Часть IV. Геологическая история земли

Геологическая история Земли, или, точнее, земной коры, начинается с периода образования первых зачаточных материков из первичного расплава и продолжается до сих пор. Раздел геологической науки, в котором изучаются история и закономерности развития Земли, называется исторической геологией.

Для целей проектирования и строительства сооружений изучение истории развития земной коры позволяет по второстепенным признакам устанавливать важнейшие показатели горных пород, как основания сооружений, условия их залегания и распространения.

В число задач исторической геологии входит установление абсолютного возраста горных пород, изучение последовательности их образования, определение относительного возраста горных пород, сопоставление их по вертикали (от древних к молодым) и распространение выделенных возрастных единиц по земной поверхности.

До первой трети ХХ века в геологии использовалось понятие только об относительном возрасте горных пород (относительно друг друга).

Для установления относительного возраста геологических образований используют стратиграфический, петрографический, тектонический и палеонтологический методы.

Стратиграфический метод основан на том, что слои горных пород последовательно накладываются один на другой. Следовательно, чем выше залегает слой, тем он моложе. Однако, это утверждение справедливо только при ненарушенном залегании слоев. Там, где слои горных пород образуют складки, где проявлялись разрывные нарушения (сдвиги, сбросы и т.д.), применение метода затруднительно. Кроме того, данный метод применим только для осадочных и первичноосадочных метаморфических пород. Также, сложно использовать данный метод при наличии перерывов в осадконакоплении, связанных с колебательными тектоническими движениями.

Петрографический метод основан на детальном изучении вещественного состава горных пород. Он может с успехом использоваться на сравнительно небольших территориях, где в течение какого-то геологического времени сохранялись одинаковые физико-географические условия, поэтому откладывались одинаковые по составу пласты пород. Уверенное выделение хотя бы одного такого пласта, позволяет геологу выделить данный горизонт во всех разрезах района.

Кроме того, изучение состава горных пород позволяет определить условия ее образования, например в морских отложениях или континентальных, и даже на какой глубине.

Тектонический метод применяется, если имеется какое-либо несогласие между подстилающими и покрывающими слоями. Характер данного несогласия может свидетельствовать либо об эрозионных процессах (размыв), либо о тектонических движениях.

Установление несогласий между отложениями позволяет судить об их относительном возрасте. Например, в разных местах на одних и тех же породах могут непосредственно лежать очень похожие между собой породы. Однако наличие несогласия между отложениями в каком-то месте свидетельствует о том, что данная покрывающая порода имеет другой возраст и условия образования.

Палеонтологический метод изучения относительного возраста геологических образований основан на том, что геологическая история земной коры идет параллельно с историей развития органической жизни. Следы органической жизни содержатся в горных породах в виде так называемых ископаемых остатков или окаменелостей.

Различные группы организмов возникали и развивались в различных природных условиях, и почти каждая из таких групп несет в себе признаки той среды, в которой она развивалась. Очевидно, что в более древних слоях пород погребены и более древние остатки организмов. Установив типы этих организмов, можно их закрепить за определенными комплексами горных пород, причем – повсеместно, на любом континенте.

Следует отметить, что не все ископаемые остатки пригодны для определения относительного геологического возраста горных пород. Некоторые группы организмов жили очень долго (и даже живут сейчас), очень мало изменились на протяжении своего существования, были широко распространены и их остатки имеются в горных породах самого различного возраста. Такие остатки называются устойчивыми или долгоживущими. Другие, наоборот, жили сравнительно недолго, но также имели широкое распространение, поэтому их остатки встречаются повсеместно, но в ограниченных, сравнительно небольших по мощности толщах пород. Такие организмы носят название руководящих форм или руководящих окаменелостей. Толща горных пород, содержащая руководящие окаменелости носит название маркирующий горизонт и относительно нее можно устанавливать относительный возраст других отложений, непосредственно примыкающих к ней.

Уже в XVII веке было предложено, а в 1881г. – закреплено на международном геологическом конгрессе, подразделение истории Земли на три эры: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую на основе стратиграфических и палеонтологических исследований, проводимых в разных странах. В дальнейшем, данные этих исследований постоянно пополнялись и изменялись. На основании этих данных составлены сводные стратиграфическая и геохронологическая шкалы (см. табл. 4.1).

В результате применения всего комплекса методов исторической геологии в пределах современных континентов все отложения горных пород подразделяются на ряд крупных стратиграфических единиц, носящих название групп. Группы подразделяются на более мелкие единицы – системы; системы – на отделы; отделы – на ярусы; ярусы – на зоны. Каждой стратиграфической единице соответствует время ее образования: группе – эра, системе – период, отделу – эпоха, ярусу – век, зоне – время. Создана довольно стройная, всеобъемлющая, понятная и весьма полезная для практических целей система.

Как уже сказано выше, данные этой таблицы до первой трети ХХ века показывали только относительный возраст различных геологических образований и напрямую относились только к осадочным и первичноосадочным горным породам. Возраст других геологических образований (не осадочного происхождения) определяли по их взаимоотношениям с осадочными породами.

С открытием в начале ХХ века явления радиоактивного распада появилась возможность установления абсолютного возраста любых геологических образований. Ядра радиоактивных элементов неустойчивы и распадаются со строго определенной для каждого из них скоростью, независимо от внешних условий. Поэтому, зная эту скорость, относительное количество исходного радиоактивного вещества и количество продуктов его распада, можно для конкретного минерала или горной породы определить время, прошедшее с момента образования этого минерала (породы).

Таблица 4.1.