Геологическое время и методы его определения

В изучении Земли как уникального космического объекта идея её эволюции занимает центральное место, поэтому важным количественно-эволюционным параметром является геологическое время . Изучением этого времени занимается специальная наука, получившая название Геохронология – геологическое летоисчисление. Геохронология может быть абсолютной и относительной .

Замечание 1

Абсолютная геохронология занимается определением абсолютного возраста горных пород, который выражается в единицах времени и, как правило, в миллионах лет.

В основе определения этого возраста лежит скорость распада изотопов радиоактивных элементов. Эта скорость является величиной постоянной и от интенсивности физических и химических процессов не зависит. Определение возраста основано на методах ядерной физики. Минералы, содержащие радиоактивные элементы, при формировании кристаллических решеток, образуют закрытую систему. В этой системе происходит накопление продуктов радиоактивного распада. В результате можно определить возраст минерала, если знать скорость этого процесса. Период полураспада радия, например, составляет $1590$ лет, а полный распад элемента произойдет за время в $10$ раз превосходящее период полураспада. Ядерная геохронология имеет свои ведущие методы – свинцовый, калий-аргоновый, рубидиево-стронциевый и радиоуглеродный.

Методы ядерной геохронологии позволили определить возраст планеты, а также продолжительность эр и периодов. Радиологическое измерение времени предложили П. Кюри и Э. Резерфорд в начале $XX$ века.

Относительная геохронология оперирует такими понятиями как «ранний возраст, средний, поздний». Существует несколько разработанных методов определения относительного возраста горных пород. Они объединяются в две группы – палеонтологические и непалеонтологические .

Первые играют основную роль в силу своей универсальности и повсеместного применения. Исключение составляет отсутствие в породах органических остатков. С помощью палеонтологических методов изучаются остатки древних вымерших организмов. Для каждого слоя горных пород характерен свой комплекс органических остатков. В каждом молодом слое остатков высокоорганизованных растений и животных будет больше. Чем выше лежит слой, тем он моложе. Подобная закономерность была установлена англичанином У. Смитом . Ему принадлежит первая геологическая карта Англии, на которой горные породы были разделены по возрасту.

Непалеонтологические методы определения относительного возраста горных пород используются в случаях отсутствия в них органических остатков. Более эффективными тогда будут являться стратиграфический, литологический, тектонический, геофизический методы . С помощью стратиграфического метода можно определить последовательность напластования слоёв при нормальном их залегании, т.е. нижележащие пласты будут более древними.

Замечание 3

Последовательность образования горных пород определяет относительная геохронология, а возраст их в единицах времени определяет уже абсолютная геохронология. Задача геологического времени заключается в определении хронологической последовательности геологических событий.

Геохронологическая таблица

Для определения возраста горных пород и их исследования ученые пользуются различными методами, и с этой целью была составлена специальная шкала. Геологическое время на этой шкале делят на временные отрезки каждому из которых соответствует определенный этап формирования земной коры и развития живых организмов. Шкала получила название геохронологической таблицы, в которой выделяются следующие подразделения: эон, эра, период, эпоха, век, время . Для каждого геохронологического подразделения характерен свой комплекс отложений, который называется стратиграфическим : эонотема, группа, система, отдел, ярус, зона . Группа, например, является стратиграфическим подразделением, а временное геохронологическое подразделение ей соответствующее представляет эра. Исходя из этого, существует две шкалы – стратиграфическая и геохронологическая . Первая шкала используется тогда, когда речь идет об отложениях , потому что в любой промежуток времени на Земле происходили какие-то геологические события. Вторая шкала нужна для определения относительного времени . С момента принятия содержание шкалы менялось и уточнялось.

Наиболее крупными стратиграфическими подразделениями в настоящее время являются эонотемы – архейская, протерозойская, фанерозойская . В геохронологической шкале им отвечают зоны различной длительности. По времени существования на Земле выделяются архейская и протерозойская эонотемы , охватившие почти $80$ % времени. Фанерозойский эон по времени значительно меньше предыдущих эон и охватывает всего $ 570$ млн. лет. Эта ионотема делится на три основные группы – палеозой, мезозой, кайнозой .

Название эонотем и групп имеют греческое происхождение:

• Археос означает древнейший;
• Протерос – первичный;
• Палеос – древний;
• Мезос – средний;
• Кайнос – новый.

От слова «зоико с», что значит жизненный, произошло слово «зой ». Исходя из этого, выделяют эры жизни на планете, например, мезозойская эра означает эру средней жизни.

Эры и периоды

Историю Земли по геохронологической таблице делят на пять геологических эр: архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую, кайнозойскую . В свою очередь эры подразделяются на периоды . Их значительно больше – $12$. Продолжительность периодов различна от $20$-$100$ млн. лет. На свою незавершенность указывает последний четвертичный период кайнозойской эры , его продолжительность всего $1,8$ млн. лет.

Архейская эра. Это время началось уже после формирования земной коры на планете. На Земле к этому времени были горы и в действие вступили процессы эрозии и осадконакопления. Архей длился приблизительно $2$ млрд. лет. Эта эра самая длинная по продолжительности, в течение которой на Земле была широко распространена вулканическая деятельность, шли глубинные поднятия, результатом которых стало образование гор. Большая часть ископаемых под действием высокой температуры, давления, перемещения масс, была уничтожена, но небольшие данные о том времени сохранились. В породах архейской эры в рассеянном виде встречается чистый углерод. Ученые считают, что это измененные останки животных и растений. Если количество графита отражает количество живой материи, то в архее её существовало очень много.

Протерозойская эра . По длительности это вторая эра, охватившая $1$ млрд. лет. На протяжении эры происходило отложение большого количества осадков и одно значительное оледенение. Ледниковые покровы распространялись от экватора до $20$ градуса широты. Ископаемые, найденные в породах этого времени, являются свидетельством существования жизни и её эволюционного развития. В отложениях протерозоя найдены спикулы губок, останки медуз, грибов, водорослей, членистоногих и др.

Палеозойская эра . В этой эре выделяется шесть периодов:

• Кембрий;
• Ордовик,
• Силур;
• Девон;
• Карбон или каменноугольный;
• Пермский или пермь.

Продолжительность палеозоя составляет $370$ млн. лет. За это время появились представители всех типов и классов животных. Не было только птиц и млекопитающих.

Мезозойская эра . Эра делится на три периода:

• Триас;

Началась эра примерно $230$ млн. лет назад и продолжалась $167$ млн. лет. В течение первых двух периодов – триасового и юрского – большая часть материковых областей поднялась выше уровня моря. Климат триаса сухой и теплый, а в юре он стал еще теплее, но был уже влажный. В штате Аризона есть знаменитый каменный лес, существующий с триасового периода. Правда, от некогда могучих деревьев остались только стволы, бревна и пни. В конце мезозойской эры, а точнее в меловом периоде, на материки происходит постепенное наступление моря. Североамериканский континент в конце мелового периода испытал погружение и в результате воды Мексиканского залива соединились с водами арктического бассейна. Материк был разделен на две части. Завершение мелового периода характеризуется большим поднятием, получившим название альпийского горообразования . В это время появились Скалистые горы, Альпы, Гималаи, Анды. На западе Северной Америки началась интенсивная вулканическая деятельность.

Кайнозойская эра . Это новая эра, которая еще не закончилась и продолжается в настоящее время.

Эру разделили на три периода:

• Палеоген;
• Неоген;
• Четвертичный.

Четвертичный период имеет целый ряд уникальных черт. Это время окончательного формирования современного лика Земли и ледниковых периодов. Стали самостоятельными Новая Гвинея и Австралия, сместившись поближе к Азии. Антарктида осталась на своем месте. Соединились две Америки. Из трех периодов эры наиболее интересным является четвертичный период или антропогеновый . Он продолжается ныне, а был выделен в $1829$ г. бельгийским геологом Ж. Денуайэ . Похолодания меняются потеплениями, но наиболее важной его особенностью является появление человека .

Современный человек проживает в четвертичном периоде кайнозойской эры.

Геологическое летосчисление и геохронологическая таблица
Большое значение для географической науки имеет умение определять возраст Земли и земной коры, а также время значительных событий, произошедших в истории их развития.
История развития планеты Земля делится на два этапа: планетарный и геологический.
Планетарный этап охватывает период времени от зарождения Земли как планеты и до образования земной коры. Научная гипотеза об образовании Земли (как космического тела) появилась на основе общих взглядов на зарождение других планет, входящих в состав Солнечной системы. О том, что Земля - одна из 9-ти планет Солнечной системы, вы знаете из курса 6-го класса. Планета Земля образовалась 4,5-4,6 млрд лет назад. Этот этап закончился с появлением первичных литосферы, атмосферы и гидросферы (3,7-3,8 млрд лет назад).
С момента появления первых зачатков земной коры начался геологический этап, который продолжается и по настоящее время. В этот период образовались различные горные породы. Земная кора не раз подвергалась медленным поднятиям и опускания под влиянием внутренних сил. В период опускания территория затапливалась водой и на дне откладывались осадочные породы (пески, глины и др.), а в периоды поднятия моря отступали и на их месте возникала равнина, сложенная этими осадочными породами.
Таким образом, первоначальное строение земной коры стало изменяться. Этот процесс продолжался непрерывно. На дне морей и впадин материков накапливался осадочный слой горных пород, среди которых можно было встретить остатки растений и животных. Каждому геологическому периоду соответствуют их отдельные виды, потому что органический мир находится в постоянном развитии.
Определение возраста горных пород. Для того чтобы определить возраст Земли и представить историю ее геологического развития, используют методы относительного и абсолютного летосчисления (геохронологию).
Чтобы определить относительный возраст горных пород необходимо знать закономерности последовательного залегания слоев осадочных горных пород разного состава. Суть их состоит в следующем: если слои осадочных горных пород залегают в ненарушенном состоянии так, как они один за другим отлагались на дне морей, то это значит, что слой, лежащий внизу, отложился раньше, а слой, лежащий выше, образовался позднее, следовательно, он моложе.
Действительно, если не будет нижнего слоя, то ясно, что накрывающий его верхний слой не может образоваться, поэтому чем ниже расположен осадочный слой, тем больше его возраст. Самый верхний слой считается самым молодым.
В определении относительного возраста горных пород большое значение имеет изучение последовательного залегания осадочных пород разного состава и содержащихся в них окаменелых остатков животных и растительных организмов В результате кропотливой работы ученых по определению геологического возраста горных пород и времени развития растительных и животных организмов была составлена геохронологическая таблица. Она была утверждена на II Международном геологическом конгрессе в 1881 году в Болонье. В ее основе этапы развития жизни, выявленные палеонтологией. Эта таблица-шкала постоянно совершенствуется. Современное состояние таблицы приведено на с. 43.
Единицами шкалы являются эры, делящиеся на периоды которые подразделяются на эпохи. Пять самых крупных из этих подразделений - эры - носят названия, связанные с характером существовавшей тогда жизни. Например, архей - время более ранней жизни, протерозой - эра первичной жизни, палеозой - эра древней жизни, мезозой - эра средней жизни, кайнозой - эра новой жизни.
Эры подразделяются на менее длительные отрезки времени - периоды. Названия их различны. Одни из них происходят от названий горных пород, которые наиболее характерны для этого времени (например, карбоновый период в палеозое и молевый период в мезозое). Большинство периодов названо по тем местностям, в которых наиболее полно развиты отложения того или иного периода и где впервые эти отложения были охарактеризованы. Древнейший период палеозоя - кембрийский - получил название от Кем­брии - древнего государства на западе Англии. Названия следующих периодов палеозоя - ордовикский и силурский - происходят от названий древних племен ордовиков и силу­ров, населявших территорию нынешнего Уэльса.
Чтобы различать системы геохронологической таблицы, приняты условные знаки. Геологические эры обозначаются индексами (знаками) - начальными буквами их латинских названий (например, архей - AR), а индексы периодов - первой буквой их латинских названий (например, пермский - Р).
Определение абсолютного возраста горных пород началось в начале XX века, после открытия учеными закона распада радиоактивных элементов. В недрах Земли находятся радиоактивные элементы, например, уран. С течением времени он медленно, с постоянной скоростью, распадается на гелий и свинец. Гелий рассеивается, а свинец остается в породе. Зная скорость распада урана (из 100 г урана в течение 74 млн лет выделяется 1 г свинца), по количеству свинца, содержащегося в горной породе, можно подсчитать сколько лет назад она образовалась.
Использование радиометрических методов дало возможность определять возраст многих горных пород, слагающих земную кору. Благодаря этим исследованиям удалось установить геологический и планетарный возраст Земли. На основе относительного и абсолютного методов летосчисления и была составлена геохронологическая таблица.
1. На какие этапы делится геологическая история развития Земли?
2. Какой этап развития Земли является геологическим? 3.* Как определяют возраст горных пород?
4. Сравните по геохронологической таблице продолжительность геологических эр и периодов.

История планеты Земля уже насчитывает примерно 7 млрд лет. За это время наш общий дом претерпел значительные изменения, что явилось следствием изменения периодов. в хронологическом порядке раскрывают всю историю планеты с самого ее появления до наших дней.

Геологическая хронология

История Земли, представленная в виде эонов, групп, периодов и эпох являет собой определенную сгруппированную хронологию. На первых международных конгрессах геологии была выработана особая хронологическая шкала, которая представляла периодизацию Земли. В последующем эта шкала пополнялась новой информацией и изменялась, в итоге сейчас в ней отражены все геологические периоды в хронологическом порядке.

Самыми крупными подразделениями в этой шкале являются эонотемы, эры и периоды.

Формирование Земли

Геологические периоды Земли в хронологическом порядке начинают свою историю именно с формирования планеты. Ученые пришли к выводу о том, что Земля сформировалась примерно 4,5 млрд лет назад. Сам процесс ее формирования был очень длительным и, возможно, начался еще 7 млрд лет назад из мелких космических частиц. Со временем сила тяготения росла, вместе с ней увеличивалась скорость тел, падавших на формирующуюся планету. Кинетическая энергия трансформировалась в тепло, в результате чего происходило постепенное нагревание Земли.

Ядро Земли, по предположениям ученых, было сформировано за несколько сотен миллионов лет, после чего началось постепенное остывание планеты. В настоящее время в расплавленном ядре содержится 30 % массы Земли. Развитие других оболочек планеты, по мнению ученых, не закончено до сих пор.

Докембрийский эон

В геохронологии Земли первый эон имеет название докембрий. Он охватывает время 4,5 млрд - 600 млн лет назад. То есть львиная доля истории планеты охватывается первым. Однако этот эон делят еще на три - катархей, архей, протерозой. Причем часто первый из них выделяется в самостоятельный эон.

В это время произошло образование суши и воды. Все это происходило во время активной вулканической деятельности на протяжении почти всего эона. Щиты всех континентов были образованы в докембрии, однако следы жизни встречаются очень редко.

Катархейский эон

Начало истории Земли - полмиллиарда лет ее существования в науке названо катархеем. Верхняя граница этого эона находится на отметке 4 млрд лет назад.

Популярная литература рисует нам катархей как время активных вулканических и геотермальных изменений на поверхности Земли. Однако на самом деле это не соответствует действительности.

Катархейский эон - время, когда вулканическая активность не проявлялась, а поверхность Земли представляла собой холодную неприветливую пустыню. Хотя достаточно часто происходили землетрясения, которые сглаживали ландшафт. Поверхность выглядела, как темно-серое первичное вещество, покрытое слоем реголита. Сутки в то время составляли всего 6 часов.

Архейский эон

Второй основной эон из четырех в истории Земли продолжался около 1,5 млрд лет - 4-2,5 млрд лет назад. Тогда Земля еще не имела атмосферы, поэтому и жизни еще не было, однако в этот эон происходит появление бактерий, вследствие отсутствия кислорода они были анаэробными. В результате их деятельности сегодня мы имеем залежи природных ископаемых, таких как железо, графит, сера и никель. История термина «архей» берет свое начало в 1872 году, тогда его предложил знаменитый американский ученый Дж. Дан. Архейский эон, в отличие от предыдущего, характеризуется высокой вулканической активностью и эрозией.

Протерозойский эон

Если рассматривать геологические периоды в хронологическом порядке, следующий миллиард лет занял протерозой. Этот период также характеризуется высокой вулканической активностью и осадкообразованием, также продолжается эрозия на огромных площадях.

Происходит образование т. н. гор В настоящее время они представляют собой небольшие холмы на равнинах. Горные породы этого эона очень богаты слюдой, рудами цветных металлов и железом.

Следует отметить, что в протерозойский период появились первые живые существа - простейшие микроорганизмы, водоросли и грибы. А к концу эона появляются черви, морские беспозвоночные, моллюски.

Фанерозойский эон

Все геологические периоды в хронологическом порядке можно разделить на два типа - явные и скрытые. Фанерозой относится к явным. В это время появляется большое количество живых организмов с минеральными скелетами. Эпоха, предшествующая фанерозою, была названа скрытой потому, что следов ее практически не найдено из-за отсутствия минеральных скелетов.

Последние около 600 млн лет истории нашей планеты называются фанерозойским эоном. Самые значимые события этого эона - кембрийский взрыв, произошедший примерно 540 млн лет назад и пять самых крупных вымираний в истории планеты.

Эры докембрийского эона

Во время катархея и архея не существовало общепризнанных эр и периодов, поэтому их рассмотрение мы пропустим.

Протерозой же состоит из трех больших эр:

Палеопротерозой - т. е. древний, включающий в себя сидерий, риасийский период, орозирий и статерий. К концу этой эры концентрация кислорода в атмосфере достигла современного уровня.

Мезопротерозой - средний. Состоит из трех периодов - калимий, эктазий и стений. В эту эру водоросли и бактерии достигли наибольшего своего расцвета.

Неопротерозой - новый, состоящий из тония, криогения и эдиакария. В это время происходит образование первого суперконтинента - Родиния, однако потом плиты вновь разошлись. Самый холодный ледниковый период проходил в эру под названием мезопротерозой, во время которой замерзла большая часть планеты.

Эры фанерозойского эона

Данный эон состоит из трех больших эпох, резко отличающихся друг от друга:

Палеозой, или эра древней жизни. Началась примерно 600 млн лет назад и закончилась 230 млн лет назад. Палеозой состоит из 7 периодов:

1. Кембрий (на Земле сформирован умеренный климат, ландшафт низменный, в этот период происходит зарождение всех современных типов животных).
2. Ордовик (климат на всей планете достаточно теплый, даже в Антарктиде, при этом суша значительно погружается. Происходит появление первых рыб).
3. Силурийский период (происходит формирование больших внутриконтинентальных морей, при этом низменности становятся все засушливее из-за поднятия суши. Продолжается развитие рыб. Силурийский период отмечен появлением первых насекомых).
4. Девон (появление первых земноводных и лесов).
5. Нижний карбон (господство папоротникообразных, распространение акул).
6. Верхний и средний карбон (появление первых пресмыкающихся).
7. Пермь (большинство древних животных вымирает).

Мезозой, или время пресмыкающихся. Геологическая история состоит из трех периодов:

1. Триас (вымирают семенные папоротники, господствуют голосеменные, появляются первые динозавры и млекопитающие).
2. Юра (часть Европы и западная часть Америки покрыта мелководными морями, появление первых зубатых птиц).
3. Мел (появление кленовых и дубовых лесов, наивысшее развитие и вымирание динозавров и зубатых птиц).

Кайнозой, или время млекопитающих. Состоит из двух периодов:

1. Третичный. В начале периода хищники и копытные достигают своего рассвета, климат теплый. Происходит максимальное распространение лесов, древнейшие млекопитающие вымирают. Примерно 25 млн лет назад появляются а в эпоху плиоцена возникает человек.
2. Четвертичный. Плейстоцен - крупные млекопитающие вымирают, зарождается человеческое общество, происходит 4 ледниковых периода, вымирают многие виды растений. Современная эпоха - заканчивается последний ледниковый период, постепенно климат приобретает нынешний вид. Главенство человека на всей планете.

Геологическая история нашей планеты имеет длительное и противоречивое развитие. В этом процессе было место нескольким вымираниям живых организмов, повторялись ледниковые периоды, наблюдались периоды высокой вулканической активности, были эры главенства разных организмов: от бактерий до человека. История Земли началась примерно 7 млрд лет назад, сформировалась она около 4,5 млрд лет назад и всего меньше миллиона лет назад человек перестал иметь конкурентов во всей живой природе.

Возникновение Земли и ранние этапы ее становления

Одной из важных задач современного естествознания в области наук о Земле является восстановление истории ее развития . По современным космогоническим представлениям, Земля образовалась из рассеянного в протосолнечной системе газопылевого вещества. Один из наиболее вероятных вариантов возникновения Земли выглядит следующим образом. Вначале образовались Солнце и уплощенная вращающаяся околосолнечная туманность из межзвездного газопылевого облака под влиянием, например, взрыва близкой сверхновой звезды. Далее происходила эволюция Солнца и околосолнечной туманности с передачей электромагнитным или турбулентно-конвективным способом момента количества движения от Солнца планетам. В последующем «пыльная плазма» конденсировалась в кольца вокруг Солнца, а материал колец образовал так называемые планетезимали, которые конденсировались до планет. После этого подобный процесс повторился вокруг планет, что привело к образованию спутников. Считается, что этот процесс занял около 100 млн лет.

Предполагается, что далее в результате дифференциации вещества Земли под действием ее гравитационного поля и радиоактивного нагрева возникли и развились различные по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам оболочки - геосферы Земли. Более тяжелый материал сформировал ядро, состоящее, вероятно, из железа с примесью никеля и серы. В мантии остались несколько более легкие элементы. Согласно одной из гипотез, мантия сложена простыми оксидами алюминия, железа, титана кремния и др. О составе земной коры уже говорилось достаточно подробно в § 8.2. Она сложена более легкими силикатами. Еще более легкие газы и влага сформировали первичную атмосферу.

Как уже говорилось, предполагается, что Земля родилась из скопления холодных твердых частиц, выпадавших из газопылевой туманности и слипавшихся под влиянием взаимного притяжения. По мере роста планеты она разогревалась вследствие соударения этих частиц, достигавших нескольких сот километров, подобно современным астероидам, и выделения теплоты не только известными нам теперь в коре естественно -радиоактивными элементами, но и более чем 10 вымершими с тех пор радиоактивными изотопами AI, Be, Cl и др. В результате могло происходить полное (в ядре) или частичное (в мантии) плавление вещества. В начальный период своего существования, примерно до 3,8 млрд лет, Земля и другие планеты земной группы, а также Луна подвергались усиленной бомбардировке мелкими и крупными метеоритами. Следствием этой бомбардировки и более раннего соударения планетезималей могло стать выделение летучих и начало образования вторичной атмосферы, так как первичная, состоявшая из газов, захваченных при образовании Земли, скорее всего быстро рассеялась в космическом пространстве. Несколько позже стала формироваться гидросфера. Сформировавшиеся таким образом атмосфера и гидросфера пополнялись в процессе дегазации мантии при вулканической деятельности.

Падение крупных метеоритов создавало обширные и глубокие кратеры, подобные наблюдаемым в настоящее время на Луне, Марсе, Меркурии, где следы их не стерты последующими изменениями. Кратерообразование могло провоцировать излияния магмы с образованием базальтовых полей, подобных покрывающим лунные «моря». Так, вероятно, образовалась первичная кора Земли, которая, однако, не сохранилась на современной ее поверхности, за исключением относительно небольших фрагментов в «более молодой» коре континентального типа.

Эта кора, содержащая в своем составе уже граниты и гнейсы, правда, с меньшим содержанием кремнезема и калия, чем в «нормальных» гранитах, появилась на рубеже около 3,8 млрд лет и известна нам по обнажениям в пределах кристаллических щитов практически всех континентов. Способ образования древнейшей континентальной коры пока во многом неясен. В составе этой коры, повсеместно метаморфизованной в условиях высоких температур и давлений, находят породы, текстурные особенности которых свидетельствуют о накоплении в водной среде, т.е. в эту отдаленную эпоху уже существовала гидросфера. Возникновение первой коры, подобной современной, требовало поступления из мантии больших количеств кремнезема, алюминия, щелочей, в то время как сейчас мантийный магматизм создает очень ограниченный объем обогащенных этими элементами пород. Считается, что 3,5 млрд лет назад на площади современных континентов была широко распространена серогнейсовая кора, названная так по преобладающему типу слагающих ее пород. В нашей стране она, например, известна на Кольском полуострове и в Сибири, в частности в бассейне р. Алдан.

Принципы периодизации геологической истории Земли

Дальнейшие события в геологическое время часто определяются, согласно относительной геохронологии, категориями «древнее», «моложе». Например, какая-то эра древнее некоторой другой. Отдельные отрезки геологической истории называются (в порядке уменьшения их продолжительности) зонами, эрами, периодами, эпохами, веками. Их выявление основано на том факте, что геологические события запечатлеваются в горных породах, а осадочные и вулканогенные породы располагаются в земной коре слоями. В 1669 г. Н. Стеной установил закон последовательности напластования, согласно которому нижележащие пласты осадочных пород древнее вышележащих, т.е. образовались ранее их. Благодаря этому появилась возможность определения относительной последовательности образования слоев, а значит, связанных с ними геологических событий.

Основным в относительной геохронологии является биостратиграфический, или палеонтологический, метод установления относительного возраста и последовательности залегания пород. Этот метод был предложен У. Смитом в начале XIX в., а затем развит Ж. Кювье и А. Броньяром. Дело в том, что в большинстве осадочных пород можно встретить остатки животных или растительных организмов. Ж.Б. Ламарк и Ч. Дарвин установили, что животные и растительные организмы в течение геологической истории постепенно совершенствовались в борьбе за существование, приспосабливаясь к изменяющимся условиям жизни. Некоторые животные и растительные организмы на определенных стадиях развития Земли вымирали, на смену им приходили другие, более совершенные. Таким образом, по остаткам ранее живших более примитивных предков, найденным в каком-нибудь пласте, можно судить об относительно более древнем возрасте данного пласта.

Еще один метод геохронологического расчленения пород, особенно важный для расчленения магматических образований океанического дна, основан на свойстве магнитной восприимчивости горных пород и минералов, образующихся в магнитном поле Земли. С изменением ориентировки породы относительно магнитного поля или самого поля часть «врожденной» намагниченности сохраняется, а смена полярности запечатлевается в изменении ориентировки остаточной намагниченности пород. В настоящее время установлена шкала смены таких эпох.

Абсолютная геохронология - учение об измерении геологического времени, выраженного в обычных абсолютных астрономических единицах (годах), - определяет время возникновения, завершения и длительность всех геологических событий, в первую очередь время образования или преобразования (метаморфизма) горных пород и минералов, так как по их возрасту определяется возраст геологических событий. Основным методом здесь является анализ соотношения радиоактивных веществ и продуктов их распада в горных породах, образовывавшихся в разные эпохи.

Древнейшие породы в настоящее время установлены в Западной Гренландии (3,8 млрд лет). Самый большой возраст (4,1 - 4,2 млрд лет) получен по цирконам из Западной Австралии, но циркон здесь залегает в переотложенном состоянии в мезозойских песчаниках. С учетом представлений об одновременности образования всех планет Солнечной системы и Луны и возраста самых древних метеоритов (4,5-4,6 млрд лет) и древних лунных пород (4,0-4,5 млрд лет) возраст Земли принимается равным 4,6 млрд лет.

В 1881 г. на II Международном геологическом конгрессе в Болонье (Италия) были утверждены основные подразделения совмещенных стратиграфической (для разделения слоистых осадочных пород) и геохронологической шкал. По этой шкале история Земли делилась на четыре эры в соответствии с этапами развития органического мира: 1) архейская, или археозойская - эра древнейшей жизни; 2) палеозойская - эра древней жизни; 3) мезозойская - эра средней жизни; 4) кайнозойская - эра новой жизни. В 1887 г. из состава архейской эры выделили протерозойскую - эру первичной жизни. Позднее шкала совершенствовалась. Один из вариантов современной геохронологической шкалы представлен в табл. 8.1. Архейская эра разделяется на две части: ранний (древнее 3500 млн лет) и поздний архей; протерозойская - также на две: ранний и поздний протерозой; в последнем выделяют рифейский (название произошло от древнего названия Уральских гор) и вендский периоды. Фанерозойский зон подразделяется на палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры и состоит из 12 периодов.

Таблица 8.1. Геохронологическая шкала

			Возраст (начало),
Фанерозой	Кайнозойская	Четвертичный
		Неогеновый
		Палеогеновый
	Мезозойская
		Триасовый
	Палеозойская	Пермский
		Каменноугольный
		Девонский
		Силурийский
		Ордовикский
		Кембрийский
Криптозой	Протерозойская	Вендский
		Рифейский
		Карельский
	Архейская
	Катархейская

Основные этапы эволюции земной коры

Кратко рассмотрим основные этапы эволюции земной коры как косного субстрата, на котором развилось многообразие окружающей природы .

В apxee еще довольно тонкая и пластичная кора под влиянием растяжения испытала многочисленные разрывы сплошности, через которые к поверхности вновь устремилась базальтовая магма, заполнившая прогибы длиной сотни километров и шириной многие десятки километров, известные как зелено-каменные пояса (этим названием они обязаны преобладающему зеленосланцевому низкотемпературному метаморфизму базальтовых пород). Наряду с базальтами среди лав нижней, основной по мощности части разреза этих поясов встречаются высокомагнезиальные лавы, свидетельствующие об очень большой степени частичного плавления мантийного вещества, что говорит о высоком тепловом потоке, намного превышавшем современный. Развитие зеленокаменных поясов заключалось в смене типа вулканизма в направлении увеличения содержания в нем диоксида кремния (SiO 2), в деформациях сжатия и метаморфизме осадочно-вулканогенного выполнения и, наконец, в накоплении обломочных осадков, свидетельствующих об образовании гористого рельефа.

После смены нескольких поколений зеленокаменных поясов архейский этап эволюции земной коры завершился 3,0 -2,5 млрд лет назад массовым образованием нормальных гранитов с преобладанием К 2 О над Na 2 O. Гранитизация, а также региональный метаморфизм, местами достигший высшей ступени, привели к формированию зрелой континентальной коры на большей части площади современных материков. Однако и эта кора оказалась недостаточно устойчивой: в начале протерозойской эры она испытала дробление. В это время возникла планетарная сеть разломов и трещин, заполнявшихся дайками (пластинообразными геологическими телами). Одна из них - Великая дайка в Зимбабве - имеет длину более 500 км и ширину до 10 км. Кроме того, впервые проявилось рифтообразование, давшее начало зонам прогибания, мощного осадконакопления и вулканизма. Их эволюция привела к созданию в конце раннего протерозоя (2,0-1,7 млрд лет назад) складчатых систем, вновь спаявших обломки архейской континентальной коры, чему способствовала новая эпоха мощного гранитообразования.

В итоге к концу раннего протерозоя (к рубежу 1,7 млрд лет назад) зрелая континентальная кора существовала уже на 60- 80% площади ее современного распространения. Более того, некоторые ученые полагают, что на этом рубеже вся континентальная кора составляла единый массив - суперконтинент Мегагею (большая земля), которому на другой стороне земного шара противостоял океан - предшественник современного Тихого океана - Мегаталасса (большое море). Этот океан был менее глубоким, чем современные океаны, ибо рост объема гидросферы за счет дегазации мантии в процессе вулканической деятельности продолжается всю последующую историю Земли, хотя и более медленно. Не исключено, что прообраз Мегаталассы появился еще раньше, в конце архея.

В катархее и начале архея появились первые следы жизни - бактерии и водоросли, а в позднем архее распространились водорослевые известковые постройки - строматолиты. В позднем архее началось, а в раннем протерозое завершилось коренное изменение состава атмосферы: под влиянием жизнедеятельности растений в ней появился свободный кислород, тогда как катархейская и раннеархейская атмосфера состояла из водяного пара, СО 2 , СО, СН 4 , N, NH 3 и H 2 S с примесью НС1, HF и инертных газов.

В позднем протерозое (1,7-0,6 млрд лет назад) Мегагея стала постепенно раскалываться, и этот процесс резко усилился в конце протерозоя. Следами его являются протяженные континентальные рифтовые системы, погребенные в основании осадочного чехла древних платформ. Важнейшим его результатом было образование обширных межконтинентальных подвижных поясов - Северо-Атлантического, Средиземноморского, Урало-Охотского, разделивших континенты Северной Америки, Восточной Европы, Восточной Азии и наиболее крупный обломок Мегагеи - южный суперконтинент Гондвану. Центральные части этих поясов развивались на новообразованной в процессе рифтогенеза океанской коре, т.е. пояса представляли собой океанские бассейны. Их глубина постепенно увеличивалась по мере роста гидросферы. Одновременно подвижные пояса развивались по периферии Тихого океана, глубина которого также возрастала. Климатические условия становились более контрастными, о чем свидетельствует появление, особенно в конце протерозоя, ледниковых отложений (тиллитов, древних морен и водно-ледниковых осадков).

Палеозойский этап эволюции земной коры характеризовался интенсивным развитием подвижных поясов - межконтинентальных и окраинно-континентальных (последние на периферии Тихого океана). Эти пояса расчленялись на окраинные моря и островные дуги, их осадочно-вулканогенные толщи испытывали сложные складчато-надвиговые, а затем сбрососдвиговые деформации, в них внедрялись граниты и на этой основе формировались складчатые горные системы. Этот процесс протекал неравномерно. В нем различают ряд интенсивных тектонических эпох и гранитного магматизма: байкальскую - в самом конце протерозоя, салаирскую (от хребта Са-лаир в Средней Сибири) - в конце кембрия, таковскую (от Таковских гор на востоке США) - в конце ордовика, каледонскую (от древнеримского названия Шотландии) - в конце силура, акадскую (Акадия - старинное название северо-восточных штатов США) - в середине девона, судетскую - в конце раннего карбона, заальскую (от р. Заале в Германии) - в середине ранней перми. Первые три тектонические эпохи палеозоя нередко объединяют в каледонскую эру тектогенеза, последние три - в герцинскую, или варисскую. В каждую из перечисленных тектонических эпох определенные части подвижных поясов превращались в складчатые горные сооружения, а после разрушения (денудации) входили в состав фундамента молодых платформ. Но некоторые из них частично испытывали активизацию в последующие эпохи горообразования.

К концу палеозоя межконтинентальные подвижные пояса полностью замкнулись и заполнились складчатыми системами. В результате отмирания Северо-Атлантического пояса Североамериканский континент сомкнулся с Восточно-Европейским, а последний (после завершения развития Урало-Охотского пояса) - с Сибирским, Сибирский - с Китайско-Корейским. В итоге образовался суперконтинент Лавразия, а отмирание западной части Средиземноморского пояса привело к его объединению с южным суперконтинентом - Гондваной - в одну континентальную глыбу - Пангею. Восточная часть Средиземноморского пояса в конце палеозоя - начале мезозоя превратилась в огромный залив Тихого океана, по периферии которого также поднялись складчатые горные сооружения.

На фоне этих изменений структуры и рельефа Земли продолжалось развитие жизни. Первые животные появились еще в позднем протерозое, а на самой заре фанерозоя существовали почти все типы беспозвоночных, но они еще были лишены раковин или панцирей, которые известны с кембрия. В силуре (или уже в ордовике) начался выход растительности на сушу, а в конце девона существовали леса, получившие наибольшее распространение в каменноугольном периоде. Рыбы появились в силуре, земноводные - в карбоне.

Мезозойская и кайнозойская эры - последний крупный этап развития структуры земной коры, который отмечен становлением современных океанов и обособлением современных континентов. В начале этапа, в триасе, еще существовала Пангея, но уже в раннем юрском периоде она снова раскололась на Лавразию и Гондвану вследствие возникновения широтного океана Тетис, протянувшегося от Центральной Америки до Индокитая и Индонезии, а на западе и на востоке он смыкался с Тихим океаном (рис. 8.6); этот океан включал и Центральную Атлантику. Отсюда в конце юры процесс раздвига континентов распространился к северу, создав в течение мелового периода и раннего палеогена Северную Атлантику, а начиная с палеогена - Евразийский бассейн Северного Ледовитого океана (Амеразийский бассейн возник раньше как часть Тихого океана). В итоге Северная Америка отделилась от Евразии. В поздней юре началось формирование Индийского океана, и с начала мела стала раскрываться с юга Южная Атлантика. Это означало начало распада Гондваны, существовавшей как единое целое в течение всего палеозоя. В конце мела Северная Атлантика соединилась с Южной, отделив Африку от Южной Америки. Тогда же Австралия отделилась от Антарктиды, а в конце палеогена произошло отделение последней от Южной Америки.

Таким образом, к концу палеогена оформились все современные океаны, обособились все современные континенты и облик Земли приобрел вид, в основном близкий к нынешнему. Однако еще не было современных горных систем.

С позднего палеогена (40 млн лет назад) началось интенсивное горообразование, достигшее кульминации в последние 5 млн лет. Этот этап становления молодых складчато-покровных горных сооружений, образования возрожденных сводово-глыбовых гор выделяют как неотектонический. Фактически неотектонический этап является подэтапом мезозойско-кайнозойского этапа развития Земли, так как именно на этом этапе оформились основные черты современного рельефа Земли, начиная с распределения океанов и континентов.

На этом этапе завершилось формирование основных черт современной фауны и флоры. Мезозойская эра была эрой пресмыкающихся, млекопитающие стали преобладать в кайнозое, а в позднем плиоцене появился человек. В конце раннего мела появились покрытосемянные растения и суша приобрела травяной покров. В конце неогена и антропогене высокие широты обоих полушарий были охвачены мощным материковым оледенением, реликтами которого являются ледниковые шапки Антарктиды и Гренландии. Это было третье крупное оледенение в фанерозое: первое имело место в позднем ордовике, второе - в конце карбона - начале перми; оба они были распространены в пределах Гондваны.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

Что такое сфероид, эллипсоид и геоид? Каковы параметры принятого в нашей стране эллипсоида? Зачем он нужен?

Каково внутреннее строение Земли? На основании чего делается заключение о ее строении?

Каковы основные физические параметры Земли и как они изменяются с глубиной?

Каков химический и минералогический состав Земли? На основании чего делается заключение о химическом составе всей Земли и земной коры?

Какие основные типы земной коры выделяют в настоящее время?

Что такое гидросфера? Что такое круговорот воды в природе? Какие основные процессы происходят в гидросфере и ее элементах?

Что такое атмосфера? Каково ее строение? Какие процессы происходят в ее пределах? Что такое погода и климат?

Дайте определение эндогенных процессов. Какие эндогенные процессы вы знаете? Кратко их охарактеризуйте.

В чем заключается сущность тектоники литосферных плит? Каковы ее основные положения?

10. Дайте определение экзогенных процессов. В чем основная сущность этих процессов? Какие эндогенные процессы вы знаете? Кратко их охарактеризуйте.

11. Как взаимодействуют эндогенные и экзогенные процессы? Каковы результаты взаимодействия этих процессов? В чем сущность теорий В. Дэвиса и В. Пенка?

Каковы современные представления о возникновении Земли? Как происходило ее раннее становление как планеты?

На основании чего производится периодизация геологической истории Земли?

14. Как развивалась земная кора в геологическом прошлом Земли? Каковы основные этапы развития земной коры?

ЛИТЕРАТУРА

Аллисон А., Палмер Д. Геология. Наука о вечно меняющейся Земле. М., 1984.

Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. Л., 1980.

Вернадский В.И. Научная мысль как планетарное явление. М., 1991.

Гаврилов В.П. Путешествие в прошлое Земли. М., 1987.

Геологический словарь. Т. 1, 2. М., 1978.

Городницкий A . M ., Зоненшайн Л.П., Мирлин Е.Г. Реконструкции положения материков в фанерозое. М., 1978.

7. Давыдов Л.К., Дмитриева A.A., Конкина Н.Г. Общая гидрология. Л., 1973.

Динамическая геоморфология /Под ред. Г.С. Ананьева, Ю.Г. Симонова, А.И. Спиридонова. М., 1992.

Дэвис В.М. Геоморфологические очерки. М., 1962.

10. Земля. Введение в общую геологию. М., 1974.

11. Климатология / Под ред. O.A. Дроздова, Н.В. Кобышевой. Л., 1989.

Короновский Н.В., Якушева А.Ф. Основы геологии. М., 1991.

Леонтьев O.K., Рычагов Г.И. Общая геоморфология. М., 1988.

Львович М.И. Вода и жизнь. М., 1986.

Маккавеев Н.И., Чалов P.C. Русловые процессы. М., 1986.

Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология. М., 1991.

Монин A.C. Введение в теорию климата. Л., 1982.

Монин A.C. История Земли. М., 1977.

Неклюкова Н.П., Душина И.В., Раковская Э.М. и др. География. М., 2001.

Немков Г.И. и др. Историческая геология. М., 1974.

Неспокойный ландшафт. М., 1981.

Общая и полевая геология / Под ред. А.Н. Павлова. Л., 1991.

Пенк В. Морфологический анализ. М., 1961.

Перелъман А.И. Геохимия. М., 1989.

Полтараус Б.В., Кислое A.B. Климатология. М., 1986.

26. Проблемы теоретической геоморфологии /Под ред. Л.Г. Никифорова, Ю.Г. Симонова. М., 1999.

Сауков A.A. Геохимия. M., 1977.

Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М., 1991.

Ушаков С.А., Ясаманов H.A. Дрейф материков и климат Земли. М., 1984.

Хаин В.Е., Ломте М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М., 1995.

Хаин В.Е., Рябухин А.Г. История и методология геологических наук. М., 1997.

Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М., 1994.

Щукин И.С. Общая геоморфология. T.I. M., 1960.

Экологические функции литосферы / Под ред. В.Т. Трофимова. М., 2000.

Якушева А.Ф., Хаин В.Е., Славин В.И. Общая геология. М., 1988.

И Вселенной. Например, гипотезы Канта – Лапласа, О.Ю. Шмидта, Жоржа Бюффона, Фреда Хойла и др. Но большинство учёных склонны полагать, что Земле около 5 млрд. лет.

О событиях геологического прошлого в их хронологической последовательности дает представление единая международная геохронологическая шкала. Ее основными подразделениями являются эры: архейская, протерозойская, палеозойская, мезозойская. кайнозойская. Древнейший интервал геологического времени (архей и протерозой) называют также докембрием. Он охватывает большой период — почти 90% всей (абсолютный возраст планеты, по современным представлениям, принимается равным 4,7 млрд. лет).

Внутри эр выделяются меньшие временные отрезки — периоды (например, палеогеновый, неогеновый и четвертичный в кайнозойскую эру).

В архейскую эру (от греческого — изначальный, древний) образовались кристаллические породы (граниты, гнейсы, сланцы). В эту эру на происходили мощные горообразовательные процессы. Изучение этой эры позволило геологам предположить наличие морей и живых организмов в них.

Протерозойская эра (эра ранней жизни) характеризуется отложениями пород, в которых найдены остатки живых организмов. В эту эру на поверхности Земли образовались наиболее устойчивые участки — платформы. Платформы — эти древние ядра — стали центрами формирования .

Палеозойская эра (эра древней жизни) отличается несколькими этапами мощного горообразования, . В эту эру возникли Скандинавские горы, Урал, Тянь-Шань, Алтай, Аппалачи. В это время появились животные организмы с твердым скелетом. Впервые появились позвоночные: рыбы, амфибии, рептилии. В среднем палеозое появилась наземная растительность. Древовидные папоротники, плауновые и др. послужили материалом для образования месторождений каменного угля.

Мезозойская эра (эра средней жизни) также характеризуется интенсивной складчатостью. Горы образовались в областях, прилегающих к . Среди животных господствовали пресмыкающиеся (динозавры, протерозавры и др.), впервые появились птицы и млекопитающие. Растительность состояла из папоротников, хвойных, в конце эры появились покрытосеменные растения.

В кайнозойскую эру (эру новой жизни) складывается современное распределение материков и океанов, происходят интенсивные горообразовательные движения. Образуются горные цепи на берегах Тихого океана, на юге Европы и Азии ( , Гималаи, Береговые хребты Кордильер и др.). В начале кайнозойской эры климат был значительно теплее современного. Однако увеличение площади суши за счет поднятия материков привело к похолоданию . Появились обширные ледниковые покровы на севере и . Это привело к значительным изменениям растительного и животного мира. Вымерли многие животные. Появились растения и животные, близкие к современным. В конце этой эры появился человек и стал интенсивно заселять сушу.

Первые три миллиарда лет развития Земли привели к образованию суши. По представлениям ученых вначале на Земле был один материк, который впоследствии раскололся на два, а затем происходило еще разделение и в результате к сегодняшнему дню образовалось пять материков.

Последний миллиард лет истории Земли связан с образованием складчатых областей. При этом в геологической истории последнего миллиарда лет выделяют несколько тектонических циклов (эпох): байкальский (конец протерозоя), каледонский (ранний палеозой), герцинский (поздний палеозой), мезозойский (мезозой), кайнозойский или альпийский цикл (от 100 млн лет и до настоящего времени).
В результате всех вышеперечисленных процессов Земля приобрела современное строение.