Періодизація та історія Землі

Періодизація та історія Землі

Минуле ... Знати історичне розвиток людської суспільства, живої і неживої природи, природних подій і явищ цікаво і важливо не тільки тому, що при цьому повніше розкриваються логічний зв'язок і закономірність їх виникнення та еволюції, але і тому що вони необхідні і для більш поглибленого вивчення справжнього і передбачення майбутнього. Вивчаючи сучасну Землю, геологи щохвилини стикаються з а минулим, з різноманітними і різномасштабними подіями. І тут ми стикаємося з проблемою геологічного часу.

Вік гірських порід і геологічний час

Коли і як відбувалися ті чи інші виверження вулканів, виникли і жили організми, які знаходяться в скам'янілому стані? Ці питання завжди хвилювали вчених.

Правильне уявлення про дуже тривалий відрізок геологічного часу вкоренилося в геологіческойнауке далеко не відразу. Давно було помічено, що нижче лежачі шари гірських порід древнє верхніх. Цей принцип дає можливість встановити лише відносну датування подій, але не дозволяє кількісно оцінити геологічний час, навіть в тому випадку, якщо в опадах зустрічаються копалини органічні залишки.

Тривалий час не тільки панував релігійний догмат про божественне акті в походженні Землі, а й існувало уявлення, що вона дуже молода. Беззастережно приймалося, що Земля і весь Всесвіт виникли протягом декількох днів близько 6000 років тому. Однак мислителі античності, а потім і вчені епохи Відродження висловлювали припущення про більшої тривалості історії Землі і багатогранності відбувалися на її поверхні і в надрах змін.

Розвиток точних наук - механіки і астрономії, хімії та фізики - дало можливість по-новому підійти до віку Землі і складають її гірських порід. Однак біблійні тексти ще довгий час стримували прогресивні уявлення. Навіть такий знаменитий натураліст, як І. Ньютон, з ім'ям якого пов'язана ціла епоха у фізиці і механіці, визнавав авторитет Священного писання і на основі біблійного тексту обчислив, що Земля нібито існує 6030 років.

Ж. Бюффон, автор багатотомної «Природній історії» до оцінки віку Землі підійшов досить оригінально. Він був автором гіпотези космогонії про походження Землі як уламка Сонця, відірваного ударом гігантської комети, що отримала свого часу широке поширення. Значить, досвідченим шляхом можна було визначити час охолодження гігантського розпеченого кулі. На підставі цього Ж. Бюффон оцінив тривалість історії Землі в 75 тис. Років.

До питання про геологічний час і вік Землі вчені підходили з різних позицій - від швидкості накопичення опадів до тривалості життя форм, окремих спільнот, видів, пологів, сімейств і загонів тваринного і рослинного світу.

Перш ніж розглянути сучасні уявлення про вік Землі, необхідно в самій загальній формі зупинитися на характеристиці гірських порід, що складають земну кору.

Гірські породи поділяються на три групи: осадові, магматичні і метаморфічні. Перші сформувалися за рахунок руйнування і перевідкладення давніших порід (галечники, піски, пісковики) або в результаті діяльності організмів (крейда, вапняк, кам'яне і буре вугілля) і, нарешті, як продукт осадження солей (гіпс, кам'яна сіль). Магматичні породи утворилися з магми - силікатного розплаву, збагаченого газами і сформованого в надрах Землі.

При застиганні магми на глибині виникають крупнокрісталліческіе глибинні, або інтрузивні, гірські породи. Залежно від змісту кремнезему (SiО ₂₎ вони поділяються на кілька груп. До кислим вивержених порід, в яких вміст SiО ₂ становить 65-75%, відносяться граніти і кварцові порфіри. Середні вивержені породи містять кремнезем від 52 до 65% (андезити і гранодіорити), основні - від 40 до 52% (базальти і габро) і ультраосновних - менше 40% (дуніти і перідотіти).

При вулканічних виверженнях магма втрачає гази і, перетворюючись в лаву, розтікається по земної поверхні. При швидкому її застиганні формуються мелкокристаллические вивержені породи (порфірити, базальти і т. Д.). Зазвичай магматичні породи розсікають товщі осадових порід, утворюючи так звані штоки, дайки, а також великі, об'ємом у багато десятків кубічних кілометрів тіла - батоліти. Серед осадових товщ іноді розташовуються у вигляді шарів вулканічні інтрузивні тіла (силли), що утворюються шляхом впровадження магми вздовж поверхонь нашарування цих товщ.

Метаморфічні породи - це первинно-осадові або магматичні утворення, що випробували перекристаллизацию під дією високих тисків і температур на значних глибинах. До них відносяться різноманітні кристалічні сланці і гнейси.

За взаємною залягання гірських порід різного складу були зроблені перші спроби вікового розчленування. У XVIII ст. італійський дослідник Дж. Ардуіно під час вивчення геології на півночі Апеннін запропонував розрізняти чотири типи гір: примітивні, або мінеральні, складені породами без органічних залишків; вторинні, що складаються з мармуру і шаруватих вапняків з морськими накопиченнями; третинні - низькі гори і пагорби, складені гравієм, глинами, мергелями з рясними залишками морських тварин, і четвертинні - земляні і кам'яні виноси гірських потоків. Ця термінологія була перенесена на інші райони Європи, і назва «четвертинні» збереглося навіть до теперішнього часу.

За нашарування осадових гірських порід, особливо тоді, коли пласти залягають горизонтально, можна чітко встановити геологічну хронологію, геохронологія, т. Е. Тимчасову послідовність. У кожному природному оголенні, природно, якщо ми точно знаємо, що шари в ньому знаходяться в непорушеному стані, більш глибокі (нижні) пласти завжди древнє перекривають.

Вивчення вікової послідовності осадових порід за умовами взаємного залягання пластів дозволяє побудувати стратиграфическую колонку (грец. «Страгос» означає шар, пласт).

Встановлення послідовності нашарувань в одному оголенні не представляє особливих труднощів. Яким же чином можна порівнювати між собою досить далеко віддалені один від одного оголення? Де серед них є стародавні, а де - молодші або одновікові відкладення? Ось тут і виникають труднощі. Вони стають непереборними, якщо вивчаються і порівнюються між собою стратиграфические розрізи різних країн і особливо континентів. Тут на допомогу приходить палеонтологічний метод. Ще в XVIII в. натуралісти звернули увагу, що шари осадових порід містять викопні рештки тварин у вигляді раковин, скелетів і відбитки рослин. Причому викопні рештки в нижчих шарах відрізняються від верхніх - молодих. Далі було помічено, що пласти морських осадових порід одного і того ж віку містять однакові залишки древніх організмів. Це дало геологам один з найважливіших методів розчленування і зіставлення розрізів.

На початку XIX ст. виникла реальна можливість побудови геологічної шкали відносної хронології. Її відносність випливає з того, що аналіз і визначення видової або родової приналежності копалин залишків не можуть точно вказати час утворення гірських порід, їх укладають, і час життя організмів, але дозволяють визначити старовину, молодість або одновікових нашарувань щодо якогось заздалегідь взятого шару і провести зіставлення. Менш ніж півстоліття знадобилося для створення шкали відносної геохронології. Вона висловлювала послідовність в часі тих чи інших геологічних подій в історії земної кори, які виявилися зображеними в нашаруваннях осадових гірських порід.

Палеонтологія - одна з найбільш захоплюючих біологічних наук - тісно пов'язана з геологією. Вона займається вивченням викопних решток тварин і рослин, визначенням їх систематичного положення в загальній ієрархії органічного світу і встановленням закономірностей еволюційного розвитку.

На основі етапності розвитку органічного світу і мінерального складу вміщають їх осадових утворень протягом XIX в. були встановлені всі відомі в даний час і широко застосовуються стратиграфические одиниці - ератеми, системи, відділи яруси. Однією з великих стратиграфических одиниць є ератема, до складу якої входять кілька систем. У свою чергу, системи складаються з відділів і ярусів. Кожній стратиграфической одиниці привласнення власне найменування.

Відповідно до стратиграфическими одиницями були виділені Геохронологічна підрозділу, кожне з яких відображає тривалість (знову-таки в відносному обчисленні) формування відповідних стратиграфічних підрозділів.

Інтервал часу, необхідний для формування, групи, позначений як геологічна ера, час формування системи відповідає геологічного періоду, відділу - епосі і ярусу - геологічного віку.

Геологічна літочислення

Геологи давно помітили, що історія нашої планети ділиться на дві нерівні частини. Давня триваліша її частина важка для вивчення палеонтологічними методами, так як не містить викопних решток і крім того, досить часто осадові товщі сильно змінені метаморфізмом. Добре вивчена молода частина кам'яного літопису, оскільки осадові нашарування в ній містять численні залишки організмів кількість і збереження яких зростають у міру наближення до сучасної епохи. Цю молоду частину історії земної кори американський геолог Ч. Шухертом назвав Фанерозойський еоном, т. Е. Часом очевидною життя. Еон - це проміжок часу, що поєднує кілька геологічних ер. Його стратиграфическим еквівалентом є еонотема.

Давнішу і тривалу частину геологічної історії Ч. Шухертом назвав кріптозоя, або часом з прихованим розвитком життя. Досить часто еееще називають докембрієм. Ця назва збереглася з середини XIX ст., Коли було встановлено абсолютну більшість геологічних періодів. Все давніші відклади, що залягають під кембрійськими товщами, стали датуватися докембрієм. В даний час замість криптозоя виділяють два еону: архейський і протерозойський.

Широка поширеність, багатство копалинами органічними залишками і відносна доступність фанерозойских відкладень визначили їх більш кращу вивченість. Англійська геолог Дж. Філліпс в 1841 р в складі фанерозою виділив три епохи: Палеозойську - еру древнього життя; мезозойську - еру середньої життя і кайнозойську - еру нового життя. У палеозої панували морські безхребетні, риби, земноводні та спорові рослини, в мезозої - плазуни і голонасінні рослини, а в кайнозої - ссавці і покритонасінні рослини.

Сформовані протягом геологічної ери відкладення називаються ератема. Дрібнішими стратиграфическими одиницями є системи, відділи та яруси. Імена системам і ярусах були дані переважно під назвою місцевостей, де вони були встановлені і вивчені, або з яких-небудь характерних ознак. Так, назва юрської системи походить від Юрських гір в Швейцарії, пермської - від м Пермі, кембрійської від давньої назви англійської провінції Уельс, крейдяний - від широко поширеного писального крейди, кам'яновугільної - від кам'яного вугілля і т. Д.

Якщо стратиграфическая шкала відображає послідовність відкладень і їх підпорядкованість, то геохронологическая - визначає тривалість і закономірну послідовність етапів історичного розвитку Землі. Протягом останніх 100 років геохронологічну і стратиграфическую шкали фанерозоя багаторазово переглядали.

Однак в геології важливо знати не тільки відносний вік гірських порід, а й, по можливості, точний час їх походження.Для визначення віку гірських порід застосовується кілька різних методів, заснованих на явищі радіоактивного розпаду. У зв'язку з цим вік порід носить назву радіогеохронометріческого. Для його визначення використовують радіоактивні ізотопи урану, торію, рубідію, калію, вуглецю і водню. З огляду на те що нам відомі швидкості розпаду радіоактивного ізотопу, легко можна визначити вік мінералу, а отже, і породи. В даний час розроблені і широко застосуються різні методи ядерної геохронології: ураноторій-свинцевий, ураноторій-гелевий, урано-ксенонове, калій-аргоновий, рубідій-стронцієвий, самарій-ніодімовий, реній-осмієва і радіовуглецевий. Вміст радіоактивних ізотопів в гірських породах і мінералах визначається в спеціальних приладах - мacc-спектрометрах.

Завдяки методам ядерної геохронології, встановлюється вік магматичних і осадових гірських порід, а для метаморфічних порід визначається час впливу на них високих температур і тиску. Ізотопний вік найбільш древніх порід земної кулі становить 3,8-4 млрд. Років. Близький вік мають деякі місячні породи і метеорити.

Труднощі вивчення архейских і протерозойских відкладень визначила їх слабку стратиграфическую і геохронологічну розчленованість. Ось як виглядає в даний час поки далека від досконалості і детальності шкала архею і протерозою.

В геології застосовується також додатковий метод вікового розчленування і зіставлення відкладів, ний. Це палеомагнітний метод, заснований на явищі збереження в товщах гірських порід магнітних властивостей. Гірські породи, що містять магнітні мінерали, мають феромагнітними (намагніченими) властивості, ми і під впливом магнітного поля Землі набувають природну залишкову намагніченість. Зараз доведено, що протягом тривалої геологічної історії становище магнітних полюсів неодноразово змінювалося. Встановивши залишкову намагніченість і її спрямованість (т. Е. Вектор) і порівнюючи між собою вектора, можна встановити одновікових гірських порід, що певною мірою уточнює геохронологічну шкалу.

Основні етапи формування земної кори

Визначення віку різних вивержених порід дозволило не тільки встановити тривалість геологічних періодів, але і виділити найбільш древні гірські породи Землі. В даний час відомо, що документовані сліди життя на Землі виникли понад 3 млрд. Років, найдавніші осадові породи мають віком трохи більше 3,8 млрд. Років, а вік Землі оцінюється в 4,6-5 млрд. Років, хоча деякі вчені вважають ці цифри завищеними.

Встановлено, що епохи інтенсивної вулканічної діяльності були короткочасними і поділялися тривалими епохами зі слабким проявом магматизму. Епохи посиленого магматизму характеризувалися високим ступенем тектонічної активності, т. Е. Значними вертикальними і горизонтальними рухами земної кори.

Дані про вік вивержених порід дають можливість встановити існування порівняно коротких епох підвищеної магматичної і тектонічної активності і тривалих періодів відносного спокою. Це, в свою чергу, дозволяє провести природну періодизацію історії Землі за ступенем тектонічної і магматичної інтенсивності. Зведені дані про вік вивержених порід, по суті справи, є календарем основних тектонічних подій в історії Землі. На підставі досліджень головним чином гранітних інтрузій уточнено вік тектоно-магматичних циклів (епох) в історії Землі. Разом з тим необхідно відзначити, що час прояву цих циклів на материках неоднаково і є часті відступу від планетарної одноразовості цих процесів.

Про далекому геологічному минулому практично повністю відсутні фактичні дані. Можна тільки припускати, що до 3,5 млрд. Років тому існував дуже активний вулканізм з виливом базальтових і гіпербазітового лав. Одночасно виділявся значний обсяг газів. Це призвело до створення не тільки земної кори, але і первинної атмосфери.

Вік тектоно-магматичних епох в історії Землі

Протягом белозерськой тектоно-магматичної епохи на початку архейского зона і Кольської епохи в середині архею протікали процеси гранитизации і виникали перші осадові басейни. Для цього часу відомі піщані і глинисті (правда, які зазнали сильного метаморфизму) товщі, карбонатні породи і навіть продукти їх перетворення.

У кеноранскую тектоно-магматичну епоху в кінці архейского зона були сформовані ядра майбутніх найбільших стійких геоструктурного елементів Землі - ядра континентальних платформ. У наступні часи ядра платформ продовжували наростати.

Протягом кеноранской, альгонкской, раннекарельской, балтійської, буларенінской і карельської тектономагматіческіх епох сформувалися підвалини всіх відомих стародавніх континентальних платформ: Східно-Європейської, Сибірської, Китайської, Таримской, Індостанської, Афрікано-Аравійської, Північно-Американської, Південно-Американської та Східно -Австралійской, протягом майже 1 млрд. років (від 2,7 до 1,67 млрд. років тому) відбувалося формування первинного гранітогнейсового шару земної кори, а наявність карбонатних осадових порід сприяло обра зованию лужних інтрузій. Величезні плутони гранітоїдів площею понад тисячу квадратних кілометрів в оточенні найдавніших осадових порід зафіксували в межах континентальних платформ стійкі в наступні часи ділянки кори, звані щитами Прикладами є Балтійський, Український, Алданский, Канадський, Гвіанський, Бразильський, Аравійський щити.

Виходячи з аналогичности і одночасності освіти всіх відомих найдавніших платформ, можна припускати, що в протерозої існував величезний єдиний континент Мегагея (або Велика Земля), оточений єдиним Світовим океаном.

Починаючи з 1,67 млрд. Років тому древні платформи особливо щити, стають стійкими в часі і просторі структурними елементами земної кори. Однак в межах платформ в подальшому були створені ділянки плавного і порівняно невеликого прогинання (синеклізи), відбувалося розколювання кори уздовж систем глибинних розломів консолідованих древніх рухливих поясів. В цьому випадку виникали великі протяжні западини з високою рухливістю - авлакогени. Такими, зокрема, є Катангский авлакоген на Африканської платформі або Дніпровсько-Донецький на Східно-Європейській платформі.

Протягом наступних тектономагматіческіх циклів платформи або продовжували нарощуватися за рахунок рухомих поясів, що утворюються на їх периферії або розколювались на частини і згодом відчували різноспрямовані переміщення з різною швидкістю. В останній мільярд років геологічної історії спостерігалося поступове згасання сили магматизму.

Готська тектономагматіческая епоха характеризувалася розвитком на більшості платформ гранитизации доріфейських порід і метаморфізму. В середньому і особливо пізньому рифее тривали гранітизацією в рухомих поясах і подальше нарощування площі платформ.

Магматизм катангінской (раннебайкальской) і позднебайкальской тектономагматіческіх епох на платформах проявився по-різному. Однак їх спільною рисою було, з одного боку, інтенсивна складчастість, а з іншого - розкол і переміщення великих платформних брил (літосферних плит).

Результатом прояву ранньо-та позднебайкальской тектономагматіческіх епох стало зближення і з'єднання в єдиний суперконтинент Гондвану п'яти найбільших континентальних платформ південної півкулі - Афрікано-Аравійської, Австралійської, Південно-Американської, Антарктичної і Індостанської, в північній півкулі розташовувалися Східно-Європейська, Північно-Американська, Сибірська і Китайська платформи.

Каледонская тектономагматіческая епоха характеризувалася не тільки посиленням магматизму, а й призвела до підйому і утворення в північній півкулі нового суперконтиненту Лавразии за рахунок об'єднання Північно-Американської, Східно-Європейської, Сибірської і Китайської платформ. Він відокремлювався від Гондвани великим океаном Тетіс.

На відміну від давніших етапів, тектономагматіческіе епохи фанерозою внаслідок доброму стані гірських порід і їх хорошою вивченості поділяються на цілий ряд фаз, більш коротких, ніж епохи, фази, так само як і самі тектономагматіческіе епохи, характеризуються високим стоянням континентів над рівнем моря (переважання здіймання), розвитком магматизму і значними тектонічними рухами.

Такі фази носять назву теократичних. Вони змінювалися більш тривалими за часом таласократичну фазами, коли здійснювалося активне прогинання платформ і розвивалися трансгресії, тобто йшло наступ моря на сушу.

В результаті тектонічної і магматичної діяльності в каледонскую епоху були утворені великі горноскладчатие споруди на заході Північно-Американської платформи (Аппалачі), в Центральній Азії (Центральний Казахстан, Алтай, Саяни, Монголія), в Східній Австралії, на о-ві Тасманія і в Антарктиді .

У герцинську тектономагматіческую епоху відбулося з'єднання в єдиний материк Пангеї гондванская і Лавразійского суперконтинентів. Так само, як і близько 1 млрд. Років тому, материк Пангея омивався єдиним океаном. Інтенсивні горотворні руху привели до виникнення великих гірських систем, що носять назву герцинид. Всі вони розташовуються на периферії древніх платформ. До них відносяться Тибет, Гіндукуш, Каракорум, Тянь-Шань, Алтай, Кунь-лунь, Урал, гірські системи Центральної та Північної Європи, Південної та Північної Америки (Аппалачі, Кордильєри), північний захід Африки, Східна Австралія. У цю ж епоху в результаті консолідації складчастих областей утворився цілий ряд так званих епігерцинськие плит, або молодих платформ, - значна частина Західно-Європейської платформи, Скіфська, Туранська, Західно-Сибірська плити і ін.

У кіммерійську тектономагматіческую епоху відбулися впровадження різного складу интрузий в межі рухомих поясів, горотворення і розпад Пангеї. Протягом тріасового, юрського періодів і раннемеловой епохи знову виникли суперконтиненти Лавразия і Гондвана, розділені молодим океаном Тетіс і Південної Атлантикою. Горотворні процеси проявилися головним чином на околицях Лавразии. В цей час виникли Кримські гори і гірські системи Пріверхоянья, Значні руху зазнали і раніше виниклі гірські системи Аппалачів, Кавказу та Центральної Азії.

Альпійська тектономагматіческая епоха почалася в кінці крейдяного періоду і триває до Справжнього часу.З нею пов'язані не тільки впровадження інтрузій кислого, основного і лужного складів в рухомих поясах, виникнення океанів і континентів сучасного обриси, а й створення таких найбільших гірських систем, як Альпи, Дінаріди, Гімалаї, Анди, Кордильєри і т. Д.

Геохронологічна шкала створювалася з великим трудомі тривалий час. До сих пір не припиняються суперечки з приводу проведення багатьох стратиграфічних меж. Іноді навіть доводиться скликати міжнародні симпозіуми з тим, щоб спільно домовитися про те, де і як проводити кордон тієї чи іншої стратиграфічної або геохронологічної одиниці.

Завдяки створенню геохронологічної шкали геологічна наука сильно змінилася. Вона перетворилася в естественноисторическую науку. Відбувалися в минулому події стали розподілятися в хронологічному порядку. Застосування радіоактивності дало можливість вирішити проблему віку Землі, метеоритів і Місяця і кількісно виразити тривалість кожного геологічного періоду.

література

1.Вологдін А.Г. Земля і життя. - М., 1996

2.Войлошніков В.Р. Геологія. - М., 1989

3.Друянов В.А. Загадкова біографія Землі. - М., 1981

4.Музафаров В.Г. Основи геології. -, 2002