Относительное датирование — это наука об определении относительного порядка прошлых событий (т. е. возраста объекта по сравнению с другим) без обязательного определения их абсолютного возраста (т. е. предполагаемого возраста). В геологии горные породы или поверхностные отложения , окаменелости и литология могут использоваться для корреляции одной стратиграфической колонки с другой. До открытия радиометрического датирования в начале 20-го века, которое обеспечивало средства абсолютного датирования , археологи и геологи использовали относительное датирование для определения возраста материалов. Хотя относительное датирование может определить только последовательный порядок , в котором произошла серия событий, а не время, когда они произошли, это остается полезным методом. Относительное датирование с помощью биостратиграфии является предпочтительным методом в палеонтологии и в некоторых отношениях более точным. [1] Закон суперпозиции , который гласит, что более старые слои будут глубже на участке, чем более поздние слои, был итоговым результатом «относительного датирования», наблюдаемого в геологии с 17 по начало 20 века.
Закономерный порядок залегания окаменелостей в слоях горных пород был открыт около 1800 года Уильямом Смитом . Раскапывая Угольный канал Сомерсет на юго-западе Англии, он обнаружил, что окаменелости всегда находились в одном и том же порядке в слоях горных пород. Продолжая свою работу геодезистом , он обнаружил те же закономерности по всей Англии. Он также обнаружил, что определенные животные находились только в определенных слоях и что они находились в одних и тех же слоях по всей Англии. Благодаря этому открытию Смит смог распознать порядок формирования горных пород. Через шестнадцать лет после своего открытия он опубликовал геологическую карту Англии, на которой показаны породы разных геологических эпох .
Методы относительного датирования были разработаны, когда геология впервые стала естественной наукой в 18 веке. Геологи до сих пор используют следующие принципы как средство предоставления информации о геологической истории и времени геологических событий.
Принцип униформизма гласит, что геологические процессы, наблюдаемые в настоящее время и изменяющие земную кору, действуют во многом таким же образом в течение геологического времени. [2] Фундаментальный принцип геологии, выдвинутый шотландским врачом и геологом XVIII века Джеймсом Хаттоном , заключается в том, что «настоящее является ключом к прошлому». По словам Хаттона: «Прошлая история нашего земного шара должна объясняться тем, что, как мы видим, происходит сейчас». [3]
Принцип навязчивых отношений касается сквозных вторжений. В геологии, когда магматическая интрузия прорезает пласт осадочной породы , можно определить, что магматическая интрузия моложе осадочной породы. Существует ряд различных типов интрузий, включая штоки, лакколиты , батолиты , силлы и дайки .
Принцип сквозных связей относится к образованию разломов и возрасту последовательностей, через которые они прорезаются. Разломы моложе пород, которые они разрезают; соответственно, если обнаружен разлом, пронизывающий некоторые пласты, но не надлежащие ему, то вскрытые пласты старше разлома, а не вскрытые должны быть моложе разлома. Обнаружение ключевого ложа в таких ситуациях может помочь определить, является ли неисправность нормальной неисправностью или напорной неисправностью . [4]
Принцип включений и компонентов объясняет, что в осадочных породах, если включения (или обломки ) обнаруживаются в формации, то включения должны быть старше формации, которая их содержит. Например, в осадочных породах гравий из более старой формации обычно разрывается и попадает в новый слой. Аналогичная ситуация с магматическими породами возникает при обнаружении ксенолитов . Эти инородные тела подхватываются в виде потоков магмы или лавы и включаются в матрицу, чтобы позже остыть. В результате ксенолиты старше породы, которая их содержит.
Принцип первоначальной горизонтальности гласит, что отложение осадков происходит по существу в виде горизонтальных пластов. Наблюдения за современными морскими и неморскими отложениями в самых разных средах подтверждают это обобщение (хотя перекосы наклонены, общая ориентация косослоев горизонтальна). [4]
Закон суперпозиции гласит, что слой осадочных пород в тектонически ненарушенной толще моложе слоя под ним и старше слоя над ним. Это связано с тем, что более молодой слой не может проскользнуть под ранее нанесенный слой. Единственное нарушение, которое испытывают слои, — это биотурбация, при которой животные и/или растения перемещают предметы в слоях. однако этого процесса недостаточно, чтобы позволить слоям изменить свое положение. Этот принцип позволяет рассматривать осадочные слои как форму вертикальной временной шкалы, частичной или полной записи времени, прошедшего от отложения самого нижнего слоя до отложения самого высокого слоя. [4]
Принцип фаунистической преемственности основан на появлении ископаемых в осадочных породах. Поскольку организмы существуют в один и тот же период времени по всему миру, их присутствие или (иногда) отсутствие можно использовать для определения относительного возраста формаций, в которых они обнаружены. Основанные на принципах, изложенных Уильямом Смитом почти за сто лет до публикации теории эволюции Чарльза Дарвина , принципы преемственности были разработаны независимо от эволюционной мысли. Однако этот принцип становится довольно сложным, учитывая неопределенность окаменелости, локализацию типов окаменелостей из-за латеральных изменений среды обитания ( фациальные изменения в осадочных слоях), а также то, что не все окаменелости могут быть обнаружены во всем мире одновременно. [5]
Принцип латеральной непрерывности гласит, что слои отложений первоначально простираются вбок во всех направлениях; другими словами, они латерально непрерывны. В результате породы, которые в остальном похожи, но теперь разделены долиной или другим эрозионным элементом, можно считать изначально непрерывными.
Слои отложений не простираются бесконечно; скорее, пределы могут быть определены и контролируются количеством и типом имеющихся отложений , а также размером и формой осадочного бассейна . Осадки будут по-прежнему транспортироваться в определенную зону и в конечном итоге будут откладываться . Однако слой этого материала станет тоньше по мере того, как количество материала будет уменьшаться по мере удаления от источника.
Часто более крупнозернистый материал больше не может быть транспортирован в определенное место, поскольку у транспортирующей среды недостаточно энергии, чтобы доставить его в это место. На его месте осядут из транспортирующей среды частицы, которые будут более мелкозернистыми, и произойдет латеральный переход от более крупнозернистого материала к более мелкозернистому. Латеральные изменения отложений внутри пласта известны как осадочные фации .
Если имеется достаточное количество осадочного материала, он будет откладываться до границ осадочного бассейна. Часто осадочный бассейн находится в породах, сильно отличающихся от отлагающихся отложений, в которых боковые границы осадочного слоя будут отмечены резкой сменой типа пород.
Расплавные включения представляют собой небольшие кусочки или «капли» расплавленной породы, заключенные в кристаллах, растущих в магме , образующей магматические породы . Во многом они аналогичны жидкостным включениям . Расплавленные включения, как правило, небольшие – большинство из них имеют диаметр менее 100 микрометров (микрометр — это одна тысячная миллиметра, или около 0,00004 дюйма). Тем не менее, они могут предоставить массу полезной информации. Используя микроскопические наблюдения и ряд методов химического микроанализа , геохимики и магматические петрологи могут получить ряд полезной информации из расплавных включений. Двумя наиболее распространенными вариантами использования расплавных включений являются изучение состава магм, присутствующих на ранних этапах истории конкретных магматических систем. Это связано с тем, что включения могут действовать как «окаменелости», улавливая и сохраняя эти ранние расплавы до того, как они будут модифицированы более поздними магматическими процессами. Кроме того, поскольку они удерживаются под высоким давлением, многие расплавные включения также предоставляют важную информацию о содержании летучих элементов (таких как H 2 O, CO 2 , S и Cl), которые вызывают взрывные извержения вулканов .
Сорби (1858) был первым, кто зарегистрировал микроскопические расплавные включения в кристаллах. В последнее время изучение расплавных включений стало возможным благодаря развитию сложных методов химического анализа. Ученые из бывшего Советского Союза руководили изучением расплавных включений в течение десятилетий после Второй мировой войны (Соболев и Костюк, 1975) и разработали методы нагрева расплавленных включений под микроскопом, чтобы изменения можно было непосредственно наблюдать.
Несмотря на небольшой размер, расплавные включения могут содержать ряд различных компонентов, включая стекло (представляющее собой магму, закаленную быстрым охлаждением), мелкие кристаллы и отдельный пузырь, богатый паром. Они встречаются в большинстве кристаллов, обнаруженных в магматических породах, и распространены в минералах кварца , полевого шпата , оливина и пироксена . Образование расплавных включений, по-видимому, является нормальной частью кристаллизации минералов в магмах, и их можно обнаружить как в вулканических , так и в плутонических породах.
Закон включенных фрагментов — метод относительного датирования в геологии . По сути, этот закон гласит, что обломки в породе старше самой породы. [6] Одним из примеров этого является ксенолит , который представляет собой фрагмент вмещающей породы , упавший в проходящую магму в результате остановки . Другим примером является производное ископаемое , которое представляет собой окаменелость , которая была размыта из более старого пласта и переотложена в более молодой. [7]
Это повторение первоначального принципа включений и компонентов Чарльза Лайеля из его многотомных «Принципов геологии» 1830–1833 годов , который гласит, что в случае осадочных пород , если включения (или обломки) обнаруживаются в формации , то включения должны быть старше, чем содержащая их формация. Например, в осадочных породах гравий из более старой формации обычно разрывается и попадает в новый слой. Аналогичная ситуация с магматическими породами возникает при обнаружении ксенолитов. Эти инородные тела подхватываются в виде потоков магмы или лавы и позже включаются в матрицу для охлаждения . В результате ксенолиты старше породы, которая их содержит.
Относительная датировка используется для определения порядка событий на объектах Солнечной системы, кроме Земли; на протяжении десятилетий планетологи использовали его для расшифровки развития тел в Солнечной системе , особенно в подавляющем большинстве случаев, для которых у нас нет образцов с поверхности. Применяются многие из тех же принципов. Например, если внутри ударного кратера образуется впадина , то впадина должна быть моложе кратера.
Кратеры очень полезны для относительного датирования; Как правило, чем моложе поверхность планеты, тем меньше на ней кратеров. Если долгосрочная скорость образования кратеров известна с достаточной точностью, можно применять приблизительные абсолютные даты, основываясь только на кратерах; однако частота образования кратеров за пределами системы Земля-Луна малоизвестна. [8]
Методы относительного датирования в археологии аналогичны некоторым методам, применяемым в геологии. Принципы типологии можно сравнить с биостратиграфическим подходом в геологии.