Методи історичної геології і будова земної кори

Реферат

Методи історичної геології і будова земної кори

1. Методи відновлення геологічного минулого

Історична геологія - наука про геологічну історію нашої планети. Вона розповідає про найбільш суттєві події, які відбувалися на Землі: про особливості формування гірських порід у різні періоди геологічної історії, про органічне світі та його зміни, про тектонічні рухи і магматизм, про зміни обрисів материків і океанів, про безперервно менявшейся 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 завдань 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 верств на великих відстанях займається стратиграфія. Стратиграфія є основою, на яку спирається вся історична геологія. У результаті довголітніх стратиграфічних і палеонтологічних досліджень була розроблена Геохронологічна шкала, єдина для геологів всіх країн.

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

Всі методи визначення відносного віку об'єднуються у дві групи: методи палеонтологічні та непалеонтологіческіе. Основну роль відіграють палеонтологічні методи. Вони є універсальними, тому що 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, але і простежити й зіставити шари на величезних відстанях.

В основі цих методів лежить закон про незворотність еволюції органічного світу (закон дол), згідно з яким організм ніколи не може повернутися точно до колишнього 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 шару і за межами його не зустрічаються. Керівними копалинами є тільки ті вимерлі організми, які жили недовго і тому мають обмежений вертикальне поширення. Крім того, вони повинні мати широке географічне поширення, хорошу збереженість у викопному стані, ясні відмітні ознаки і зустрічатися в породі досить часто, щоб їх було легко знайти і легко визначити. Керівними викопними звичайно 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 у стратиграфії і дозволяв легко визначати вік шарів по окремих видах або родів. Проте в даний час застосування цього методу обмежено через низку його недоліків. Головний його недолік полягає в тому, що багато видів або пологи, 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 шарів 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 вибраних 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.

Процентно-статистичний метод був введений в стратиграфію Ч. Лайєлем в середині минулого століття і довгий час був одним з основних. Сутність його полягає в наступному: у 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 всі 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 біостратиграфії. 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 відносне віці шарів за допомогою вивчення будь-якої групи споріднених організмів (зазвичай роду, родини або загону). З усього комплексу зібраних пошарово скам'янілостей обирають представників певної групи споріднених організмів і їх передають фахівця-палеонтологу. Якщо ці скам'янілості зібрані в одному розрізі, то вони є ланками єдиного еволюційного древа, причому предкової форми розташовуються в основі цього древа, а нащадки - у більш молодих його відгалуженнях. Природно, що предкової форми будуть зустрічатися в більш низьких шарах розрізу, а нащадки - у вищих, тобто в більш молодих. Таким чином філогенетичний метод заснований на тому, що нащадки знаходяться на вищому ступені еволюційного розвитку, ніж батьки, вони не могли існувати до предків і, отже, завжди будуть зустрічатися в більш молодих прошарках.

Філогенетичний метод не позбавлений недоліків. По-перше, він застосовний не для всіх груп організмів. По-друге, він складний із-за неповноти палеонтологічного літопису (відсутність скам'янілостей в окремих шарах). По-третє, в шарах спільно з потомковимі формами нерідко зустрічаються доживають предкової форми. Досвідчений фахівець може уникнути помилок, знаючи ці недоліки. Особливо надійні результати приносить філогенетичний метод, при паралельному вивченні декількох груп споріднених організмів.

Мікропалеонтологіческій метод. Цей метод почали застосовувати в біостратиграфії в 20-х роках 20 століття у зв'язку з швидким розвитком нафтової геології. Об'єктами зборів та вивчення є мікроорганізми, що належать головним чином до типу найпростіших (форамініфери, радіолярії), мікроскопічні водорості (кокколітофоріди, діатомові) та ін Всі ці мікроорганізми звичайно називають мікрофауна. 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 у невеликих уламках, піднятих нагору з бурових свердловин, а потім простежувати одновікові верстви 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 міцної оболонці. Вони легко розносяться вітром і текучими водами на великі відстані і зустрічаються в найрізноманітніших відкладах. Особливо багато спор і пилку в континентальних відкладах, 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, але і для зіставлення одновікових верств, 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 у 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 у конкретному оголенні за принципом: шар, що знаходиться внизу, древнє шару, що залягає над ним. Цей метод дуже простий у вживанні 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 більш давніми. 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 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 стратиграфічні в областях розвитку метаморфічних і магматичних гірських порід або в районах поширення осадових порід, що не містять органічних залишків, тобто 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 стратиграфічні для розчленування давніх, докембрійських і більш молодих порід, що не містять скам'янів остюків. При цьому слід завжди враховувати, що тектонічні рухи на великих територіях проявляються неодночасно 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 весь час вдосконалюється. Основним з геофізичних методів є електрокаротажний. Цей метод широко вживають в нафтовій геології. Принцип його досить простий, в його основі лежить вимірювання питомого електричного опору шарів гірських порід.

У свердловину опускають спеціальний снаряд - зонд, з'єднаний 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 каротажної діаграмі весь розріз свердловини легко розчленовується на окремі шари. Ці шари потім простежують в сусідніх свердловинах за складеними для них каротажних діаграм. Електрокаротажний метод дозволяє розчленувати розріз на окремі шари і простежити їх по площі.

4. Визначення відносного віку магматичних порід

Всі магматичні породи за умовами їх утворення поділяються на інтрузивні (упровадилися) і ефузивні (ізлівшіеся). Як перші, так і другі не містять органічних залишків. Тому їх відносний вік можна визначити тільки 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 за скам'янілостям. Інтрузивні породи - граніти і діорити, упровадилися в товщу осадових порід, мають різний вік. Граніти древнє, вони проривають відкладення силуру і перекриті породами девону. Їх впровадження відбулося між силуру і девоном. Впровадження діоритів відбулося пізніше - на кордоні девону і карбону. Вік базальтів - ефузивних порід - встановлюється стратиграфічним методом. Їх вилив сталося на кордоні карбону і пермі, так як у розрізі вони залягають між породами цього віку.

Послідовність освіти жильних порід встановлюється за взаємин 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 стратиграфічне підрозділ формувалося протягом певного етапу в історії Землі, воно відображає еволюцію земної кори і органічного світу за певний проміжок часу. Тому між стратиграфічні і геохронологічних підрозділами існує тісний зв'язок. Стратиграфічні підрозділи застосовують для позначення комплексів шарів гірських порід, а відповідні їм геохронологічних підрозділи - 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 стратиграфічних 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 утворилися шарів. Наприклад, у Москві та її околицях на вапняках карбону відразу залягають юрські глини. У розрізі відсутні відкладання пермі і тріасу, так як у пермському і тріасовому періодах в околицях Москви осадкообразованія не було. Таким чином, для околиць Москви ми можемо говорити тільки про геологічну часу - про пермського і тріасового періоду, протягом яких опадонакопичення не відбувалося. Про відкладах пермського і тріасового систем ми нічого говорити не можемо, тому що в околицях Москви їх немає.

Говорячи про відносне часу, ми вживаємо геохронологічних назви, кажучи про відкладення - стратиграфічні. Кожному геохронологічного підрозділу відповідає еквівалентним йому стратиграфічне.

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 стратиграфічних одиниць, як група, система і відділ. Чим більше стратиграфічна одиниця, тим легше її простежити на великих відстанях.

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

Системи об'єднують відклади, 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 прийнятий певний колір зображення на геологічній карті, є міжнародним, і індекс, утворений початковою літерою латинської назви системи.

Відділ характеризує відклади, що утворилися протягом доби. До складу відділу входить декілька ярусів. Назви відділам даються з їхньої стану в системі: нижній і верхній при двучленном розподілі системи; нижній, середній і верхній - при трьохчленним. Для епох - часу накопичення порід, що складають відділ, застосовуються інші назви: рання й пізня - при двучленном розподілі; рання, середня і пізня - при трьохчленним. Наприклад, нижній відділ юрської системи формувався в раннеюрскую 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 ордовик, Т ₃ - верхній тріас).

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

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

Місцеві стратиграфічні підрозділи. Місцеві стратиграфічні підрозділи використовують у 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 за ними не можна віднести шар до певної одиниці міжнародної шкали.

У Росії прийняті наступні місцеві стратиграфічні одиниці: комплекс, серія і почет. Вони виділяються за сукупністю літологічних, палеонтологічних і інших особливостей і мають географічні найменування (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 границі і відрізняється від інших світ сукупністю літологічних і палеонтологічних ознак. Свита може підрозділятися на підсвіти, пачки і пласти.

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

Література

1.Аугуста І., Буріан З. За шляхам 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. та ін Історична геологія. - М., 2004