Періодизація та історія Землі

Періодизація та історія Землі

Минуле ... Знати історичний розвиток людської суспільства, живої та 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 й тому що вони необхідні і для більш поглибленого вивчення цього 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 перебувають у скам'янілому стані? Ці питання завжди хвилювали вчених.

Правильне уявлення про величезну тривалості геологічного часу вкоренилося в геологічній науці далеко не відразу. Давно було відмічено, що нижче лежать шари гірських порід древнє вищерозміщених. 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 походження Землі, а й існувало уявлення, що вона дуже молода. Беззастережно приймалося, що Земля і весь Всесвіт виникли протягом кількох днів близько 6000 років тому. Проте мислителі античності, а потім і вчені епохи Відродження висловлювали припущення про більшої тривалості історії Землі та багатогранності відбувалися на її поверхні й у надрах змін.

Розвиток точних наук - механіки і астрономії, хімії та фізики - дало можливість по-новому підійти до віку Землі і становлять її гірських порід. Проте 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 ніби то існує 6030 років.

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

До питання про геологічну часу і віці Землі вчені підходили з самих різних позицій - від швидкості осадконакопичення до тривалості життя форм, окремих спільнот, видів, пологів, родин 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 більш давніх 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 та сформованого в надрах Землі.

При застиганні магми на глибині виникають крупнокристаллической глибинні, або інтрузивні, гірські породи. У залежності від вмісту кремнезему (Si О ₂₎ вони поділяються на кілька груп. До кислих вивержених породах, у яких вміст Si О ₂ складає 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 у лаву, розтікається по земній 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 заляганню 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 та шаруватих вапняків з морськими накопиченнями; третинні - низькі гори і пагорби, складені гравієм , глинами, мергелями з рясними залишками морських тварин, і четвертинні - земляні та 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, геохронології, тобто тимчасову послідовність. У кожному природному оголенні, природно, якщо ми точно знаємо, що шари в ньому перебувають у непорушеному положенні, 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 нездоланними, якщо вивчаються і порівнюються між собою стратиграфічні розрізи різних країн і особливо континентів. Тут на допомогу приходить палеонтологічний метод. Ще у XVIII ст. натуралісти звернули увагу, що шари осадових порід містять викопні рештки тварин у вигляді раковин, скелетів і відбитки рослин. Причому копалини залишки в нижчих шарах відрізняються від верхніх - молодих. Далі було відмічено, що пласти морських осадових порід одного і того ж віку містять однакові залишки давніх 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 видовий або родової приналежності копалин залишків не можуть точно вказати час утворення гірських порід, їх укладають, і час життя організмів, але дозволяють визначити давнину, молодість або одновікових нашарувань щодо якогось заздалегідь взятого шару і провести зіставлення. Менш ніж півстоліття було потрібно для створення шкали відносної геохронології. Вона висловлювала послідовність у часі тих чи інших геологічних подій в історії земної кори, які виявилися відображеними 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 вміщуючих їх осадових утворень протягом XIX ст. були встановлені всі відомі в даний час і широко застосовуються стратиграфічні одиниці - ератеми, системи, відділи яруси. Однією з великих стратиграфічних одиниць є ератеми, до складу якої входять кілька систем. У свою чергу, системи складаються з відділів та ярусів. Кожній стратиграфічної одиниці присвоєння власне найменування.

Відповідно до стратиграфічні одиницями були виділені геохронологічних підрозділи, кожне з яких відображає тривалість (знову-таки у відносному вирахуванні) 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 більш тривала її частина важка для вивчення палеонтологічними методами, тому що 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. Шухерт назвав фанерозойский Еоном, тобто часом очевидною життя. Еон - це проміжок часу, який би кілька геологічних ер. Його стратиграфічним еквівалентом є еонотема.

Давнішу і тривалу частина геологічної історії Ч. Шухерт назвав кріптозоя, або часом з прихованим розвитком життя. Досить часто її ще називають докембрію. Ця назва збереглася з середини XIX ст., Коли було встановлено абсолютну більшість геологічних періодів. Все більш давні відклади, що залягають під кембрійськими товщами, стали датуватися докембрію. В даний час замість кріптозоя виділяють два еону: архейський і протерозойський.

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

Сформовані протягом геологічної ери відкладення називаються ератеми. Дрібнішими стратиграфічні одиницями є системи, відділи та яруси. Імена системам і ярусах були дані переважно за назвою місцевостей, де вони були встановлені і вивчені, або з будь-яких характерними ознаками. 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 стратиграфічна шкала відображає послідовність відкладів та їх підпорядкованість, то Геохронологічна - визначає тривалість і закономірну послідовність етапів історичного розвитку Землі. Протягом останніх 100 років геохронологічної і стратиграфическую шкали фанерозою багаторазово переглядали.

Проте 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 застосовується різні методи ядерної геохронології: ураноторій-свинцевий, ураноторій-гелієвий, урано-ксенонове, калій-аргоновий, рубідій-стронцієвий, самарій-ніодімовий, реній-осмієва і радіовуглецевий. Вміст радіоактивних ізотопів у гірських породах і мінералах визначається в спеціальних приладах - м acc-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 архейських і протерозойських відкладів визначила їх слабку стратиграфическую і геохронологічної розчленованість. Ось як виглядає в даний час поки далека від досконалості і детальності шкала архею і протерозою.

У геології застосовується також додатковий метод вікового розчленування та зіставлення відкладений, ний. Це палеомагнітний метод, заснований на явищі збереження в товщах гірських порід магнітних властивостей. Гірські породи, що містять магнітні мінерали, володіють феромагнітними (намагніченими) властивості, ми і під впливом магнітного поля Землі набувають природну залишкову намагніченість. Зараз доведено, що протягом тривалої геологічної історії положення магнітних полюсів неодноразово змінювалося. Встановивши залишкову намагніченість і її спрямованість (тобто вектор) і порівнюючи між собою вектора, можна встановити одновікових гірських порід, що певною мірою уточнює геохронологічної 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, тобто 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, у 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 відступи від планетарної одночасність 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 гіпербазітових лав. Одночасно виділявся значний об'єм газів. Це призвело до створення не тільки земної кори, а й первинної атмосфери.

Вік тектоно-магматичних епох в історії Землі

Протягом білозерської тектоно-магматичної епохи на початку архейського зона і Кольської епохи в середині архею протікали процеси гранітизації і виникали перші осадові басейни. Для цього часу відомі піщані і глинисті (правда, піддані сильному метаморфізму) товщі, карбонатні породи і навіть продукти їх перетворення.

У кеноранскую тектоно-магматичну епоху в кін Це архейського зона були сформовані ядра майбутніх найбільших стійких гео елементів Землі - ядра континентальних платформ. У наступні часи ядра платформ продовжували наростати.

Протягом кеноранской, альгонкской, раннекарель ської, балтійської, буларенінской і карельської тектономагматіческіх епох сформувалися фундаменти всіх відомих стародавніх континентальних платформ: Східно-Європейської, Сибірської, Китайській, Таримської, Індостанської, Африкано-Аравійської, Північно-Американ-ської, Південно-Американської та Східно-Австралійської, Протягом майже 1 млрд. років (від 2,7 до 1,67 млрд. років тому) відбувалося формування первинного гранітогнейсового шару земної кори, а наявність карбонатних осадкових порід сприяло утворенню лужних інтрузій. Величезні плутону гранітоїдів площею понад тисячу квадратних кілометрів в оточенні найдавніших осадових порід зафіксували в межах континентальних платформ стійкі в подальший час ділянки кори, звані щитами Прикладами є Балтійський, Український, Алданський, Канадський, Гвіанський, Бразильський, Аравійський щити.

Виходячи з аналогічності 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 стародавні платформи особливо щити, стають стійкими в часі і просторі структурними елементами земної кори. Проте в межах платформ в подальшому були створені ділянки плавного і порівняно невеликого прогинання (синеклізи), відбувалося розколювання кори вздовж систем глибинних розломів консолідованих стародавніх рухомих поясів. У цьому випадку виникали великі протяжні западини з високою рухливістю - авлакогени. Такими, зокрема, є Катангскій авлакоген на Африканській платформі або Дніпровсько-Донецький на Східно-Європейській платформі.

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

Готська тектономагматіческая епоха характеризувалася розвитком на більшості платформ гранітизації дорифейський порід і метаморфізму. У середньому і особливо пізньому ріфее тривали гранітизації в рухомих поясах і подальше нарощування площі платформ.

Магматизм катангінской (раннебайкальской) і позднебайкальской тектономагматіческіх епох на платформах проявився по-різному. Проте їх спільною рисою було, з одного боку, інтенсивна складчастість, а з іншого - розкол і переміщення великих платформних глиб (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 - Африкано-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 Лавразія за рахунок об'єднання Північно-Американської, Східно-Європейської, Сибірської і Китайської платформ. Він відділявся від Гондвани великим океаном Тетіс.

На відміну від більш давніх етапів, тектономагматіческіе епохи фанерозою унаслідок гарної схоронності гірських порід і їх доброю 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 талассократіческіх фазами, коли здійснювалося активне прогинання платформ і розвивалися трансгресії, тобто йшло наступ моря на суходіл.

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

У герцинську тектономагматіческую епоху відбулося з'єднання в єдиний материк Пангею гондванські і Лавразійского суперконтинентів. Так само, як і близько 1 млрд. років тому, материк Пангея омивався єдиним океаном. Інтенсивні горотворні руху призвели до виникнення великих гірських систем, що носять назву герцинід. Усі вони перебувають на периферії давніх 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 епігерцинськой плит, або молодих платформ, - значна частина Західно-Європейської платформи, Скіфська, Туранська, Західно-Сибірська плити та ін

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

Альпійська тектономагматіческая епоха почалася в кінці крейдяного періоду і продовжується до Даного часу. З нею пов'язані не лише впровадження інтрузій кислого, основного і лужного складів у рухливих поясах, виникнення океанів і континентів сучасного обриси, але й створення таких найбільших гірських систем, як Альпи, Дінаріди, Гімалаї, Анди, Кордильєри і т. д.

Геохронологічна шкала створювалася з великими труднощами і тривалий час. До цих 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 на 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 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. - М., 2002