Методи історичної геології і будова земної кори

реферат

Методи історичної геології і будова земної кори

1. Методи відновлення геологічного минулого

Історична геологія - наука про геологічної історії нашої планети. Вона розповідає про найістотніших події, які відбувалися на Землі: про особливості формування гірських порід в різні періоди геологічної історії, про органічне світі і його зміни, про тектонічні рухи і магматизм, про зміни обрисів материків і океанів, про безперервно змінювалася фізико-географічної обстановці , кліматі і про багатьох інших подіях в тривалій і складній геологічній історії Землі. Розповідаючи про геологічне минуле, історична геологія допомагає робити висновок про закономірності розвитку Землі, про структуру земної кори і про розміщення в ній корисних копалин.

Багато задач вирішує історична геологія, головними з них є наступні: визначення віку гірських порід, відновлення фізико-географічних умов минулих епох, відновлення рухів земної кори і історії розвитку її структури, встановлення закономірностей геологічного розвитку Землі і земної кори особливо. Ці завдання вирішуються за допомогою різних методів, основні з них описані нижче.

Визначення віку гірських порід - найважливіше завдання історичної геології. Без встановлення віку гірських порід неможливо відновити геологічну історію, не можна правильно скласти геологічну карту і по-науковому вести пошуки і розвідку корисних копалин. Тому визначення віку порід в геології надають особливого значення.

Більшість гірських порід, що складають земну кору, складається з шарів. Ухвалою віку шарів, встановленням послідовності їх формування, зіставленням і дослідженням одновікових шарів на великих відстанях займається стратиграфія. Стратиграфія є основою, на яку спирається вся історична геологія. В результаті багаторічних стратиграфических і палеонтологічних досліджень була розроблена геохронологическая шкала, єдина для геологів всіх країн.

Існують два поняття про геологічний вік гірських порід: відносний вік і абсолютний вік. Відносний - це вік одних гірських порід по відношенню до інших (одні старше, інші молодші); абсолютний - це вік в одиницях літочислення (зазвичай - мільйони, десятки і сотні мільйонів років). Методи історичної геології дозволяють визначити відносний вік; абсолютний вік встановлюється радиометрическими методами.

Всі методи визначення відносного віку об'єднуються в дві групи: методи палеонтологічні і непалеонтологіческіе. Основну роль відіграють палеонтологічні методи. Вони є універсальними, так як дозволяють вирішувати всі завдання, поставлені перед стратиграфией.

2. Палеонтологічні методи

Сутність палеонтологічних методів полягає у визначенні відносного віку шарів гірських порід за що містяться в них скам'янілим органічним залишкам. Палеонтологічні методи дозволяють не тільки визначити вік, а й простежити і зіставити шари на величезних відстанях.

В основі цих методів лежить закон про незворотність еволюції органічного світу (закон Долло), згідно з яким організм ніколи не може повернутися точно до попереднього стану, пройденого його предками. Інакше кажучи, в історичному розвитку організмів не може повторитися один і той же вид або цілий комплекс видів. Тому кожному шару відповідає певний комплекс скам'янілостей, який в інших шарах не зустрічається.

Відомо, що процес широкого географічного розселення організмів йде надзвичайно швидко в порівнянні з масштабами геологічного часу. Тому шари одного і того ж віку навіть у віддалених один від одного місцях містять однаковий комплекс скам'янілостей.

Розглянемо сутність основних палеонтологічних методів.

Метод керівних копалин. Цей метод є найбільш простим, він був розроблений в першій половині XIX ст. Застосовуючи цей метод, геологи намагаються знайти в шарах осадових гірських порід так звані керівні копалини - скам'янілості, властиві певного прошарку і за межами його не зустрічаються. Керівними копалинами є тільки ті вимерлі організми, які жили недовго і тому мають обмежене вертикальне поширення. Крім того, вони повинні мати широке географічне поширення, хороше збереження у викопному стані, ясні відмітні ознаки і зустрічатися в породі досить часто, щоб їх було легко знайти і легко визначити. Керівними копалинами зазвичай є види і роди вимерлих організмів. Кожен шар містить одне або два, рідше кілька керівних копалин (якщо, звичайно, скам'янілості зустрічаються в породі).

Метод керівних копалин довгий час був основним в стратиграфії і дозволяв легко визначати вік шарів на окремі види чи пологів. Однак в даний час застосування цього методу обмежена через низку його недоліків. Головний його недолік полягає в тому, що багато видів або пологи, які є керівними в певному районі, нерідко втрачають своє значення за його межами і можуть мати інше вертикальне поширення або зовсім відсутні в іншому, далеко віддаленому районі. Метод керівних копалин використовують в наш час для попереднього визначення віку, але при детальних стратиграфічних дослідженнях і при зіставленні верств на великих відстанях його застосування може призвести до грубих помилок.

Метод аналізу комплексу копалин. Цей метод більш надійний, ніж метод керівних копалин, так як він враховує результати вивчення всіх скам'янілостей, знайдених в шарі, а не окремих, іноді випадково обраних видів і родів. Кожен шар містить певний комплекс скам'янілостей, який не повторюється в інших шарах відповідно до закону незворотності еволюції органічного світу. Цей метод використовується в наш час для визначення відносного віку шарів гірських порід поряд з іншими палеонтологічними методами.

Відсотково-статистичний метод був введений в стратиграфию Ч. Лайєлем в середині минулого століття і довгий час був одним з основних. Сутність його полягає в наступному: в досліджуваному розрізі виділяються шари і в кожному з них визначається весь комплекс скам'янілостей. Відносний вік виділених шарів встановлюється шляхом порівняння комплексу скам'янілостей кожного шару з еталонним, добре вивченим розрізом. Вік кожного шару еталонного розрізу відомий, і все скам'янілості пошарово описані. Одновіковими в еталонному розрізі і в досліджуваному розрізі вважаються ті верстви, в яких міститься найбільший відсоток загальних видів.

Цей метод є по суті формальним, його застосування нерідко призводило до помилок у визначенні віку. В даний час він вживається тільки в якості допоміжного разом з іншими методами.

Філогенетичний метод є основним у сучасній биостратиграфии. Цей метод заснований на вивченні філогенезу - еволюції органічного світу, звідси його назва. Основоположником філогенетичного методу є видатний російський вчений В. О. Ковалевський. Цей метод широко використовувався російськими вченими починаючи з останньої третини XIX ст.

Застосовуючи цей метод, фахівці-палеонтологи роблять висновки про відносний вік шарів за допомогою вивчення будь-якої групи споріднених організмів (зазвичай роду, сімейства або загону). З усього комплексу зібраних пошарово скам'янілостей вибирають представників певної групи споріднених організмів і їх передають фахівця-палеонтологові. Якщо ці скам'янілості зібрані в одному розрізі, то вони є ланками єдиного еволюційного древа, причому предкові форми розташовуються в підставі цього древа, а нащадки - в молодших його відгалуженнях. Природно, що предкові форми будуть зустрічатися в більш низьких шарах розрізу, а нащадки - в більш високих, т. Е. В більш молодих. Таким чином филогенетический метод заснований на тому, що нащадки перебувають на вищому щаблі еволюційного розвитку, ніж предки; вони не могли існувати до предків і, отже, завжди будуть зустрічатися в більш молодих прошарках.

Філогенетичний метод не позбавлений недоліків. По-перше, він можна застосувати не для всіх груп організмів. По-друге, він складний через неповноту палеонтологічного літопису (відсутність скам'янілостей в окремих шарах). По-третє, в шарах спільно з потомковимі формами нерідко зустрічаються котрі доживають предкові форми. Досвідчений фахівець може уникнути помилок, знаючи ці недоліки. Особливо відчутні результати приносить филогенетический метод, при паралельному вивченні декількох груп споріднених організмів.

Мікропалеонтологіческій метод. Цей метод почали застосовувати в биостратиграфии в 20-х роках 20 століття в зв'язку з швидким розвитком нафтової геології. Об'єктами зборів і вивчення є мікроорганізми, що належать головним чином до типу найпростіших (форамініфери, радіолярії), мікроскопічні водорості (кокколітофоріди, діатомові) і ін. Всі ці мікроорганізми зазвичай називають мікрофауною. Як і інші організми, мікрофауна зазнала еволюцію, тому сучасний мікропалеонтологіческій метод дуже близький до філогенетичному. Головна його відмінність полягає в тому, що вивчення мікрофауни проводять під мікроскопом.

Велика цінність цього методу полягає в можливості встановлювати вік порід в невеликих уламках, піднятих нагору з бурових свердловин, а потім простежувати одновікові шари в інших свердловинах на великих відстанях. Тому цей метод є основним при пошуках і розвідці нафти і газу.

Спорово-пилковий аналіз. Як і мікропалеонтологіческій, цей метод почали недавно застосовувати в практиці геологічних досліджень для встановлення віку континентальних відкладень.

Спори і пилок добре зберігаються у викопному стані завдяки своїй дуже міцною оболонці. Вони легко розносяться вітром і текучими водами на великі відстані і зустрічаються в найрізноманітніших відкладеннях. Особливо багато суперечка і пилку в континентальних відкладеннях, але широко поширені вони і в прибережно-морських опадах, куди заносяться з суші. Тому спорово-пилковий аналіз служить не тільки для визначення віку континентальних відкладень, а й для зіставлення одновікових шарів, що утворилися на суші і в прибережних морських умовах. Спори і пилок мають мікроскопічні розміри, методика їх вивчення близька до мікропалеонтологіческому методу.

3. Непалеонтологіческіе методи

Ці методи визначення відносного віку застосовують в тих випадках, коли шари гірських порід не містять скам'янілостей. Крім того, їх використовують як допоміжні паралельно з палеонтологічними. Найбільш важливими з непалеонтологіческіх методів є стратиграфічний, мінералого-петрографічний, тектонічний і геофізичні. На жаль, жоден з них не є універсальним.

Стратиграфічний метод. Цей метод застосовували задовго до виникнення історичної геології як науки. Відносний вік визначають по послідовності шарів в конкретному оголенні за принципом: шар, що знаходиться внизу, древнє шару, що залягає над ним. Цей метод дуже простий у використанні і безпомилково прийнятний в областях з горизонтально залягають або слабо похилими шарами. Але в районах, де породи зім'яті в складні складки, стратиграфічний метод треба застосовувати з "великою обережністю, так як шари в цих складках нерідко перевернуті і молодші породи лежать під давнішими. Для того щоб уникнути помилки, необхідно встановити, як залягають шари, де знаходиться їх покрівля і підошва. З'ясувавши все це, геолог становить стратиграфическую колонку, на якій показані правильна послідовність шарів, їх склад і потужність.

Мінералого-петрографічний метод.Цей метод використовувався для складання геологічних карт задовго до введення палеонтологічного методу. Він заснований на вивченні мінерального і петрографічного складу порід, структурних і текстурних особливостей порід. Принцип, покладений в його основу, дуже простий: шари з однаковою або близькою мінералого-петрографічної характеристикою вважаються одновіковими.

Цей метод можна безпомилково застосовувати на невеликих площах, де одновікові породи зазвичай мають один і той же склад. Але на великих відстанях його застосовувати не можна через те, що одновікові шари часто швидко змінюють свій петрографічний склад, так як вони формувалися в різних умовах. І навпаки, різновікові шари, які формувалися в однакових або близьких умовах, часто мають близький петрографічний склад.

Мінералого-петрографічний метод широко використовується в даний час спільно з стратиграфическим в областях розвитку метаморфічних і магматичних гірських порід або в районах поширення осадових порід, що не містять органічних залишків, т. Е. В тих випадках, коли не можна застосувати палеонтологічні методи.

Тектонічний метод заснований на ідеї про одночасність прояву тектонічних рухів на значних площах поверхні Землі. Застосовуючи цей метод, геологи встановлюють між шарами осадових і метаморфічних порід перерви і незгоди, викликані тектонічними рухами, і простежують їх на відстані. Шари, укладені між двома поверхнями незгод, розглядаються як одновікові. Тектонічний метод використовується в даний час спільно з мінералого-петрографічний і стратиграфическим для розчленування древніх, докембрійських і більш молодих порід, що не містять скам'янів остюків. При цьому слід завжди враховувати, що тектонічні рухи на великих територіях проявляються не одночасно і з різною швидкістю. Тому тектонічний метод приносить ефективні результати на невеликих площах.

Геофізичні методи засновані на вивченні окремих фізичних властивостей гірських порід. Їх стали вживати в стратиграфії зовсім недавно, методика їх застосування постійно вдосконалюється. Основним з геофізичних методів є електрокаротажних. Цей метод широко використовують в нафтовій геології. Принцип його досить простий, в його основі лежить вимір питомої електричного опору шарів гірських порід.

У свердловину опускають спеціальний снаряд - зонд, сполучений електропроводами з самопишущим приладом. У міру опускання зонда в свердловину на паперовій стрічці самописець вимальовує криву - діаграму зміни питомого опору. Кожен шар має певний опір, і по каротажной діаграмі весь розріз свердловини легко розчленовується на окремі шари. Ці шари потім простежують в сусідніх свердловинах за складеними для них каротажних діаграм. Електрокаротажних метод дозволяє розчленувати розріз на окремі шари і простежити їх по площі.

4. Визначення відносного віку магматичних порід

Все магматичні породи за умовами їх утворення поділяються на інтрузивні (внедрившиеся) і еффузівние (ізлівшіеся). Як перші, так і другі не містять органічних залишків. Тому їх відносний вік можна визначити лише непрямим шляхом, враховуючи стосунки з осадовими породами, що містять скам'янілості. Розглянемо це на прикладі.

На геологічному розрізі присутні осадові і магматичні породи. Вік осадових порід відомий, він встановлений по скам'янілостям. Інтрузивні породи - граніти і діорити, внедрившиеся в товщу осадових порід, мають різний вік. Граніти древнє, вони проривають відкладення силуру і перекриті породами девону. Їх впровадження сталося між силуром і девоном. Впровадження діоритів відбулося пізніше - на кордоні девону і карбону. Вік базальтів - ефузивних порід - встановлюється стратиграфическим методом. Їх вилив сталося на кордоні карбону і пермі, так як в розрізі вони залягають між породами цього віку.

Послідовність освіти жильних порід встановлюється за стосункам жив між собою: раніше виникли ті жили, які перетинаються наступними.

5. Періодизація історії Землі

За допомогою деяких з розібраних раніше методів визначення відносного віку вже до середини минулого століття геологи розчленували всю товщу земної кори на великі стратиграфічні підрозділи - групи і системи. Надалі стали виділятися більш дробові стратиграфічні підрозділи: відділи, яруси і зони.

Кожне стратиграфічний підрозділ формувалося протягом певного етапу в історії Землі, воно відображає еволюцію земної кори і органічного світу за певний проміжок часу. Тому між стратиграфическими і геохронологічної підрозділами існує тісний зв'язок. Стратиграфічні підрозділи застосовують для позначення комплексів шарів гірських порід, а відповідні їм Геохронологічна підрозділу - для позначення часу, протягом якого ці комплекси шарів накопичилися.

Для того щоб уникнути плутанини в найменуваннях, ще в 1900 р на сесії Геологічного конгресу в Парижі були затверджені єдині для всіх країн назви стратиграфических і геохронологічних одиниць. Нижче наводяться назви і співвідношення цих одиниць.

Вживається в історичній геології система двох шкал з однаковими назвами підрозділів (наприклад, палеозойська група - палеозойська ера, Пермська система - пермський період, московський ярус - московський століття) прийнята не випадково. Справа в тому, що про геохронологічних одиницях - одиницях часу - можна говорити повсюдно. Але шари гірських порід могли в одному місці накопичуватися, а в іншому місці, навпаки, відбувалося руйнування раніше утворених шарів. Наприклад, в Москві і її околицях на вапняках карбону відразу залягають юрські глини. В розрізі відсутні відкладення пермі і тріасу, так як в пермському і тріасовому періодах в околицях Москви осадкообразованія не було. Таким чином, для околиць Москви ми можемо говорити тільки про геологічний час - про пермському і тріасовому періодах, протягом яких накопичення опадів не відбувалося. Про відкладеннях пермської і тріасової систем ми нічого говорити не можемо, так як в околицях Москви їх немає.

Говорячи про відносне часу, ми вживаємо Геохронологічна назви, кажучи про відкладення - стратиграфические. Кожному геохронологічної підрозділу відповідає еквівалентну йому стратиграфічний.

У своїй практичній роботі геологи використовують два типи стратиграфічних підрозділів: зазначені вище одиниці єдиної стратиграфічної шкали, які є основними, і місцеві стратиграфічні підрозділи. Останні виділяються геологами в тих випадках, коли з тих чи інших причин не можна використовувати одиниці єдиної стратиграфічної шкали.

Підрозділи єдиної стратиграфічної шкали. Ці підрозділи геологи встановлюють в природних і штучних відслоненнях, щоб потім простежити їх на місцевості і нанести на геологічну карту. Вони мають міжнародні найменування, затверджені Геологічним конгресом. Особливо це стосується великих стратиграфических одиниць, як група, система і відділ. Чим більше стратиграфическая одиниця, тим легше її простежити на великих відстанях.

Групи - найбільші підрозділи єдиної шкали. Вони відображають великі етапи розвитку Землі і її органічного світу протягом ери. Межі груп відповідають важливим переломним рубежів в історії органічного світу. У наш час виділяють архейскую, протерозойскую, Палеозойську, мезозойську і кайнозойську групи. Три останні групи підрозділяються на системи. Індекс груп утворений двома великими літерами латинського алфавіту (AR, PR, PZ, MZ, KZ).

Системи об'єднують відкладення, що утворилися протягом одного періоду. На кордонах суміжних систем спостерігають оновлення фауни і флори, пов'язане зі зміною фізико-географічних умов на поверхні Землі. Системи складаються з двох або трьох відділів. У наш час виділяється 12 систем, для кожної з них прийнято певний колір зображення на геологічній карті, що є міжнародним, і індекс, утворений початковою літерою латинської назви системи.

Відділ характеризує відкладення, що утворилися протягом доби. До складу відділу входить кілька ярусів. Назви відділам даються по їх положенню в системі: нижній і верхній при двучленном розподілі системи; нижній, середній і верхній - при тричленної. Для епох - часу накопичення порід, що складають відділ, застосовуються інші назви: рання і пізня - при двучленном розподілі; рання, середня і пізня - при тричленної. Наприклад, нижній відділ юрської системи формувався в раннеюрского епоху, або, скорочено, в ранній юре. На геологічній карті відділи зафарбовують відтінками кольору системи, а їх індекси містять відповідні цифри, додані до індексу системи (наприклад: О ₁ - нижній ордовік, Т ₃ - верхній тріас).

Ярус характеризує відкладення, що утворилися протягом одного геологічного століття. Ярус є частиною відділу, він містить певний комплекс скам'янілостей з типовими тільки йому пологами і видами. Назва ярусів походить від географічних назв місцевостей, де вони були виділені (московський ярус, казанський ярус і ін.).

Зона - частина ярусу. Її кордону встановлюють по характерному зональному комплексу видів, а назва дають по найбільш важливого керівному увазі з цього комплексу.

Місцеві стратиграфічні підрозділи. Місцеві стратиграфічні підрозділи використовують в тих випадках, коли важко або неможливо встановити одиниці міжнародної шкали (особливо яруси і зони). Такі випадки зустрічаються часто в практиці геологорозвідувальних робіт. Іноді вони пов'язані з відсутністю палеонтологічних залишків, а нерідко присутні настільки своєрідні скам'янілості, що по ним не можна віднести шар до певної одиниці міжнародної шкали.

У Росії прийняті наступні місцеві стратиграфічні одиниці: комплекс, серія і свита. Вони виділяються за сукупністю литологических, палеонтологічних і інших особливостей і мають географічні назви (за місцем їх виділення).

Комплекс - найбільша одиниця з цих підрозділів. Він складається з двох або більше серій і охоплює дуже потужну товщу порід, поширених на великій площі. Комплекс частіше використовують при вивченні докембрійських порід.

Серія об'єднує дві або більше свити морських або континентальних порід (осадових, вулканогенних, метаморфічних) і може мати значну потужність.

Свита є основною одиницею місцевих стратиграфічних підрозділів. Вона має досить чіткі межі і відрізняється від інших світ сукупністю литологических і палеонтологічних ознак. Свита може поділятися на підсвіти, пачки і пласти.

Вік місцевих стратиграфічних підрозділів встановлюють по палеонтологічними даними. Якщо скам'янілості відсутні, то вік визначають непрямим шляхом, враховуючи вік подстилающих і перекривають відкладень. Визначення віку дозволяє пов'язати місцеві стратиграфічні підрозділи з підрозділами єдиної стратиграфічної шкали.

література

1.Аугуста І., Буріан З. Шляхами розвитку життя. - Прага, 1971

2.Гаврілов В.П. Подорож в минуле Землі. - М., 1996

3.Муратов М.В. Ранні ери в історії Землі. // Природа, 1971, № 11

4.Немков Г.І. Муратов М.В. і ін. Історична геологія. - М., 2004