PJ Geologisk datering. En tekst til brug i undervisning i Geovidenskab A. Philip Jakobsen, 2014

Transkript

1 Geologisk datering En tekst til brug i undervisning i Geovidenskab A Philip Jakobsen, 2014 Spørgsmål og forslag til forbedringer sendes til: pj@sg.dk 1

2 Indledning At vide hvornår noget er sket er en fundamental ting for at vide noget om noget. Tænk hvis man ikke kendte rækkefølgen af begivenheder. I geovidenskab skelner vi mellem relativ aldersdatering og absolut aldersdatering. En relativ aldersdatering kan bestemme kronologien af rækken af begivenheder i Jordens historie - altså hvad der er sket før hvad. Absolut aldersdatering benyttes derimod til fastlægge den faktiske alder af eksempelvis en bjergarts dannelse. Sammen kan metoderne fastlægge rækkefølgen samt den geologiske alder for begivenhederne. 2

3 Relativ aldersdatering Introduktion Når man iagttager et geologisk profil (figur 1), vil man kunne se, at profilet består af forskellige lag (stratigrafiske enheder). Hvert lag har sin egen historie og dannelsesmiljø. Ved at beskrive og analysere disse lag kan vi vurdere om aflejringsmiljøet var en kyst, et dybt hav, en flod, eller andet. Ofte vil det det være sådan, at de enkelte lag ikke ligger pænt vandret oven på hinanden. Lagene kan være foldet, hælde i forhold til hinanden eller et lag kan skære på tværs af andre lag. Eksempler på geologiske profiler Dette fortæller os alt sammen om geologiske processer som aflejring, erosion, vulkanisme og forkastninger. Ud fra vores iagttagelser og nogle principper forklaret nedenfor er det muligt at fastlægge rækken af hændelser fra det ældste til det yngste - altså kronologien. Det at kunne opstille en kronologi gør os i stand til at lave en relativ aldersdatering ikke blot af de enkelte lag, men også af hændelser. Eksempelvis kan vi jo tydeligt se, at det sorte lag på billedet øverst til højre blev aflejret inden den senere forkastning. Når man skal afdække Jordens historie er det dog ikke nok at kunne fastlægge tilblivelseshistorien for geologiske profiler isoleret. Alle verdens bjergarter skal kobles sammen tidsmæssigt! Eksempelvis kan man over 100 forskellige steder på Jorden, se et lag dannet samtidigt med dinosaurernes uddøen ved masseudryddelsen for 65 millioner år siden. Hvordan kan man vide, at det er den samme og at det ikke er forskellige masseudryddelser? Dette gøres ved at sammenholde ledefossiler (forklaret nedenfor) og prøver fra samme bjergarter fundet på forskellige lokaliteter. Processen med at sammenholde lag af ens alder forskellige steder i verden kaldes stratigrafisk korrelation. Figur 1: Geologiske profiler. Et geologisk profil er et snit gennem en begrænset del af jordskorpens bjergarter, fx en klint eller en grusgrav. Et geologisk profil indeholder de data, der benyttes til at rekonstruere en geologisk udvikling. Et profilet kan også sammenstilles på grundlag af data fra en boring eller en seismisk opmåling. 3

4 Principper for relativ aldersdatering Når man skal fastslå den relative alder for de enkelte stratigrafiske enheder i et geologisk profil benytter man sig af nogle faste principper: 1. Aktualitetsprincippet Nutiden er nøglen til fortiden. Vi skal forklare tilblivelsen af profilet gennem processer som også virker (eller potentielt virker) i dag. Det vil sige gennem: erosion, aflejring, pladetektoniske processer osv. Blot skal vi huske at processerne kan have virket over millioner af år. 2. Princippet om oprindeligt horisontale lag Alle sedimentære lag aflejres vandret. Hvis et sedimentært lag ikke længere ligger vandret må noget være sket. Dette vil være sket gennem foldning eller forkastning knyttet til pladetektoniske processer. På den måde er det muligt at studere tidligere bjergkædefoldninger eller andre former for tektoniske bevægelser. 3. Superpositionsprincippet Sedimentation sker altid ovenfra. Derfor vil de øverste lag i en sedimentationsrækkefølge altid være de yngste. Ligeledes vil det ældste altid ligge nederst. Dette princip knytter sig til det ovenstående princip, idet vi kun kan forvente at finde det yngste nederst, hvis der har været omfattende foldninger pga. hændelser relateret til pladetektonik eller mudderskred. 4. Princippet om intrusioner Intrusioner 1 består typisk af magma, som har tvunget sig vej op igennem sprækker og størknet i gange. En litografisk enhed kaldes en intrusion, hvis den forekommer inde i noget der var der i forvejen. Lidt populært kan man sige, at intrusionen presses ind fra neden, hvorimod sedimentære bjergarter er aflejret fra oven jf. superpositionsprincippet. 5. Princippet om inklusioner Enhver sten som er indeholdt i en anden sten eller stratigrafisk enhed kaldes en inklusion 2. Den omgivende sten eller sediment vil altid være yngre end den inkluderede sten. Den sorte sten vil derfor med sikkerhed være ældst på billedet figur 3. Figur 2: Illustration af Superpositionsprincippet Figur 3: Eksempel på Inklusion. Bemærk at den er helt omgivet af den yngre bjergart. Dette er forskelligt fra en intrusion. Figur 4: Intrusion i form af en basaltgang i sedimentære aflejringer (lag) 1 Tænk på det engelske ord intrusive som man bruger om en person som bryder ind. En intrusiv bjergart bryder ind i eksisterende bjergart. 2 Tænk på at ordet på dansk også betyder noget udefrakommende som bliver taget med ind - inkluderet. 4

5 6. Princip for gennemskæring Hvis en forkastning eller en intrusion gennemskærer en stratigrafisk enhed er dette altid sket senere. Eksempelvis er basalten trængt ind i klippen på figur 4 på et tidspunkt efter de oprindelige aflejringer - ellers var det jo ikke muligt! 7. Princip for inkonformitet (diskordans) Så længe der sker ubrudt sedimentation et givent sted vil resultatet være et ubrudt lag (stratigrafisk enhed) med grundlæggende samme form for materiale og livsformer (fosiler). Figur 5. Skematisk geologisk profil. Bogstaverne angiver rækkefølgen af hændelser. Tjek at princippet for gennemskæring holder. Hvis den oprindelige sedimentationsproces ændres eks. på grund af ændret havniveau vil dette give anledning til ændret materiale. Det kan eksempelvis være et skrifte fra kalk- til sandaflejringer. Hvis dette sker uden at lagene kommer over havniveau vil aflejringerne være uafbrudte og sandlag vil blive aflejret vandret oven på kalklagene. Man kalder dette konforme lag, hvilket blot betyder at lagene ligger parallelt oven på hinanden, som en stabel pandekager. Hvis ændringerne i havniveau derimod er så store, at lagene kommer over havniveau og bliver til land, vil der i de fleste tilfælde ikke længere ske aflejringer, men derimod erosion. Dermed vil der forsvinde tidligere aflejret sediment fra ældre lag og der vil ikke aflejres nyt i denne periode. Når der på et senere tidspunkt vil blive aflejret nyt materiale - vil dette ske oven på en erosionsflade, som vil være skåret ned i gamle aflejringer. Disse kan være adskillige millioner år ældre end de sedimentære lag som nu aflejres. Grænsen mellem disse to kaldes en inkonformitet og repræsenterer således en erosionsproces (1) efterfulgt at en ny aflejringsproces (2), men med manglende informationer (aflejringer) fra tiden imellem (1) og (2) på grund af erosionen. Figur 6. Inkonformitet mellem to sedimentære lagfølger markeret ved den sorte linje. Bemærk at laggrænsen ikke er fuldstændig vandret (en lige streg). Dette er et sikkert tegn på en inkonformitet. Inkonformiteten markerer en gammel erosionsflade. Der vil derfor være et tidsmæssigt spring mellem laget lige under og over den sorte linje. Figur 7. Inkonformitet i form af en såkaldt vinkeldiskordans. Som for figur 6. Men her kan vi samtidigt se at der er sket en hældning af de underste lag inden den nye aflejring er begyndt. Dette kalder man en vinkeldiskordans, idet der er en vinkel imellem lagene henover den sorte streg (inkonformiteten). 5

6 Ledefossiler Man kan bruge fossiler til at korrelere lag fra en bestemt tid med hinanden til trods for store geografiske afstande. Et godt ledefossil skal være let at genkende. Det skal være hyppigt forekommende i en relativ kort tidsperiode, hvor det til gengæld havde stor geografisk udbredelse. Dette gør ledefossilet særlig velegnet til geologisk aldersbestemmelse og korrelation. Overvej forfor? De skalbærende blæksprutter ammonitter havde stor geografisk udbredelse i oceanerne fra de opstod til de uddøde. De mange arter og slægter er således vigtige ledefossiler fra Tidlig Devon indtil Kridt-Tertiær-grænsen, dvs mio. år før nu. Underinddelingen af perioderne Ordovicium og Silur ( mio. år før nu) er næsten udelukkende baseret på graptolitter, en anden vigtig gruppe af ledefossiler fra palæozoikum. Figur 8: Stratigrafisk korrelation af lag på tre forskellige lokaliteter. Fossilerne viser, at lag B mangler på lokalitet 3. Det skyldes enten at lag B aldrig blev aflejret på lokalitet 3, eller at laget er fjernet ved erosion, før lag C blev aflejret. Kilde: Naturgeografi C, L.-Pedersen et al Figur 9. Ammonit levede som dyregruppe fra 400 til 65,5 millioner år siden. Figur 10. Graptolit levede som dyregruppe fra 510 til 320 millioner år siden. Har dog efterkommere i dag. Figur 11. Trilobit Levede som dyregruppe 521 til 250 millioner år siden. 6

7 OPGAVER: Opgave 1. Relativ aldersdatering For hver af de nedenstående geologiske profiler skal I opstille en tidslinje for de stratigrafiske enheder efter deres relative alder. Start med den ældste. Frivilligt: Overvej hvad der kan føre til skiftet mellem de forskellige stratigrafiske enheder. Forkastningen er forbundet med tektoniske bevægelser, men hvad skyldes de andre? Geologisk profil 1 Signatur Gnejs Kalksten Sandsten Skiffer Geologisk profil 2 Konglomerat Basalt Granit Metamorf skiffer Kontaktmetamorfose 7

8 Opgave 2. Relativ aldersdatering Opskriv bogstaverne efter deres relative alder startende med den ældste først. Forsøg at beskrive hvilken proces der giver anledning til hver ny stratigrafisk enhed. Eksempelvis: forkastning, sedimentation osv. Brug eventuelt principperne gennemgået tidligere. 8

9 Opgave 3: Stratigrafisk korrelation. Nedenfor ses lagserien som den ses fire steder på en linje i et område i det østlige Canada. Bjergarterne passer med den signaturforklaring som findes på side 5. Rekonstruer den samlede geologiske lagserie for området i det østlige Canada. Antag at de ældste bjergarter ligger nederst og de yngste øverst. Tegn den samlede stratigrafiske lagserie ind på svararket på sidste side. Bemærk du skal kun bruge hver bjergartstype én gang. 9

10 Opgave 4: Ledefossiler Nedenfor ses fire boringer fra et tværsnit gennem staten New York. Der er desuden skitseret forskellige ledefossiler. Som indikeret levede ledefossilerne i forskellige geologiske tidsperioder. Find årstallene for denne alder (det er jo et interval) og skriv den under fossilerne. Når du har fundet det ældste fossil kan du bestemme, hvilken boring der har den ældste aflejring. Rekonstruer den fulde geologiske lagserie på baggrund af de fire boreprøver. Bemærk at nogle stratigrafiske enheder findes på flere lokaliteter. Tegn den rigtige rækkefølge af de stratigrafiske enheder ind på svararket på sidste side. Hvilken type laggrænser er der mellem lagene, brug begreberne fra side 2 til at beskrive dem. Palæogen Nedre Karbon Kridt Devon År:

11 SVARARK Svarsøjle til opgave 3 Svarsøjle til opgave 4 11