4 years назад
Нету коментариев

Прошлое… Знать историческое развитие человеческого общества, живой и неживой природы, природных собы­тий и явлений интересно и важно не только потому, что при этом полнее раскрываются логическая связь и зако­номерность их возникновения и эволюции, но и потому, что они необходимы и для более углубленного изучения настоящего и предсказания будущего. Изучая современ­ную Землю, геологи ежеминутно сталкиваются с ее прошлым, с разнообразными и разномасштабными со­бытиями. И здесь мы сталкиваемся с проблемой геоло­гического времени.

ВОЗРАСТ ГОРНЫХ ПОРОД И ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ

Когда и как происходили те или иные извержения вул­канов, возникли и жили организмы, которые находятся в окаменевшем состоянии? Эти вопросы всегда волнова­ли ученых.

Правильное представление об огромной длительно­сти геологического времени укоренилось в геологической науке далеко не сразу. Давно было замечено, что ниже­лежащие слои горных пород древнее вышележащих. Этот принцип дает возможность установить лишь отно­сительную датировку событий, но не позволяет количе­ственно оценить геологическое время, даже в том слу­чае, если в осадках встречаются ископаемые органиче­ские остатки.

Длительное время не только господствовал религи­озный догмат о божественном акте в происхождении Зем­ли, но и существовало представление, что она очень мо­лода. Безоговорочно принималось, что Земля и вся Вселенная возникли в течение нескольких дней около 6000 лет назад. Однако передовые мыслители антично­сти, а затем и ученые эпохи Возрождения высказывали идеи о большей длительности истории Земли и много­гранности происходивших на ее поверхности и в недрах изменений.

Развитие точных наук — механики и астрономии, хи­мии и физики — дало возможность по-новому подойти к возрасту Земли и слагающих ее горных пород. Однако библейские тексты еще долгое время сдерживали про­грессивные представления. Даже такой знаменитый ес­тествоиспытатель, как И. Ньютон, с именем которого связана целая эпоха в физике и механике, признавал авторитет Священного писания и на основе библейского текста вычислил, что Земля будто бы существует 6030 лет.

Ж. Бюффон, автор многотомной «Естественной исто­рии» к оценке возраста Земли подошел довольно ори­гинально. Он был автором космогонической гипотезы о происхождении Земли как обломка Солнца, оторванного ударом гигантской кометы, получившей в свое время широкое распространение. Значит, опытным путем мож­но было определить время остывания гигантского рас­каленного шара. На основании этого Ж. Бюффон оце­нил продолжительность истории Земли в 75 тыс. лет.

К вопросу о геологическом времени и возрасте Зем­ли ученые подходили с самых разных позиций — от ско­рости осадконакопления до продолжительности жизни форм, отдельных сообществ, видов, родов, семейств и отрядов животного и растительного мира.

Прежде чем рассмотреть современные представления о возрасте Земли, необходимо в самой общей форме остановиться на характеристике горных пород, слага­ющих земную кору. Некоторые из них уже упоминались в предыдущем разделе.

Горные породы подразделяются на три группы: оса­дочные, магматические и метаморфические. Первые сформировались за счет разрушения и переотложения более древних пород (галечники, пески, песчаники) или в результате деятельности организмов (мел, известняк, каменный и бурый угли) и, наконец, как продукт осаж­дения солей (гипс, каменная соль). Магматические поро­ды образовались из магмы — силикатного расплава, обо­гащенного газами и сформированного в недрах Земли. При застывании магмы на глубине возникают крупно­кристаллические глубинные, или интрузивные, горные породы. В зависимости от содержания кремнезема (SiO2) они разделяются на несколько групп. К кислым изверженным породам, в которых содержание SiO2 со­ставляет 65—75%, относятся граниты и кварцевые пор­фиры. Средние изверженные породы содержат кремне­зем от 52 до 65% (андезиты и гранодиориты), основ­ные— от 40 до 52% (базальты и габбро) и ультраоснов­ные— менее 40% (дуниты и перидотиты).

При вулканических извержениях магма теряет газы и, превращаясь в лаву, растекается по земной поверх­ности. При быстром ее застывании формируются мелко­кристаллические изверженные породы (порфириты, ба­зальты и т. д.). Обычно магматические породы рассека­ют толщи осадочных пород, образуя так называемые штоки, дайки, а также крупные, объемом во много де­сятков кубических километров тела — батолиты. Среди осадочных толщ иногда располагаются в виде слоев вулканические интрузивные тела (силлы), образующи­еся путем внедрения магмы вдоль поверхностей напла­стования этих толщ.

Метаморфические породы — это первично-осадочные или магматические образования, испытавшие перекрис­таллизацию под действием высоких давлений и темпе­ратур на значительных глубинах. К ним относятся раз­нообразные кристаллические сланцы и гнейсы.

По взаимному залеганию горных пород различного состава были сделаны первые попытки возрастного рас­членения. В XVIII в. итальянский исследователь Дж. Ар­дуино во время изучения геологии на севере Апеннин предложил различать четыре типа гор: примитивные, или минеральные, сложенные породами без органиче­ских остатков; вторичные, состоящие из мрамора и сло­истых известняков с морскими накоплениями; третич­ные — низкие горы и холмы, сложенные гравием, гли­нами, мергелями с обильными остатками морских жи­вотных, и четвертичные — земляные и каменные выносы горных потоков. Эта терминология была перенесена на другие районы Европы, и название «четвертичные» со­хранилось даже до настоящего времени.

По наслоениям осадочных горных пород, особенно тогда, когда пласты залегают горизонтально, можно от­четливо установить геологическую хронологию, геохронологию, т. е. временную последовательность. В каж­дом природном обнажении, естественно, если мы точно знаем, что слои в нем находятся в ненарушенном поло­жении, более глубокие (нижние) пласты всегда древ­нее перекрывающих.

Изучение возрастной последовательности осадочных пород по условиям взаимного залегания пластов позво­ляет построить стратиграфическую колонку (греч. «стра­тос» означает слой, пласт).

Установление последовательности напластований в одном обнажении не представляет особой трудности. Каким же образом можно сравнивать между собой до­вольно далеко отстоящие друг от друга обнажения? Где среди них имеются древние, а где — более молодые или одновозрастные отложения? Вот здесь и возникают труд­ности. Они становятся непреодолимыми, если изучают­ся и сравниваются между собой стратиграфические раз­резы разных стран и особенно континентов. Здесь на помощь приходит палеонтологический метод. Еще в XVIII в. естествоиспытатели обратили внимание, что слои осадочных пород содержат ископаемые остатки живот­ных в виде раковин, скелетов и отпечатки растений. Причем ископаемые остатки в нижележащих пластах отличаются от вышележащих — молодых. Далее было замечено, что пласты морских осадочных пород одного и того же возраста содержат одинаковые остатки древ­них организмов. Это дало геологам один из важнейших методов расчленения и сопоставления разрезов.

В начале XIX в. возникла реальная возможность по­строения геологической шкалы относительной хроноло­гии. Ее относительность следует из того, что анализ и определение видовой или родовой принадлежности ис­копаемых остатков не могут точно указать время обра­зования горных пород, их заключающих, и время жизни организмов, но позволяют определить древность, моло­дость или одновозрастность напластований относительно какого-то заранее взятого слоя и провести сопоставле­ния. Менее полувека потребовалось для создания шка­лы относительной геохронологии. Она выражала после­довательность во времени тех или иных геологических событий в истории земной коры, которые оказались за­печатленными в напластованиях осадочных горных пород.

Палеонтология — одна из самых увлекательных биологических наук — тесно связана с геологией. Она зани­мается изучением ископаемых остатков животных и рас­тений, определением их систематического положения в общей иерархии органического мира и установлением закономерностей эволюционного развития.

На основе этапности развития органического мира и минерального состава вмещающих их осадочных обра­зований в течение XIX в. были установлены все извест­ные в настоящее время и широко применяемые страти­графические единицы — эратемы, системы, отделы и ярусы. Одной из крупных стратиграфических единиц является эратема, в состав которой входят несколько систем. В свою очередь, системы состоят из отделов и ярусов. Каждой стратиграфической единице присвоено собственное наименование.

В соответствии со стратиграфическими единицами были выделены геохронологические подразделения, каж­дое из которых отражает длительность (опять-таки в от­носительном исчислении) формирования соответству­ющих стратиграфических подразделений.

Интервал времени, необходимый для формирования группы, обозначен как геологическая эра, время форми­рования системы соответствует геологическому периоду, отдела — эпохе и яруса — геологическому веку.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ЛЕТОИСЧИСЛЕНИЕ

Геологи давно заметили, что история нашей планеты делится на две неравные части. Древняя более длитель­ная ее часть трудна для изучения палеонтологическими методами, так как не содержит ископаемых остатков и, кроме того, довольно часто осадочные толщи сильно из­менены метаморфизмом. Хорошо изучена молодая часть каменной летописи, поскольку осадочные напластова­ния в ней содержат многочисленные остатки организмов, количество и сохранность которых возрастают по мере приближения к современной эпохе. Эту молодую часть истории земной коры американский геолог Ч. Шухерт назвал фанерозойским эоном, т. е. временем очевидной жизни. Эон — это промежуток времени, объединяющий несколько геологических эр. Его стратиграфическим эквивалентом является эонотема.

Более древнюю и продолжительную часть геологи­ческой истории Ч. Шухерт назвал криптозоем, или вре­менем со скрытым развитием жизни. Довольно часто ее еще называют докембрием. Это название сохранилось с середины XIX в., когда было установлено абсолютное большинство геологических периодов. Все более древ­ние отложения, залегающие под кембрийскими толща­ми, стали датироваться докембрием. В настоящее время вместо криптозоя выделяют два зона: архейский и про­терозойский.

Широкая распространенность, богатство ископаемы­ми органическими остатками и относительная доступ­ность фанерозойских отложений предопределили их бо­лее лучшую изученность. Английский геолог Дж. Фил­липс в 1841 г. в составе фанерозоя выделил три эры: па­леозойскую — эру древней жизни; мезозойскую — эру средней жизни и кайнозойскую — эру новой жизни. В палеозое господствовали морские беспозвоночные, ры­бы, земноводные и споровые растения, в мезозое — пре­смыкающиеся и голосеменные растения, а в кайнозое — млекопитающие и покрытосеменные растения.

Сформированные в течение геологической эры отло­жения называются эратемами. Более мелкими страти­графическими единицами являются системы, отделы и ярусы. Имена системам и ярусам были даны преимуще­ственно по названию местностей, где они были установ­лены и изучены, или по каким-либо характерным при­знакам. Так, название юрской системы произошло от Юрских гор в Швейцарии, пермской — от г. Перми, кем­брийской от древнего названия английской провинции Уэльс, меловой — от широко распространенного писчего мела, каменноугольной — от каменного угля и т. д.

Если стратиграфическая шкала отражает последова­тельность отложений и их соподчиненность, то геохроно­логическая — определяет длительность и закономерную последовательность этапов исторического развития Зем­ли. На протяжении последних 100 лет геохронологиче­скую и стратиграфическую шкалы фанерозоя многократ­но пересматривали.

Однако в геологии важно знать не только относи­тельный возраст горных пород, но и, по возможности, точное время их происхождения. Для определения воз­раста горных пород применяется несколько различных методов, основанных на явлении радиоактивного распа­да. В связи с этим возраст пород носит название радио-геохронометрического. Для его определения используют радиоактивные изотопы урана, тория, рубидия, калдя, углерода и водорода. Ввиду того что нам известны ско­рости распада радиоактивного изотопа, легко можно определить возраст минерала, аследовательно, и породы.

В настоящее время разработаны и широко применя­ются различные методы ядерной геохронологии: урано-торий-свинцовый, урано-торий-гелиевый, урано-ксеноно­вый, калий-аргоновый, рубидий-стронциевый, самарий-ниодимовый, рений-осмиевый и радиоуглеродный. Со­держание радиоактивных изотопов в горных породах и минералах определяется в специальных приборах — масс-спектрометрах.

Благодаря методам ядерной геохронологии, устанав­ливается возраст магматических и осадочных горных пород, а для метаморфических пород определяется вре­мя воздействия на них высоких температур и давления.

Изотопный возраст наиболее древних пород земного шара составляет 3,8—4 млрд. лет. Близкий возраст име­ют некоторые лунные породы и метеориты.

Трудность изучения архейских и протерозойских от­ложений предопределила их слабую стратиграфическую и геохронологическую расчлененность. Вот как выгля­дит в настоящее время пока далекая от совершенства и детальности шкала архея и протерозоя.

В геологии применяется также дополнительный ме­тод возрастного расчленения и сопоставления отложе­ний. Это палеомагнитный метод, основанный на явлении сохранения в толщах горных пород магнитных свойств. Горные породы, содержащие магнитные минералы, об­ладают ферромагнитными (намагниченными) свойства­ми и под влиянием магнитного поля Земли приобрета­ют естественную остаточную намагниченность. Сейчас доказано, что в течение длительной геологической исто­рии положение магнитных полюсов неоднократно меня­лось. Установив остаточную намагниченность и ее на­правленность (т. е. вектор) и сравнивая между собой вектора, можно установить одновозрастность горных пород, что в определенной степени уточняет геохроноло­гическую шкалу.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Определение возраста различных изверженных пород позволило не только установить продолжительность гео­логических периодов, но и выделить наиболее древние горные породы Земли. В настоящее время известно, что документированные следы жизни на Земле возникли свыше 3 млрд. лет, самые древние осадочные породы обладают возрастом немногим более 3,8 млрд. лет, а возраст Земли оценивается в 4,6—5 млрд. лет, хотя не­которые ученые считают эти цифры завышенными.

Установлено, что эпохи интенсивной вулканической деятельности были кратковременными и разделялись длительными эпохами со слабым проявлением магма­тизма. Эпохи усиленного магматизма характеризовались высокой степенью тектонической активности, т. е. значи­тельными вертикальными и горизонтальными движени­ями земной коры.

Данные о возрасте изверженных пород дают возмож­ность установить существование сравнительно коротких эпох повышенной магматической и тектонической актив­ности и длительных периодов относительного покоя. Это, в свою очередь, позволяет провести естественную периодизацию истории Земли по степени тектонической и магматической интенсивности. Сводные данные о воз­расте изверженных пород, по сути дела, являются календарем основных тектонических событий в истории Земли. На основании исследований главным образом гранитных интрузий уточнен возраст тектоно-магматиче­ских циклов (эпох) в истории Земли. Вместе с тем необ­ходимо отметить, что время проявления этих циклов на материках неодинаково и имеются частые отступления от планетарной единовременности этих процессов.

О далеком геологическом прошлом практически пол­ностью отсутствуют фактические данные. Можно только предполагать, что до 3,5 млрд. лет назад существовал очень активный вулканизм с излиянием базальтовых и гипербазитовых лав. Одновременно выделялся значи­тельный объем газов. Это привело к созданию не только земной коры, но и первичной атмосферы.

В течение белозерской тектоно-магматической эпохи в начале архейского зона и Кольской эпохи в середине архея протекали процессы гранитизации и возникали первые осадочные бассейны. Для этого времени извест­ны песчаные и глинистые (правда, подвергшиеся силь­ному метаморфизму) толщи, карбонатные породы и да­лее продукты их преобразования.

В кеноранскую тектоно-магматическую эпоху в кон­це архейского зона были сформированы ядра будущих крупнейших устойчивых геоструктурных элементов Зем­ли — ядра континентальных платформ. В последующие времена ядра платформ продолжали нарастать.

В течение кеноранской, альгонкской, раннекарель­ской, балтийской, буларенинской и карельской тектоно-магматических эпох сформировались фундаменты всех известных древних континентальных платформ: Восточ­но-Европейской, Сибирской, Китайской, Таримской, Ин­достанской, Африкано-Аравийской, Северо-Американской, Южно-Американской и Восточно-Австралийской. На протяжении почти 1 млрд. лет (от 2,7 до 1,67 млрд. лет назад) происходило формирование первичного гра­нито-гнейсового слоя земной коры, а наличие карбонат­ных осадочных пород способствовало образованию ще­лочных интрузий. Огромные плутоны гранитоидов пло­щадью свыше тысячи квадратных километров в окру­жении древнейших осадочных пород зафиксировали в пределах континентальных платформ устойчивые в по­следующее время участки коры, называемые щитами. Примерами являются Балтийский, Украинский, Алдан­ский, Канадский, Гвианский, Бразильский, Аравийский щиты.

Исходя из аналогичности и одновременности образо­вания всех известных древнейших платформ, можно предполагать, что в протерозое существовал огромный единый континент Мегагея (или Большая Земля), окру­женный единым Мировым океаном.

Начиная с 1,67 млрд. лет назад древние платформы, особенно щиты, становятся устойчивыми во времени и пространстве структурными элементами земной коры. Однако в пределах платформ в дальнейшем возникли участки плавного и сравнительно небольшого прогиба­ния (синеклизы), происходило раскалывание коры вдоль систем глубинных разломов консолидированных древних подвижных поясов. В этом случае возникали крупные протяженные впадины с высокой подвижностью — авла­когены. Такими, в частности, являются Катангский авлакоген на Африканской платформе или Днепровско-Донецкий на Восточно-Европейской платформе.

На протяжении последующих тектоно-магматических циклов платформы или продолжали наращиваться за счет подвижных поясов, образующихся на их перифе­рии, или раскалывались на части и впоследствии испы­тывали разнонаправленные перемещения с различной скоростью. В последний миллиард лет геологической истории наблюдалось постепенное угасание силы маг­матизма.

Готская тектоно-магматическая эпоха характеризовалась развитием на большинстве платформ гранитиза­ции дорифейских пород и метаморфизма. В среднем и особенно позднем рифее продолжались гранитизация в подвижных поясах и дальнейшее наращивание площади платформ.

Магматизм катангинской (раннебайкальской) и позднебайкальской тектоно-магматических эпох на платформах проявился по-разному. Однако их общей чертой являлось, с одной стороны, интенсивная складча­тость, а с другой — раскол и перемещение крупных платформенных глыб (литосферных плит).

Результатом проявления ранне- и позднебайкаль­ской тектоно-магматических эпох стало сближение и со­единение в единый суперконтинент Гондвану пяти круп­нейших континентальных платформ южного полуша­рия — Африкано-Аравийской, Австралийской, Южно-Американской, Антарктической и Индостанской, в се­верном полушарии располагались Восточно-Европей­ская, Северо-Американская, Сибирская и Китайская платформы.

Каледонская тектоно-магматическая эпоха характе­ризовалась не только усилением магматизма, но и при­вела к подъему и образованию в северном полушарии нового суперконтинента Лавразии за счет объединения Северо-Американской, Восточно-Европейской, Сибир­ской и Китайской платформ. Он отделялся от Гондваны крупным океаном Тетис.

В отличие от более древних этапов, тектоно-магматические эпохи фанерозоя вследствие хорошей сохран­ности горных пород и их хорошей изученности подраз­деляются на целый ряд фаз, более коротких, чем эпохи; фазы, так же как и сами тектоно-магматические эпохи, характеризуются высоким стоянием континентов над уровнем моря (преобладание воздымания), развитием магматизма и значительными тектоническими движени­ями.

Такие фазы носят название теократических. Они сменялись более продолжительными по времени талас­сократическими фазами, когда осуществлялось активное прогибание платформ и развивались трансгрессии, т. е. шло наступление моря на сушу.

В результате тектонической и магматической дея­тельности в каледонскую эпоху были образованы круп­ные горноскладчатые сооружения на западе Северо-Американской платформы (Аппалачи), в Центральной Азии (Центральный Казахстан, Алтай, Саяны, Монго­лия), в Восточной Австралии, на о-ве Тасмания и в Ан­тарктиде.

В герцинскую тектоно-магматическую эпоху про­изошло соединение в единый материк Пангею Гондван­ского и Лавразийского суперконтинентов. Так же, как и около 1 млрд. лет назад, материк Пангея омывался еди­ным океаном. Интенсивные горообразовательные дви­жения привели к возникновению крупных горных сис­тем, носящих название герцинид. Все они располагают­ся на перифериях древних платформ. К ним относятся Тибет, Гиндукуш, Каракорум, Тянь-Шань, Алтай, Кунь­лунь, Урал, горные системы Центральной и Северной Ев­ропы, Южной и Северной Америки (Аппалачи, Кордиль­еры), северо-запад Африки, Восточная Австралия. В эту же эпоху в результате консолидации складчатых областей образовался целый ряд так называемых эпигерцинских плит, или молодых платформ, — значитель­ная часть Западно-Европейской платформы, Скифская, Туранская, Западно-Сибирская плиты и др.

В киммерийскую тектоно-магматическую эпоху про­изошли внедрение различного состава интрузий в пре­делы подвижных поясов, горообразование и распад Пан­геи. В течение триасового, юрского периодов и раннеме­ловой эпохи вновь возникли суперконтиненты Лавразия и Гондвана, разделенные молодым океаном Тетис и Южной Атлантикой. Горообразовательные процессы проявились главным образом на окраинах Лавразии. В это время возникли Крымские горы и горные системы Приверхоянья. Значительные движения испытали и ра­нее возникшие горные системы Аппалачей, Кавказа и Центральной Азии.

Альпийская тектоно-магматическая эпоха началась и конце мелового периода и продолжается до настоящего времени. С нею связаны не только внедрение интрузий кислого, основного и щелочного составов в подвижных поясах, возникновение океанов и континентов современ­ного очертания, но и создание таких величайших горных систем, как Альпы, Динариды, Гималаи, Анды, Кор­дильеры и т. д.

Геохронологическая шкала создавалась с большим трудом и длительное время. До сих пор не прекращают­ся споры по поводу проведения многих стратиграфиче­ских границ. Иногда даже приходится созывать между­народные симпозиумы с тем, чтобы сообща договориться о том, где и как проводить границу той или иной страти­графической или геохронологической единицы.

Благодаря созданию геохронологической шкалы гео­логическая наука сильно преобразилась. Она преврати­лась в естественно-историческую науку. Происходившие в прошлом события стали распределяться в хронологиче­ском порядке. Применение радиоактивности дало воз­можность решить проблему возраста Земли, метеоритов и Луны и количественно выразить длительность каждого геологического периода.