5 лет назад
Нету коментариев

В слоях земной коры, как на огромных страницах ка­менной книги, запечатлена история планеты Мил­лиарды лет ее создавали волны океанов и ветры, про­носившиеся над каменистыми пустынями еще безжиз­ненной Земли, вулканы и ледники, стремительные потоки рек и землетрясения, тепло и давление в глуби­нах недр, мельчайшие бактерии и исполины животного мира.

Каменные страницы исчерчены следами прошлого, которые можно и нужно прочесть современному иссле­дователю. Сто пятьдесят миллионов лет назад по или­стому дну тропического болота среди зарослей древо­видных папоротников прошел неизвестный обитатель Земли и исчез в бесконечности времени Заросли па­поротников превратились в пласты угля, ил стал гли­нистым сланцем, но на его плитках сохранились испо­линские следы чудовища.

От маленьких охотников мезозойских морей, стре­мительных, как торпеды, белемнитов остались скеле­ты — ростры На глыбах известняка стебли коралло­вых колоний, раковины устриц и зубы вымерших акул написали причудливую повесть о морском рифе, о ко­торый многие миллионы лет назад с грохоток разби­вались пенистые морские волны Море давно исчезло, а риф венчает теперь гребень высокого хребта.

Бесчисленные таинственные знаки на бесчисленных страницах Некоторые из них расшифрованы и прочно вошли в азбуку геологических знаний Другие пере­черкнуты временем и природой Они останутся нераз­гаданными, пока исследователям не посчастливится найти новые, лучше сохранившиеся Наконец, мно­жество страниц каменной книги Земли еще не про­читано.

Отраженные в камне отблески долгой и бурной истории планеты продолжают привлекать внимание геологов Геолог, подобно историку и археологу, путе­шественник в прошлое Однако он удаляется в минув­шее не на сотни и даже не на тысячи лет Десятки и сотни миллионов, а иногда миллиарды лет — такой путь совершает геолог во времени, когда изучает ка­менную летопись, исследуя горные породы в обрывах Днепровских берегов, «кладбища» динозавров в пусты­нях Центральной Азии, рудные сокровища Урала, алмазоносные кимберлитовые жерла Якутии и др.

Нерасшифрованные записи каменной книги Земли обязательно будут прочитаны Они приведут геологов будущих поколений к новым месторождениям, позволят постичь историю планеты и уберечь людей от катастро­фических извержений вулканов и землетрясений

КАМЕНЬ. ГЕОЛОГ СКАЖЕТ — ГОРНАЯ ПОРОДА

Когда речь идет о материале недр, мы подразумеваем прочный камень, из которого состоит земная кора — верхняя оболочка Земли толщиной до 40—60 км Изу­чением камней занимается один из разделов геоло­гии — петрография Название ее происходит от гре­ческих слов «петра» — камень и «графо» — пишу, наука, описывающая, а лучше сказать — изучающая горные породы.

Человек с незапамятных времен использует камень Уже первобытный человек применял камень как орудие труда. Острым камнем он рассекал тушу убитого жи­вотного, удлиненным разбивал трубчатые кости, пло­ским растирал зерна злаков в муку Из цветных и блестящих камней делали украшения.

Камень служил и надежным оружием первобытно­му человеку. Удачно брошенный камень как бы удли­нял руку охотника, поражая врага и убегающую дичь Проходят сотни тысячелетий, и человек уже не до­вольствуется случайно найденным подходящим кам­нем, а придает ему нужную форму и размеры, изготавливает из него разнообразные орудия труда, обо­роны и нападения. Первобытный человек узнал неко­торые особенности камня и умело ими пользовался Из плотных вязких пород, сохранявших цельность при сильных и многократных ударах, он делал молотки. Доисторический человек заметил, что кремень и вулка­ническое стекло при умелом ударе раскалываются на тонкие осколки с острыми, как у бритвы, краями Этот материал оказался незаменимым для изготовления ножей, наконечников стрел и копий, скребков и других орудий.

Первобытный человек внимательно присматри­вался к валунам на берегу реки и глыбам в осыпях у подножия горы, выискивая среди них нужные Слу­чайно он заметил, что некоторые тяжелые камни на углях костра плавились, а затем, застывая, превра­щались в блестящий слиток Потом обнаружил, что получившуюся из камня тяжелую огненную жидкость можно вылить в глиняную форму и таким путем полу­чить нож, топор, молот, наконечники копий, стрел и другие необходимые вещи Так, благодаря огню чело­век перешел из века камня в век металла.

Но и в настоящее время роль камня очень велика без него не обойтись при строительстве зданий (рис. 1), набережных, мостов Он необходим при прокладке дорог Известняк нужен для выжигания извести, из мергеля получают цемент Из белой глины изготавли­вают фарфоровые и фаянсовые предметы, из обычной глины — гончарные изделия, черепицу и кирпич Из одних пород в последнее время стали извлекать редкие металлы, а из других — алюминий.

Дворец культуры "Украина" в Киеве облицован белым коелгинским мрамором

Дворец культуры «Украина» в Киеве облицован белым коелгинским мрамором

Ныне человек не довольствуется природными свой­ствами камня, а искусно изменяет их в своих целях Камень расплавляют, разливают в формы, получая изделия нужной формы. Охлаждая каменные отливки с разной скоростью, им придают заданные физические и химические свойства Некоторые горные породы при нагревании сильно вспучиваются, превращаясь в вели­колепный тепло- и звукоизоляционный материал.

Человек с незапамятных времен использует камень (по последним данным, по крайней мере, 2 млн. лет), однако петрография относится к молодым наукам Ее возраст юный, даже детский, по сравнению, например, с математикой и астрономией, развитыми еще в древнем Египте и античной Греции Как самостоятельная ветвь геологических наук петрография сформировалась во второй половине XIX в Именно в это время появился поляризационный микроскоп, который позволил деталь­но изучать состав и строение горных пород

Слово камень не совсем точно выражает свойства материала, из которого построена земная кора В быту и технике камнем называют неметаллический твердый материал естественного или искусственного происхож­дения Наука же требует точных определений Поэтому в геологии вместо слова камень используют понятие горная порода.

Что же такое горная порода? Это материал, из которого построены участки земной коры, имеющий относительно постоянный состав и строение, образован­ный одним или несколькими минералами В отличие от минералов, физически простых тел — природных химических соединений или элементов, горные поро­ды — физически сложные тела, природные образова­ния, возникшие в результате естественных процессов в земной коре. Этим они отличаются от технического камня, изготавливаемого на фабриках и заводах И еще одно отличие — горная порода не всегда твердая Есть мягкие породы (тальковый сланец, гипсовая порода), пластичные, легко меняющие форму (глины) и даже сыпучие (песок, галечник).

В геологической литературе не встретится слово «камень». И все же мы решили использовать его на­ряду с термином «горная порода». И не для того, чтобы разнообразить язык книги, а в связи с тем, что большая часть книги посвящена применению горных пород в строительстве, архитектуре и искусстве, т е в тех от­раслях деятельности человека, в которых принято го­ворить о камне.

У читателя может возникнуть вопрос в чем же за­ключается различие между горной породой и полезным ископаемым. Ведь последние также представляют со­бой скопления минералов Дело в том, что полезными ископаемыми являются не все, а лишь некоторые гор­ные породы, а именно те из них, которые благодаря своим особенностям — химическому составу, твердости и другим свойствам — применяются в промышленности, строительстве или сельском хозяйстве Так, гранит, песчаник, известняк — горные породы, но они становят­ся полезными ископаемыми, как только появляется не­обходимость их применения, например, в качестве строительного материала.

Значит, граница между понятиями «горная порода» и «полезное ископаемое»— экономическая, она опре­деляется потребностями производства, уровнем тех­ники, транспортными возможностями и другими факто­рами Это понятия разных категорий, и они не могут, конечно, ни сравниваться, ни противопоставляться.

А теперь напомним о том, как образуются горные породы.

Они возникают в определенной геологической об­становке, и по условиям формирования среди них раз­личают осадочные, магматические и метаморфические.

Осадочные породы, как правило, обладают хорошо выраженной слоистостью Они образуются путем осаж­дения минеральных частиц или растворенных хими­ческих веществ из морской, озерной, речной воды или в результате накопления остатков организмов К оса­дочным породам относятся известняки, песчаники, мергели, глины, пески, гипс, каменная соль и др. Но горная порода не только минеральный агрегат, сформи­ровавшийся тем или иным путем Ей свойственна определенная форма, размеры и взаимоотношение с окру­жающими горными породами Эти особенности горных пород объединены в понятии «форма залегания».

Самая распространенная форма залегания осадоч­ных пород — слой, или пласт В горных районах пласты осадочных пород смяты в складки (рис. 2) Бывает, что поверхности, ограничивающие слой, быстро схо­дятся Такая форма залегания называется линзой Слои и линзы осадочных пород лежат на подстилающих породах, не нарушая их положения, или, как говорят геологи, согласно Но некоторые осадочные породы слагают секущие тела Таковы, например, купола камен­ной соли, прорезающие пласты других горных пород.

Пласты песчаников и уплотненных глин, смятые в острые складки

Пласты песчаников и уплотненных глин, смятые в острые складки

Трудно представить, что из мелких частиц или остат­ков растений и животных, отложившихся в воде, воз­никли горные хребты. Удивительного, однако, в этом нет, ведь осадки — илистые, песчанистые, галечниковые или иные — могли накапливаться и преобразовываться в течение миллионов лет Они покрывались новыми отложениями, уплотнялись и обезвоживались, про­питывались минеральными солями из циркулирующих подземных вод и в конце концов ил превратился в пластичную глину, песок — в песчаник, галька и валуны — в конгломерат. Иногда на дне водоема накапливались преимущественно остатки раковин и известковые ске­леты погибших моллюсков, кораллов, фораминифер, мшанок и других организмов В результате их измене­ния сформировались ракушечные и другие органоген­ные известняки.

Каменный уголь возник при уплотнении и измене­нии без доступа кислорода остатков деревьев, кустар­ников и трав, произраставших в заболоченных низинах в минувшие геологические эпохи Отпечатки коры и листьев, остатки корней древних растений в пластах угля — убедительные свидетельства его растительного происхождения Такие породы, почти нацело состоящие из остатков растений или животных, а также продук­тов их жизнедеятельности называются органогенными Это не только уголь, но и некоторые разновидности известняков, мел, диатомиты и другие породы.

На поверхности нашей планеты осадочные породы распространены весьма широко и на первый взгляд может показаться, что они играют большую роль в строении Земли Однако в действительности это не так Ведь осадочные породы можно встретить лишь на не­большой глубине — десятки и сотни метров, только иногда — несколько километров В масштабе земного шара это всего лишь «пленка», покрывающая мощные горизонты горных пород иного происхождения.

Большая группа горных пород образовалась в ре­зультате затвердевания огненно-жидкого вещества глубин Земли — магмы Такие горные породы назы­ваются магматическими, или изверженными. Магма — сложный силикатный расплав с растворенными в ней различными газами Предполагают, что она вязкая, тестообразная, с чем и связано ее название (греческое слово «магма» означает густую грязь). Изливаясь на поверхность, магма теряет большинство летучих ве­ществ, прежде всего пары воды. Такая «обескровлен­ная», лишенная паров воды и газов, магма называется лавой Ее извергают вулканы.

При понижении температуры магмы в ней начинают кристаллизоваться минералы Они выделяются не слу­чайно, а в определенном порядке, который диктуется законами кристаллизации сложных растворов. По мере кристаллизации в магматическом очаге остается все меньше расплава, все больше появляется минералов В конце концов магма превращается в агрегат мине­ралов — магматическую породу Образно говоря, это затвердевшие волны некогда расплавленного океана в глубинах планеты.

Преобразование магмы в горную породу происходит в разных условиях Когда расплав застывает на глу­бине, а охлаждение идет медленно, возникают зер­нистые, хорошо раскристаллизованные породы, назы­ваемые глубинными, или плутоническими (по имени древнегреческого бога подземного царства Плутона). Из глубинных пород наиболее широко распространены граниты, гранодиориты, габбро, сиениты и перидотиты.

Формы залегания подобных пород удивительно разнообразны Встречаются тела, согласные с пластами вмещающих пород Таковы, например, пластовые интрузии, или силлы, образовавшиеся при проникно­вении магмы на глубине между пластами осадочных пород Известны и согласные массивы грибообразной формы — лакколиты, верхняя поверхность которых выпуклая, наподобие свода, а нижняя почти горизон­тальна Они формируются в условиях, когда внедряю­щаяся магма поднимает вышележащие породы, запол­няя образующееся пространство. Другие тела рас­секают слои окружающих пород и поэтому называются несогласными. Это, например, дайки, возникшие при заполнении магмой, протяженных относительно прямолинейных трещин, гарполиты — тела серповидной формы и др.

Когда магма прорывается на поверхность, возни­кают излившиеся породы, или вулканические (Вул­кан — бог огня и ремесел) Из них наиболее широко развиты базальты, андезиты, спилиты и др.

Формы залегания вулканических пород также весь­ма многообразны. На склоне подвижная лава застывает в виде потока. На обширной выровненной поверхности возникают покровы Вязкая лава не успевает рас­течься на поверхности и застывает в виде куполов и обелисков. Образующиеся при взрывах вулканов об­ломки лавы, накапливаясь, слагают слои и линзы.

Лава на поверхности земли охлаждается гораздо быстрее, чем магма на глубине, поэтому условия для появления кристаллов неблагоприятные Вулканические породы плохо раскристаллизованы, тонкозернисты, а иногда совершенно лишены кристаллов, похожи на стекло и даже просвечивают, они и называются вулка­ническими стеклами.

Наблюдения над действующими вулканами пока­зывают, что извержение лавы происходит по-разному. В одних случаях лава изливается на поверхность спо­койно, растекаясь по склонам вулканов потоками Так ведут себя лавы со сравнительно небольшим содержа­нием кремнезема и летучих веществ Это довольно подвижные жидкости, по вязкости иногда близкие к воде.

Но нередко извержения вулкана бывают очень бур­ными В изобилии выделяющиеся пары воды и газа распыляют жидкую лаву, а затвердевшую корочку дробят на глыбы и мелкие частички Сильные взрывные извержения иногда бывают катастрофическими Так было во время печально известного извержения итальянского вулкана Везувий в 79 г н. э, когда вулканический пепел полностью засыпал города Пом­пеи, Геркуланум и Стабии, лежащие у его подножия.

В результате взрывных извержений на поверхности земли накапливается раздробленный вулканический материал — от тонкозернистого, наподобие пыли, до грубообломочного После уплотнения и цементации он превращается в своеобразные горные породы По усло­виям формирования они занимают промежуточное положение между вулканическими и осадочными Как и вулканические породы, они возникли из лавы, но со­стоят не из кристаллов и вулканического стекла, а из их обломков и залегают в виде слоев и линз, как оса­дочные Такие горные породы называют пирокластическими — от греческих слов «пир»— огонь и «кластикос» — раздробленный («породы, состоящие из обломков огненного происхождения»). Из пирокластических пород наиболее широко распространены разнообразные туфы и туффиты.

Очень своеобразны горные породы третьей группы. По свойствам они отличаются от осадочных и магма­тических и вместе с тем связаны с ними постепен­ными переходами Это метаморфические, т. е изме­ненные породы, формирующиеся в глубинах планеты из осадочных и магматических пород под влиянием высокой температуры, давления и химически активных веществ Название пород этой группы связано с греческим словом «метаморфоо», что значит превращаю.

При метаморфизме из кварцевых песчаников воз­никают кварциты, из известняков — мраморы, глины переходят в глинистые сланцы. При глубоком измене­нии исходные породы превращаются в гнейсы.

Из условий образования метаморфических пород ясно, что по формам залегания они не «оригинальны» и повторяют первичные, неметаморфизованные горные породы. Но встречаются и отклонения от этой общей закономерности Например, породы, возникшие под действием большого давления, дробятся, развальцовы­ваются и рассланцовываются, слагая узкие линзы и прослои Иногда воздействия температур и давления столь интенсивны, что горные породы как бы частично расплавляются и в виде тонких прожилков внедряются в окружающие горные породы. Эту необычную форму залегания называют рассеянными интрузиями.

Метаморфизм происходит в твердом веществе без изменения его объема. Об этом наглядно свидетель­ствуют опыты академика Ф Ю. Левинсон-Лессинга, проведенные на Урале еще в1910 г В кладку марте­новской печи были замурованы угловатые куски гор­ной породы — дунита, состоящего в основном из мине­рала оливина, частично замещенного серпентином. Образцы дунита в течение восьми месяцев выдержи­вали при температуре 1200—1300 °С Когда куски гор­ной породы извлекли, то оказалось, что по форме они не изменились, но в минералогическом составе произо­шли значительные превращения Серпентин исчез, а на его месте появился пироксен. Оливин сохранился, но вместо крупных кристаллов исследователь обнаружил группы мелких зерен с извилистыми контурами. Стало очевидно, что кристаллы оливина перекристаллизо­вались.

Если метаморфизм сильный, то при перекристал­лизации породы мелкие зерна минералов преобразуются в крупные Часто при этом одни минералы исчезают, а вместо них появляются другие Под давлением ориен­тировка в пространстве уплощенных и удлиненных минералов изменяется они располагаются в одной плоскости, поэтому многие метаморфические породы могут легко раскалываться на тонкие плитки Если же исходная порода была слоистой, то после мета­морфизма она становится полосчатой.

Где же встречаются метаморфические породы? По­скольку они образовались под влиянием высокой тем­пературы и давления, то распространены в участках земной коры, некогда находившихся на больших глу­бинах Наиболее широко развиты они на щитах древ­них платформ: Балтийском (Карелия, Кольский полу­остров в СССР, Финляндия, Швеция), Украинском (Житомирская, Киевская, Черкасская, Днепропетров­ская и другие области УССР), Канадском и др. Не­мало метаморфических пород и в складчатых горных сооружениях.

Горные породы состоят из минералов, как правило, кристаллических образований. А это означает, что в основе строения минералов лежат атомы, ионы или молекулы, расположенные в определенном порядке По характеру слагающих частиц, а также связей между ними и различают атомные, ионные, молекулярные и металлические кристаллы.

Структура ионных кристаллов обусловлена плотно упакованными сравнительно большими анионами кислорода, гидроксила и другими, пустоты между кото­рыми заполнены меньшими по размеру катионами крем­ния, алюминия, железа, кальция и др Такое строение имеют различные оксиды, сульфиды, галогениды, сили­каты и многие другие минералы Они, как и атомные кристаллы, распространены очень широко Гораздо реже встречаются молекулярные кристаллы, прочность которых определяется силами межмолекулярного при­тяжения, и металлические,состоящие из катионов, по­груженных в так называемый электронный газ.

Итак, проникая в глубь вещества горных пород, мы как бы последовательно опускаемся со ступеньки на ступеньку. По сложности организации вещества и мас­штабу распространения выше всего стоят горные поро­ды Обычно они занимают большие участки земной коры Каждая горная порода — своего рода город, отличающийся от других размерами, планировкой и архитектурой. Следующая ступенька — минералы Их можно сравнить с домами в городе Самую нижнюю ступеньку занимают атомы и ионы — кирпичики и блоки, из которых построены дома.

О НАЗВАНИЯХ ГОРНЫХ ПОРОД

Язык науки о горных породах сложен и во многих случаях неясен В нем мало слов, которые были бы построены на рациональной основе и раскрывали сущ­ность того или иного понятия Чтобы узнать значение термина, как правило, не обойтись без разъяснения Но петрографическая номенклатура вызывает затруд­нения не только у неспециалистов, желающих по­знакомиться с горными породами, и ученых смежных наук возможных союзников в решении теоретических проблем (физиков, физико-химиков, химиков, астро­номов), но и у самих петрографов.

В самом деле, огромное большинство названий гор­ных пород не отражает особенностей этих минеральных тел Особенно неудачны наименования, построенные на географической основе, т е по местности, где эта порода была впервые обнаружена Они носят совер­шенно случайный, как говорил академик Д С Белянкин, «этикетный» характер Когда на заре возникнове­ния петрографии таких названий было не так уж много, с ними можно было мириться Но в настоящее время число наименований горных пород приближается к тысяче, и петрографам приходится обращаться к спе­циальным словарям, что усложняет работу.

Названия горных пород сложились постепенно Не­которые названия происходят из такой седой старины, что «расшифровать» их трудно, а подчас и невоз­можно Неудивительно, что для объяснения ряда на­званий высказаны различные версии Например, проис­хождение названия «базальт» связывают и с эфиоп­скими словами «базаль», «бзельт» и «бзальт» — кипяче­ный, и с латинскими словами «базальте», «базанитес» — камень из Базана в Сирии.

Изучая истоки названий горных пород, легко за­метить, что большинство из них связано со словами двух мертвых языков — латинского и древнегреческого Их исключительная роль в формировании петрогра­фической номенклатуры объясняется прежде всего тем, что в средневековье и в течение значительной части последующего времени естествоиспытатели писали свои работы исключительно на латинском и древнегреческом языках Тогда в этом была некоторая целесообразность — специальные названия, построенные на основе латинского и древнегреческого языков, были понятны ученым любой национальности.

Названия горных пород обычно заканчиваются на «ит» (например, гранит, риолит, андезит, диорит, пор­фирит и др.) Это окончание, являющееся частью ла­тинского слова «литое» — камень, говорит о том, что таким образом построенное название обозначает гор­ную породу.

Наименования горных пород создавались без си­стемы За основу брали минеральный состав горных пород, их внешние признаки, физические свойства, химический состав, особенности строения и, как уже отмечалось, очень часто — наименования городов, местностей, горных хребтов и др. По «географическому» принципу названы, например, мариуполит (г. Мариу­поль, ныне Жданов), хибинит (Хибинские тундры), дитроит (г Дитро в ВНР), сиенит (г. Сиена, ныне Асуан в Египте), габбро (по местности в Северной Италии), нордмаркит (г Нордмарк в Норвегии), липа­рит (о-в Липари в Тирренском море), андезит (горная система Анд в Южной Америке и др.).

Ряд горных пород названы по признакам, которые в свое время считались характерными. Например, в на­звании «гранит» подчеркивалась зернистость камня, «мрамор»— блеск кристаллов на поверхности излома. Но уже давно известно, что этих признаков недоста­точно, чтобы отличить гранит и мрамор от других горных пород с подобными свойствами.

Названия некоторых горных пород связаны с особен­ностями их минерального состава Например, греческое слово «гаплеос»— простой — определило название аплита, породы, состоящей только из кварца и поле­вого шпата А название кварцит свидетельствует о том, что эта порода образована почти исключительно зер­нами кварца.

Внешние признаки и особенности строения горных пород прослеживаются в названиях гнейс, роговик, адинол и некоторых других Название гнейс предполо­жительно связано со славянским словом «гноец»— гнилой, разрушенный, указывающий на незначительную прочность этой породы При внедрении расплавленной магмы породы, с которыми она соприкасается, пере­кристаллизовываются и превращаются в прочные тонкозернистые породы с изломом, напоминающим по­верхность разломанного рога Эта особенность и объ­ясняет их название — роговик Плотный роговик, воз­никший при таком преобразовании глинистых пород, именуют адинолом — от греческого «адинос»— плот­ный В наименовании вулканического стекла отражено аморфное строение быстро застывшей лавы, вариолита — присутствие рассеянных в породе округлых радиально-лучистых сростков минералов («вариола»— оспина).

Петрографы уже давно беспокоятся об улучшении языка своей науки. Интересные предложения вносили крупнейшие советские ученые академики Ф Ю Левинсон-Лессинг, Д С Белянкин и А Н Заварицкий. Ф Ю Левинсон-Лессинг призывал петрографов от­казаться от ложного авторского самолюбия и обращал внимание на осторожность при выделении нового вида горной породы О нем можно говорить только тогда, когда горная порода резко отличается от известных химическим или минеральным составом Нет необхо­димости прибегать к новым названиям, если можно воспользоваться существующими, видоизменяя их и комбинируя между собой Породы, занимающие по составу промежуточное положение, следует именовать, соединяя названия конечных видов Например, вулка­ническая порода, промежуточная между андезитом и трахитом, была названа не только андезито-трахитом, что было рационально, а и анделатитом, и гринхальгитом, и др.

Д С Белянкин подчеркивал, что главные особен­ности горных пород определяются их минеральным со­ставом и строением, эти признаки и следует брать за основу, называя горную породу Отчасти так и дела­ется (например, альбитит, пироксенит, амфибо­лит и др.).

Вопросы номенклатуры горных пород настолько емкие и сложные, что решение их одним специалистом едва ли возможно. Над этим должны трудиться крупные научные коллективы Итакой опыт у петрографов уже есть.

В настоящее время под эгидой самого представи­тельного профессионального объединения геологов — Международного геологического конгресса — работает комиссия по упорядочению номенклатуры горных пород.

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ВРЕМЯ

«Однажды я проходил по улицам древнего и уди­вительного многолюдного города и спросил одного из жителей, давно ли он основан?

— Действительно, это великий город,— ответил горожанин, но мы не знаем, с какой поры он существует.

Пятьсот лет спустя я снова проходил по тому же самому месту и не заметил ни малейших признаков населения; я спросил крестьянина, косившего траву на месте прежней столицы, давно ли она разрушена?

— Странный вопрос! — отвечал он.— Эта земля никогда ничем не отличалась от той, какой ты теперь ее видишь.

— Но разве прежде не было здесь богатого горо­да — сказал я.

— Никогда,— отвечали мне, по крайней мере, мы никогда его не видели, да и отцы наши нам ничего об этом не говорили.

Возвратившись еще через пятьсот лет, Кидца нашел на том месте море, а на берегу его толпу рыбаков, кото­рые на вопрос, давно ли земля покрылась водой, от­вечали, что это место всегда было таким же, как и теперь».

Это отрывок из сочинения арабского писателя XIII в Магомета Кацвини об аллегорическом путе­шествии Кидца В фрагменте ярко выражена мысль об изменчивости поверхности земли, о смене одного ландшафта другим.

Однако преображается не только поверхность, но и глубинные части Земли и, конечно, слагающие зем­ную кору горные породы Но изменения эти протекают в геологическом масштабе времени, не сравнимом с привычным для человека.

Путешествия в далекое прошлое — излюбленная тема писателей-фантастов. Герой Герберта Уэллса пере­мещался в прошлое в фантастической машине времени из никеля и горного хрусталя. Профессор Челленджер из романа Конан-Дойля «Затерянный мир» странство­вал по несуществующему изолированному плато в центре Южной Америки, где обитали живые существа давно минувших эпох. Академик В. А. Обручев в ро­мане «Плутония» перенес читателя в давно исчезнувший мир животных и растений, чудом сохранившихся в подземной пустоте.

Но все это из области научной фантастики Геолог же в своей работе погружается в глубь геологиче­ского прошлого в обыденной обстановке, вооруженный разнообразными приемами геологических исследо­ваний.

История нашей планеты длительна, ее древнейшие события удалены от нашего времени более чем на 4 млрд. лет И хотя человек располагает документами и рукописями собственной истории всего за четыре-пять тысячелетий, о несравненно более далекой истории Земли ему известно немало. Геологические документы долговечнее и прочнее любых других. Ведь они за­писаны не на глиняных табличках, пергаменте или бумаге, а на камне. И все записи сделаны природой, исключительно точной в своей летописи. Страницами этой каменной летописи служат горные породы.

В геологии различают относительную и абсолютную хронологию событий, образования и преобразования горных пород и минералов Относительная геохроноло­гия устанавливает только последовательность событий — одни из них происходили раньше, другие — позже Аб­солютная же геохронология определяет время геологи­ческих событий в тысячах и миллионах лет, отделяющих их от нашей эпохи.

Относительная геохронология использует разные ме­тоды и главный из них — палеонтологический. Он бази­руется на изучении остатков ископаемых организмов в горных породах Ископаемые остатки — это минерали­зованные кости и раковины, отпечатки растений (рис. 3) и животных и даже оставленные ими следы.

Отпечаток листка бука в ископаемой глине

Отпечаток листка бука в ископаемой глине

Относительная геохронология основывается на изменчивости органического мира Земли, на его дли­тельной и сложной эволюции После образования пла­неты прошло, вероятно, около 2 млрд. лет, прежде чем на Земле появились примитивные одноклеточные организмы, остатки которых почти не сохранились Ведь у них не было твердых частей, и поэтому в ископаемое состояние они переходили в исключительных случаях Постепенно жизнь усложнялась, на смену простым организмам пришли более совершенные Последним звеном в развитии органического мира стал человек — в геологическом масштабе времени совсем молодой обитатель Земли Пос­ледние археологические исследования в Восточ­ной Африке дали осно­вание удревнить воз­раст человека до 2—2,5 млн. лет.

В слоях земной ко­ры, как по полочкам в шкафу, разложены ос­татки некогда живых существ В каждую эпо­ху истории Земли жили определенные виды ор­ганизмов Сравнивая друг с другом окамене­лости, собранные из разных слоев, можно узнать, как изменялся животный и раститель­ный мир.

Однако не каждый ископаемый организм подходит для определения относительного возраста Некоторые группы организмов в течение длительного времени почти не изменялись Естественно, они не годятся для определения геологического возраста В противовес им большое значение имеют быстро эволюционировавшие организмы По ним можно сравнивать слои, образовав­шиеся в удаленных районах, и точно устанавливать геологический возраст Такие организмы, жившие сравнительно недолго, исключительно важны для от­носительной хронологии Они называются «руково­дящими окаменелостями».

Большое число руководящих ископаемых известно среди панцирных рыб, моллюсков, кораллов, простей­ших животных и организмов других классов Так, многие виды аммонитов — вымерших животных из класса головоногих моллюсков — жили очень короткое время Они встречаются в пластах мощностью в десятки и даже единицы метров, что во времени соот­ветствует нескольким сотням тысячелетий По окамене­лым аммонитам выделяют зоны слоев, например, слои с аммонитами вида Паркинсониа паркинсони, Кардиоцерас кордатум и др.

По окаменелостям определяют относительный воз­раст осадочных пород и сравнивают возраст горных пород не только из разных частей одного района, но и находящихся на разных континентах. По одинако­вым окаменелостям можно установить горные породы, образовавшиеся в одно время в Европе, Азии и Африке. Например, в некоторых известняках в изобилии встре­чаются раковины ископаемого организма нуммулита — корненожки из типа простейших По форме они на­поминают чечевицу или монету, с чем связано их название: латинское слово «нуммулюс» означает мо­нетка.

В сравнительно позднее время геологической исто­рии нуммулиты получили необыкновенно широкое раз­витие, из их раковин формировались нуммулитовые известняки. Эти горные породы широко распростране­ны в Крымских горах, их много на плоскогорье Сахары в Северной Африке, в Кордильерах Северной Америки и ряде других районов.

Раковины нуммулитов привлекли внимание еще в античное время Греческий географ и историк Страбон (63/64 г до н. э. —23/24 г н. э. ) слышал, что в окрест­ностях египетских пирамид в низовьях Нила встре­чается множество загадочных камешков. Он заинте­ресовался ими и, путешествуя по Египту, специально осмотрел район пирамид Страбон нашел камешки, по форме похожие на чечевицу, но не мог понять, как они возникли Он писал, что местные жители при­нимают камешки за окаменевшую чечевицу, которой будто бы кормили рабов, возводивших пирамиды фараонов.

Уже в прошлом столетии геологи собрали массу окаменелостей из разных слоев на всех материках. Обоб­щив эти данные, они разделили историю Земли на эры: археозойскую (древнейшей жизни), протерозойскую (первобытной жизни), палеозойскую (древней жизни), мезозойскую (средней жизни) и кайнозойскую (новой жизни). Каждая эра охватывает огромные интервалы времени — в сотни миллионов и даже миллиарды лет. Естественно, понадобились и меньшие промежутки гео­логической истории. Эры разделили на части, назван­ные периодами.

В XIX в разными путями пытались установить истинную продолжительность геологических событий (например, по количеству солей, ежегодно поступаю­щих в океан), но результаты не были достаточно точными. Надежный метод определения абсолютного возраста горных пород появился только в XX в, когда стали известны естественные превращения радиоактив­ных элементов Оказалось, что некоторые химические элементы способны самопроизвольно разрушаться, превращаясь в конечном счете в иные, более устой­чивые элементы Так, изотопы урана238U, 235U и изо­топ тория 232Th в результате радиоактивного распада переходят в стабильные изотопы свинца — 206Pb, 207Pb и 208РЬ Радиоактивный изотоп 40К при распаде вы­деляет 40Аr(атмосферный аргон представлен более легким изотопом 36Аr).

Чрезвычайно важно, что радиоактивный распад при любых физических условиях на Земле протекает с по­стоянной скоростью Известно, что за 65 млн. лет распадается только 1 % первоначального количества урана Для распада еще 1 % оставшегося урана по­требуется столько же времени и при этом также вы­делится соответствующее количество радиогенного свинца Следовательно, чем больше накопилось свинца в равновесии с урановым минералом, тем древнее ми­нерал.

Подобная картина наблюдается и у других мине­ралов с иными радиоактивными элементами, скорость распада которых, конечно, иная, чем урана Эта за­мечательная особенность позволила использовать различные минералы как своего рода геологические часы Зная количество радиоактивного элемента, про­дуктов его распада и скорость, с какой идет этот про­цесс, можно определить время возникновения минерала В настоящее время разработано и используется уже более 10 различных радиологических методов опреде­ления абсолютного возраста.

Для самых юных геологических образований при­меняется радиоуглеродный метод Он основан на бы­стром распаде радиоактивного изотопа углерода 14С, который формируется в верхних слоях атмосферы при бомбардировке атомов азота космическими частицами. Затем радиоактивный углерод с воздушными потоками опускается к поверхности планеты и окисляетсяОбра­зуется диоксид радиоактивного углерода, который, как и диоксид обычного углерода, усваивается растениями. В них постоянно идет обмен между углеродом, за­ключенным в углекислоте воздуха, и органическим углеродом, участвующим в строении живой ткани. Поэтому в живых растениях и животных содержание радиоактивного изотопа 14С постоянно Но после гибели организма относительное количество изотопа 14С умень­шается за счет радиоактивного распада.

Время полураспада 14С составляет приблизительно 5600 лет Зная среднее содержание различных изо­топов углерода в древесине или костях животных, можно подсчитать, сколько лет органические остатки пролежали в земле Например, таким путем был уста­новлен возраст найденного в вечной мерзлоте на Тай­мыре мамонта — 12 тыс. лет Радиоуглеродный метод исключительно важен в археологии благодаря ему соз­дана абсолютная шкала времени для истории челове­ческой культуры.