Қазылған қабаттардың реттілігі және геологиялық уақытты анықтау әдістері

Кіріспе

Өткен оқиғалардың салыстырмалы реттілігін анықтау, тілдердегі сөздер мен дыбыстардың салыстырмалы мерзімделуі.

Салыстырмалы мерзімделу – бұл өткен оқиғалардың салыстырмалы реттілігін (яғни, бір заттың екіншісімен салыстырылғандағы жасын) анықтау ғылымы, олардың абсолютті жасын (яғни, шамамен есептелген жасын) міндетті түрде анықтамайды. Геологияда бір стратиграфиялық колоннаны екіншісімен салыстыру үшін тау жыныстары немесе жер беті шөгінділері, қазбалар және литологиялар қолданылуы мүмкін. 20-ғасырдың басында абсолютті мерзімделу құралын ұсынған радиометриялық мерзімделудің ашылуына дейін археологтар мен геологтар материалдардың жасын анықтау үшін салыстырмалы мерзімделуді пайдаланған. Салыстырмалы мерзімделу оқиғалар тізбегінің қай ретпен болғанын ғана анықтай алады, бірақ олардың қашан болғанын анықтай алмайды, десе де бұл пайдалы әдіс болып табылады. Биостратиграфиялық салыстырмалы мерзімделу палеонтологияда басым әдіс болып табылады және кейбір жағынан дәлірек. Суперпозиция заңы, ескі қабаттар жаңа қабаттарға қарағанда тереңде жатады дейді, бұл 17-ғасырдан 20-ғасырдың басына дейінгі геологияда байқалған "салыстырмалы мерзімделудің" қорытынды нәтижесі болды.

Геология

Тау жыныстары қабаттарындағы қазбалардың кездесуінің реттелген тәртібі шамамен 1800 жылы Уильям Смитпен ашылды. Англияның оңтүстік-батысындағы Сомерсет көмір каналын қазу кезінде ол қазбалардың тау жыныстары қабаттарында әрқашан бірдей ретпен кездесетінін байқады. Геодезист ретінде жұмысын жалғастырғанда, ол Англияның басқа да аймақтарында да осыған ұқсас үлгілерді анықтады. Сондай-ақ, ол кейбір жануарлардың тек белгілі бір қабаттарда ғана болатынын және олардың Англияның барлық жерінде бірдей қабаттарда кездесетінін анықтады. Осы ашылудың нәтижесінде Смит тау жыныстарының қалыптасу реттілігін анықтай алды. Өз ашылуынан кейін 16 жыл өткен соң, ол Англияның геологиялық картасын жариялады, онда әртүрлі геологиялық дәуірлерге жататын тау жыныстары көрсетілген.

Салыстырмалы даталау қағидалары

18 ғасырда геология табиғи ғылым ретінде қалыптасқан кезде салыстырмалы жас анықтау әдістері дамытылды. Геологтар геологиялық тарих пен геологиялық құбылыстардың уақытын анықтау үшін осы принциптерді бүгінге дейін пайдаланады.

Біркелкілік

Біркелкілік принципі Жер қыртысын қазіргі уақытта өзгертетін геологиялық процестер геологиялық уақыт бойы да шамамен осылай жұмыс істегенін көрсетеді. 18-шы ғасырдағы шотланд дәрігері және геологы Джеймс Хаттон ұсынған геологияның негізгі принципі – "қазіргі заман өткен заманның кілті". Хаттонның сөздерімен айтқанда: "Жер шарымыздың өткен тарихын қазіргі уақытта болып жатқан нәрселермен түсіндіру қажет".

Қауіпсіздік қатынастары

Интрузивті қатынастар принципі кесіп өтетін интрузияларға қатысты. Геологияда, егер магмалық интрузия шөгінді тау жыныстары қабатын кесіп өтсе, онда магмалық интрузия шөгінді тау жыныстарынан кейін пайда болғандығын анықтауға болады. Интрузиялардың түрлері көп, олардың ішінде: қорлар, лаколиттер, батолиттер, тақталар және бөгеттер.

Кестелік қатынастар

Кесу қатынастарының принципі ақаулардың қалыптасуына және олардың кесіп өтетін шөгінділер қатарының жасына қатысты. Ақаулар оларды кесіп өтетін тау жыныстарынан жас; демек, егер кейбір қабаттарды кесіп өтетін, бірақ олардың үстіндегілерін кесіп өтпейтін ақау табылса, онда кесілген қабаттар ақаудан ескі, ал кесілмегендері ақаудан жас болуы керек. Мұндай жағдайларда түйін қабатын табу ақаудың қалыпты ақау ма, итермелі ақау ма екенін анықтауға көмектеседі.

Құрамында барлар мен компоненттер

Инклюзиялар мен компоненттер принципі шөгінді тау жыныстарында инклюзиялардың (немесе кластардың) бір құралымда табылған жағдайда, инклюзиялардың оны қамтитын құралымнан ескірек болуын түсіндіреді. Мысалы, шөгінді тау жыныстарында ескі құралымнан алынған қиыршық тас жаңа қабатқа жыртылып, енгізілуі жиі кездеседі. Магмалық тау жыныстарында да ксенолиттер табылған кезде осыған ұқсас жағдай болады. Бұл сыртқы денелер магма немесе лава ағынымен жиналады және кейін матрицада салқындау үшін қосылады. Осының нәтижесінде ксенолиттер оларды қамтитын тау жынысынан ескірек болады.

Бастапқы горизонтальдық

Шөгінділердің бастапқы көлденеңдік принципі бойынша, шөгінділердің жиналуы көбінесе көлденең қабаттар түрінде жүзеге асады. Әртүрлі ортадағы қазіргі теңіз және теңіздік емес шөгінділерді бақылау осы жалпыламаны растайды (қарама-қарсы қабаттанудың еңісі болғанымен, қиылысқан қабаттардың жалпы бағыты көлденең болып табылады).

Жақсы жалғасу

Жатық үзділіктілігінің принципі бойынша шөгінді қабаттары бастапқыда барлық бағытта бүйірлей созылады; яғни, олар бүйірлік жағынан үздіксіз болады. Осының салдарынан, әр түрлі болғанымен, қазір аңғар немесе басқа эрозиялық нысанмен бөлінген, бірақ ұқсас жыныстар бастапқыда үздіксіз болған деп есептелуі мүмкін. Шөгінді қабаттары шексізке дейін созылмайды; керісінше, олардың шектері анықталады және қолда бар шөгіндінің мөлшері мен түрі, сондай-ақ шөгінді алабының мөлшері мен пішінімен бақыланады. Шөгінді бір аймаққа тасымалданып, соңында жиналады. Дегенмен, осы материалдың қабаты көзінен алшақтаған сайын жұқарады. Көбінесе, ірі ұсақ бөлшекті материалды бір аймаққа тасымалдау мүмкін болмайды, себебі тасымалдаушы ортаның оны сол жерге жеткізуге жеткілікті энергиясы жоқ. Оның орнына, тасымалдаушы ортадан шөгіп қалған бөлшектер ұсақ бөлшекті болады және іріден ұсақ бөлшекті материалға жақтық өту жүзеге асады. Қабат ішіндегі шөгінділердің бүйірлік өзгеруі шөгінділік фация деп аталады. Егер жеткілікті шөгінді материал болса, ол шөгінді алабының шегіне дейін шөгіндіріледі. Көбінесе шөгінді алабы, шөгіндіріліп жатқан шөгінділерден мүлдем өзгеше жыныстардың ішінде орналасқан, онда шөгінді қабатының бүйірлік шектері жыныс түрінің күрт өзгеруімен белгіленеді.

Игнатикалық тау жыныстарының инклюзиясы

Еріген инклюзиялар – магмалық тау жыныстарын құрайтын магмаларда өсетін кристалдардың ішінде тұтқындалған, балқыған тау жынысының кішкентай бөліктері немесе “тамшылар”. Көп жағынан олар сұйықтық инклюзияларына ұқсас. Еріген инклюзиялар көбінесе кішкентай болады – көпшілігі 100 микрометрден аспайды (микрометр – миллиметрдің мыңнан бір бөлігі, немесе шамамен 0,00004 дюйм). Дегенмен, олар көптеген пайдалы ақпараттарды қамтамасыз ете алады. Микроскопиялық байқаулар және химиялық микроталдаудың әртүрлі әдістерін қолдану арқылы геохимиктер мен магмалық петрологтар балқыған инклюзиялардан маңызды мәліметтер ала алады. Еріген инклюзияларды қолданудың ең көп таралған екі жолы – нақты магмалық жүйелердің тарихының бастапқы кезеңдерінде кездесетін магмалардың құрамын зерттеу. Себебі инклюзиялар “қоршаған орта” сияқты әрекет ете алады – кейінгі магмалық процестердің әсерінен бұрын, ертедегі балқыған массаларды тұтқындап, сақтап қалады. Сонымен қатар, олар жоғары қысымда тұтқындалғандықтан, көптеген балқыған инклюзиялар жарылғыш жанартау шығаруларын тудыратын ұшқыш элементтердің (мысалы, H2O, CO2, S және Cl) құрамы туралы маңызды ақпарат береді. Сорби (1858) кристалдардағы микроскопиялық балқыған инклюзияларды алғашқы рет сипаттаған. Еріген инклюзияларды зерттеуге соңғы кезде күрделі химиялық талдау техникаларының дамуы ықпал етті. Екінші дүниежүзілік соғыстан кейінгі онжылдықтарда бұрынғы Кеңес Одағының ғалымдары балқыған инклюзияларды зерттеуді жетекшілік етті (Соболев және Костюк, 1975) және микроскоп астында балқыған инклюзияларды қыздыру әдістерін жасады, соның арқасында өзгерістерді тікелей байқау мүмкін болды. Олар кішкентай болғанымен, балқыған инклюзиялар әртүрлі құрамдас бөліктерді қамтуы мүмкін, соның ішінде шыны (тез салқындау нәтижесінде қатаятын магманы көрсетеді), кішкентай кристалдар және газға толы жеке көпіршік. Олар магмалық тау жыныстарындағы көптеген кристалдарда кездеседі және кварц, фельдшпат, оливин және пироксен минералдарында жиі табылады. Балқыған инклюзиялардың пайда болуы магмадағы минералдардың кристалдануының қалыпты процесі болып көрінеді және оларды жанартаулық және плутондық тау жыныстарында табуға болады.

Melt inclusions are small parcels or "blobs" of molten rock that are trapped within crystals that grow in the magmas that form igneous rocks. In many respects they are analogous to fluid inclusions. Melt inclusions are generally small – most are less than 100 micrometres across (a micrometre is one thousandth of a millimeter, or about 0.00004 inches). Nevertheless, they can provide an abundance of useful information. Using microscopic observations and a range of chemical microanalysis techniques geochemists and igneous petrologists can obtain a range of useful information from melt inclusions. Two of the most common uses of melt inclusions are to study the compositions of magmas present early in the history of specific magma systems. This is because inclusions can act like "fossils" – trapping and preserving these early melts before they are modified by later igneous processes. In addition, because they are trapped at high pressures many melt inclusions also provide important information about the contents of volatile elements (such as H2O, CO2, S and Cl) that drive explosive volcanic eruptions. Sorby (1858) was the first to document microscopic melt inclusions in crystals. The study of melt inclusions has been driven more recently by the development of sophisticated chemical analysis techniques. Scientists from the former Soviet Union lead the study of melt inclusions in the decades after World War II (Sobolev and Kostyuk, 1975), and developed methods for heating melt inclusions under a microscope, so changes could be directly observed. Although they are small, melt inclusions may contain a number of different constituents, including glass (which represents magma that has been quenched by rapid cooling), small crystals and a separate vapour rich bubble. They occur in most of the crystals found in igneous rocks and are common in the minerals quartz, feldspar, olivine and pyroxene. The formation of melt inclusions appears to be a normal part of the crystallization of minerals within magmas, and they can be found in both volcanic and plutonic rocks.

Кіретін бөлшектер

Құрамындағы фрагменттер заңы – геологиядағы салыстырмалы жас анықтау әдісі. Негізінен, бұл заң тау жынысының құрамындағы кластар (фрагменттер) тау жынысының өзінен бұрын пайда болғанын көрсетеді. Мысалы, ксенолит – тоқтау процесі кезінде өтетін магмаға түсіп қалған қоршаған тау жынысының бөлігі. Тағы бір мысал – туынды қазба, яғни бұрынғы қабаттан эрозияға ұшырап, кейін жаңа қабатқа қайта шөгіндірілген қазба. Бұл Чарльз Лайелльдің 1830-1833 жылдардағы «Геология принциптері» атты көп томдық еңбегіндегі инклюзиялар мен құрауыштар туралы алғашқы қағидасының қайта айтылуы. Оған сәйкес, шөгінді жыныстарда егер инклюзиялар (немесе кластар) бір құрылымда табылса, онда олар сол құрылымды қамтитын қабаттан ескі болуы керек. Мысалы, шөгінді жыныстарда бұрынғы қабаттан алынған қиыршық тастар жыртылып, жаңа қабатқа енуі жиі кездеседі. Магмалық жыныстарда да осыған ұқсас жағдай кездеседі, ксенолиттер табылғанда. Бұл сыртқы денелер магма немесе лава ағынымен жиналады және кейін матрицада салқындау үшін қосылады. Осының салдарынан ксенолиттер оларды қамтитын тау жынысынан ескірек болады.

Планетатану

Салыстырмалы жас анықтау әдісі Күн жүйесіндегі Жерден басқа объектілердегі оқиғалардың тізбегін анықтау үшін қолданылады; ондаған жылдар бойы планеталық ғалымдар осы әдіс арқылы Күн жүйесіндегі денелердің қалыптасуын зерттеп келеді, әсіресе беткі қабаттарынан үлгілер алынбаған көптеген жағдайларда. Көптеген осы принциптер қолданылады. Мысалы, егер соққы кратерінің ішінде аңғар пайда болса, онда аңғар кратерден кейін пайда болған, яғни жас болуы керек. Кратерлер салыстырмалы жас анықтауда өте пайдалы; жалпы алғанда, планета беті неғұрлым жас болса, оның үстіндегі кратерлер де соғұрлым аз болады. Егер ұзақ мерзімді кратер пайда болу жиілігі жеткілікті дәлдікпен белгілі болса, кратерлердің санына сүйене отырып, шамамен абсолютті жас анықтауға болады; алайда Жер-Ай жүйесінен тыс аймақтардағы кратер пайда болу жиілігі жеткілікті зерттелмеген.

Археология

Археологиядағы салыстырмалы мерзімдеу әдістері геологияда қолданылатын әдістердің кейбіреулеріне ұқсас. Типология принциптері геологиядағы биостратиграфиялық тәсілмен салыстырылуы мүмкін.

Цитаталар

"Биостратиграфия: Уильям Смит". Эволюцияны түсіну. 2009 жыл. Калифорния университетінің палеонтология мұражайы. 23 қаңтар 2009 жыл <http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/000/history11> Монро, Джеймс С., және Рид Уикандер. Жердің өзгеруі: геология мен эволюцияны зерттеу, 2-ші басылым. Белмонт: Батыс баспасы, 1997.