Существуют понятия об относительном и абсолютном возрасте горных пород.
Относительный геологический возраст – время какого-либо события относительно другого геологического события. Определяется по остаткам вымерших организмов, содержащихся в горных породах – палеонтологический метод, и по соотношению геологических тел: слоев, линз, потоков между собой – геолого-стратиграфический метод.
Основой палеонтологического метода служит принцип последовательной смены неповторяющихся в разрезах фаунистических и флористических комплексов, отражающих этапность их исторического развития. Они используют одно из основных положений эволюционного учения – необратимость эволюции: организм не может вернуться, хотя бы частично, к прежнему состоянию, которое было уже осуществлено в ряду его предков. Те или иные виды растений и животных могут существовать на Земле только один раз. Они появляются, максимально возможно расселяются на земной поверхности, а затем вымирают, уступая жизненную арену более приспособленным к изменившейся окружающей среде организмам. Поэтому, каждый комплекс ископаемых организмов, приуроченный к тому или иному слою, отражает определенный этап развития органического мира и является неповторимым. Это и дает возможность использовать остатки ископаемых организмов для определения относительного возраста горных пород, определить какие отложения древнее, а какие – моложе, даже если они друг с другом не контактируют.
Помимо палеонтологического широко применяются микропалеонтологический, спорово-пыльцевой, диатомовый и другие методы.
Геолого-стратиграфический метод основан на том положении, что в разрезе нормально залегающих отложений (не перевернутых после накопления) нижележащий слой всегда древнее вышележащего (закон Н. Стено 1669 г.), а прорванные породы – более древние по отношению к прорывающим.
Определение относительного возраста горных пород позволило все известные отложения земного шара разделить на пять группы: архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую. Время накопления отложений групп названо эрой. Эры разделяются на периоды (табл. 10).
Архейская эра означает древнейшая, а с учетом последующей протерозойской – времени первичной жизни или возникновения жизни, дожизненная. Палеозойская эра – время древней жизни, мезозойская – средней жизни, кайнозойская – молодой жизни.
Таблица 10. Геохронологическая шкала
| Ф а н е р о з о й | Эры | Периоды |
| Кайнозойская – Kz | Четвертичный – Q | |
| Неогеновый – N | ||
| Палеогеновый – P | ||
| Мезозойская – Mz | Меловой – K | |
| Юрский – I | ||
| Триасовый – T | ||
| Палеозойская – Pz | Пермский – P | |
| Каменноугольный (карбон) – C | ||
| Девонский – D | ||
| Силурийский – S | ||
| Ордовикский - O | ||
| Кембрийский - С | ||
| Докембрий, криптозой | Протерозойская – Pt | |
| Архейская - Ar |
Относительная геохронология не дает реального представления об истинной продолжительности эр и периодов. Она позволяет судить лишь о последовательности их во времени. Продолжительность эр и периодов в миллионах лет решает абсолютная геохронология.
Абсолютный геологический возраст – возраст горных пород, минералов, руд, устанавливаемый различными радиологическими методами по накоплению в минералах и горных породах продуктов распада радиоактивных изотопов и выраженный в единицах астрономического времени. Исчисление ведется от настоящего времени, в нисходящем порядке.
Для определения абсолютного возраста используются данные по радиоактивному распаду урана, тория, калия, углерода и некоторых других химических элементов. Для радиоактивных изотопов экспериментальным путем определен период полураспада – промежуток времени, в течение которого любое количество данного неустойчивого изотопа уменьшится наполовину, превратясь в стабильные изотопы других химических элементов. Период полураспада Th232 равен13,9 млрд. лет, U238 – 4,51 млрд. лет, U235 – 710 млн. лет, C14 – 5,5-6 тыс. лет.
Наиболее распространен метод определения абсолютного возраста по изотопам урана и тория, их превращению в стабильные изотопы свинца и гелия. Для определения по этому методу используются минералы, содержащие до 1% U или Th: монацит, циркон и др.
U238 → 8He4 + Pb206
U235 → 7He4 + Pb207
Th232 → 6He4 + Pb208
Применяется аргоновый: K40 → Ar40, стронциевый: Rb87 → Sr87 и др. Радиоуглеродный метод основан на изучении распада С14, образующегося под воздействием космической радиации на С12 воздуха.
Самыми древними на Земле определены песчаники из Западной Австралии, возраст цирконов в которых достигает 4,2 млрд. лет. Имеются публикации и о более древнем абсолютном возрасте в 5,6 млрд. лет и более, но официальной наукой такие цифры не принимаются. Возраст кварцитов из Гренландии и Северной Канады определен в 4 млрд. лет, гранитов Австралии и Южной Африки до 3,8 млрд. лет.
Начало палеозоя определено в 570 млн. лет, мезозоя – в 240 млн. лет, кайнозоя – в 67 млн. лет
Архейская эра. Самые древние породы, обнажающиеся на поверхности материков, образовались в архейскую эру. Распознавание этих пород затруднено, поскольку их выходы рассредоточены и в большинстве случаев перекрыты мощными толщами более молодых пород. Там, где эти породы обнажаются, они настолько метаморфизованы, что зачастую нельзя восстановить их исходный характер. Во время многочисленных продолжительных этапов денудации были разрушены мощные толщи этих пород, а сохранившиеся содержат очень мало ископаемых организмов и поэтому их корреляция затруднительна или вообще невозможна. Интересно отметить, что самые древние известные архейские породы, вероятно, представляют собой сильно метаморфизованные осадочные породы, а более древние породы, перекрытые ими, были расплавлены и разрушены в результате многочисленных магматических интрузий. Поэтому до сих пор не обнаружены следы первичной земной коры.
В Северной Америке имеются два больших ареала выходов на поверхность архейских пород. Первый из них – Канадский щит – расположен в центральной Канаде по обе стороны Гудзонова залива. Хотя местами архейские породы перекрыты более молодыми, на большей части территории Канадского щита они слагают дневную поверхность. Древнейшие известные в этом районе породы представлены мраморами, аспидными и кристаллическими сланцами, переслаивающимися с лавами. Первоначально здесь были отложены известняки и глинистые сланцы, впоследствии запечатанные лавами. Затем эти породы испытали воздействие мощных тектонических движений, которые сопровождались крупными гранитными интрузиями. В конечном итоге толщи осадочных пород подверглись сильному метаморфизму. После длительного периода денудации эти сильно метаморфизованные породы местами были выведены на поверхность, но общий фон составляют граниты.
Выходы архейских пород имеются также в Скалистых горах, где слагают гребни многих хребтов и отдельные вершины, например Пайкс-Пик. Более молодые породы там разрушены денудацией.
В Европе архейские породы обнажаются на территории Балтийского щита в пределах Норвегии, Швеции, Финляндии и России. Они представлены гранитами и сильно метаморфизованными осадочными породами. Такие же выходы архейских пород имеются на юге и юго-востоке Сибири, в Китае, западной Австралии, Африке и на северо-востоке Южной Америки. Древнейшие следы жизнедеятельности бактерий и колоний одноклеточных сине-зеленых водорослей Collenia были обнаружены в архейских породах южной Африки (Зимбабве) и провинции Онтарио (Канада).
Протерозойская эра. В начале протерозоя после длительного периода денудации суша была в значительной степени разрушена, отдельные части материков испытали погружение и были затоплены мелководными морями, а некоторые низменные котловины начали заполняться континентальными отложениями. В Северной Америке самые значительные выходы протерозойских пород имеются в четырех районах. Первый из них приурочен к южной части Канадского щита, где мощные толщи глинистых сланцев и песчаников рассматриваемого возраста обнажаются вокруг оз. Верхнего и северо-восточнее оз. Гурон. Эти породы имеют как морское, так и континентальное происхождение. Их распределение указывает на то, что положение мелководных морей на протяжении протерозоя значительно менялось. Во многих местах морские и континентальные осадки переслаиваются с мощными лавовыми толщами. По окончании осадконакопления происходили тектонические движения земной коры, протерозойские породы претерпевали складкообразование и формировались крупные горные системы. В предгорных районах к востоку от Аппалачей имеются многочисленные выходы протерозойских пород. Первоначально они отлагались в виде пластов известняков и глинистых сланцев, а затем во время орогенеза (горообразования) метаморфизовались и превратились в мрамора, аспидные и кристаллические сланцы. В районе Большого каньона мощная толща протерозойских песчаников, глинистых сланцев и известняков несогласно перекрывает архейские породы. В северной части Скалистых гор была отложена толща протерозойских известняков мощностью ок. 4600 м. Хотя протерозойские образования в этих районах испытали воздействие тектонических движений и были смяты в складки и разбиты разломами, эти подвижки были недостаточно интенсивными и не могли привести к метаморфизации пород. Поэтому там сохранились исходные осадочные текстуры.
В Европе значительные выходы протерозойских пород имеются в пределах Балтийского щита. Они представлены сильно метаморфизованными мраморами и аспидными сланцами. На северо-западе Шотландии мощная толща протерозойских песчаников перекрывает архейские граниты и кристаллические сланцы. Обширные выходы протерозойских пород встречаются на западе Китая, в центральной Австралии, южной Африке и центральной части Южной Америки. В Австралии указанные породы представлены мощной толщей неметаморфизованных песчаников и глинистых сланцев, а в восточной Бразилии и южной Венесуэле – сильно метаморфизованными аспидными и кристаллическими сланцами.