг хэрхэн тодорхойлдог вэ?
Дэлхийн насны тухай асуултыг зөвхөн гадаргуу дээрх хамгийн эртний чулуулгаас л хариулах боломжгүй, учир нь дэлхийн царцдас нь тектоник хавтангийн үйл явцаар байнга дахин боловсруулагддаг: далайн царцдас живж, эх газрын царцдас метаморфозжиж, шинэ магма үүсдэг. Тиймээс эрдэмтэд хэд хэдэн аргыг ашигладаг:
1. Дэлхий дээрх хамгийн эртний чулуулаг: Маш эртний чулуулаг нь Канад, Гренланд, Австрали, Өмнөд Африк зэрэг хэд хэдэн кратонд (тивийн тогтвортой хэсэг) байдаг. Жишээлбэл, Баруун Австралийн цирконы эрдэс бодисууд 4 тэрбум гаруй жилийн настай бөгөөд энэ нь эртний царцдас маш эрт үүссэнийг харуулж байна.
2. Солир болон Нарны аймгийн эхэн үеийн материал: Солирыг Нарны аймгийн үүслийн үлдэгдэл гэж үздэг тул тэдгээрийн нас нь Дэлхийн үүссэн насыг хязгаарладаг. Солирын (ялангуяа хондрит) U-Pb он сар өдөр нь ойролцоогоор 4,56 тэрбум жилийн настай гэсэн тоог гаргаж авдаг. Дэлхий маш эрт үед, энэ хугацаанд үүссэн тул энэ тоо нь гол лавлагаа юм.
3. Сарны дээж: Аполлоны нислэгийн үеэр авсан сарны чулуулаг нь эртний он дарааллыг тогтооход тусалдаг. Сар болон Дэлхийн насны харьцуулалт нь хоёулаа Нарны аймгийн эхний үе шатанд үүссэн гэсэн санааг баталж байгаа бөгөөд үүнд Сарыг үүсгэсэн гэж үздэг томоохон мөргөлдөөний үйл явдал багтдаг.
Энэхүү нотолгоог нэгтгэн шинжлэх ухааны нийгэмлэг Дэлхий 4,54 тэрбум жилийн настай (бага зэрэг тодорхойгүй байдалтай) гэж дүгнэсэн бөгөөд энэ нь ганц дээж дээр биш, харин олон изотоп систем болон олон төрлийн материалын тогтвортой байдалд үндэслэсэн болно.
Сорилтууд ба баталгаажуулалт
Практикт радиометрийн оношлолт нь дараахь бэрхшээлтэй тулгардаг.
– Нээлттэй систем: эцэг эх эсвэл хүүхдийн элементүүд нь цаг агаарын өөрчлөлт, метаморфизм эсвэл гидротермаль шингэний улмаас орж, гарч болно.
– Дахин тохируулах: дахин халаах нь изотопын цагийг "дахин тохируулах" боломжтой.
– Бохирдол: нэг дээжинд хуучин болон залуу эрдэс бодисын холимог байгаа нь үр дүнг бүдгэрүүлж болзошгүй.
Тиймээс орчин үеийн геохронологи нь олон эрдэс бодис, олон изотопын аргууд, тодорхой геологийн нөхцөл байдлыг ашиглан хөндлөн баталгаажуулалтад тулгуурладаг. Цирконы микроанализ, изохроны арга, петрологийн болон стратиграфийн өгөгдлийн хослол нь он цагийн хуваарийн үр дүнг улам бататгадаг.
Хаах
Дэлхийн нас болон урт түүхийг ойлгоход геохронологийн аргууд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Харьцангуй он цаг нь үйл явдлын дарааллыг өгдөг бол радиометрийн он цаг нь нарийн насыг өгдөг. Цирконы U-Pb систем, галт уулын эрдэс бодисын K-Ar/Ar-Ar, магмын-метаморфик чулуулгийн Rb-Sr болон Sm-Nd нь эртний насыг тодорхойлох үндэс суурийг тавьдаг. Эдгээр аргуудын үр дүнг солир болон сарны дээжтэй харьцуулж үзэхэд Дэлхий ойролцоогоор 4,54 тэрбум жилийн настай гэсэн тогтвортой дүр зураг гарч ирдэг. Тиймээс геохронологи нь зүгээр л "цаг хугацааг хэмжих" хэрэгсэл биш, харин гаригийн хамгийн эртний үүслээс эхлээд амьдрал хөгжих боломжийг олгосон нөхцөл байдал хүртэлх гайхалтай нарийн төвөгтэй хувьслын түүхийн шинжлэх ухааны цонх юм.
