Историческая геология

Минералого-петрографический метод применяется, когда отсутствует маркирующий горизонт и осадочная толща по литологическому составу достаточно однообразна, тогда для сопоставления в разрезе отдельных слоев и их относительного возраста опираются на минералого-петрографические особенности отдельных слоев. Например, в нескольких слоях песчаника установлены такие минералы как рутил, гранат, циркон и определили их % содержание. По количественному соотношению этих минералов разделяют толщу на отдельные слои или горизонты. Такую же операцию проводят в соседнем разрезе, а затем сопоставляют результаты между собой и проводят корреляцию слоев в разрезе. Метод трудоемкий – необходимо отобрать и проанализировать большое количество образцов. В тоже время метод применим для небольших площадей.

Структурно-тектонический метод – в его основе лежит представление о существования перерывов в осадконакоплении на крупных участках земной коры. Перерывы в осадконакоплении наступают тогда, когда участок морского бассейна, где накапливалась осадочная толща, становится приподнятым и на этот период здесь прекращается формирование осадков. В последующее геологическое время данный участок может вновь начать погружение, снова стать морским бассейном, в котором происходит накопление новых осадочных толщ. Граница между толщами представляет собой поверхность несогласия. По таким поверхностям проводят расчленение осадочной толщи на пачки и сопоставляют их в соседних разрезах. Толщи, заключенные между одинаковыми поверхностями несогласия рассматриваются как одновозрастные. В отличие от литологического метода структурно-тектонический метод используется для сопоставления крупных стратиграфических подразделений в толщах.

Частным случаем структурно-тектонического метода является метод ритмостратиграфии. В этом случае производят расчленение осадочного разреза на пачки, которые формировались в бассейне при чередовании погружения и поднятия поверхности осадконакопления, которое сопровождалось наступлением и отступлением моря. Такое чередование отразилось на осадочной толще как последовательная смена горизонтов глубоководных пород на мелководные и наоборот. Если такая последовательная смена горизонтов наблюдается в разрезе многократно, то каждую из них выделяют в ритм. И по таким ритмам сопоставляют стратиграфические разрезы в пределах одного бассейна осадконакопления. Этот метод широко используется для корреляции разрезов мощных угленосных толщ.

Определение относительного возраста магматических пород и рудных жил (или даек). Процесс формирования магматических тел сопровождается их внедрением в осадочную толщу пород. Поэтому в основе определения их возраста лежит изучение взаимоотношений между магматическими и жильными телами и пачками осадочных пород, которые они пересекли, и возраст которых установлен.

Геофизические методы основаны на сравнении пород по физическим свойствам. По своей геологической сущности геофизические методы близки минералого-петрографическому методу, поскольку и в этом случае выделяются отдельные горизонты, сопоставляются их физические параметры и по ним проводится корреляция разрезов. Геофизические методы не носят самостоятельного характера, а применяются в комплексе с другими методами.

Рассмотренные методы абсолютной и относительной геохронологии позволили определить возраст и последовательность образования горных пород, а также установить периодичность геологических явлений и выделить этапы в длительной истории Земли. В каждый этап последовательно накапливались толщи пород, и это накопление происходило в определенный промежуток времени. Поэтому всякая геохронологическая классификация содержит двойную информацию и объединяет две шкалы – стратиграфическую и геохронологическую. Стратиграфическая шкала отражает последовательность накопления толщ, а геохронологическая шкала – соответствующий этому процессу период времени.

На основе большого количества данных по различным регионам и континентам была создана общая для земной коры Международная геохронологическая шкала, отражающая последовательность подразделений времени, в течение которых формировались определенные комплексы отложений и эволюцию органического мира.

В стратиграфии подразделения рассматриваются от крупных к мелким:

Эонотема – группа – система – отдел – ярус. Им соответствуют: эон – эра – период – эпоха – век.

Каждое подразделение в геохронологической шкале имеет свое название. Названия происходят от греческих слов (археос – древний и так далее) или от места, где они впервые были выделены. Кроме того, каждое подразделение имеет свой цвет и индекс, который состоит из начальных букв названия подразделения и цифр. Например: D2ef означает – эйфельский ярус среднего девона. Такими индексами удобно пользоваться при составлении геологической карты или геологического разреза. Геологическая карта отражает распространение горных пород и их возраст на поверхности Земли. Поэтому она составляется на топооснове различного масштаба. Геологические разрезы показывают распространение горных пород от поверхности Земли до определенных глубин, спроектированных на вертикальную плоскость. В зависимости от поставленных геологических задач, разрезы также составляются в различном масштабе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Развитие Гондваны в палеозои и мезозои

 

Гондвана (по названию исторический области в  Центральной Индии)         гипотетический материк, который, по мнению многих учёных, существовал в палеозойской и частично мезозойской эрах в Южном полушарии Земли. В его состав входили: большая часть современной Южной Америки (к востоку от Анд), Африка (без гор Атласа), остров Мадагаскар, Аравия, полуостров Индостан (южнее Гималаев), Австралия (к западу от горных хребтов её восточной части) и, возможно, большая часть Антарктиды. Сторонники гипотезы существования Гондваны считают, что в протерозое и верхнем карбоне на территории Гондваны развивалось обширное оледенение. Следы верхнекаменноугольного оледенения известны в Центральной и Южной Африке, на юге Южной Америки, в Индии и Австралии. В каменноугольном и пермском периодах на материке Гондвана развивалась своеобразная флора умеренного и холодного пояса, для которой было характерно обилие глоссоптерисов и хвощей. Распад Гондваны начался в мезозое, а к концу мелового — началу палеогенового периодов обособились современные материки и их части. Многие геологи считают, что разрушение Гондваны было следствием горизонтального раздвижения её современных частей, что находит подтверждение в данных Палеомагнетизма. Некоторые учёные предполагают не раздвижение, а обрушение отдельных участков Г., бывших на месте современного Индийского и южной части Атлантического океанов.

Период палеозой — мезозой — кайнозой изучен намного лучше докембрия. Однако до настоящего времени остаются не вполне ясными вопросы реконструкции  расположения материков, что осложняется  движением полюсов Земли, связанным  с неравномерным распределением масс относительно экваториальной плоскости в земном шаре.

Расчеты показывают, что Земля постоянно стремится  к такому положению относительно оси вращения, при котором большая  часть континентальных масс находилась бы в плоскости экватора. Перемещение литосферных плит постоянно приводило к нарушению такого положения, что вызывало смещение оси вращения и полюсов Земли. Все это затрудняет палеогеографические реконструкции.

В настоящее  время разработана мобилистская концепция развития земной коры, получившая название тектоники плит, которая нашла фактическое обоснование. Как выяснилось, в истории земли неоднократно происходило формирование единых континентов типа Пангеи, а затем их распад. Существует несколько реконструкций расположения материков в различные периоды фанерозоя.

До Дицу и  Холдену, 200 млн. л.н., в начале мезозоя, все континенты были включены в единый материк Пангея, который был окружен  океаном Панталасса. Частью этого  океана было море Тетис, то есть залив, располагавшийся между частями Пангеи, образовавшими впоследствии Евразию и Африку. Суша в целом занимала примерно одинаковые площади в северном и южном полушариях. В результате раскола Пангеи в начале мезозоя образовались 2 материка: Лавразия (северный материк) и Гондвана (южный материк). Гондвана стала распадаться на 2 блока: Африкано-Южноамериканский и Австрало-Антарктический.

В юрском периоде  возник рифт, по которому происходило  отделение Северной Америки и  образование Северной Атлантики. Одновременно, море Тетис уменьшалось из-за движения африканской и индостанской глыб к северу с одновременным поворотом против часовой стрелки. В конце юры началось отделение Южной Америки от Африки, что привело в последствии к образованию Южной Атлантики. На рубеже мезозоя и кайнозоя (60-70 млн. л.н.) Атлантический океан принял очертания, близкие к современным.

Как считает  палеогеограф Хаин (1996 г.) в начале палеозоя очертания возникшего Тихого океана приближались к современным. Наметились также очертания океана Северной Атлантики и широтного океана Тетис, разделившего континенты на северную и южную группы. Однако к концу палеозоя все континенты вновь слились в единый суперконтинент Пангея в понимании Вегенера. В дальнейшем общая история земной коры следует той последовательности, которая была указана Вегенером.

Изучение  расположения материков в прошлом  позволяет восстановить условия  океанической и атмосферной циркуляции, объяснить возникновение материковых  оледенений, распространение на Земле  флоры и фауны. По мнению Монина и  Шишкова (1979 г.) 27-28 млн. л.н. (конец палеогена) вокруг Антарктиды возникло Циркумполярное течение, которое обособило ее от других материков. Обмен водами и воздушными массами с более низкими широтами резко уменьшился. Поэтому Антарктида стала сильно охлаждаться. Это привело к образованию на ее поверхности ледникового покрова, который с тех пор не исчезал.

В течение  палеозоя, мезозоя, кайнозоя наблюдались 4 тектонические эпохи: каледонская, герцинская, мезозойская и альпийская. В каждую эпоху докембрийские  платформы наращивались за счет подвижных поясов, которые приобретали в ходе своего развития жесткость и устойчивость. Таким образом, площадь малоподвижных участков земной коры увеличивалась, а подвижных – уменьшалась.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Развитие  органического мира в раннем палеозои

 

Эволюция  органического мира в палеозое протекала  значительно более интенсивно, чем  в докембрии. В начале кембрийского времени получили широкое распространение  организмы, имевшие карбонатные  скелеты. Их деятельность привела к  изъятию из океана большого количества диоксида углерода.

В ордовике появились  первые представители позвоночных  животных – панцирные рыбы.

В силуре растения и животные вышли на сушу. Этот выход  был связан с появлением достаточного количества кислорода в воздухе, – 1/10 современного уровня. Образовался озоновый экран, который защитил поверхность земли от жесткого солнечного и космического излучения.

Появление наземных растений привело к усилению фотосинтеза  и увеличению содержания кислорода. Большое разнообразие природных условий на суше стимулировало биологическую эволюцию. Масса организмов резко возросла, усилились биохимические круговороты.

В девоне в  растительном покрове господствовали папоротники, хвощи, плауны, которые  образовали настоящие леса. В это  время возникла дифференциация физико-географических условий: в одних зонах формировались заболоченные леса, в других – аридные растительные формации, где в лагунах шло соленакопление. В болотах накопление органического вещества привело к формированию восстановительной среды. Таким образом в девоне возникла окислительно-восстановительная контрастность географической оболочки (Перельман, 1975 г.).

В карбоне  во многих районах северного полушария  появилась пышная растительность из огромных плаунов, папоротников, хвощей. Интенсивное развитие растительности сопровождалось захоронением большого количества органических остатков, из которых впоследствии образовались наиболее крупные месторождения каменного угля. Содержание кислорода в атмосфере резко возросло. Полагают, что оно превышало современный уровень.

Все это способствовало интенсивному химическому выветриванию, формированию коры выветривания и активному  биогеохимическому круговороту.

В то же время  южные материки были охвачены оледенением, которое продолжалось в пермском периоде. Это было связано с расположением материков южного полушария около южного полюса, что вызвало сильное охлаждение земной поверхности.

Таким образом, в карбоне и перми отмечается большая контрастность физико-географических условий. Существовали леса, напоминающие современные влажные тропические; материковые льды и пустынные ландшафты. Как считает Марков с карбона стала отчетливо проявляться географическая зональность.

В мезозое  продолжается усложнение физико-географических условий земной поверхности. На рубеже палеозоя и мезозоя произошла резкая смена животного мира, вымерли многие амфибии и началось бурное развитие пресмыкающихся

В юрском периоде  появились покрытосеменные растения, а также птицы. В верхнем мелу устанавливается господство флоры  покрытосеменных цветковых растений. Благодаря биологическим преимуществам они быстро заселили поверхность материков. В конце мелового периода гигантские пресмыкающиеся – бронтозавры, диплодоки, динозавры – полностью вымерли. Предполагают, что причиной этого явилась смена мягкого и влажного климата – более континентальным. При этом сменился растительный покров, составлявший пищу растительноядных ящеров, что привело к гибели и хищных ящеров. Господство в животном мире перешло к млекопитающим.

В мезозое  произошло формирование степей и саванн. Покрытосеменные растения заселили аридные района, где до этого были пустынные ландшафты. Появление однолетних растений создало условия для ускоренной эволюции организмов

Кайнозойская  эра характеризуется проявлением  альпийской складчатости, начавшейся в палеогене и захватившей большие площади Альпийско-Гималайского и Тихоокеанского подвижных поясов.

В неогене  отмечается интенсивное поднятие материков. Высота суши в среднем увеличилась  на 500 м. В подвижных поясах произошло  образование молодых гор. Испытали поднятие и старые разрушенные горы – Тянь-Шань, Урал, Аппалачи. Площадь материков увеличилась, а океанов – уменьшилась. Глубина океанов – возросла. Рельеф Земли стал более контрастным. Рост площади и высоты материков способствовал охлаждению земной поверхности. Значительное понижение уровня океана началось в среднем миоцене. Оно связано с изъятием воды на образование ледниковых щитов. Как следствие - возникла положительная обратная связь: поднятие суши → охлаждение → возникновение ледников → изъятие части воды океана → поднятие суши.