Геохронологическая спираль. Международная стратиграфическая (геохронологическая) шкала

Стратиграфическая шкала (геохронологическая) - эталон, с помощью которого измеряется история Земли по временной и геологической величине. является своеобразным календарём, который отсчитывает промежутки времени в сотнях тысяч и даже миллионах лет.

О планете

Современные общепринятые представления относительно Земли основаны на различных данных, согласно которым возраст нашей планеты равен примерно четырем с половиной миллиардам лет. Ни горных пород, ни минералов, которые могли бы свидетельствовать об образовании нашей планеты пока что не обнаружили ни в недрах, ни на поверхности. Тугоплавкие соединения, богатые кальцием, алюминием и углистыми хондритами, которые были образованы в Солнечной системе ранее всего, ограничивают максимальный возраст Земли именно этими цифрами. Стратиграфическая шкала (геохронологическая) показывает границы времён от образования планеты.

Были исследованы разнообразные метеориты с помощью современных методов, в том числе и урано-свинцовых, и в результате представлены оценки возраста Солнечной системы. В итоге время, прошедшее с момента создания планеты, было разграничено на временные интервалы по самым важным для Земли событиям. Шкала геохронологическая очень удобна для отслеживания геологических времён. Эры фанерозоя, например, разграничены крупнейшими эволюционными событиями, когда происходило глобальное вымирание живых организмов: палеозой на границе с мезозоем ознаменовался самым крупным за всю историю планеты исчезновением видов (пермо-триасовое), а конец мезозоя отделён от кайнозоя вымиранием мел-палеогеновым.

История создания

Для иерархии и номенклатуры всех современных подразделений геохронологии самым важным оказался девятнадцатый век: во второй его половине состоялись сессии МГК - Международного геологического конгресса. После этого, с 1881 по 1900 годы составлялась современная стратиграфическая шкала.

Геохронологическая её «начинка» в дальнейшем неоднократно уточнялась и видоизменялась по мере поступления новых данных. Совершенно разные признаки послужили темами для конкретных названий, но самый распространенный фактор - географический.

Названия

Геохронологическая шкала иногда связывает названия и с геологическим составом пород: каменноугольный появился в связи с огромным количеством угольных пластов при раскопках, а меловой - просто потому, что в мире распространился писчий мел.

Принцип построения

Чтобы определить относительный геологический возраст породы, нужна была особая геохронологическая шкала. Эры, периоды, то есть возраст, который измеряется в годах, не имеет большого значения для геологов. Всё время жизни нашей планеты разделилось на два главных отрезка - фанерозой и криптозой (докембрий), которые разграничиваются появлением ископаемых остатков в осадочных породах.

Криптозой - интереснейшее скрытое от нас, поскольку существовавшие тогда мягкотелые организмы, не оставили ни единого следа в осадочных породах. Периоды геохронологической шкалы такие, как эдиакарий и кембрий, появились в фанерозое посредством изысканий палеонтологов: они нашли в породе большое количество разнообразных моллюсков и множество видов других организмов. Находки ископаемой фауны и флоры позволили им расчленить толщи и дать им соответствующие названия.

Временные интервалы

Второе крупнейшее деление - попытка обозначить исторические интервалы жизни Земли, когда четыре главных периода разделила геохронологическая шкала. Таблица показывает их как первичный (докембрий), вторичный (палеозой и мезозой), третичный (почти весь кайнозой) и четвертичный - период, находящийся на особом положении, поскольку хоть и является самым коротким, но изобилует событиями, оставившими яркие и хорошо читаемые следы.

Сейчас для удобства геохронологическая шкала Земли делится на 4 эры и 11 периодов. Но два последних из них делятся ещё на 7 систем (эпох). Это не удивительно. Особенно интересны именно последние отрезки, поскольку данный соответствует времени появления и развития человечества.

Основные вехи

За четыре с половиной миллиарда лет в истории Земли произошли следующие события:

• Появились доядерные организмы (первые прокариоты) - четыре миллиарда лет назад.
• Обнаружилась способность организмов к фотосинтезу - три миллиарда лет назад.
• Появились клетки с ядром (эукариоты) - два миллиарда лет назад.
• Развились многоклеточные организмы - один миллиард лет назад.
• Появились предки насекомых: первые членистоногие, паукообразные, ракообразные и другие группы - 570 миллионов лет назад.
• Рыбы и протоамфибии - им пятьсот миллионов лет.
• Появились наземные растения и радуют нас уже 475 миллионов лет.
• Насекомые живут на земле четыреста миллионов лет, а растения в том же временном промежутке получили семена.
• Земноводные живут на планете уже 360 миллионов лет.
• Рептилии (пресмыкающиеся) появились триста миллионов лет назад.
• Двести миллионов лет назад начали развиваться первые млекопитающие.
• Сто пятьдесят миллионов лет назад - первые птицы пытались осваивать небо.
• Сто тридцать миллионов лет назад расцвели цветы (цветковые растения).
• Шестьдесят пять миллионов лет назад Земля навсегда потеряла динозавров.
• Два с половиной миллиона лет назад появился человек (род Homo).
• Сто тысяч лет исполнилось от начала антропогенеза, благодаря чему люди обрели свой сегодняшний вид.
• Двадцать пять тысяч лет не существует на Земле неандертальцы.

Геохронологическая шкала и история развития живых организмов, слитые воедино, пусть несколько схематично и обобщенно, с довольно приблизительными датировками, но понятие о развитии жизни на планете предоставляют наглядно.

Напластования пород

Земная кора по большей части стратифицирована (там, где не появилось нарушений пластов из-за землетрясений). Общая геохронологическая шкала составлена соответственно расположению напластований горных пород, которые ясно показывают, как уменьшается их возраст от нижних к верхним.

Ископаемые организмы тоже видоизменяются по мере продвижения вверх: они становятся всё более сложными в своём строении, некоторые претерпевают значительные изменения от слоя к слою. Это можно пронаблюдать, не посещая палеонтологические музеи, а просто спустившись в метро - на облицовочном граните и мраморе оставили свои отпечатки весьма отдаленные от нас эры.

Антропоген

Последний период кайнозойской эры - современный этап земной истории, включающий в себя плейстоцен и голоцен. Чего только не происходило в эти бурные миллионы лет (специалисты считают до сих пор по-разному: от шестисот тысяч до трёх с половиной миллионов). Были неоднократные смены похолоданий и потеплений, огромные континентальные оледенения, когда южнее надвинувшихся ледников климат увлажнялся, появлялись водные бассейны как пресные, так и солёные. Ледники впитывали в себя часть Мирового океана, уровень в котором понижался на сто и более метров, за счёт чего образовывались соединения континентов.

Таким образом, произошёл обмен фауной, например, между Азией и Северной Америкой, когда образовался мост вместо Берингова пролива. Ближе к ледникам расселялись холодолюбивые животные и птицы: мамонты, волосатые носороги, северные олени, овцебыки, песцы, полярные куропатки. Они распространялись на юг очень далеко - до Кавказа и Крыма, до Южной Европы. По ходу ледников до сих пор сохранились реликтовые леса: сосновые, еловые, пихтовые. И лишь в удалении от них росли леса лиственные, состоящие из таких деревьев, как дуб, граб, клён, бук.

Плейстоцен и голоцен

Это эпоха после ледникового периода - ещё не законченный и не до конца прожитый отрезок истории нашей планеты, который обозначает международная геохронологическая шкала. Антропогенный период - голоцен, исчисляется от последнего материкового оледенения (север Европы). Именно тогда суша и Мировой океан получили современные очертания, а также сложились и все географические зоны современной Земли. Предшественник голоцена - плейстоцен является первой эпохой антропогенного периода. Начавшееся похолодание на планете продолжается - основная часть указанного периода (плейстоцена) была ознаменована гораздо более холодным климатом, нежели современный.

Северное полушарие переживает последнее оледенение - в тринадцать раз поверхность ледников превосходила современные образования даже в межледниковые промежутки. Растения плейстоцена наиболее близки к современным, но располагались они несколько иначе особенно в периоды оледенений. Менялись роды и виды фауны, выживали приспособившиеся к арктической форме жизни. Южное полушарие не узнало таких огромных потрясений, поэтому растения и животный мир плейстоцена до сих пор присутствует во многих видах. Именно в плейстоцене происходила эволюция рода Homo - от (архантропы) до Homo sapiens (неоантропы).

Когда появились горы и моря?

Второй период кайнозойской эры - неоген и его предшественник - палеоген, включающие в себя плиоцен и миоцен около двух миллионов лет назад, длились примерно шестьдесят пять миллионов лет. В неогене завершилось формирование почти всех горных систем: Карпаты, Альпы, Балканы, Кавказ, Атлас, Кордильеры, Гималаи и так далее. Одновременно изменялись очертания и размеры всех морских бассейнов, поскольку он подверглись сильному осушению. Именно тогда оледенела Антарктида и многие горные области.

Морские жители (беспозвоночные) уже стали близки к современным видам, а на суше господствовали млекопитающие - медведи, кошки, носороги, гиены, жирафы, олени. Человекообразные обезьяны развиваются настолько, что чуть позже (в плиоцене) смогли появиться австралопитеки. На континентах млекопитающие обитали обособленно, поскольку отсутствовала связь между ними, но в позднем миоцене Евразия и Северная Америка фауной всё-таки обменялись, а в конце неогена из Северной Америки фауна мигрировала в Южную. Именно тогда образовались в северных широтах тундра и тайга.

Палеозойская и мезозойская эры

Мезозой предшествует кайнозойской эре и длился 165 миллионов лет, включая в себя меловый, юрский и триасовый периоды. В это время интенсивно образовывались горы на перифериях Индийского, Атлантического и Тихого океанов. Пресмыкающиеся начали своё господство и на суше, и в воде, и в воздухе. Тогда же появились и первые, ещё весьма примитивные млекопитающие.

Палеозой расположен на шкале перед мезозоем. Длился он около трёхсот пятидесяти миллионов лет. Это время самого активного горообразования и самой интенсивной эволюции всех высших растений. Почти все известные беспозвоночные и позвоночные разных типов и классов образовались именно тогда, но млекопитающих и птиц еще не было.

Протерозой и архей

Эра протерозоя длилась около двух миллиардов лет. В это время были активны процессы осадкообразования. Хорошо развивались сине-зелёные водоросли. Подробнее узнать об этих далёких временах возможность не представилась.

Архей - самая древняя эра в задокументированной истории нашей планеты. Длилась она около миллиарда лет. В результате активной вулканической деятельности появились самые первые живые микроорганизмы.

Геологическая хронология, или геохронология , основана на выяснении геологической истории наиболее хорошо изученных регионов, например, в Центральной и Восточной Европе. На основе широких обобщений, сопоставления геологической истории различных регионов Земли, закономерностей эволюции органического мира в конце прошлого века на первых Международных геологических конгрессах была выработана и принята Международная геохронологическая шкала, отражающая последовательность подразделений времени, в течение которых формировались определенные комплексы отложений, и эволюцию органического мира. Таким образом, международная геохронологическая шкала - это естественная периодизация истории Земли.

Среди геохронологических подразделений выделяются: эон, эра, период, эпоха, век, время. Каждому геохронологическому подразделению отвечает комплекс отложений, выделенный в соответствии с изменением органического мира и называемый стратиграфическим: эонотема, группа, система, отдел, ярус, зона. Следовательно, группа является стратиграфическим подразделением, а соответствующее ей временное геохронологическое подразделение представляет эра. Поэтому существуют две шкалы: геохронологическая и стратиграфическая. Первую используют, когда говорят об относительном времени в истории Земли, а вторую, когда имеют дело с отложениями, так как в каждом месте земного шара в любой промежуток времени происходили какие-то геологические события. Другое дело, что накопление осадков было неповсеместным.

• Архейская и протерозойская эонотемы, охватывающие почти 80% времени существования Земли, выделяются в криптозой, так как в докембрийских образованиях полностью отсутствует скелетная фауна и палеонтологический метод к их расчленению неприменим. Поэтому разделение докембрийских образований базируется в первую очередь на общегеологических и радиометрических данных.
• Фанерозойский эон охватывает всего 570 млн. лет и расчленение соответствующей эонотемы отложений базируется на большом разнообразии многочисленной скелетной фауны. Фанерозойская эонотема подразделяется на три группы: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую, отвечающие крупным этапам естественной геологической истории Земли, рубежи которых отмечены достаточно резкими изменениями органического мира.

Названия эонотем и групп происходят от греческих слов:

• "археос" - самый древний, древнейший;
• "протерос" - первичный;
• "палеос" - древний;
• "мезос" - средний;
• "кайнос" - новый.

Слово "криптос" означает скрытый, а "фанерозой" - явный, прозрачный, так как появилась скелетная фауна.
Слово "зой" происходит от "зоикос" - жизненный. Следовательно, "кайнозойская эра" означает эру новой жизни и т.д.

Группы подразделяются на системы, отложения которых сформировались в течение одного периода и характеризуются только им свойственными семействами или родами организмов, а если это растения, то родами и видами. Системы были выделены в различных регионах и в разное время, начиная с 1822 г. В настоящее время выделяются 12 систем, названия большей части которых происходят от тех мест, где они впервые были описаны. Например, юрская система - от Юрских гор в Швейцарии, пермская - от Пермской губернии в России, меловая - по наиболее характерным породам - белому писчему мелу и т.д. Четвертичную систему нередко именуют антропогеновой, так как именно в этом возрастном интервале появляется человек.

Системы подразделяются на два или три отдела, которым соответствуют ранняя, средняя, поздняя эпохи. Отделы, в свою очередь, разделяются на ярусы, которые характеризуются присутствием определенных родов и видов ископаемой фауны. И, наконец, ярусы подразделяются на зоны, являющиеся наиболее дробной частью международной стратиграфической шкалы, которой в геохронологической шкале соответствует время. Названия ярусов даются обычно по географическим названиям районов, где этот ярус был выделен; например, алданский, башкирский, маастрихтский ярусы и т.д. В то же время зона обозначается по наиболее характерному виду ископаемой фауны. Зона охватывает, как правило, только определенную часть региона и развита на меньшей площади, нежели отложения яруса.

Всем подразделениям стратиграфической шкалы соответствуют геологические разрезы, в которых эти подразделения были впервые выделены. Поэтому такие разрезы являются эталонными, типичными и называются стратотипами, в которых содержится только им свойственный комплекс органических остатков, определяющий стратиграфический объем данного стратотипа. Определение относительного возраста каких-либо слоев и заключается в сравнении обнаруженного комплекса органических остатков в изучаемых слоях с комплексом ископаемых в стратотипе соответствующего подразделения международной геохронологической шкалы, т.е. возраст отложений определяют относительно стратотипа. Именно поэтому палеонтологический метод, несмотря на присущие ему недостатки остается наиболее важным методом определения геологического возраста горных пород. Определение относительного возраста, например, девонских отложений, свидетельствует лишь о том, что эти отложения моложе силурийских, но древнее каменноугольных. Однако установить длительность формирования девонских отложений и дать заключение о том, когда (в абсолютном летоисчислении) произошло накопление этих отложений - невозможно. Только методы абсолютной геохронологии способны ответить на этот вопрос.

Таб. 1. Геохронологическая таблица

Проблема определения абсолютного возраста горных пород, продолжительности существования Земли издавна занимала умы геологов, и попытки ее решения предпринимались много раз, для чего использовались различные явления и процессы. Ранние представления об абсолютном возрасте Земли были курьезными. Современник М. В. Ломоносова французский естествоиспытатель Бюффон определял возраст нашей планеты всего лишь в 74 800 лет. Другие ученые давали различные цифры, не превышающие 400-500 млн. лет. Здесь следует отметить, что все эти попытки заранее были обречены на неудачу, так как они исходили из постоянства скоростей процессов, которые, как известно, менялись в геологической истории Земли. И только в первой половине XX в. появилась реальная возможность измерять действительно абсолютный возраст горных пород, геологических процессов и Земли как планеты.

Представлены четыре хронограммы, отражающие разные этапы истории Земли в различном масштабе.

Верхняя диаграмма охватывает всю историю Земли;

Вторая - фанерозой, время массового появления разнообразных форм жизни;

Третья - кайнозой, период времени после вымирания динозавров;

Нижняя - антропоген (четвертичный период), время появления человека.

Миллионы лет

Наиболее крупным подразделением является эон, которых выделяется 3: 1) архейский (греч. «археос» – древнейший) – более 3,5-2,6 млрд. лет; 2) протерозойский (греч. «протерос» – первичный) – 2,6 млрд. лет - 570 млн. лет; 3) фанерозойский (греч. «фанерос» – явный) – 570 – 0 млн. лет. Эоны подразделяются на эры, а они в свою очередь на периоды и эпохи (см. геохронологическую шкалу).

Фанерозойский эон подразделяется на эры: палеозойскую (греч. «палеос» – древний, «зоо» - жизнь) (6 периодов); мезозойскую (греч. «мезос» – средний) (3 периода) и кайнозойскую (греч. «кайнос» – новый) (3 периода). 12 периодов названы по той местности, где они были впервые выделены и описаны – кембрий – древнее название полуострова Уэльс в Англии; ордовик и силур – по названию древних племён, живших также в Англии; девон – по графству Девоншир опять-таки в Англии; карбон – по каменным углям; пермь – по Пермской губернии в России и т.д.

Геологические периоды обладают разной длительностью от 20 до 100 млн. лет. Что касается четвертичного периода или антропогена (греч. «антропос» – человек), то он по длительности не превышает 1,8-2,0 млн. лет и ещё не окончен.

Следует обратить внимание на стратиграфическую шкалу, которая имеет дело с отложениями. В ней употребляются другие термины: эонотема (эон), эратема (эра), система (период), отдел (эпоха), ярус (век). Поэтому мы говорим, что в «в каменноугольный период формировались залежи каменного угля», но «каменноугольная система характеризуется распространением угленосных отложений». В первом случае речь идёт о времени, во втором – об отложениях.

Все подразделения геохронологической и стратиграфической шкал ранга периода-системы обозначаются по первой букве латинского наименования, например кембрий є, ордовик – О, силур – S, девон – D и т.д., а эпохи (отделы) – цифрами – 1,2,3, которые ставятся справа от индекса внизу: нижняя юра J1, верхний мел – К2 и т.д. Каждый период (система) имеет свой цвет, которым и показывается на геологической карте. Эти цвета общепринятые и замене не подлежат.

Геохронологическая шкала является важнейшим документом, удовлетворяющим последовательность и время геологических событий в истории Земли. Её надо знать обязательно и поэтому шкалу необходимо выучить с первых же шагов изучения геологии.

Изотопные методы определения возраста минералов и горных пород

После открытия в 1896 г. французским физиком А. Беккерелем явления радиоактивного распада стало возможным установление возраста минералов и горных пород. Было также установлено, что процесс радиоактивного распада происходит с постоянной скоростью, как на нашей Земле, так и в Солнечной системе. На этом основании П. Кюри (1902) и независимо от него Э. Резерфорд (1902) высказали мысль о возможности использования радиоактивного распада элементов в качестве меры геологического времени. Так наука в начале XX столетия подошла к созданию часов, основанных на радиоактивных природных превращениях, ход которых не зависим от геологических и астрономических явлений.

Вопрос №3. Геодинамические процессы. Геологические нарушения

Тектоника литосферных плит – современная геологическая теория

Решающий вклад в современную геологическую теорию тектоники литосферных плит внесли следующие открытия: 1) установление грандиозной, около 60 тыс. км системы срединно-океанических хребтов и гигантских разломов, пересекающих эти хребты; 2) обнаружение и расшифровка линейных магнитных аномалий океанического дна, дающих возможность объяснить механизм и время его образования; 3) установление места и глубин гипоцентров (очагов) землетрясений и решение их фокальных механизмов, т.е. определение ориентировки напряжений в очагах; 4) развитие палеомагнитного метода, основанного на изучении древней намагниченности горных пород, что дало возможность установить перемещение континентов относительно магнитных полюсов Земли.

Литосферная плита - это крупный стабильный участок земной коры, часть литосферы. Согласно теории тектоники плит, литосферные плиты ограничены зонами сейсмической, вулканической и тектонической активности - границами плиты. Границы плит бывают трёх типов: дивергентные, конвергентные и трансформные .

В одной точке могут сходиться только три плиты. Конфигурация, в которой в одной точке сходятся четыре или более плит, неустойчива, и быстро разрушается со временем.

Существует два принципиально разных вида земной коры - кора континентальная и кора океаническая. Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (пример - крупнейшая тихоокеанская плита), другие состоят из блока континентальной коры, впаянного в кору океаническую.

Литосферные плиты постоянно меняют свои очертания, они могут раскалываться в результате рифтинга и спаиваться, образуя единую плиту в результате коллизии. Литосферные плиты также могут тонуть в мантии планеты, достигая глубины внешнего ядра. С другой стороны, разделение земной коры на плиты неоднозначно, и по мере накопления геологических знаний выделяются новые плиты, а некоторые границы плит признаются несуществующими. Очертания плит меняются со временем. Особенно это касается малых плит, в отношении которых геологами предложено множество кинематических реконструкций.

Более 90 % поверхности Землипокрыто 14-ю крупнейшими литосферными плитами.

Основная идея новой теории базировалась на признании разделения литосферы, т.е. верхней оболочки Земли, включающую земную кору и верхнюю мантию до астеносферы, на 7 самостоятельных крупных плит, не считая ряда мелких.

Эти плиты в своих центральных частях лишены сейсмичности, они тектонически стабильны, а вот по краям плит сейсмичность очень высокая, там постоянно происходят землетрясения. Следовательно, краевые зоны плит испытывают большие напряжения, т.к. перемещаются относительно друг друга.

Основные литосферные плиты (по В.Е.Хаину и М.Г.Ломизе): 1 – оси спрединга (дивергентные границы), 2 – зоны субдукции (конвергентные границы), 3 – трансформные разломы, 4 – векторы «абсолютных» движений литосферных плит. Малые плиты: Х – Хуан-де-Фука; Ко – Кокос; К – Карибская; А – Аравийская; Кт – Китайская; И – Индокитайская; О – Охотская; Ф – Филиппинская

Определив характер напряжений в очагах землетрясений на краях плит, удалось выяснить, что в одних случаях это растяжение, т.е. плиты расходятся и происходит это вдоль оси срединно-океанических хребтов, где развиты глубокие ущелья – рифты (англ. «рифт» – расщелина). Подобные границы, маркирующие зоны расхождения литосферных плит называются дивергентными (англ. дивергенс – расхождение).

Оболочное строение Земли

Современные сейсмичность, вулканизм и границы плит

Типы границ литосферных плит: 1 – дивергентные границы. Раскрытие океанских рифтов, вызывающих процесс спрединга: М – поверхность Мохоровичича, Л – литосфера; 2 – конвергентные границы. Субдуция (погружение) океанической коры под континентальную: тонкими стрелками показан механизм растяжения – сжатия в гипоцентрах землетрясений (звездочки); П – первичные магматические очаги; 3 – трансформные границы; 4 – коллизионные границы.

Дивергентные границы

Конвергентные (субдукционные) границы: взаимодействие океанской плиты с континентальной и взаимодействие океанских плит

Надвигание океанской плиты на континентальную – обдукция

Конвергентные границы (столкновение и взаимодействие континентальных плит)

Трансформные границы

Расположение осевых частей срединно-океанских хребтов. Являются основными дивергентными границами

Границы плит, направления и скорости перемещения плит, центры современной сейсмической и вулканической активности

Кинематика литосферных плит

На других границах плит в очагах землетрясений, наоборот, выявлена обстановка тектонического сжатия, т.е. в этих местах литосферные плиты движутся навстречу друг другу со скоростью, достигающей 10-12 см/год. Такие границы получили название конвергентных (англ. конвергенс – схождение), а их протяженность также близка к 60 тыс. км.

Существует еще один тип границ литосферных плит, где они смещаются горизонтально относительно друг друга, как бы сдвигаются, о чем говорит и обстановка скалывания в очагах землетрясений в этих зонах. Они получили название трансформных разломов (англ. трансформ – преобразовывать), т.к. передают, преобразуют движения от одной зоны к другой.

Некоторые литосферные плиты сложены как океанической, так и континентальной корой одновременно. Например, Южно-Американская единая плита состоит из океанической коры западной части южной Атлантики и из континентальной коры Южно-Американского континента. Только одна, Тихоокеанская плита целиком состоит из коры океанического типа.

Современными геодезическими методами, включая космическую геодезию, высокоточные лазерные измерения и другими способами установлены скорости движения литосферных плит и доказано, что океанические плиты движутся быстрее тех, в структуру которых входит континент, причём, чем толще континентальная литосфера, тем скорость движения плиты ниже.

Общепринятой точкой зрения перемещения литосферных плит считается признание конвективного переноса вещества мантии. Поверхностным выражением такого явления являются рифтовые зоны срединно-океанических хребтов, где относительно более нагретая мантия поднимается к поверхности, подвергается плавлению и магма изливается в виде базальтовых лав в рифтовой зоне и застывает.

Происхождение полосовых магнитных аномалий в океанах. А и В – время нормальной, Б – время обратной намагниченности пород: 1 – океаническая кора, 2 – верхняя мантия, 3 – рифтовая долина по оси срединно-океанического хребта, 4 – магма, 5 – полоса нормально и 6 – обратно намагниченных пород

Далее в эти застывшие породы вновь внедряется базальтовая магма и раздвигает в обе стороны более древние базальты. И так происходит много раз. При этом океаническое дно как бы наращивается, разрастается. Подобный процесс получил название спрединга (англ. спрединг – развертывание, расстилание). Таким образом, спрединг имеет скорость, измеряемую по обе стороны осевого рифта срединно-океанического хребта.

Скорость разрастания океанического дна колеблется от нескольких мм до 18 см в год. Строго симметрично по обе стороны срединно-океанических хребтов во всех океанах расположены линейные магнитные положительные и отрицательные аномалии. Везде мы видим одну и туже последовательность аномалий, в каждом месте они узнаются, всем им присвоен свой порядковый номер.

Иными словами, по обе стороны срединно-океанического хребта мы имеем две одинаковые «записи» изменения магнитного поля на протяжении длительного времени. Нижний предел этой «записи» – 180 млн. лет. Древнее океанической коры не существует. Подобный процесс и есть спрединг.

Таким образом и происходит наращивание океанической литосферы по обе стороны хребта, по мере удаления от которого она становится холоднее и тяжелее и постепенно опускается, продавливая астеносферу.

Край плиты, под которую субдуцирует океаническая, подрезает осадки, скопившиеся на ней, как нож скрепера или бульдозера, деформирует эти отложения и приращивает их к континентальной плите в виде аккреционного клина (англ. аккрешион – приращение). Вместе с тем какая-то часть осадочных отложений, погружается вместе с плитой в глубины мантии.

В различных местах этот процесс идёт разными путями. Так, у побережья Центральной Америки, где пробурены скважины, почти все осадки пододвигаются под континентальный край, чему способствует сверхвысокое давление воды, содержащейся в порах осадков. Поэтому и трение очень мало. В ряде других мест погружающаяся океаническая литосферная плита разрушает, эродирует край континентальной литосферы и увлекает за собой вглубь её фрагменты.

Также следует упомянуть о столкновении или коллизии двух континентальных плит, которые в силу относительной легкости слагающего их материала, не могут погрузиться друг под друга, а сталкиваются, образуя горно-складчатый пояс с очень сложным внутренним строением. Так, например, возникли Гималайские горы, когда 50 млн. лет назад Индостанская плита столкнулась с Азиатской.

Так сформировался Альпийский горно-складчатый пояс при коллизии Африкано-Аравийской и Евразийской континентальных плит.

Относительные движения литосферных плит и распределение скоростей спрединга в рифтовых зонах СОХ (см/год): 1 – дивергентные и трансформные границы плит; 2 – планетарные пояса сжатия; 3 – конвергентные границы плит

Рассчитанные абсолютные и относительные движения литосферных плит с момента начала распада Пангеи, т.е. со 180 млн. лет назад, хорошо известны и отличаются большой точностью.

Воссоздана картина раскрытия Атлантического и Индийского океанов, которое продолжается и в наши дни со скоростью около 2,0 см в год. Выяснена возможность некоторого проворачивания литосферы Земли по отношению к нижней мантии в западном направлении, что позволяет объяснить, почему на западной и восточной активных окраинах Тихого океана условия субдукции неодинаковы и возникает известная асимметрия Тихого океана с задуговыми, окраинными морями и цепями островов на западе и отсутствием таковых на востоке.

Теория тектоники литосферных плит впервые в истории геологии носит глобальный характер, т.к. она касается всех районов земного шара и позволяет объяснить их историю развития, геологическое и тектоническое строение.

— это совокупность всех форм земной поверхности. Они могут быть горизонтальными, наклонными, выпуклыми, вогнутыми, сложными.

Разница высот между самой высокой вершиной на суше, горой Джомолунгмой в Гималаях (8848 м), и Марианской впадиной в Тихом океане (11 022 м) составляет 19 870 м.

Как же формировался рельеф нашей планеты? В истории Земли выделяют два основных этапа ее формирования:

• планетарный (5,5-5,0 млн лет назад), который завершился формированием планеты, образованием ядра и мантии Земли;
• геологический , который начался 4,5 млн лет назад и продолжается до сих пор. Именно на этом этапе произошло образование земной коры.

Источником информации о развитии Земли в течение геологического этапа прежде всего являются осадочные горные породы, которые в подавляющем большинстве сформировались в водной среде и поэтому залегают слоями. Чем глубже от земной поверхности лежит слой, тем раньше он образовался и, следовательно, является более древним по отношению к любому слою, который расположен ближе к поверхности и является более молодым. На этом простом рассуждении основывается понятие относительного возраста горных пород , которое легло в основу построения геохронологической таблицы (табл. 1).

Самые длительные временные интервалы в геохронологии — зоны (от греч. aion - век, эпоха). Выделяют такие Зоны, как: криптозой (от греч. cryptos - скрытый и zoe — жизнь), охватывающий весь докембрий, в отложениях которого нет остатков скелетной фауны; фанерозой (от греч. phaneros - явный, zoe — жизнь) — от начала кембрия до нашего времени, с богатой органической жизнью, в том числе скелетной фауной. Зоны не равноценны по продолжительности, так, если криптозой длился 3-5 млрд лет, то фанерозой — 0,57 млрд лет.

Таблица 1. Геохронологическая таблица

Зоны делятся на эры. В криптозое различают архейскую (от греч. archaios — изначальный, древнейший, aion - век, эпоха) и протерозойскую (от греч. proteros - более ранний,zoe — жизнь) эры; в фанерозое - палеозойскую (от греч. древний и жизнь), мезозойскую (от греч. теsos - средний,zoe — жизнь) и кайнозойскую (от греч. kainos - новый,zoe — жизнь).

Эры разделены на менее длительные отрезки времени - периоды , установленные лишь для фанерозоя (см. табл. 1).

Основные этапы развития географической оболочки

Географическая оболочка прошла долгий и сложный путь развития. В се развитии выделяют три качественно различных этапа: добиогенный, биогенный, антропогенный.

Добиогенный этап (4 млрд — 570 млн лет) — самый длительный период. В это время происходил процесс увеличения мощности и усложнения состава земной коры. К концу архея (2,6 млрд лет назад) на обширных пространствах уже сформировалась континентальная кора мощностью около 30 км, а в раннем протерозое произошло обособление протоплатформ и протогеосинклиналей. В этот период гидросфера уже существовала, но объем воды в ней был меньше, чем сейчас. Из океанов (и то лишь к концу раннего протерозоя) оформился один. Вода в нем была соленой и уровень солености скорее всего был примерно таким, как сейчас. Но, по-видимому, в водах древнего океана преобладание натрия над калием было еще большим, чем сейчас, больше было и ионов магния, что связано с составом первичной земной коры, продукты выветривания которой сносились в океан.

Атмосфера Земли на этом этапе развития содержала очень мало кислорода, озоновый экран отсутствовал.

Жизнь, скорее всего, существовала с самого начала этого этапа. По косвенным данным, микроорганизмы обитали уже 3,8-3,9 млрд лет назад. Обнаруженные остатки простейших организмов имеют возраст 3,5- 3,6 млрд лет. Однако органическая жизнь с момента зарождения и до самого конца протерозоя не играла ведущей, определяющей роли в развитии географической оболочки. Кроме того, многими учеными отрицается присутствие органической жизни на суше на этом этапе.

Эволюция органической жизни в добиогенный этап протекала медленно, но тем не менее 650-570 млн лет назад жизнь в океанах была достаточно богатой.

Биогенный этап (570 млн — 40 тыс. лег) длился в течение палеозоя, мезозоя и почти всего кайнозоя, за исключением последних 40 тыс. лет.

Эволюция живых организмов на протяжении биогенного этапа не была плавной: эпохи сравнительно спокойной эволюции сменялись периодами быстрых и глубоких преобразований, во время которых вымирали одни формы флоры и фауны и получали широкое распространение другие.

Одновременно с появлением наземных живых организмов стали формироваться почвы в нашем современном представлении.

Антропогенный этап начался 40 тыс. лет назад и продолжается в наши дни. Хотя человек как биологический род появился 2-3 млн лег назад, его воздействие на природу длительное время оставалось крайне ограниченным. С появлением человека разумного это воздействие значительно усилилось. Произошло это 38-40 тыс. лет назад. Отсюда и берет отсчет антропогенный этап в развитии географической оболочки.

Эволюция живых существ может быть понята только в контексте геологического времени.

Геохронологическая (стратиграфическая) шкала времени - это шкала относительного геологического времени, построенная на основе определенных палеонтологией и исторической геологией этапов формирования земной коры и жизни на планете. Она представляет собой последовательность стратиграфических элементов в порядке их образования, в виде полного составного идеального разреза всех земных отложений без пропусков и перекрытий и является эталоном для корреляции любых стратиграфических единиц. Границы между стратиграфическими элементами проводятся по событиям заметных эволюционных или геологических изменений. Учение о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору, называется геохронологией .

Различают относительную и абсолютную геохронологию.

Задачей относительной геохронологии является определение относительного возраста горных пород: определение, какие отложения, встречающиеся в земной коре, являются более древними, а какие более молодые. Есть несколько методов определения относительного возраста пород.

Первый метод - стратиграфический . Он исходит из вполне не ясных и логичных представлений, что каждый пласт осадочных пород образовался раньше того пласта, который его перекрывает.

Второй метод - палеонтологический . Он позволяет установить относительный возраст пород и произвести их сопоставление в геологических разрезах, относящихся к разным районам или регионам. Установление производится по характеру обнаруживаемых в пластах различных органических остатков (окаменелые морские раковины, кости животных, отпечатки листьев и т.д.).

Задачей абсолютной геохронологии является определение истинной продолжительности отдельных периодов и эпох в жизни Земли, а также ее геологического возраста в целом.

Геохронологический возраст горных пород определяется такими единицами измерения, как эра, период, эпоха и век.

Эра - крупнейший этап в истории развития Земли, в котором образовалась группа отложений. Различают пять эр (начиная с более древних): архейская, протерозойская, палеозойская, мезозойская и кайнозойская.

Каждая эра охватывает несколько периодов. Период соответствует времени образования системы горных пород. Периоды подразделяются на несколько эпох, которым соответствуют отделы пород. Эпохи подразделяются на века, которым соответствуют ярусы как совокупность пород, образовавшихся в тот или иной век.

Архейская (эра первичной жизни) и протерозойская (эра древнейшей жизни) эры наиболее удалены от нас по времени (около 1,5 млрд лет). В это время образовались самые древние породы, слагающие жесткий фундамент земной коры. Горные породы архейской эры носят только следы примитивных органических форм, свидетельствуя о зарождении в это время жизни на Земле. Протерозойская эра совпадает по времени с началом развития на Земле разнообразных водорослей, бактерий и беспозвоночных животных.

Палеозойская эра (эра древней жизни) - период времени, удаленный от нас примерно на 600 млн лет и продолжавшийся около 350 млн лет. Эта эра и относящиеся к ней породы изучены более детально. Палеозойская эра характеризуется буйным расцветом органической жизни в морях и океанах и выходом ее на сушу. На суше доминирующее значение приобретают крупные земноводные и в конце эры - первые пресмыкающиеся. В каменноугольном периоде эры пышное развитие получают древовидные папоротники, хвощи и др.

Палеозойская эра подразделяется на шесть периодов (начиная с более древних): кембрийский (Cm), ордовикский (О), силурийский (S), девонский (D), каменноугольный (С) и пермский (Р).

Мезозойская эра (эра средней жизни) продолжительностью 185 млн лет является временем расцвета на суше гигантских пресмыкающихся (гигантских ящеров - динозавров, летающих птеродактилей и др.). Растительный мир и мир насекомых в мезозое имеют некоторые черты, общие с нашим временем. На Земле в это время появляются первые представители млекопитающих и птиц, получивших развитие в следующей, кайнозойской эре.

Мезозойская эра подразделяется на три периода: триасовый (Т), юрский (J) и меловой (Cr).

Кайнозойская эра (эра новой жизни) - наиболее молодая (примерно за 40…50 млн лет до н.э.), сменившая мезозойскую эру. Жизнь в это время приобретает все более близкие к нашему времени формы.

Кайнозойская эра подразделяется на три периода: палеогеновый (Pg), неогеновый (N) и антропогеновый (Аp), или четвертичный (Q). Четвертичный период - последний период развития органического мира, во время которого появился человек.

Горные породы до четвертичного возраста называются коренными , а континентальные четвертичного возраста - покровными . В пределах коренных пород в общем случае более древние породы обладают большей, чем молодые, прочностью, а покровные образования четвертичного времени имеют прочность меньшую, чем коренные. Но прямой связи между возрастом пород и их прочностью не наблюдается, и иногда молодые породы обладают большей прочностью, чем древние.

В результате изучения возраста, состава, условий залегания и распространения горных пород составляются геологические карты, которые показывают выходы коренных пород на поверхность земли. Отложения четвертичного времени на геологических картах, как правило, не показывают; для них составляют специальные карты четвертичных (покровных) отложений. Делают это по той причине, что породы то до четвертичного времени в подавляющем большинстве случаев имеют морское происхождение и отличаются хорошо выявляемой закономерностью строения пластов, как в плане, так и по глубине. Породы же четвертичного возраста, наоборот, в большинстве случаев имеют континентальное происхождение (образованы в пределах суши). Эти породы отличаются крайне непостоянным составом, а границы их распространения обычно определяются существующим рельефом местности.