Возраст земной коры и периодизация истории земли

ВОЗРАСТ ЗЕМНОЙ КОРЫ И ПЕРИОДИЗАЦИЯ ИСТОРИИ ЗЕМЛИ

Знание исторического развития человеческого общества, живой и неживой природы, природных событий геологического прошлого имеет важное значение не только потому, что при этом раскрывается логическая связь между теми или иными событиями, но и потому, что выявляются закономерности возникновения и эволюции Земли и тем самым определяются законы развития природы, общества и челове­ка. Все эти знания необходимы не только для того, чтобы выявить за­кономерности происхождения и размещения полезных ископаемых, которые так необходимы для развития человеческих цивилизаций, но и для углубленного изучения современных геологических процессов и предсказания будущего. Изучая современное строение Земли, гео­логи сталкиваются с ее прошлым, с разнообразными по масштабам и формам проявления геологическими событиями. Но в первую оче­редь геологи сталкиваются с проблемой геологического времени.

Геологическое время. Относительное и абсолютное летоисчисления

Когда, каким образом и в каких масштабах происходили в про­шлом те или иные события, нередко охватывающие всю планету, — перемещения материков, рождение океанов, наступления (транс­грессии) и отступления (регрессии) моря, землетрясения, изверже­ния вулканов? Как возникали, жили, расселялись, эволюциониро­вали и вымирали организмы, которые сегодня находятся в окаме­невшем состоянии в толщах горных пород? Все эти и многие дру­гие вопросы, начиная с самых древнейших времен, всегда волнова­ли ученых.

Правильное представление об огромной длительности геологи­ческого времени укоренилось в научной литературе далеко не сразу. Продолжительное время не только господствовал религиозный дог­мат о божественном акте происхождения Земли, но и существова­ло представление о том, что наша планета очень молода. Безого­ворочно принималось, что Земля и вся Вселенная возникли в те­чение нескольких дней около 6000 лет назад. Однако передовые мыслители и естествоиспытатели античности, а затем и ученые эпохи Возрождения стали высказывать мнения о большой длитель­ности истории Земли, о многогранности и огромной масштабнос­ти происходивших на ее поверхности и в недрах геологических процессов.

Развитие точных наук — механики и астрономии, химии и физи­ки — дали возможность по-новому подойти к времени происхожде­ния Земли и возрасту слагающих земную кору горных пород. Одна­ко библейские тексты еще долгое время сдерживали прогрессивные и в целом правильные 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 всего 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. Эта гипотеза в свое время была общепризнанной и получила широкое распространение. Он считал, что возраст Земли можно определить опытным путем на основании вычисления времени остывания гигантского раскален­ного шара. Ведь в то время считалось, что Земля вначале была ог­ненным шаром. На основании этого Ж. Бюффон оценил продол­жительность истории Земли в 775 тыс. лет.

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

В настоящее время на основании определений возраста образо­вания минералов, слагающих горные породы (абсолютный или изо­топный возраст, см. ниже), установлено, что самые древние горные породы на Земле возникли около 4 млрд лет назад, а образование планеты Земля произошло 4,66 млрд лет назад.

Любые геологические исследования начинаются с определения состава отложений, с последовательности их образования, взаим­ного расположения слоев и напластований. Все это необходимо для того, чтобы с максимальной достоверностью показать распростра­ненность, реконструировать условия образования осадков и плас­тов, раскрыть геологическую историю развития региона и расшиф­ровать характер событий, которые оказались запечатленными в тол­щах горных пород, а также определить, происходили ли все эти со­бытия в одно и то же время либо в разное, а затем оценить, какое событие произошло раньше, а какое позже.

Раздел геологической науки, изучающей слои земной коры, их взаимное расположение и последовательность возникновения, на­зывают стратиграфией (от лат. «стратум» — слой, «графо» — пишу, описываю). В задачу этой науки входят расчленение осадочных и вулканогенных пород на отдельные слои или пачки, определение содержащихся в них остатков ископаемой фауны и флоры, установ­ление возраста слоев или пачек, сопоставление выделенных слоев в одном разрезе с соседними, составление сводного разреза отложе­ний региона, а также разработка региональных стратиграфических шкал и определение ее соотношения с существующей единой или Международной стратиграфической шкалой. Но для того чтобы ре­шить все поставленные выше задачи, необходимо в первую очередь установить возраст слагающих толщи пород.

Давно было замечено, что нижележащие слои горных пород в своем ненарушенном состоянии всегда древнее вышележащих. В 1669 г. Н.Стено установил закон, который носит название «за­кон последовательности напластований». Это положение дает воз­можность провести лишь относительную датировку слоев и собы­тий (один моложе или древнее другого), но не позволяет оценить количественно продолжительность геологического времени, даже если в слоях земной коры встречаются ископаемые остатки орга­низмов.

Современные представления о геологическом времени и возрас­те Земли сложились на основе почти 300-летнего исследования. По взаимному залеганию слоев горных пород различного состава еще в XVIII в. были предприняты попытки установить временную после­довательность осадконакопления. Итальянский геолог Дж.Ардуино во время работы на севере Апеннин предложил различать четыре типа гор:

-примитивные или минеральные, сложенные кристаллическими породами без органических остатков;

-вторичные, состоя­щие из мраморов и слоистых известняков с морскими ископаемы­ми;

-третичные — низкие горы и холмы, сложенные гравием, глина­ми, мергелями с обильными остатками морских животных;

— чет­вертичные — земляные и каменные выносы горных потоков.

Эту терминологию использовали в других районах Европы, а названия «третичные» и «четвертичные» сохранились до наших дней.

По напластованиям осадочных горных пород, особенно тогда, когда слои располагаются горизонтально, можно отчетливо устано­вить относительную геологическую хронологию, т.е. временную последовательность. После того как установлено взаимное распо­ложение пластов по особенностям их строения, происходит просле­живание однородных пластов на расстоянии, даже если они нахо­дятся на разных уровнях. В каждом природном обнажении, если мы точно знаем, что пласты находятся в ненарушенном состоянии, бо­лее глубокие (нижележащие) слои всегда древнее перекрывающих.

Изучение относительной возрастной последовательности осадоч­ных пород по условиям взаимного залегания пластов позволяет по­строить стратиграфическую колонку (рис. 6.1).

Установление возрастной последовательности напластований в одном обнажении не представляет особой трудности. Каким же об­разом можно сравнивать между собой довольно далеко отстоящие друг от друга обнажения? Где, на каком уровне располагаются одновозрастные образования в далеко отстоящих друг от друга обнаже­ниях? Здесь появляются трудности. Одно дело, если одновозрастные слои слагаются одинаково, а если они разные? Особенно боль­шие сложности, которые оказываются труднопреодолимыми, возни­кают тогда, когда изучаются и сравниваются между собой стратиграфические разре­зы удаленных друг от друга стран и особенно континентов. Еще в XVIII в. естествоиспытатели обратили внимание на то, что слои оса­дочных пород, содержат ископаемые останки животных в виде рако­вин и скелетов, а также отпечатки растений. Ископаемые остатки в нижележащих пластах отличались от более молодых, и

Рис. 6.1. Последовательность напластований и сопоставление отложений в виде стратиграфических колонок:

А —Г— районные обнажения; 1 ~ глинистый сланец морской; 2 — аргиллит морс­кой; 3 ~ песчаник континентальный; 4 — известняк морской ; 5 — поверхность раз­мыва

тем сильнее были эти отличия, чем древнее оказывались слои, содержащие остат­ки ископаемых организмов. Было замечено, что пласты морских оса­дочных пород одного и того же возраста содержат одинаковые остат­ки древних организмов. Это дало возможность геологам разработать один из важнейших методов расчленения и сопоставления разре­зов. Здесь на помощь пришел палеонтологический метод.

Палеонто­логия — одна из самых увлекательных наук геологического и биоло­гического профиля. Она занимается изучением ископаемых остатков животных и растений, определением их систематического состава в общей иерархии и их строения, которые в целом способствуют уста­новлению закономерностей эволюционного развития органическо­го мира.

В начале XIX в. возникла реальная возможность построения свод­ной геологической шкалы относительной хронологии. Ее относи­тельность вытекает из того, что анализ и определение видовой или родовой принадлежности ископаемых остатков не могут точно ука­зать время образования горных пород, их заключающих, и продол­жительность существования самих организмов, но позволяют оп­ределить относительную 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.

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. Самой крупной стратиграфической единицей является эратема, в состав которой входит несколько систем. В свою очередь системы состоят из отделов и ярусов. Каждой стратиграфической единице присвоены собственные названия. В начале XIX в. В. Смит предложил палеонтологический метод, который был, затем деталь­но разработан Ж. Кювье и А. Броньяром. Важную роль в этом мето­де играют те группы организмов, которые существовали в течение короткого времени и были распространены во всех морях и океанах и на многих континентах. Такие роды и виды организмов оказались своеобразными реперами в геологической истории и получили на­звание руководящих ископаемых. Руководящими формами ископае­мых организмов в континентальных отложениях являются скелеты динозавров или их фрагменты, скелеты птиц, хоботных, приматов, лошадей и следы их жизнедеятельности организмов (отпечатки сле­дов, кладки яиц), а также остатки растений (отпечатки листовой флоры, остатки фрагментов веток, стволов, побегов, минерализованные окремненные либо известковые остатки). Среди морских организмов руководящими являются граптолиты, трилобиты, брахиоподы, мшанки, головоногие моллюски (аммониты и белемни­ты), ряд представителей брюхоногих и двустворчатых моллюсков, а также фораминиферы, радиаолярии, диатомеи. Недавно научились выделять из осадков мельчайшие организмы — нанопланктон, а так­же споры и пыльцу растений.

Поделитесь с Вашими друзьями: