Земная кора и геологическое летоисчисление. Геологическое летоисчисление. Основные этапы геологической истории Земли

Геологическое летоисчисление. Основные этапы геологической истории Земли

«Никто не может рассказать нам, как образовалась Земля, так как ни один ученый не мог наблюдать это сам» (Академик В.А. Обручев).

Образование и возраст Земли

Вопрос о происхождении и возрасте нашей планеты издавна занимает умы землян. По последним данным, Земля образовалась из холодного газово-пылевого облака 4,6 млрд. лет назад.

При столкновении частиц газово-пылевого облака выделялось тепло. В результате, уже на ранней стадии эволюции Земли начали проявляться процессы гравитационной дифференциации вещества. Тяжелые элементы, опускаясь вниз, образовали центральное ядро Земли. Более легкие поднимались вверх.

В определенный момент Земля достигла размеров, достаточных для того, чтобы удерживать газы, выделявшиеся на ее поверхность из внутренних зон.

Земная атмосфера, видимо, состояла, главным образом, из углеводородных газов, аммиака, углекислоты и свободного водорода.

Взаимодействие между углекислотой и водородом, по-видимому, привело к образованию метана и водяного пара. В атмосфере и на поверхности Земли появилась вода. Около 4 млрд. лет назад образовалась твердая базальтовая кора. С тех пор Земля прошла необратимый путь развития и приобрела сложную геологическую структуру. Восстановить основные этапы эволюции Земли ученым удалось с помощью специальных геологических методов.

Стратиграфическая шкала

Одним из таких методов является стратиграфический метод. Стратиграфия (лат. «стратум» - слой, греч. «графо» - пишу) - это наука, изучающая последовательность формирования горных пород и периодизацию геологической истории.

По мере накопления фактических данных ученые приходили к мнению о значительной длительности геологической истории Земли. Стало очевидным, что горные породы, слагающие земную кору, образовались в определенной последовательности.

Особая роль в развитии стратиграфического метода принадлежит датскому натуралисту Николаусу Стенону (1638-1987). Он высказал следующие важные постулаты: каждый слой, заключающий оболочки другого слоя, образуется после него; всякий слой отложится после того, на котором он залегает, и ранее того, который его покрывает.

Подлинную революцию в стратиграфии совершили данные палеонтологии (греч. «палайос» - древний, «онтос» - сущее, «логос» - учение). Это наука о вымерших животных и растениях, населявших некогда Землю. Отмирая, они последовательно захоронялись в древних осадках, «консервировались» в них и превращались в окаменелости.

В 1799 г. англичанин Уильям Смит (1769-1839) обратил внимание на то, что в некоторых пластах горных пород, далеко отстоящих друг от друга, содержатся одинаковые окаменелости. Это натолкнуло Смита на мысль, что слои с одинаковыми окаменелостями являются одновозрастными.

Опираясь на результаты палеонтологических исследований и принцип Смита, геологи подразделили всю толщу осадочных слоев земной коры на ряд естественных серий. Каждой из них соответствует свой определенный комплекс ископаемых окаменелостей.

Это позволило затем разработать стратиграфические шкалы, основанные на эволюции органического мира и выделении естественных этапов развития Земли. Стратиграфическая шкала - это графическое изображение последовательности напластования геологических образований в конкретном районе или в целом по земному шару. Различают общую для всего земного шара, региональные и локальные (для отдельного участка земной коры) стратиграфические шкалы.

Сначала шкалы последовательности напластования горных пород строились, в основном, на литологическом (греч. «литос» -камень) принципе. Одну из первых таких шкал по материалам Саксонии создал немецкий геолог Абраам Готлоб Вернер (1749-1817). Он считал, что в каждую эпоху на земном шаре образуются горные породы определенного состава. Вернер подразделил все породы на «первозданные» и более молодые - «переходные», «слоистые» и «наносные» формации. Каждая из них характеризовалась различным минеральным составом.

Общая для всего земного шара стратиграфическая шкала была разработана в 1881 г. в Болонье и в 1900 г. в Париже на второй и восьмой сессиях Международного геологического конгресса. Основными ее подразделениями являются группы. Они представляют наиболее крупные комплексы горных пород. Группы подразделяются на системы. А системы, в свою очередь, состоят из серий (отделов), ярусов и зон.

Шкала стратиграфических и хронологических подразделений

Стратиграфические

подразделения

Хронологические

подразделения

Группа

Эра

Система

Период

Серия (отдел)

Эпоха

Ярус

Век

Зона

Фаза

В разрезе земной коры выделяются пять групп. Это - архейская, археозойская (греч. «архэос» - изначальный, древний, «зоэ» -жизнь), протерозойская (греч. «протерос» - более ранний), палеозойская (греч. «палайос» - древний), мезозойская (греч. «мезос» - средний) и кайнозойская (греч. «кайнос» - новый) группы.

Геохронологическая шкала

Параллельно со стратиграфической шкалой, отражающей последовательность образования горных пород, была создана шкала геологического времени. Ее назвали геохронологической (греч. «гео» -земля, «хронос» - время) шкалой. Подразделения геохронологической шкалы соответствуют определенным подразделениям стратиграфической шкалы. Так, группы горных пород образовались в течение одной эры, системы - в течение периодов и т.д.

Созданная таким образом геохронологическая шкала указывала не абсолютные даты (в годах), а лишь относительную последовательность и соподчиненность во времени геологических событий, выделенных по данным эволюции органического мира.

Ученые не сразу научились определять абсолютный возраст горных пород и длительность подразделений стратиграфической шкалы. Здесь на помощь геологам пришли радиологические методы. Они позволяют устанавливать возраст горных пород в абсолютных единицах времени - в тысячах и миллионах лет.

Радиологические методы основаны на использовании явления самопроизвольного распада радиоактивных элементов - урана, тория, калия и др. Конечными продуктами распада атомов урана и тория являются металл свинец и газ гелий. Из 100 г урана за 74 млн. лет образуется 1 г (1 %) изотопа свинца Pb 206 . Гелий частично улетучивается, свинец же постоянно накапливается в минералах.

Распад содержащихся в горных породах радиоактивных элементов происходит с постоянной скоростью, не зависящей от изменения условий окружающей среды. Зная скорость распада, например, урана, оставшееся его количество и количество накопившегося в минерале свинца, можно путем умножения количества свинца (в процентах) на 74 млн. лет определить абсолютный возраст минералов. А по нему можно установить и время образования данного пласта.

Кроме свинцового метода используется и аргоновый метод определения абсолютного возраста горных пород. Он основан на распаде широко распространенного в природе изотопа калия с атомной массой 40. Около 12 % указанного изотопа калия в процессе радиоактивного распада переходит в аргон с тем же атомным весом. Частицы аргона удерживаются в кристаллических решетках минералов. В случае аргонового метода определяется соотношение в калиевых минералах изотопов аргона и калия с атомным весом 40.

Геологическая история земли подразделяется на пять эр. Из названия совпадают с названием соответствующей группы стратиграфической шкалы. Это - архейская (археозойская), протерозойская, палеозойская, мезозойская и кайнозойская эры.

В породах архея и протерозоя обнаружены лишь редкие следы простейших ископаемых организмов. Поэтому допалеозойский этап назван криптозоем (греч. «криптос» - скрытый, «зоэ» - жизнь). В отличие от него, следующий этап геологической истории Земли получил название фанерозой (греч. «фанерос» - явный, «зоэ» - жизнь) .

Криптозойский этап

Между возрастом Земли как планеты (4,6 млрд. лет) и возрастом изученных древнейших горных пород имеется большой хронологический пробел. Геологическая история Земли насчитывает 4,2 - 4,0 млрд. лет. Основную ее часть - более 85 % составляет допалеозойский этап. Он охватывает огромный по продолжительности интервал (3,4 - 3,6 млрд. лет), соответствующий времени формирования отложений археозойской и протерозойской групп.

Таблица

Геологические этапы и развитие жизни на земле

Эра

Система

Главнейшие группы организмов

Абсолютный возраст (млн. лет)

Кайно-

зойская

Антропо-геновая

Человек, млекопитающие, морские и пресноводные моллюски, кораллы, морские ежи и лилии, губки, фораминиферы

0 - 1,6

Неоге-новая

Млекопитающие, в том числе векообразные обезьяны и трехпалые лошади

1,6 - 24,6

Палеоге-

новая

Господство млекопитающих (появление низших обезьян); пресмыкающиеся. Из беспозвоночных пелециподы, гастроподы, нуммулиты, орбитолиды; из водорослей - диатомовые

24,6 - 65

Мезо-зойская

Меловая

Млекопитающие; в массовом количестве пресмыкающиеся. Расцвет и гибель динозавров – на суше, в воде и воздухе. Костистые рыбы; птицы. Из беспозвоночных - крупные аммониты, устрицы, белемниты, кораллы, губки, мелообразующие глобигерины, орбитолины. Покрытосеменные и голосеменные растения

65 - 144

Юрская

Массовое развитие пресмыкающихся амфибий; примитивные млекопита-ющие; костистые рыбы, рифообразующие кораллы, аммониты, устрицы; насекомые

144 - 213

Триасовая

Первые млекопитающие (мелкие сумчатые). Костистые рыбы. Господство пресмыкающихся - наземных, водных, летающих; первые ящерицы, черепахи, крокодилы, змеи. Динозавры. Ихтиозавры. Птерозавры. Археоптерикс. Из беспозвоночных - морские лилии, аммониты, белемниты, беллерофоны, кораллы и др.

213 - 248

Палеозойская

Пермская

Вымирают трилобиты и панцирные рыбы. Амфибии, примитивные пресмыкающиеся; беспозвоночные - брахиоподы, гониатиты, аммониты, пелециподы, мшанки. Гибнут леса папоротников и хвощей. Большинство споровых растений (плауновых, хвощевых) заменилось голосеменными в виде первичных хвойных

248 - 286

Карбоно-вая

Расцвет земноводных и насекомых. Позвоночные - акулоподобные рыбы; из беспозвоночных - брахиоподы, гониатиды, наутилоидеи; из растений - семенные папоротники и кордаиты, плауновые, каламиты, клинолистники

286 - 360

Палеозойская

Девонская

Первые амфибии; первые акулы, кистеперые и двоякодышащие рыбы, панцирные рыбы. Из беспозвоночных - расцвет четырехлучевых кораллов и кальцеол, спирифериды, пентамериды, гониатиты, трилобиты, морские лилии. Первые бескрылые насекомые. Псилофитная флора к концу периода вытесняется папоротниками, плаунами, хвощами. Первые голосеменные растения

360 - 408

Силурийская

Выход на сушу скорпионов и многоножек. Позвоночные - хрящевые рыбы, примитивные рыбообразные бесчелюстные. Из беспозвоночных - многообразные плеченогие, моллюски, членистоногие (ракообразные, трилобиты), граптолиты, четырехлучевые кораллы, появление морских лилий и морских ежей

408 - 438

Ордовик-ская

Первые рыбообразные бесчелюстные позвоночные. Панцирные рыбы; ракообразные - остракоды, листоногие раки; трилобиты, граптолиты, четырехлучевые и трубчатые кораллы; плеченогие, ранние представители мшанок; наутилоидеи. Массовое развитие водорослей. В раннем и среднем кембрии массовое развитие археоциат, к концу периода археоциаты вымирают.

438 - 505

Кембрий-ская

Трилобиты и ракообразные. Появление граптолитов, губок, строматопороидей, брахиопод, примитивных наутилоидей и морских звезд. Появление скелетных организмов. Массовое развитие археоцит. Обилие красных и сине-зеленых водорослей.

505 - 570 (590)

Проте-розой-ская

Массовое развитие одноклеточных и многоклеточных бактерий, сине-зеленых, реже красных и зеленых водорослей. В конце эры появление ранних археоциат, губок, червей, медуз

520 - 2600

Архей-ская

Появление примитивных бактерий и водорослей

2600 - 4200

Архейская эра .

В архейскую эру, продолжавшуюся 1,6 млрд. лет, интенсивно проявлялись магматизм и складчатость. О том, каким был рельеф Земли в архее, можно судить по космическим снимкам поверхности Луны. Ее рельеф создан вулканической деятельностью и столкновениями с метеоритами. По-видимому, в начале архея и Земля подвергалась бомбардировке каменными и железными метеоритами.

Метеоритные кратеры обнаружены и на Земле.

В то время на Земле уже существовали атмосфера и гидросфера. Атмосфера содержала пары воды, углекислоту, аммиак, метан, водород и другие газы. Древние процессы выветривания, эрозии, денудации привели к уничтожению и выравниванию возвышенного рельефа. Уносимые текучими водами обломочные частицы осаждались в архейских морях. Так возникли первичные осадочные толщи на Земле.

В последующее время архейские породы были смяты в складки и прорваны многочисленными разновозрастными магматическими интрузиями.

Архейские породы слагают складчатый фундамент платформ. Они выходят на поверхность в области Балтийского, Алданского, Канадского и других щитов.

Органический мир архея . Земля - колыбель жизни. Биосфера начала формироваться на ранних стадиях развития планеты. Память об органическом мире архея донесли до нас сохранившиеся в осадочных пластах следы обитавших в архейских морях примитивных одноклеточных организмов.

По поводу возможности жизни в самом начале архея высказываются две противоположные точки зрения. Одни ученые полагают, что в это время жизни на Земле не было, так как в атмосфере отсутствовал свободный кислород. Лишь с его появлением развившиеся в атмосфере и на земной поверхности химические процессы привели к образованию первичных белковых соединений. Вследствие понижения температуры и сгущения водяных паров, в углублениях земной коры образовались первичные океаны. В них, возможно, возникли белковые комочки без оболочки, не дифференцированные на ядро и протоплазму. В последующем в процессе эволюции этих соединений возникла простейшая и примитивнейшая жизнь.

Другие ученые утверждают: жизнь на Земле существует столько же времени, сколько и сама Земля как планета. Самые древние горные породы (около 4 млрд. лет) несут в себе «метку жизни». Содержащийся в них углерод имеет изотопный состав, отвечающий «живому» углероду. Он сходен с составом углерода, связанного с современными биологическими объектами.

В архее уже существовали микроскопические примитивные одноклеточные морские организмы, не имеющие обособленного ядра. Это - бактерии и колониальные сине-зеленые водоросли. Их древнейшие следы обнаружены в Гренландии (3,8 млрд. лет), Австралии (3,5 млрд. лет) и Южной Африке (3,1 - 2,6 млрд. лет). Однако эти примитивные формы жизни являются уже достаточно сложными организмами. Как выглядели их предки и когда они появились, достоверно неизвестно. Ибо они не имели жестких частей тела, которые могли бы захорониться в осадках.

Протерозойская эра.

Продолжалась с 2600 до 570 млн. лет назад. Ее подразделяют на ранний (2600 - 1600 лет назад), средний (1600 - 900 млн. лет) и поздний (900 - 570 млн. лет) протерозой. За этот огромный по продолжительности отрезок времени накопился мощный комплекс ныне метаморфизированных обломочных и вулканогенно-обломочных отложений. Они отделены от архея крупным структурным несогласием.

В конце архея - начале протерозоя проявились древнейшие складчатые движения. Они привели к образованию первых платформ, получивших название древних, или протоплатформ (греч. «протос» - первый).

Следующая мощная складчатость, названная байкальской, произошла на огромных пространствах в конце протерозоя. В это время на Земле появились грандиозные горные поднятия - «байкальские». Платформы, образовавшиеся в результате проявления складчатые структуры», или коротко - «байкалиды байкальской складчатости, называются эпибайкальскими (греч. «эпи» - после) платформами.

В складчатые эпохи в земной коре возникли многочисленные глубинные разломы. По ним из мантии поднимались магматические расплавы. Они существенно увеличивали толщину земной коры.

Протерозойские горно-складчатые структуры, видимо, были очень высокими. Имеются данные, указывающие, на то, что в начале протерозоя, 2,5-2,1 млрд. лет назад, на Северо-Американском континенте и в Южной Африке существовали ледниковые образования.

Древнейшие ленточные глины и ледниковые морены обнаружены среди верхнепротерозойских отложений в различных районах земного шара. 1000-600 млн. лет назад ледниковые покровы появились на вершинах высоких горных сооружений в пределах Северной и Южной Америк, Гренландии, Австралии, Центральной и Южной Африки, Русской платформы, Урала, Казахстана, Южного Китая и Кореи.

К концу протерозойской эры под воздействием процессов внешней динамики - выветривания и денудации докембрийские горно-складчатые сооружения были, по-видимому, в значительной мере разрушены и нивелированы.

Предполагается, что в конце протерозойской эры в Южном полушарии существовал единый континент - Гондвана. Это имя он получил по названию народов («гонды»), населявших Центральную Индию. В Гондвану входили нынешняя территория Бразилии, значительная часть Африки, Аравии, Индии, Австралии. По мнению одних ученых, Гондвана состояла только из указанных частей современных материков. В протерозое они составляли единый сверхматерик, а затем разошлись в разные стороны. Между ними образовались разделяющие их ныне океаны. Другие считают, что в состав Гондваны входили и пространства, занятые впадинами Индийского и южной части Атлантического океанов.

Органический мир протерозоя . Следы жизнедеятельности колониальных фотосинтезирующих сине-зеленых водорослей и бактерий найдены в нижнепротерозойских кремнистых сланцах (2,5 - 2,0 млрд. лет назад) Карелии и Кольского полуострова (Россия) и в районе озера Онтарио (США и Канада). Обнаружены следы водорослей и бактерий также в осадочных породах верхнего протерозоя. Они имеют вид известковых построек, называемых строматолитами (греч. «строма» - подстилка, «литос» - камень).

Жизнь в протерозое характеризовалась большим разнообразием, чем в архее. Около 1,5 млрд. лет назад появились первые многоклеточные организмы. Они оставили следы зарывания в протерозойских осадочных породах. Это - затвердевшие комочки илистого грунта, которые, как полагают, прошли через кишечник каких-то животных. Подобные мелкие червеобразные «колбаски» называют вермикулитесами (лат. «вермикулатус» - червеобразный). В отложениях верхнего протерозоя (800 - 700 млн. лет назад) обнаружены редкие остатки кишечнополостных, членистоногих, червей и других беспозвоночных животных.

Полезные ископаемые докембрия. С криптозойскими отложениями связаны месторождения разнообразных полезных ископаемых.

Так, в архее выявлены месторождения руд хромитов (Австралия, Северная Америка, Африка), медноникелевых руд, золота, железа (Канадский, Балтийский щиты, Австралия), колчедано – медно – золото - серебряная минерализация, редкометальные пегматиты и др. Открыты крупнейшие месторождения земельных руд, называемых джеспилитами (англ. «джаспер» - яшма), или железистыми кварцитами. Это - глубоко метаморфизированные слоистые кварцево-железистые породы осадочного или вулканогенно-осадочного происхождения. Некоторые ученые считают, что джеспилитовые месторождения железных руд образовались в результате деятельности железобактерий. Они известны в протерозое России, Украины, Северной Америки, Бразилии, Индии, Южной Африки. В России к ним относятся, в частности, месторождения железных руд Курской магнитной аномалии, а также месторождения Карелии, Кольского полуострова, Восточной Сибири. Железистые кварциты района Исуа в Гренландии являются древнейшими датированными горными породами Земли (3760 млн. лет).

Среди полезных ископаемых протерозоя, кроме железных руд, главное место занимают руды марганца, никеля, кобальта, меди, хрома, полиметаллов и урана, золото и алмазы. Известны залежи эвапоритов (лат. «эвапоро» - испаряю). В самой верхней части протерозоя известны проявления углеводородов.

Фанерозойский этап

Фанерозойский этап истории Земли продолжается всего 570 - 590 млн. лет. Он включает палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры.

Палеозойская эра. Палеозойская группа включает шесть систем: кембрийскую, ордовикскую, силурийскую, девонскую, каменноугольную и пермскую. Названия им даны в основном по имени местности, где они были впервые установлены, или племен, населявших эту местность. Так, кембрийская система

названа по древнему имени полуострова Уэльса (Кембрия). Ордовик - название древнего племени, заселявшего Англию; силур - племени, жившего в Уэльсе. Девон получил свое название от графства Девоншир в Англии, Пермь от Пермского царства в России. Исключение составляет каменноугольная система (карбон). Названа она так потому, что ее отложения богаты каменным углем.

Соответственно, палеозойская эпоха подразделяется на кембрийский, ордовикский, силурийский, каменноугольный и пермский периоды. Их общая продолжительность - 322-342 млн. лет. Кембрий, ордовик и силур относятся к раннему палеозою. Девон, карбон и пермь составляют поздний палеозой. В стратиграфической шкале им соответствует нижний и верхний палеозой.

В начале палеозойской эры на материках Северного полушария существовали платформы, образовавшиеся в конце протерозоя. Это Северо - Американская, Восточно - Европейская, Сибирская, Северо - китайская и Южно-Китайская платформы. В Южном полушарии располагались Южно -Американская, Африканская, Индостанская, Австралийская и Восточно -Антарктическая платформы.

Кембрийский период продолжался 65,0 - 85,0 млн. лет. К его началу протерозойские складчатые области были нивелированы процессами выветривания, эрозии и денудации. В кембрийское время большая часть платформенных массивов погрузилась под уровень неглубоких морей. Отложившиеся на их дне осадки покрыли маломощным осадочным чехлом поверхность допалеозойского складчатого фундамента.

Тем самым было положено начало формированию древних плит. К ним относятся, например, Ленско - Енисейская плита Сибирской платформы, Миссисипская плита Северо - Американской платформы и др. На плитах начали формироваться антеклизы и синеклизы. Так, на Восточно - Европейской платформе в конце протерозоя - начале палеозоя была заложена крупная Московская синеклиза и Волго-Уральская антеклиза. На Сибирской платформе - очень крупная Тунгусская синеклиза.

В ордовикский период (67,0 млн. лет) на материках Северного полушария проявилась трансгрессия моря. Гондвана на всем протяжении палеозойской эры оставалась, в основном, сушей.

Проявлением мощных горообразовательных движений ознаменовался силурийский период (30,0 млн. лет). Эта складчатость получила название раннепалеозойской, или каледонской (Каледония - древнее название Шотландии). С нею связана существенная перестройка структуры земной коры на значительных участках суши. Возникли новые - каледонские складчатые области, или калеониды. Они представлены восточной полосой Аппалачских гор, Грампианскими, Норвежскими, Западно - Уральскими, частью Казахстанских гор, Западными Саянами, Северо - Тяньшанскими и другими горными сооружениями.

Предполагают, что в результате проявления каледонской складчатости произошло воссоединение Северо - Американской и Восточно - Европейской платформ в один обширный Северо - Атлантический материк. А в азиатской части земного шара возник второй крупный материк - Ангарида.

Повсеместные восходящие движения земной коры вызвали крупнейшую регрессию моря. Вследствие этого в начале девона, который продолжался 48,0 млн. лет, на земном шаре господствовала суша. Но в среднем девоне под уровень моря погрузились обширные участки Северо - Атлантического материка и Ангариды. В это время, в частности, сформировалась Русская плита Восточно -Европейской платформы.

В девоне (48,0 млн. лет) большое развитие получил поверхностный магматизм. В частности, в каледонидах Шотландии, Казахстана и Северного Алтая на земную поверхность изливались базальтовые лавы, извергались значительные массы вулканического пепла.

Каменноугольный (74,0 млн. лет) и пермский (38,0 млн. лет) периоды характеризовались чередованием морских трансгрессий и регрессий. В это время проявилась новая - позднепалеозойская, или герцинская, складчатость. Возникшие с начала среднего карбона до конца перми складчатые сооружения получили название герцинских складчатых областей, или герцинид (Герциния - древнеримское название гор Гарца в Германии).

Герцинская складчадость - третья (после байкальской и каледонской) крупная складчадость в истории земного шара. Горообразование особенно интенсивно проявилось в Атлантическом, Средиземноморском и Урало - Монгольском регионах. Здесь возникли Скалистые, Судетские, Рейнские, Астурийские, Польские, Восточно - Уральские, Центрально - Казахстанские, Алтайские, Южно - Тяньшаньские, Индо - Китайские и другие горные сооружения. Они причленились к Северо - Атлантическому материку и Ангариде. В пределах Годваны возникли Восточно - Австралийские горы.

В пермский период произошла наибольшая за всю палеозойскую эру регрессия моря. Согласно одной из версий, в Северном полушарии к древним и эпибайкальским платформам присоединились каледонские и герцинские складчатые области. В результате произошло объединение Северо - Атлантического материка и Ангариды в один колоссальный континентальный массив. Его назвали Лавразией (по реке Св. Лаврентий и Азии). Этот материк протянулся от скалистых гор на западе до Верхоянского хребта на востоке. В структурном отношении он состоял из сочленения разнородных докембрийских, каледонских и герцинских складчатых систем.

На высоких герцинских горных сооружениях возникали ледниковые покровы. В позднем палеозое (400 - 240 млн. лет назад) мерзлота захватывала Южную и Центральную Африку, Бразилию, Южную Америку, Антарктиду, горные районы Индии, Австралии и Аравийского полуострова.

Расширился также и сверхматерик Южного полушария - Гондвана. К окраинным частям Южно - Американской, Африканской и Австралийской платформ причленились герцинские горно - складчатые сооружения.

В конце пермского периода активно проявилась магматическая деятельность. На платформах по многочисленным трещинам и разломам на земную поверхность изливалась базальтовая магма. Наиболее интенсивно это происходило на Сибирской платформе. Здесь в пределах Тунгусской синеклизы базальтовые излияния проявились на площади свыше 1,5 млн. км 2 .

Органический мир палеозоя. 570 - 590 млн. лет назад в развитии органического мира Земли произошел огромный скачок. В палеозойских морях продолжали существовать известные с археозоя и протерозоя бактерии и водоросли. Но начиная с этого времени, последовательно появлялись все известные ныне типы животных и растений.

Кембрийские бассейны заселяли многочисленные беспозвоночные скелетные организмы. Среди них были археоциты, напоминавшие по форме кубки и чаши с двойными стенками, древние родичи ракообразных - трилобиты, кораллы, примитивные морские звезды, брахиоподы, граптолиты, а также мшанки, моллюски и др. Впервые появились скелетные организмы.

В ордовикский период вымирают археоциты. Но пышное развитие получили другие беспозвоночные. Главенствующую роль приобрели трилобиты. Наряду с ними развиваются первые головоногие моллюски со спиральной раковиной - наутилусы («кораблики»). В конце ордовика появились первые рыбоподобные бесчелюстные позвоночные.

Силурийский период знаменуется появлением иглокожих - морских лилий и морских ежей. Одновременно в морях распространяются бесчелюстные (панцирные) рыбы, первые представители которых жили еще в кембрии. В конце силура появились рыбы с внутренним хрящевым скелетом.

В силуре из моря на сушу вышло первое живое существо - скорпион, а за ним - многоножки. На суше появляются и первые высшие растения - псилофиты (греч. «псилёс» - лысый, голый, «фитон» - растение) Они не имели ни корней, ни листьев; все функции организма выполнял стебель. Завоевание суши растениями произошло в конце силура и в начале девона.

В девоне процветал класс рыб. Наряду с панцирными рыбами (исчезнувшими в конце девона), впервые появились лучеперые, двоякодышащие и кистеперые рыбы, а также первые хрящевые акулы и скаты. Плавательный пузырь двоякодышащих и панцирных рыб приспособился поглощать кислород из воздуха. Вследствие этого он мог выполнять функцию дыхательного органа. И рыбы могли дышать как жабрами, так и при помощи плавательного пузыря. С девона широко распространились аммоноидеи (гониатиды), двустворчатые и брюхоногие моллюски, колониальные и одиночные кораллы, крупные фораминиферы, морские лилии и др. Озера девонского периода время от времени пересыхали. В поисках новых водоемов кистеперые рыбы впервые вышли на сушу. Они, возможно, стали родоначальниками всех наземных позвоночных. Свое название кистеперые рыбы получили оттого, что их плавники имеют вид кистей со срединной осью, покрытой чешуей. Они напоминают примитивные конечности. Кистеперые рыбы сохранились до наших дней. Один их вид - целакантус обнаружен у берегов Юго - Восточной Африки. На сушу в девонский период вышли многие другие представители животных. Появились крупные скорпионы, стегоцефалы и первые бескрылые насекомые. В мире рас­тений в конце девона псилофиты были вытеснены папоротниками (археоптерисами), хвощами и плаунами, голосеменными растениями. Расцвет земноводных и насекомых приурочен к каменноугольному периоду. На суше появились первые хищные и травоядные пресмыкающиеся - рептилии. Широко распространились гигантские панцироголовые земноводные. Это были хвостатые четвероногие, с тяжелым массивным черепом. Они обитали вблизи воды в условия влажного теплого климата. В карбоне сушу завоевали громадные лесные массивы с гигантскими мощными деревьями. Они достигали 30 - 50 м в высоту и до 2 м в поперечнике. Наиболее характерными представителями карбоновых лесов были гигантские 15 – 30 - метровые плауновые. С ними соперничали высотою великаны из хвощевых - каламиты. В среднем карбоне появились кордаиты - папоротниковидные голосеменные. Пермский период был благоприятным для обитания пресмыкающихся. Среди них были крупные хищники иностранцевии, растительноядные парейазавры и морские рептилии - мезозавры. К концу палеозоя вымирают многие группы организмов - гониатиты, замковые брахиоподы, четырехлучевые кораллы, трилобиты, панцирные рыбы и др. Погибли леса папоротников и хвощей. Большинство споровых растений (плауновых, хвощевых) заменилось голосеменными.

Полезные ископаемые палеозоя. Палеозойские отложения содержали разнообразные полезные ископаемые. В частности, к магматическим породам приурочены месторождения платины, хромовой, титановой и других руд. А в контакт магмы с известняками образовались месторождения магнитного и красного железняка. Примером таких месторождений являются горы Магнитная, Высокая и Благодать на Урале. В отложениях кембрийской системы содержатся месторождения каменной соли (Усолье близ Иркутска; Соляной хребет на севере Пакистана), нефти (Восточная Сибирь), фосфоритов (хребет Каратау на полуострове Мангышлак в Казахстане). Для ордовика характерны горючие сланцы, образовавшиеся из сине-зеленых водорослей (Эстония, Ленинградская область), нефть и газ (Сибирская платформа), каменная соль, гипс, фосфориты (бассейн Днестра).

В силурийский период образовались месторождения самородного золота, железных полиметаллических и других руд, каменной соли и гипса. Химические осадки - соли и гипс образовались в девонских лагунах и озерах. С осадками девона связаны также месторождения угля (Кузнецкий бассейн, Тиманский кряж, остров Медвежий), нефти и газа - в России (Республика Коми, Урал, Поволжье), Белоруссии, Украине, в США (Пенсильвания), а также бокситов (восточный склон Урала) и других полезных ископаемых.

В каменноугольный период проявилось самое мощное в истории Земли угленакопление. Отмирающие части растений падали на дно водоемов. При недостаточном для полного разложения доступе кислорода, под действием бактерий и грибков с течением времени они превращались в торф - исходный материал для образования ископаемых углей. Известные месторождения каменного угля находятся в России (Подмосковный Печорский, Таймырский, Камский бассейны) и Казахстане (Карагандинский, Экибастузский бассейны), на Украине (Донецкий бассейн), а также в Западной Европе (Англия, Франция, Бельгия) и США (Аппалачи). Отложения каменноугольной системы содержат крупные месторождения нефти, газа (Урало - Поволжье), бурых железняков (Липецкая, Тульская и Московская области), бокситов (Ленинградская область), нефелина и апатита (Кольский полуостров) киновари и антимонита (Украина).

В пермский период широко распространились континентальные условия. Это было время великого соленакопления. В России крупным месторождением калийных солей является Соликамское (Пермская область), месторождением каменной соли - Соль - Илецкое (Оренбургская область). Месторождения углей пермского возраста расположены в Кузнецком и Тунгусском бассейнах. Обнаружены они и в Антарктиде. Пермские базальтовые излияния содержат никелевые руды (Норильск).

Мезозойская эра . Мезозойская группа подразделяется на три системы - триасовую, юрскую и меловую. А мезозойская эра, продолжавшаяся 183 млн. лет, соответственно, на три периода - триасовый, юрский и меловой. Триасовая система получила свое название в связи с четким подразделением ее отложений на три части - нижний, средний и верхний триас. Соответственно, триасовый период (35,0 млн. лет) делится на три отдела - ранний, средний и поздний. В мезозое континенты Северного и Южного полушарий разделялись вытянутым в широтном направлении обширным морским бассейном. Он получил название Тетис - в честь древнегреческой богини моря.

В начале триаса в некоторых районах земного шара происходили мощные вулканические извержения. Так, в Восточной Сибири излияния базальтовой магмы образовали толщу основных горных пород, залегающих в виде огромных покровов. Такие покровы называются траппами (швед. «траппа» -лестница). Для них характерна столбчатая отдельность в виде ступеней лестницы. Вулканические извержения происходили также в Мексике и на Аляске, в Испании и Северной Африке. В Южном полушарии триасовый вулканизм резко проявился в Новой Каледонии, Новой Зеландии, Андах и других районах.

В триасе произошла одна из крупнейших в истории Земли регрессий моря. Она совпала с началом новой складчатости, продолжавшейся в течение всего мезозоя и получившей название мезозойской. Возникшие в это время складчатые сооружения по­лучили название мезозоид.

Юрская система названа по Юрским горам в Швейцарии. В юрский период, продолжавшийся 69,0 млн. лет, началась новая трансгрессия моря. Но в конце эры в области океана Тетис (Крым, Кавказ, Гималаи и др.) и особенно ощутимо в области Тихоокеанских окраин возобновились горообразовательные движения. Они привели к образованию горных сооружений внешнего Тихоокеанского кольца: Верхоянско - Колымских, Дальневосточных, Андийских, Кордильерских. Складчатость сопровождалась активной вулканической деятельностью. В Южной Африке и Южной Америке (бассейн реки Парана) в начале юрского периода произошли крупные излияния основных лав траппового характера. Мощность базальтовых толщ здесь достигает более 1000 метров.

Меловая система получила свое название в связи с тем, что в ее отложениях широко распространены слои белого мела. Меловой период продолжался 79,0 млн. лет. Его начало совпало с обширнейшей морской трансгрессией. Согласно одной из гипотез, северный сверхматерик Лавразия в это время распался на ряд отдельных континентов: Восточно-Азиатский, Северо-Европейский, Северо-Американский. Гондвана также распалась на отдельные континентальные массивы: Южно-Американский, Африканский, Индостанский, Австралийский и Антарктический. В мезозое образовались, возможно, все современные океаны, кроме, видимо, более древнего Тихого океана.

В позднемеловую эпоху на территориях, прилегающих к акватории Тихого океана, проявилась мощная фаза мезозойской складчатости. Менее интенсивные горообразовательные движения в это время происходили в ряде районов Средиземноморской области (Восточные Альпы, Карпаты, Закавказье). Как и в юрский период, складчатость сопровождалась интенсивным магматизмом. Мезозойские породы «пронзены» внедрившимися в них гранитными интрузиями. А на обширных пространствах Сибирской, Индийской, Африкано-Аравийской платформ в конце мезозоя происходили грандиозные излияния базальтовых лав. Они сформировали трапповые покровы. Мощность таких покровов на Деканском плато в Индостане достигает 2000 - 3000 м.

Органический мир мезозоя. На рубеже палеозойской и мезозойской эр животный и растительный мир существенно изменился. Для. Триасового периода характерно появление в морях новых головоногих (аммонниты, белемниты) и пластинчатожаберных моллюсков, шестилучевых кораллов и других групп. Появились костистые рыбы.

На суше это было время господства пресмыкающихся. Возникли новые их группы - первые ящерицы, черепахи, крокодилы, змеи. В начале мезозоя появились и первые млекопитающие - мелкие сумчатые величиной в современную крысу.

В триасе - юре появились и расцвели белемниты, гигантские растения; хищные пресмыкающиеся ящеры - динозавры (греч. «динос» - страшный, «саврос» - ящер). Они достигали в длину 30 м и более и весили до 60 тонн, освоили не только сушу, но и море. Здесь обитали ихтиозаврры (греч. «ихтис» -рыба) - крупные хищные рыбоящеры, достигавшие в длину более 10 м и походившие на современных дельфинов. Тогда же появились первые летающие ящеры - птерозавры (греч. «птерон» - крыло, «саврос» – ущер). Это были в основном небольшие (до полуметра) пресмыкающиеся, приспособившиеся к полету.

Распространенными представителями птерозавров являлись летающие ящеры - рамфоринхи (греч. «рамфос» - клюв, «ринос» - нос) и птеродактили (греч. «птерон» - перо, «дактилос» - палец). Их передние конечности превратились в летательные органы - перепончатые крылья. Главную пищу рамфоринхов составляли рыбы и насекомые. Наиболее мелкие птеродактили были величиной с воробья, наиболее крупные достигали размеров ястреба.

Летающие ящеры не являлись предками птиц. Они представляют собой особую самостоятельную эволюционную ветвь пресмыкающихся, которая полностью вымерла в конце мелового периода. Птицы произошли от других пресмыкающихся.

Самой первой птицей, видимо, является археоптерикс (греч. «археос» – древний, «птерон» - крыло). Это была переходная форма от пресмыкающихся к птицам. Размером археоптерикс был с ворону. Он имел короткие крылья, острые хищные зубы и длинный хвост с веерообразным оперением. Формой тела, строением конечностей и наличием оперения археоптерикс был сходен с птицами. Но по ряду признаков был еще близок к пресмыкающимся.

В юрских отложениях обнаружены остатки примитивных млекопитающих.

Меловой период - время наибольшего расцвета пресмыкающихся. Динозавры достигли огромных размеров (до 30 м в длину); масса их превышала 50 т. Они широко заселили сушу и воды, царили в воздухе. Летающие ящеры в меловой период достигли гигантских размеров - с размахом крыльев около 8 м.

Гигантские размеры были свойственны в мезозое и некоторым друг животным. Так, в меловых морях существовали моллюски - аммониты, раковины которых достигали в диаметре 3 м.

Из растений на суше, начиная с триасового периода, преобладали голосеменные: хвойные, гингковые и др.; из споровых - папоротники. В юрский период бурное развитие получила наземная растительность. В конце мелового периода появились покрытосеменные растения; на суше образовался травяной покров.

В конце мелового периода многие беспозвоночные и большинство гигантских ящеров вымерли. Причины их вымирания достоверно не установлены. Согласно одной гипотезе, гибель динозавров связывают с геологической катастрофой, происшедшей 65 млн. лет назад. Предполагают, что тогда с Землей столкнулся крупный метеорит.

В 70-х годах XX в. геолог Калифорнийского университета Уолтер Альварес и его отец физик Луис Альварес обнаружили в пограничных мел - палеогеновых отложениях разреза Губбио (Италия) необычайно высокое содержание иридия - элемента, в большом количестве содержащегося в метеоритах. Аномальное содержание иридия было обнаружено также на границе мела и палеогена в других районах земного шара. В связи с этим отец и сын Альваресы выдвинули гипотезу о столкновении с Землей крупного космического тела астероидного размера. Следствием столкновения было массовое вымирание мезозойских растений и животных, в частности динозавров. Это произошло около 65 млн. лет назад на рубеже мезозойской и кайнозойской эр. В момент столкновения мириады метеоритных частиц и земного вещества поднялись гигантским облаком в небо и на годы закрыли Солнце. Земля погрузилась в темноту и холод. В первой половине 80-х годов были проведены многочисленные геохимические исследования. Они показали, что содержание иридия в пограничных мел - палеогеновых отложениях действительно очень высоко - на два-три порядка выше его среднего содержания (кларка) в земной коре.

Полезные ископаемые мезозоя. Отложения мезозоя содержат много полезных ископаемых. Месторождения рудных полезных ископаемых образовывались в результате проявления базальтового магматизма. В широко распространенной триасовой коре выветривания присутствуют месторождения каолинов и бокситов (Урал, Казахстан). В юрский и меловой периоды происходило мощное угленакопление. В России месторождения мезозойских бурых углей расположены в пределах Ленского, Южно-Якутского, Канско-Ачинского, Черемховского, Чулымо-Енисейского, Челябинского бассейнов, на Дальнем Востоке и в других районах. К юрским и меловым отложениям приурочены знаменитые месторождения нефти и газа Ближнего Востока, Западной Сибири, а также Мангышлака, Восточной Туркмении и Западного Узбекистана.

В юрский период образовались горючие сланцы (Поволжье и Общий Сырт), осадочные железные руды (Тульская и Липецкая области), фосфориты (Чувашия, Подмосковье, Общий Сырт, Кировская область). К меловым отложениям приурочены месторождения фосфоритов (Курская, Брянская, Калужская и др. области) и бокситов (Венгрия, Югославия, Италия, Франция). С меловыми гранитными интрузиями и базальтовыми излияниями связаны месторождения полиметаллических руд (золота, серебра, меди, свинца, цинка, олова, молибдена, вольфрама и др.). Это, например, Садонское (Северный Кавказ) месторождение полиметаллических руд, оловянные руды Боливии и т.п. По берегам Тихого океана простираются два богатейших мезозойских рудных пояса: от Чукотки до Индокитая и от Аляски до Центральной Америки. В Южной Африке и Восточной Сибири к меловым отложениям приурочены месторождения алмазов.

Кайнозойская эра . Кайнозойская эра продолжается 65 млн. лет. В международной шкале геологического времени она подразделяется на «третичный» и «четвертичный» периоды. В России и других государствах бывшего Советского Союза кайнозой подразделяется на три периода: палеогеновый, неогеновый и антропогеновый (четвертичный).

Палеогеновый период (40,4 млн. лет) делится на раннюю - палеоценовую (10,1 млн. лет), среднюю - эоценовую (16,9 млн. лет) и позднюю - олигоценовую (13,4 млн. лет) эпохи. В Северном полушарии в палеогене существовали Северо-Американский и Евразиатский материки. Их разделяла впадина Атлантического океана. В Южном полушарии продолжали развиваться самостоятельно материки, отколовшиеся от Гондваны и разделенные впадинами Атлантического и Индийского океанов.

В эоценовую эпоху в области Средиземноморья проявилась первая фаза мощной альпийской складчатости. Она вызвала поднятие некоторых центральных участков этой области. К концу палеогена море полностью покинуло территорию Гималайско-Индостанской части Тетиса.

Образование многочисленных глубинных разломов в области Северного пролива и прилегающих районов Ирландии, Шотландии, Северной Англии и Гебридских островов; района Южной Швеции и Скагеррака, а также во всей области Северной Атлантики (Шпицберген, Исландия, Западная Гренландия) способствовало базальтовым излияниям.

В конце палеогенового периода во многих частях земного шара широко проявились разрывные и блоковые движения земной коры. В ряде районов Западно-Европейских герцинид возникла система грабенов (Верхнерейнский, Нижнерейнский). Система узких меридионально вытянутых грабенов (Мертвое и Красное моря, озера Альберта, Ньяса, Танганьика) возникла в восточной части Африканской платформы. Она протянулась от северной окраины платформы почти до крайнего юга на расстоянии свыше 5000 км. Разрывные дислокации здесь сопровождались грандиозными излияниями базальтовых магм.

Неогеновый период включает две эпохи: раннюю - миоценовую (19,5 млн. лет) и позднюю - плиоценовую (3,5 млн. лет). Для неогена было характерно активное горообразование. К концу неогена альпийская складчатость превратила большую часть области Тетиса в наиболее молодую в структуре земной коры альпийскую складчатую область. В это время приобрели свой современный облик многие горные сооружения. Возникли цепи Зондских, Молуккских, Ново -Гвинейских, Ново - Зеландских, Филиппинских, Рюккю, Японских, Курильских, Алеутских островов и др. В пределах Восточно - Тихоокеанских прибрежных окраин узкой полосой поднялись береговые хребты. Горообразование происходило и в области Центрально - Азиатского горного пояса.

Мощные блоковые движения вызвали в неогене опускание крупных участков земной коры - областей Средиземноморского, Адриатического, Черного, Восточно - Китайского, Южно - Китайского, Японского, Охотского и других краевых морей, а также Каспийского моря.

Поднятия и опускания блоков земной коры в неогене сопровождались зарождением глубинных разломов. По ним происходило излияние лав. Например, в области Центрального плато Франции. В зоне этих разломов возникли в неогене вулканы Везувий, Этна, а также камчатские, курильские, японские и яванские вулканы.

В истории Земли были часты периоды похолодания, чередовавшиеся с потеплением. Около 25 млн. лет назад, с конца палеогена, произошло похолодание. Одно из потеплений имело место в начале позднего неогена (плиоценовая эпоха). Следующее похо­лодание сформировало горно - долинные и покровные ледники в северном полушарии и мощный ледяной покров в Арктике. Многолетнее промерзание пород на севере России продолжается до настоящего времени.

Антропогеновый период начался около 2 млн. лет назад. Он получил свое название потому, что в начале этого периода появился человек (греч. «антропос» - человек). Антропоген подразделяется на эоплейстоцен (греч. «эос» - заря, «плейстос» - наибольший, «кайнос» - новый), плейстоцен и голоцен (греч. «голос» -- весь, «кайнос» - новый). Длительность голоцена не превышает 10 тыс. лет. Но некоторые ученые относят эоплейстоцен к неогену и нижнюю границу антропогена проводят на уровне 750 тыс. лет назад.

В это время более активно продолжилось поднятие Центрально-Азиатского горно-складчатого пояса. По мнению некоторых ученых, горы Тянь-Шаня и Алтая за антропогеновый период поднялись на несколько километров. А впадина озера Байкал погрузилась на 1600 м.

В антропогене проявляется интенсивная вулканическая деятельность. Наиболее мощные базальтовые излияния в современную эпоху наблюдаются в срединно - океанических хребтах и других обширных пространствах океанского дна.

«Великие» оледенения происходили на огромных пространствах северных материков и в антропогеновый период. Они сформировали и ледниковый покров Антарктиды. Эоплейстоцен и плейстоцен характеризуются общим похолоданием климата Земли и периодическим возникновением материковых оледенений в средних широтах. В среднем плейстоцене мощные ледниковые языки спустились почти до 50° с.ш. в Европе и до 40° с.ш. в США. Здесь мощность моренных отложений составляет первые десятки метров. Межледниковые эпохи характеризовались относительно мягким климатом. Средние температуры повышались на 6 - 12° С.

Формировавшиеся за счет вод морей и океанов огромные массы льда в виде ледников надвигались на сушу. Мерзлые породы распространялись на обширные пространства. Голоцен - послеледниковая эпоха. Его начало совпадает с окончанием последнего материкового оледенения Северной Европы.

Органический мир кайнозоя. К началу кайнозойской эры вымирают белемниты, аммониты, гигантские пресмыкающиеся и др. В кайнозое активно стали развиваться простейшие (фораминиферы), млекопитающие и костистые рыбы. Они заняли господствующее положение среди других представителей животного мира. В палеогене среди них преобладали яйцекладущие и сумчатые (подобие фауны этого типа частично сохранилось в Австралии). В неогене эти группы животных отступают на второй план и основную роль начинают играть копытные, хоботные, хищники, грызуны и другие известные ныне классы высших млекопитающих.

Органический мир антропогена похож на современный. В антропогеновый период от приматов, существовавших еще в неогене 20 млн. лет назад, произошел человек.

Кайнозойская эра характеризуется широким распространением наземной расти­тельности: покрытосеменных растений, трав, близких к современным.

Полезные ископаемые кайнозоя. В палеогеновый период происходило мощное углеобразование. Месторождения бурых углей известны в палеогене Кавказа, Камчатки, Сахалина, США, Южной Америки, Африки, Индии, Индокитая, Суматры. Палеогеновые марганцевые руды выявлены на Украине (Никополь), в Грузии (Чиатура), на Северном Кавказе, Мангышлаке. Известны палеогеновые месторождения бокситов (Чулымо - Енисейское, Акмолинское), нефти и газа. К неогеновым отложениям приурочены залежи нефти и газа (Баку, Майкоп, Грозный, Юго-Западная Туркмения, Западная Украина, Сахалин). В бассейне Черного моря, на территории Керченского и Таманского полуострова, в неогеновый период в различных районах происходило осаждение железных руд. В антропогеновый период образовались месторождения солей, строительных материалов (щебень, гравий, песок, глина, суглинок), озерно-болотных железных руд, а также россыпные месторождения золота, платины, алмазов, оловянной, вольфрамовой руд, драгоценных камней и др.

Геологическая история Земли трактуется учеными по-разному. Особенно большие споры вызывают вопросы, связанные с происхождением океанов и горно-складчатых областей, дрейфом материков и др. Одни ученые считают, что океанические впадины возникли на месте опустившихся крупных континентальных блоков. Другие считают, что океаны образовались в процессе раздвигания материков, которые в прежние геологические эпохи располагались более тесно по отношению друг к другу. Около полутора веков просуществовала геосинклинальная гипотеза. Согласно этой гипотезе, горно-складчатые области возникли на месте подвижных узких прогибов, в которых длительное время накапливались мощные осадочные толщи. А приверженцы новой тектонической концепции «тектоники плит» полагают, что горно-складчатые области возникли в результате столкновения и наползания друг на друга дрейфующих плит земной коры.

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 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 присвоение 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 формировании, 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 эона: 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 радиогеохронометрического. Для его определения используют радиоактивные изотопы урана, тория, рубидия, калия, углерода и водорода. Ввиду того что нам известны скорости распада радиоактивного изотопа, легко можно определить возраст минерала, а следовательно, и породы. В настоящее время разработаны и широко применятся различные методы ядерной геохронологии: ураноторий-свинцовый, ураноторий-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 - мacc-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 отложе, ний. Это палеомагнитный метод, основанный на явлении сохранения в толщах горных пород магнитных свойств. Горные породы, содержащие магнитные минералы, обладают ферромагнитными (намагниченными) свойства, ми 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.

План лекции.

7.1. Основные этапы эволюции Земли.

7.2. Относительный возраст горных пород и методы его определения.

7.3. Понятие об абсолютном возрасте горных пород.

7.1. Основные этапы эволюции Земли

Всю историю Земли можно подразделить на два этапа: догеологический и геологический.

ДОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЭТАП (космический, планетарный) охватывает промежуток времени от момента возникновения Земли как планеты до начала формирования земной коры. Его история не может быть восстановлена геологическими методами, и наши знания о нем основываются на общих представлениях о развитии Земли как одной из планет Солнечной системы. Главным содержанием догеологической эволюции Земли явилось расслоение ее вещества на оболочки-геосферы, завершившиеся образованием атмосферы и гидросферы. Данный процесс протекал параллельно с прогрессивным уплотнением родоначального сгущения.

Разогрев, следовавший за уплотнением, усиленный радиоактивными процессами, способствовал и ускорял процесс расслоения вещества Земли.

Легкие газы были рассеяны в мировом пространстве. Однако некоторые газы и летучие вещества были захвачены мантией Земли и затем "выжаты" к поверхности под действием возрастающих температур и давлений. Удаление этих веществ привело к образованию атмосферы.

В составе первичной атмосферы Земли преобладали углекислый газ и пары воды, поэтому она была непроницаема для солнечных лучей. Разогрев земной поверхности происходил за счет внутренней теплоты, регенируемой в процессе сжатия, гравитационной дифференциации вещества и радиоактивного распада. За счет внутренней теплоты поддерживалась изотермическая обстановка в нижних слоях атмосферы. Поэтому не могли иметь места гидрометеорологические процессы в современном смысле.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЭТАП охватывает отрезок от начала формирования земной коры до настоящего времени, когда на планете проявляются две основные группы процессов - эндогенные и экзогенные.

С появлением экзогенных процессов поверхность Земли становится ареной развития процессов разрушения, транспортировки продуктов разрушения и формирования толщ осадочных горных пород. Единство, в котором действуют экзогенные и эндогенные процессы, делает возможным последующие превращения осадочных пород, т.е. явления метаморфизма, магмообразования, вулканизма, что постепенно и постоянно усложняет строение земной коры. В результате формируется сложнопостроенная неоднородная по составу земная кора современного облика.

Сложный процесс развития земной коры реконструируется на основе изучения сохранившихся от этого процесса геологических документов: вещество земной коры, т.е. минералов и горных пород; геологических тел, структурных форм различного порядка; остатков животных и растительных организмов, захороненных в земной коре.

Для того чтобы разобраться в сложных сочетаниях горных пород, извлечь из этого практически важные сведения, необходимо уметь определять последовательность образования слагающих земную кору геологических объектов - горных пород.

7.2. Относительный возраст горных пород и методы его определения

ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ВОЗРАСТ устанавливает последовательность геологических образований, в частности горных пород, в ходе геологической истории. Среда методов определения относительного возраста выделяют геологостратиграфические и биостратиграфические. К первой группе принадлежат стратиграфический и минералого-петрографический методы.

СТРАТИГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД основан на изучении последовательности напластования осадочных пород. Основное его правило заключается в том, что в ненарушенных толщах горных пород перекрывающие слои всегда моложе подстилающих. Если в геологических разрезах встречаются секущие тела магматических пород, то действует правило: секущее тело моложе тех, которые оно пересекает.

Главным недостатком этого метода является то, что с его помощью затруднительно сопоставлять удаленные друг от друга разрезы горных пород, а также породы, залегание которых осложнено тектоническими нарушениями.

МИНЕРАЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД основан на определении относительного возраста отдельных слоев горных пород по характерным особенностям их состава и строения. Этот метод параллелизации слоев применим только в близко расположенных точках, и становится ненадежным в удаленных друг от друга геологических разрезах. Установлено, что часто горные породы одинакового возраста имеют разный состав и, наоборот, одновозрастные породы могут различаться по петрографическому составу, что указывает на различие в условиях их формирования. БИОСТРАТИГРАФИЧЕСКИЕ ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ основаны на изучении остатков органических форм, заключенных в осадочных породах в виде окаменелостей и отпечатков организмов, т.е. палеонтологических остатков, содержащихся в горных породах. Органическая жизнь в истории Земли развивалась постепенно - от простейших примитивных форм к более высокоорганизованным современным формам. Поэтому остатки организмов, захороненные в осадках в виде отпечатков и окаменелостей, могут служить надежным основанием для определения относительного возраста горных пород: горные породы, заключающие остатки наиболее примитивных организмов, будут древнее пород, содержащих остатки более высокоорганизованных растений и животных. Выяснено, что для пород определенного геологического возраста более характерны не отдельные окаменелости и отпечатки, а особые группы органических остатков, соответствующие ассоциациям (биоценозам) организмов, сменяющих друг друга в геологическом времени. Ведущая роль принадлежит руководящим ископаемым. Для них характерно: 1)быстрая эволюция во времени и, следовательно, ограниченное вертикальное распространение в геологических разрезах; 2)широкое распространение по площади.

Среди указанных методов важное значение имеют микропалеонтологический, основанный на изучении простейших микроорганизмов, И спорово - пыльцевой анализ, объектом изучения которого являются микроскопические растительные остатки: наружные оболочки спор и зерна цветочной пыльцы.

Часто при определении возраста возникает необходимость применения комплекса методов, но даже и в этом случае в земной коре существуют толщи, возраст которых неустановлен.

В ходе изучения истории земной коры была разработана периодизация ее истории, созданы единая для всего земного шара СТРАТИГРАФИЧЕСКАЯ и соответствующая ей ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ШКАЛА.

Стратиграфические и соответствующие им геохронологические подразделения следующие:

СТРАТИГРАФИЧЕСКИЕ ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ

Эонотема Эон

Группа (эратема) Эра

Система Период

Отдел Эпоха

Стратиграфические подразделения применяются для обозначения комплексов слоев горных пород, а геохронологическая - для обозначения времени, в течение которого эти- комплексы накопились.

ЭОНОТЕМИ - наиболее крупные стратиграфические подразделения, образование которых происходило в течение нескольких геологических эр. Выделяют две эонотемы: фанерозойскую (греч. «фанерос» - явный, «зоэ» - жизнь), объединяющий палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую группы, и криптозойскую (греч. «криптос» -скрытый), объединяющий протерозойскую и архейскую группы.

ГРУППЫ - крупные подразделения стратиграфической шкалы - это комплексы отложений, образовавшихся в течение одной эры. Они охватывают крупные эры развития земной коры. Это нашло в названиях групп: архейская («археос»-древнейший), протерозойская («протерос»-первичный), палеозойская («палеос»-древний), мезозойская («мезос»-средний), кайнозойская («кайнос»-новый).

Группы делятся на системы , объединяющие отложения, образовавшиеся в течение одного периода. Названия систем связаны с названием тех мест, где соответствующие отложения впервые были установлены и описаны. Например, девонская система названа по имени графства Девоншир в Англии, каменноугольная - по широкому распространению в ней отложений угля. Палеозойская группа состоит из шести систем: кембрийская, ордовикская, силурийская, девонская, каменноугольная и пермская. В мезозойскую входят: триасовая, юрская и меловая. Кайнозойская состоит из палеогеновой, неогеновой и четвертичной систем. Архей и протерозой не имеют общепринятых подразделений для всей планеты. Обычно эти группы называют докембрием. Еще более дробными подразделениями являются ОТДЕЛЫ и ЯРУСЫ. Каждую систему подразделяют на три отдела: нижний, средний и верхний.

Наряду с международной шкалой, используются вспомогательные подразделения - СЕРИИ, СВИТЫ, ПАЧКИ. На геологических картах породы различного возраста окрашиваются в соответствующие общепринятые цвета и обозначаются определенными индексами.

7.3. Понятие об относительном возрасте горных пород

Во многих случаях для решения вопросов теоретической и практической геологии необходимо установить АБСОЛЮТНЫЙ возраст пород, выраженный в обычных единицах времени.

Исторически первыми для этих целей были применены ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ методы, большинство из которых основано на изучении скорости геологических процессов. При этом полагается, что скорость процессов неизменна во времени. Например, был сделан подсчет возраста земной коры по суммарной мощности морских осадочных пород. При этом подсчете исходят из постулата постоянной скорости накопления осадков - 1 м в 7 тыс. лет.

СОЛЕВОЙ метод основан на предположении, что все соли Мирового океана возникли за счет солей, приносимых водами с суши и ежегодный принос солей не менялся со временем. Геологические методы далеки от точности, и в силу многих допущений они являются ненадежными.

Кардинальное решение вопроса определения абсолютного возраста пород стало возможным в XX в., в связи с использованием радиоактивных элементов, содержащихся в минералах.

Все РАДИОЛОГИЧЕСКИЕ методы основаны на явлении самопроизвольного распада радиоактивных элементов и исходят из предпосылки, что скорость этого процесса (период полураспада) для каждого радиоактивного элемента является величиной постоянной. Период полураспада Т, т.е. времени, в течение которого распадается половина атомов данного вещества, определяется:

Где - константа, характеризующая скорость радиоактивного распада; - средняя продолжительность жизни радиоактивных атомов.

Очевидно, что в каждом минерале, содержащим радиоактивный элемент, распад начинается с момента образования минерала. Исходя из Известной скорости распада, зная содержание элемента и продуктов его Распада в минерале, можно установить его возраст.

В настоящее время применяются следующие радиологические методы:

1. Ураново–ториево-свинцовый метод - основан на превращении урана и тория в радиоактивный свинец:

Для вычисления возраста относительно молодых минералов применяется формула:

Изотопы радиоактивных методов определяются с помощью специальных приборов - масс-спектрометров. Этот метод надежен, однако минералы, пригодные для анализа, сравнительно редки.

2. Калий-аргоновый метод основан на том, что изотоп калия с атомной массой 40 в результате захвата ядром электрона с ближайшего к нему К-уровня превращается в аргон . Возраст определяют по отношению . Чем оно больше, тем древнее объект.

Расчетная формула для определения возраста данным методом

имеет вид:

где и найденные весовые количества изотопов аргона и калия.

3.Рубидиево-стронцевый метод - основан на превращении изотопов рубидия с атомной массой 81 в стронций с тем же атомным номе ром. Применяется при определении возраста магматических и метаморфических пород.

4.Углеродистый метод - используется для определения возраста четвертичных отложений и в археологии. Это связано с тем, что период полураспада изотопа углерода составляет всего 5,5-6 тыс. лет. При этом можно определять возраст образований не превышающий50-70 тыс. лет. Изотоп образуется в атмосфере под действием космических лучей и хорошо усваивается растениями, а после их отмирания переходит в горные породы.

Радиологические методы позволили выразить в годах продолжительность наиболее крупных отрезков в истории земной коры. Этими методами установлено, что формирование земной коры началось 3,6-4,5 млрд. лет назад.

7. Геологическая хронология земной коры

Геохронология – последовательность геологических событий во времени, их продолжительность и соподчиненность:

– относительная геохронология отражает естественные этапы в истории развития Земли, основанная на принципе последовательности напластовывания и использует метод биостратиграфических построений;

– абсолютная геохронология определяет возраст и длительность подразделений геохронологической шкалы в промежутках времени, равных современному астрономическому году (в астрономических единицах). Она основана на изучении продуктов радиоактивного распада в минералах.

Геохронологическая (геоисторическая) шкала – иерархическая система геохронологических подразделений, эквивалентных единицам общей стратиграфической шкалы.

Стратиграфическое подразделение (единица) – совокупность горных пород, составляющих определенное единство по комплексу признаков (особенностям вещественного состава, органических остатков), который позволяет выделить ее в разрезе и проследить по площади.

Закономерности развития и образования земной коры изучает историческая геология . Возраст горных пород бывает абсолютным и относительным.

Абсолютный возраст – продолжительность существования (жизни) породы, выраженная в годах. Для его определения применяют методы, основанные на использовании процессов радиоактивных превращений, которые имеют место в некоторых химических элементах (уран, калий, рубидий), входящих в состав пород. Возраст магматических пород, а также химических осадков равен возрасту составляющих их минералов. Другие породы моложе входящих в их состав минералов.

Соотношение количеств совместно находящихся радиоактивного исходного изотопа и образовавшегося из него устойчивого элемента дает представление о возрасте вмещающих их пород. Методы определения абсолютного возраста получили свое название от продуктов радиоактивного распада: урано-свинцовый (свинцовый), гелиевый, калий-аргоновый (аргоновый), калий-кальциевый, рубидиево-стронциевый и др. Так, зная, какое количество свинца образуется из 1 г урана в год, определяя их совместное содержание в данном минерале, можно найти абсолютный возраст минерала и той горной породы, в которой он находится. По углероду 14 С, период полураспада которого равен 5568 лет, можно установить возраст образований, появившихся позднее. Установить абсолютный возраст горных пород можно по геохронологической шкале земной коры (табл.). Определение абсолютного возраста горных пород весьма трудная задача, решение которой стало возможным только в 50-тые годы XX века.

Геохронологическая шкала земной коры

(эонотемы)		Период (система)		Типичные организмы	Абс. возраст, млн. лет
Неохрон (фанерозой)	Кайнозойская Kz («эра новой жизни»)	Четвертичный (антропогенный) Q
		Третичный Tr		Млекопитающиеся, цветковые растения
			Палеоген P
	Мезозойская Mz («эра сред-ней жизни»)	Меловой К		Головоногие, моллюски и пресмыкающиеся
		Триасовый T
	Палеозойская Pz («эра древней жизни»)	Пермский P		Амфибии и споровые
		Каменноугольный C
		Девонский D		Рыбы, плеченогие
		Силурийский S		беспозвоночные
		Ордовикский O
		Кембрийский Cm
Палеохрон (криптозой)	Протерозойская PR			Редкие остатки примитивных форм
	Архейская (археозойская) AR
Планетарная стадия Земли					Свыше 4500

Чем моложе определяемый возраст минерала, тем большее количество его требуется для анализа, так как не успевают накопиться продукты распада.

Минимальное количество минерала, требуемое для определения их возраста, г

	Примерно ожидаемый возраст, млн. лет

При оценке относительного возраста различают более древние и более молодые горные породы. Проще определять относительный возраст у осадочных пород при ненарушенном их залегании (близко к горизонтальному залеганию). При складчатом расположении – иногда невозможно. Затруднительно и при наличии пород, слагающих участки, удаленные друг от друга.

Палеонтология – наука, устанавливающая закономерность развития жизни на Земле путем изучения останков животных и растительных организмов (окаменелости), имеющихся в толщах осадочных пород. Время образования той или иной породы соответствует времени гибели организмов, останки которых оказались захороненными при накоплении осадков. Трилобиты, папоротники, хвощи, лепидофиты, археоцитат, эхиносферит, кальцеола, кистеперые рыбы, каменный уголь …).

При этом используют два метода:

Стратиграфический метод применяют для толщ с ненарушенным горизонтальным залеганием слоев (рис. 11). Этот метод нельзя применить при складчатом расположении слоев. Считают, что нижележащие слои являются более древними, чем вышележащие. Молодым является слой 3 , а слои 1 и 2 более древние.

Рис. 11. Залегание слоев: а) – горизонтальное залегание слоев; б) – в виде складок

Палеонтологический метод позволяет определять возраст осадочных пород по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоев и сопоставлять возраст пород, залегающих на различных участках. Каждому отрезку геологического времени соответствует определенный состав жизненных форм.

Все геологическое время разделили на отрезки. Для слоев пород, которые образовались в эти отрезки времени, были предложены свои названия, что позволило создать стратиграфическую шкалу (табл.).

Стратиграфическая шкала

Геохронологическая шкала времени (геохронологические подразделения)	Стратиграфическая шкала слоев пород* (единицы общей шкалы)
	Эонотема
	Эратотема (группа)
Фаза (время)	Зона (хронозона)
	Звено (для четвертичной системы)

* - различают и дополнительные единицы: подотдел – часть отдела; надъярус – несколько ярусов; подъярус – часть яруса; подзона – часть зоны

Наиболее крупные промежутки времени – эоны , а толщи пород, образовавшиеся за это время – эонотемы . Каждый эон делят на эры . Каждая эра подразделяется на периоды, периоды – на эпохи , группы – на системы и т.д. Самый короткий отрезок – век. Век – промежуток времени, в течение которого отложилась толща горных пород, образующих ярус. Продолжительность века в палеозое ~ 10 млн. лет, в мезозое и кайнозое ~ 5…6 млн. лет.

Представленная шкала многократно корректируется.

Инженеры-строители должны знать, что понимают под возрастными индексами горных пород и использовать это в своей работе, чтении геологической документации (карт и разрезов) при проектировании зданий и сооружений.

Особый интерес вызывает четвертичный период (табл.).

Схема расчленения четвертичного периода (системы)

Древнечетвертичная	Нижнечетвертичный
Среднечетвертичная	Среднечетвертичный
Позднечетвертичная	Верхнечетвертичный
Современная	Современный

Отложения четвертичного периода распространены почти повсеместно, их толщи содержат останки древнего человека и предметы его обихода. К толщам этих отложений приурочены месторождения россыпного золота и других ценных металлов. Многие породы четвертичного периода являются сырьем для производства строительных материалов. Большое место занимают отложения культурного слоя , появляющегося в результате деятельности человека. Он отличаются значительной рыхлостью и большой неоднородностью. Его наличие может осложнить строительство зданий и сооружений.

Рис. 12. Окаменелости палеогенового и неогенового периодов: а ), б ), в ), г ), д ), е ), и ) – брюхоногие моллюски; ж ), з ), к ), л ) – двустворчатые моллюски

Рис. 13. Окаменелости триасового периода: а ), в ), г ), д ), з ) – двустворчатые моллюски; б ) – брахиопода; е ) – аммонит, ж ) – криноидея

Рис. 14. Окаменелости юрского периода: а ) – устрицы; б ), е ), з ), к ) – аммониты; в ) – белемнит; г ) – посейдония; д ) – двустворчатый моллюск; ж ), и ) – брахиоподы

Рис. 15. Окаменелости мелового периода: а ), е ) – двустворчатые моллюски; б ), в) – белемниты; г ), д ), з ) – аммониты; ж ) – морские ежи

Рис. 16. Окаменелости палеозойской эры: а ) – трилобит; б ), в ), д ), ж ), л) – брахиоподы; г ) – цефалопода; е ) – криноидея; з ) – аммонит; и ) – морской бутон; к ) – сигиллярия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОГО ВОЗРАСТА ГОРНЫХ ПОРОД

Наиболее распространенный стратиграфический метод основан на принципе перекрывания одних слоев и пачек осадочных пород другими. В связи с развитием органического мира в различных осадках встречаются остатки различных представителей растительного и животного царства, отражающие их эволюцию. На основании этих двух фактов была выработана стратиграфическая шкала, самой крупной единицей которой является эра. Всего выделяется пять эр:

а) археозойская, или архейская (от древнегреческих слов: «архе», начало и «зое», жизнь) – эра начала жизни;

б) протерозойская (от «протерос», первый) – эра первичной жизни;

в) палеозойская (от «паляйос», древний) – эра древней жизни;

г) мезозойская (от «мезос», средний) – эра средней жизни;

д) кайнозойская (от «кайнос», новый) – эра новой жизни.

В свою очередь эры разделены на периоды, а периоды – на эпохи.

Стратиграфическая шкала является относительной: она указывает лишь на последовательность образования горных пород и развитие органического мира. Стратиграфическая шкала наиболее близка к реальной жизни только для наиболее поздних геологических явлений. К таковым относятся ледниковые отложения Северной Европы. Изучение озерных осадков (ленточных глин), позволило довольно точно установить возраст оледенения. Чередование тонких прослоев глинистых и песчаных частиц соответствует зимнему и летнему периодам. Таким образом, подсчитано, что Валдайское оледенение на северо-западе России началось около 90 тыс. лет тому назад. Однако по мере изучения все более древних осадочных отложений такой способ становится все менее и менее совершенным в силу большой измененности первичных осадков.

Также несовершенны и другие приемы оценки геологического времени, в частности по количеству глинистых и песчаных частиц, приносимых реками в океан, и сопоставлению этих величин с общей мощностью осадочных пород.

Точное установление возраста геологических формаций стало возможным только после открытия радиоактивности. Изучение радиоактивных веществ показало, что на скорость радиоактивного распада не влияют ни температура, ни давление, ни электрические и магнитные поля, ни, наконец, действие химических реагентов. Поэтому, зная количество накопившихся продуктов распада радиоактивного вещества и период полураспада их, можно вычислить время, за которое эти продукты распада образовались, т. е. вычислить абсолютное время существования радиоактивного вещества (минерала).

Зная количество продуктов радиоактивного распада, количество нераспавшихся атомов и константу распада, можно вычислить абсолютный возраст образования данного изотопа. Для этого нужно, чтобы конечные продукты распада не покидали радиоактивного вещества и были учтены полностью. Кристаллическая структура минералов является приближенно закрытой системой и продукты распада практически не покидают ее. Чем больше в минерале находится продуктов распада, тем древнее этот минерал.

Поскольку периоды полураспада для изотопов урана, тория и калия очень велики, то продукты радиоактивного распада этих элементов не могут в достаточном количестве (для их точного учета) накопиться за короткий промежуток времени. Поэтому определения возраста по радиоактивным изотопам урана, тория и калия затруднены для молодых геологических образований и практически показывают уверенные значения, начиная с мезозоя.

Для определения абсолютного возраста нужно следить, чтобы образцы пород не были выветрелыми, разрушенными или подвержены механическим деформациям; минералы не должны содержать включений других минералов. Все это нужно для того, чтобы получить материал, не потерявший продуктов радиоактивного распада. Наиболее желателен отбор минералов, имеющих кристаллическую форму, ибо в этом случае мы можем быть наиболее уверенными в сохранности продуктов радиоактивного распада.

В настоящее время для определения абсолютного возраста используют следующие методы определения абсолютного возраста: урано-свинцовый (свинцовый), гелиевый, калий-аргоновый (аргоновый), калий-кальциевый, рубидиево-стронциевый и т. д.

Урано-свинцовый метод. Для определения абсо­лютного возраста урано-свинцовым методом нужно знать весовые количества урана, тория и свинца в минерале, а также изотопный состав свинца. Определение изотопного состава свинца, как, впрочем, и других элементов, производится на специальных приборах – масс-спектрометрах. Природный свинец состоит из четырех изотопов: 204 РЬ, 206 РЬ, 207 РЬ и 208 РЬ; три последних обязаны своим происхождением радиоактивному распаду урана и тория, а 204 РЬ является нерадиогенным, количество его в геологической истории Земли постоянно.

Зная весовое количество урана в минерале, определяемое химически, мы, тем самым, знаем, сколько у нас изотопов 238 U и 235 U, ибо содержание в природном уране в настоящее время всегда равно 0,714 %.

Для определения возраста урано-свинцовым методом могут быть использованы следующие минералы: уранинит, монацит, ортит, циркон, пирохлор, эшинит, ксенотим, самарскит и др. Для приближенного определения возраста можно использовать отношение 207 РЬ/ 206 РЬ, извлекая свинец из таких минералов, как полевые шпаты.

Калий-аргоновый метод основан на ядерном превращении 40 К в 40 Аг и 40 Са. Природный калий состоит из изотопов: 39 К – 93,08 %, 40 К – 0,0119 % и 41 К – 6,91 %. Из них только 40 К является разноактивным изотопом, большая часть его (88 %) превращается в 40 Са и около 12 % – в 40 Аг. Отсюда и возникли калий-кальциевый и калий-аргоновый методы. Калий-аргоновый метод в настоящее время весьма широко распространен. Аргон выделяют из образца на специальных установках прокаливанием при температуре 1200…1400 °С в вакууме. Возраст минерала определяется по отношению 40 Аг/ 40 К. Калий определяется химически дипикриламинатным или тетрафенилборатным методами, а чаще методом фотометрии пламени.

Для определения возраста породы калий-аргоновым методом используют калийсодержащие минералы: мусковит, биотит, глауконит, сильвин, амфиболы. В некоторых случаях, когда трудно выделить отдельные минералы, определяют возраст породы в целом (например, глинистый сланец).

Рубидиево-стронциевый метод дает более надежные результаты, чем калий-аргоновый. Для определения возраста по рубидиево-стронциевому методу могут быть использованы минералы калия, рубидий.

Как уже отмечалось, урано-свинцовый и калий-аргоновый, а также рубидиево-стронциевый методы мало удобны для установления возраста новейших геологических образований.

Для определения наиболее молодых геологических образований применяется радиоуглеродный метод, сущность которого состоит в следующем. В верхних слоях атмо­сферы под действием корпускулярного излучения Солнца на 14 N образуется 14 С. Период полураспада 14 С равен примерно 5500 лет. Через этот промежуток времени количество 14 С распадается наполовину, снова образуя 14 N. Радиоактивный углерод 14 С примешивается в атмосфере к обычному углероду и попадает во все объекты природы (организмы животных, растения, горные породы).

Пока организмы живы, содержание 14 С в них постоянно, благодаря постоянному обмену с окружающей средой. Однако после их смерти обмен со средой прекращается и содержание 14 С начинает уменьшаться. Замеряя количество 14 С, можно определить возраст растительных остатков, прошедший со времени их смерти. Материалом для анализа является хорошо сохранившееся дерево, древесный уголь, торф, карбонатные илы. Этот метод применяется для установления возраста речных террас, морен, торфообразования, а также для датировки археологических памятников.

Погрешность составляет 100 лет. Радиоуглеродным методом устанавливают возраст объектов от 1000 до 30 000 лет.

Наиболее древние значения возраста горных пород и минералов близки к 3,5млрд. лет (Кольский полуостров). Возраст отдельных минералов древних щитов Канады, Южной Африки также близок к 3 млрд. лет. Наиболее древний возраст имеют геологические объекты на щитах, которые считаются древнейшими геологическими структурами Земли. Если возраст гранитов достигает 3,5млрд. лет, то естественно, что возраст земной коры должен быть значительно большим, ибо граниты внедрились в какие-то уже существовавшие породы, а если же они образовались ультраметаморфическим путем, т. е. в результате гранитизации, то, следовательно, гораздо раньше их уже существовали какие-то осадки. Древнейшие горные породы, которые удалось датировать, находятся в горном районе Нэрриер в Австралии. Возраст их 4,2 млрд. лет. В настоящее время считают, что возраст Земли составляет около 4,5млрд. лет. Эти данные хорошо согласуются с данными о возрасте небесных пришельцев-метеоритов, которые не древнее 4,5млрд. лет.

Как показали исследования, возраст горных пород Луны также оказался близким к 4,5млрд. лет. Последнее обстоятельство, как и другие геохимические данные, указывает на единство земного, лунного и метеоритного вещества. Возраст Солнца примерно в десять раз больше возраста Земли.

— учение о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору. Геологические процессы происходят на протяжении многих тысячелетий. Выделение различных этапов и периодов в жизни Земли основано на последовательности накопления осадочных горных пород. Время, в которое накапливалась каждая из пяти групп пород, названо эрой . Последние три эры разделены на периоды, т.к. в отложениях этих времен лучше сохранились останки животных и растений. В эрах были эпохи активизации горообразовательных процессов - складчатости.

Геохронологическая таблица

Эры	Периоды	Складчатости	События
Кайнозойская , 68 млн. лет	Четвертичный, 2 млн. лет	Альпийская складчатость	Формирование современного рельефа под влиянием массового поднятия суши. Оледенение, изменение уровня моря. Происхождение человека.
	Неогеновый, 25 млн. лет		Мощные вулканические извержения, поднятие гор Альпийской складчатости. Массовое распространение цветковых растений.
	Палеогеновый, 41 млн. лет		Разрушение гор, затопление молодых платформ морями. Развитие птиц и млекопитающих.
Мезозойская , 170 млн. лет	Меловой, 75 млн. лет	Мезозойская складчатость	Поднятие разрушенных гор, сформировавшихся в Байкальской складчатости. Исчезновение гигантских пресмыкающихся. Происхождение покрытосеменных растений.
	Юрский, 60 млн. лет		Возникновение разломов на материках, массовый ввод магматических пород. Начало обнажения ложа современных морей. Жаркий влажный климат.
	Триасовый, 35 млн. лет		Отступление морей и увеличение площади суши. Выветривание и понижение палеозойских гор. Формирование равнинного рельефа.
Палеозойская , 330 млн. лет	Пермский, 45 млн. лет	Герцинская складчатость	Окончание герцинского горообразования, интенсивное развитие жизни в горах. Появление на суше земноводных, простых пресмыкающихся и насекомых.
	Каменноугольный, 65 млн. лет		Опускание суши. Оледенение на материках Южного полушария. Расширение площадей болот. Появление тропического климата. Интенсивное развитие земноводных.
	Девонский, 55 млн. лет	Каледонская складчатость	Отступление морей. Накопление на суше мощных слоев красного цвета континентального отложения. Преобладание жаркого сухого климата. Интенсивное развитие рыб, выход жизни из моря на сушу. Появление земноводных, открытосеменных растений.
	Силурийский, 35 млн. лет	Начало каледонской складчатости	Поднятие уровня моря, появление рыб.
	Ордовикский, 60 млн. лет		Сильные извержения вулканов, уменьшение морских бассейнов. Увеличение численности беспозвоночных животных, появление первых беспозвоночных.
	Кембрийский, 70 млн. лет	Байкальская складчатость	Опускание суши и появление больших болотистых массивов. В морях интенсивно развиваются беспозвоночные.
	Протерозойская, 2 млрд. лет	Начало байкальской складчатости	Мощные извержения вулканов. Формирование фундаментов древних платформ. Развитие бактерий и синезеленых водорослей.
	Архейская, 1 млрд. лет		Начало формирования материковой земной коры и усиление магматических процессов. Мощные извержения вулканов. Первое появление жизни - период бактерий.

Возраст горных пород

Различают относительный и абсолютный возраст горных пород . Относительный возраст легко устанавливается в случае горизонтального залегания пластов горных пород в пределах одного вскрытия. Абсолютный возраст пород определить достаточно сложно. Для этого пользуются методом радиоактивного распада ряда элементов, принцип которого не меняется под действием внешних условий и идет с постоянной скоростью. Этот метод внедрили в науку в начале XX века Пьер Кюри и Эрнест Резерфорд. В зависимости от конечных продуктов распада выделяют свинцовый, гелиевый, аргоновый, кальциевый, стронциевый и радиоуглеродный методы.