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 литологии могут использоваться для корреляции одной стратиграфической колонки с другой. До открытия радиометрического датирования в начале 20-го века, которое предоставило средство 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 их возникновения, оно остается полезным методом. Относительное датирование с помощью биостратиграфии является предпочтительным методом в палеонтологии и в некоторых отношениях является более точным. [1] Закон суперпозиции , который гласит, что более старые слои будут глубже на участке, чем более поздние слои, был итоговым результатом «относительного датирования», как это наблюдалось в геологии с 17-го века до начала 20-го века.
Регулярный порядок появления окаменелостей в слоях горных пород был открыт около 1800 года Уильямом Смитом . Во время рытья Сомерсетского угольного канала на юго-западе Англии он обнаружил, что окаменелости всегда располагались в одном и том же порядке в слоях горных пород. Продолжая свою работу в качестве геодезиста , 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, в котором формировались горные породы. Спустя шестнадцать лет после своего открытия он опубликовал геологическую карту Англии, на которой были показаны породы разных геологических эпох.
Методы относительного датирования были разработаны, когда геология впервые возникла как естественная наука в 18 веке. Геологи до сих пор используют следующие принципы в качестве средства для предоставления информации о геологической истории и времени геологических событий.
Принцип униформизма гласит, что геологические процессы, наблюдаемые в действии, которые изменяют земную кору в настоящее время, работали примерно таким же образом на протяжении геологического времени. [2] Фундаментальный принцип геологии, выдвинутый шотландским врачом и геологом 18 века Джеймсом Хаттоном , заключается в том, что «настоящее является ключом к прошлому». По словам Хаттона: «прошлая история нашего земного шара должна быть объяснена тем, что можно увидеть происходящим сейчас». [3]
Принцип интрузивных отношений касается пересекающих интрузий. В геологии, когда магматическая интрузия пересекает формацию осадочных пород , можно определить , что магматическая интрузия моложе осадочных пород. Существует ряд различных типов интрузий, включая штоки, лакколиты , батолиты , силлы и дайки .
Принцип сквозных связей относится к формированию разломов и возрасту последовательностей, которые они пересекают. Разломы моложе, чем породы, которые они пересекают; соответственно, если обнаружен разлом, который проникает в некоторые формации, но не те, которые находятся на его вершине, то формации, которые были прорезаны, старше разлома, а те, которые не прорезаны, должны быть моложе разлома. Нахождение ключевого пласта в этих ситуациях может помочь определить, является ли разлом нормальным разломом или надвигом . [4]
Принцип включений и компонентов объясняет, что в случае с осадочными породами, если в формации обнаружены включения (или обломки ), то эти включения должны быть старше формации, которая их содержит. Например, в осадочных породах гравий из более старой формации часто вырывается и включается в более новый слой. Похожая ситуация с магматическими породами возникает при обнаружении ксенолитов . Эти инородные тела подхватываются потоками магмы или лавы и включаются, а затем охлаждаются в матрице. В результате ксенолиты старше породы, которая их содержит.
Принцип изначальной горизонтальности гласит, что отложение осадков происходит в виде по существу горизонтальных слоев. Наблюдение за современными морскими и неморскими осадками в самых разных условиях подтверждает это обобщение (хотя косая слоистость наклонная, общая ориентация косослойных единиц горизонтальная). [4]
Закон суперпозиции гласит, что слой осадочных пород в тектонически ненарушенной последовательности моложе, чем тот, что под ним, и старше, чем тот, что над ним. Это происходит потому, что более молодой слой не может соскользнуть под слой, отложенный ранее. 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 линии, частичную или полную запись времени, прошедшего от отложения самого нижнего слоя до отложения самого верхнего слоя. [4]
Принцип фаунистического 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 может быть использовано для определения относительного возраста формаций, в которых они обнаружены. Основываясь на принципах, изложенных Уильямом Смитом почти за сто лет до публикации теории эволюции Чарльза Дарвина , принципы преемственности были разработаны независимо от эволюционной мысли. Однако принцип становится довольно сложным, учитывая неопределенности окаменелости, локализацию типов ископаемых из-за латеральных изменений в среде обитания ( изменение фаций в осадочных слоях), и то, что не все ископаемые могут быть найдены в глобальном масштабе в одно и то же время. [5]
Принцип латеральной непрерывности гласит, что слои осадка изначально простираются латерально во всех направлениях; другими словами, они латерально непрерывны. В результате породы, которые в остальном похожи, но теперь разделены долиной или другим эрозионным признаком, можно считать изначально непрерывными.
Слои осадка не простираются бесконечно; скорее, пределы могут быть распознаны и контролируются количеством и типом доступных осадков , а также размером и формой осадочного бассейна . Осадки будут продолжать транспортироваться в область и в конечном итоге будут отложены . Однако слой этого материала будет становиться тоньше по мере того, как количество материала уменьшается от источника.
Часто более крупнозернистый материал больше не может транспортироваться в область, поскольку транспортная среда имеет недостаточно энергии, чтобы доставить его в это место. На его месте частицы, которые оседают из транспортной среды, будут более мелкозернистыми, и будет латеральный переход от более крупнозернистого к более мелкозернистому материалу. Латеральное изменение осадка в пределах пласта известно как осадочные фации .
Если доступно достаточно осадочного материала, он будет откладываться до границ осадочного бассейна. Часто осадочный бассейн находится в породах, которые сильно отличаются от отложений, в которых боковые границы осадочного слоя будут отмечены резким изменением типа породы.
Расплавные включения — это небольшие частички или «капли» расплавленной породы, которые заперты внутри кристаллов, растущих в магмах, которые образуют магматические породы . Во многих отношениях они аналогичны жидким включениям . Расплавные включения, как правило, малы — большинство из них имеют размер менее 100 микрометров в поперечнике (микрометр равен одной тысячной 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 петрологи, изучающие магматические породы, могут получить ряд полезной информации из расплавных включений. Два из наиболее распространенных применений расплавных включений — это изучение составов магм, присутствующих на ранних этапах истории конкретных магматических систем. Это связано с тем, что включения могут действовать как «ископаемые» — захватывая и сохраняя эти ранние расплавы до того, как они будут изменены более поздними магматическими процессами. Кроме того, поскольку многие расплавные включения находятся в ловушке при высоком давлении, они также предоставляют важную информацию о содержании летучих элементов (таких как H2O , CO2 , S и Cl), которые вызывают взрывные вулканические извержения .
Сорби (1858) был первым, кто задокументировал микроскопические расплавные включения в кристаллах. Изучение расплавных включений в последнее время было обусловлено развитием сложных методов химического анализа. Ученые из бывшего Советского Союза возглавляли изучение расплавных включений в десятилетия после Второй мировой войны (Соболев и Костюк, 1975) и разработали методы нагрева расплавных включений под микроскопом, чтобы можно было напрямую наблюдать изменения.
Хотя они и малы, расплавные включения могут содержать ряд различных компонентов, включая стекло (которое представляет собой магму, закаленную быстрым охлаждением), небольшие кристаллы и отдельный богатый паром пузырек. Они встречаются в большинстве кристаллов, обнаруженных в магматических породах, и распространены в минералах кварц , полевой шпат , оливин и пироксен . Образование расплавных включений, по-видимому, является нормальной частью кристаллизации минералов в магмах, и их можно найти как в вулканических , так и в плутонических породах.
Закон включенных фрагментов — это метод относительного датирования в геологии . По сути, этот закон гласит, что обломки в породе старше самой породы. [6] Одним из примеров этого является ксенолит , представляющий собой фрагмент вмещающей породы , который упал в проходящую магму в результате выемки . Другим примером является производное ископаемое , представляющее собой ископаемое , которое было вымыто из более старого слоя и переотложено в более молодой. [7]
Это перефразирование оригинального принципа Чарльза Лайелла о включениях и компонентах из его многотомного труда «Принципы геологии» 1830–1833 годов , в котором говорится, что в случае с осадочными породами , если в формации обнаружены включения (или обломки) , то эти включения должны быть старше формации, в которой они содержатся. Например, в осадочных породах гравий из более старой формации часто вырывается и включается в более новый слой. Похожая ситуация с магматическими породами возникает при обнаружении ксенолитов. Эти инородные тела подхватываются потоками магмы или лавы и позже включаются в матрицу , чтобы остыть . В результате ксенолиты старше породы, в которой они содержатся.
Относительное датирование используется для определения порядка событий на объектах Солнечной системы, отличных от Земли; в течение десятилетий планетологи использовали его для расшифровки развития тел в Солнечной системе , особенно в подавляющем большинстве случаев, для которых у нас нет образцов поверхности. Применяются многие из тех же принципов. Например, если долина образовалась внутри ударного кратера , долина должна быть моложе кратера.
Кратеры очень полезны для относительного датирования; как правило, чем моложе поверхность планеты, тем меньше на ней кратеров. Если долгосрочные скорости кратерообразования известны с достаточной точностью, можно применять грубые абсолютные даты, основанные только на кратерах; однако скорости кратерообразования за пределами системы Земля-Луна плохо известны. [8]
Методы относительного датирования в археологии схожи с некоторыми из применяемых в геологии. Принципы типологии можно сравнить с биостратиграфическим подходом в геологии.