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地球的年龄和地质年代--绝对年龄及地质年代表

(2010-10-12 12:20:20)
标签:

圭亚那

奥陶世

放射性元素

地层单位

地质年代表

杂谈

分类: 地球科学

地球的年龄和地质年代
绝对年龄及地质年代表

放射性元素在放射出各种射线(例如,α、β或γ射线)的同时,会变成另一种元素,放射性元素有固有的衰变速度,不受物理或化学条件的变化而改变。衰变前的元素称为母体(parent element),衰变后的元素称为子体(daughter element),在一个封闭体系内,随时间的迁移,母体含量逐渐减少,子体含量则逐渐增加,如果测定出母体、子体元素的含量以及衰变速度,就可以计算出该封闭体系(例如矿物)形成至今的年龄。


    放射性元素衰变速度可通半衰期(T1/2)(half-life)、衰变常数(λ)(decay constant)或平均寿命(τ)(mean-life)来衡量。半衰期指的是放射性元素衰变一半所需要的时间(单位:年);衰变常数指的是在单位时间内自发衰变的概率(单位:年-1);平均寿命指的是放射性元素平均生存时间(单位:年)。


    母体含量与衰变速率成正比,与衰变常数成反比,即放射性衰变规律(Radioactive Decay Law):

地球的年龄和地质年代--绝对年龄及地质年代表
 其中:t — 欲测样品的年龄,N0 母体原始含量;N 母体残余含量;D 子体t时候的含量,D0 — 子体t=0时候的含量。

依据实际情况,可以分别选用三者中的两者,ND均可以在实验室中测定。实际工作中,经常测量同一对象的不同样品(例如一个岩体不同部位的全岩样品),或测量同一样品中的不同矿物(例如钾长石、黑云母、白云母等),得到一组ND,用方程(2-5或2-6)拟合,因为样品有着相同的t,所以均为直线,其中斜率与t相关,斜率越大,t越大,反之亦然。用拟合所得的斜率求出t,该法称等时线法,所得年龄为等时线年龄。对方程(2-6),不但可以得到斜率和年龄,而且可以求出截距(初始值)D0

半衰期(T1/2)、衰变常数(λ)与平均寿命(τ)的关系为:

地球的年龄和地质年代--绝对年龄及地质年代表

一般而言,较老年龄采用半衰期较长的元素,较新年龄采用半衰期较短的元素。

目前所地球上所获得的最老岩石年龄为41.3±1.7亿年(南美洲圭亚那角闪岩)。有趣的是,通过对地球上所发现的各种陨石的年龄测定,无论石陨石还是铁陨石,无论何时落入地球,都具有相同的年龄,大致在46亿年左右,甚至月球上岩石年龄的最大值也为46亿年,从太阳系天体形成的同时性推论,地球的形成年龄也约为46亿年。

 

地质年代表

 

可以说,地层层序律建立了岩性地层,生物层序律建立了生物地层,而放射性同位素则建立了年代地层,而三者的结合,最终建立起世界上通用的地质年代表。
地质年代表中分为两套单位,一是时间单位,二是空间单位,时空相互对应。时间单位(也即地质年代单位,Geologic time unit)从大到小为:宙(eon)、代(era)、纪(period)、世(epoch);空间单位(也即年代地层单位,time stratigraphic unit)从大到小为:宇(eonothem)、界(erathem)、系(system)、统(series)。


    两者的对应关系如下:

地质年代单位:                年代地层单位:
宙(eon)                     宇(eonothem)
代(era)                     界(erathem)
纪(period)                  系(system)
世(epoch)                   统(series)

 

值得注意的是,年代地层单位虽然具有空间意义,但也同时具有时间的含义。地质年代单位用早、中、晚进一步划分,年代地层单位用下、中、上进一步划分,两者必须对应,如表。

地球的年龄和地质年代--绝对年龄及地质年代表


 

相 对 年 代

 

同位素年龄(Ma) (底界)

 

生物

 

宙(宇)

 

代(界)

 

纪(系)

 

世(统)

 

植物

 

动物

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

(宇)

 

PH

 

 

 

 

 

(界)

 

Kz

 

第四纪(系)Q

 

全新世(统)Qh

 

更新世(统)Qp

 

2.48(1.81)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

新近纪(系)N

 

上新世(统)N2

 

中新世(统) N1

 

23.03

 

 

古近纪(系)E

 

渐新世(统) E3

 

始新世(统) E2

 

古新世(统) E1

 

65.5

 

 

 

 

 

(界)

 

Mz

 

白垩纪(系)K

 

晚(上)白垩世(统)K2

 

早(下)白垩世(统)K1

 

145.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(恐龙)

 

侏罗纪(系)J

 

晚(上)侏罗世(统)J3

 

中(中)侏罗世(统)J2

 

早(下)侏罗世(统)J1

 

199.6

 

三叠纪(系)T

 

晚(上)三叠世(统)T3

 

中(中)三叠世(统)T2

 

早(下)三叠世(统)T1

 

251.0

 

 

 

 

 

 

(界)

 

Pz

 

 

 

晚(上)

 

古生

 

代(界)

 

Pz2

 

二叠纪(系)P

 

晚(上)二叠世(统)P2

 

早(下)二叠世(统)P1

 

299.0

 

 

 

 

 

 

 

古爬行动 物

 

石炭纪(系)C

 

晚(上)石炭世(统)C2

 

早(下)石炭世(统)C1

 

359.2

 

两栖

 

动物

 

泥盆纪(系)D

 

晚(上)泥盆世(统)D3

 

中(中)泥盆世(统)D2

 

早(下)泥盆世(统)D1

 

416.0

 

鱼类

 

 

 

 

 

 

(宇)

 

PH

 

 

 

 

 

 

(界)

 

Pz

 

 

 

早(下)

 

古生

 

代(界)

 

Pz1

 

志留纪(系)S

 

晚(上)志留世(统)S3

 

中(中)志留世(统)S2

 

早(下)志留世(统)S1

 

443.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

奥陶纪(系)O

 

晚(上)奥陶世(统)O3

 

中(中)奥陶世(统)O2

 

早(下)奥陶世(统)O1

 

488.3

 

 

 

 

 

寒武纪(系) Є

 

芙蓉世(统) Є 3

 

第三世(统) Є 2

 

第二世(统) Є 1

 

第一世(统) Є 1

 

542.0

 

 

 

 

(宇)

 

PT

 

新元古代

 

(界)Pt3

 

震旦纪(系)Z

 

晚(上)震旦世(统)Z2

 

早(下)震旦世(统)Z1

 

800

 

 

 

 

 

 

 

 青白口”纪” (“系”)Qb

 

 

1000

 

中元古代

 

(界)Pt2

 

蓟县”纪” (“系”)Jx

 

 

1400

 

长城”纪” (“系”)Chc

 

 

1600

 

古元古代(界)Pt1

 

 

 

2500

 

太古宙(宇)AR

 

 

 

 

3800

 

 

 

冥古宙(宇)HD

 

 

 

 

4600

 

 

 

(据国际地层委员会,2006,其中新近纪和第四纪按中国的划分方案)

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