4.5. Геохронологические шкалы.

На основе данных изотопной геохронологии могут быть количествен-но определены возрасты границ подразделений общей стратиграфи-ческой шкалы и иных шкал, рассчитана продолжительность хроноло-гических подразделений (акронов, эонов, эр, периодов и так далее). Такая стратиграфическая шкала, дополненная изотопно-геохронологи-ческими данными, называется геохронологической шкалой. Датировки основных рубежей Общей геохронологической шкалы приведены в таблице.

4.6. Палеомагнитный метод.

Применение палеомагнитных методов определения возраста основано

на явлении остаточной намагниченности горных пород. Все частицы магнитных минералов, содержащиеся в горной породе, приобретают в ходе её формирования закономерную ориентировку. Она соответствует ориентировке силовых линий магнитного поля Земли в данной точке. В дальнейшем эта ориентировка сохраняется, и, измерив её с помощью чувствительных приборов, можно установить положение данной точки местности относительно геомагнитного полюса в момент образования породы. Это положение характеризуется двумя величинами. Магнитное склонение указывает направление на прежнее положение магнитного полюса, а магнитное наклонение (определяется углом наклона силовых линий к горизонту) – расстояние до него.

Установлено, что в геологическом прошлом, в результате движений литосферных плит, положение каждого блока земной коры относительно магнитных полюсов непрерывно изменялось. Зная координаты полюсов относительно каждого крупного блока земной коры на конкретные моменты геологического времени, можно использовать измерения остаточной намагниченности для определения возраста горных пород.

Дополнительно помогают при определении возраста палеомагнит-ным методом инверсии геомагнитного поля. Установлено, что в истории Земли северный и южный магнитные полюса периодически менялись местами. Соответственно, в истории нашей планеты выделены эпохи прямой (соответствующей современной ориентировке магнитного поля) и обратной (противоположной) полярности. Разработаны палеомагнит-ные шкалы, на которых показано чередование эпох прямой и обратной полярности и продолжительность каждой эпохи. Наиболее пригодны такие шкалы для изучения возраста отложений, формировавшихся в условиях непрерывного осадконакопления (в основном морских).

Тема 5. Основные представления о причинах и закономерностях развития земной коры

5.1. Общие сведения о тектоническом строении и развитии материков

5.2. Важнейшие геотектонические гипотезы

5.3. Тектоника литосферных плит

Исторически сложилось так, что геологическое строение континентов

стало изучаться значительно раньше, чем геология дна океанов (просто потому, что последнее долго оставалось мало доступным для геологов). В результате первые тектонические закономерности были выявлены и наиболее детально разработаны на основе изучения геологии континен-тов. На этих же материалах базировались и первые тектонические теории. Поэтому и мы, следуя за ходом исторического развития научной мысли, первоначально рассмотрим закономерности строения и развития земной коры континентального типа.

Геологическое строение континентов резко неоднородно в различных их частях. В одних областях породы самого верхнего (осадочного) слоя земной коры залегают горизонтально или почти горизонтально, а в других они смяты в разнообразные, в том числе очень сложные складки, разбиты многочисленными разломами. К первым обычно приурочены равнины и плоскогорья, для вторых характерен горный рельеф. Первые были названы платформами, вторые – складчатыми областями.

Было установлено, что складчатые области сложены главным образом

мощными толщами осадочных и вулканогенных образований морского происхождения.

На этом основании американский геолог второй половины XIX в. Дж. Дэна высказал предположение, что накопление их должно было проис-ходить в пределах узких и протяжённых участков земной коры, имевших на протяжении десятков миллионов лет тенденцию к устойчивому опусканию.

Такие гипотетические прогибы он назвал геосинклиналями.

Учение о геосинклиналях сыграло очень важную роль в развитии представлений о формировании земной коры. Изучая складчатые области в разных районах Земли, геологи установили, что в них всегда закономерно повторяются одни и те же особенности возрастных и структурных взаимоотношений горных пород различного состава и происхождения. В результате было сформировано представление, что, любая геосинклиналь проходит в своем развитии определенные стадии, каждая из которых характеризуется свойственными только для нее особенностями процессов осадконакопления, магматизма, метаморфизма, а также формирования складчатых и разрывных структур.

Начальная стадия характеризуется накоплением большого объема вулканогенных пород базальтоидного состава, большей частью зеленокаменно измененных, а также кремнистых пород, глинистых сланцев и реже – известняков (в основном слагающих рифовые постройки). С нею же связано формирование крупных тел плутонических пород ультраосновного и основного состава, которые слагают в структуре складчатых областей протяженные пояса, названные офиолитовыми.

Вторая стадия развития геосинклинали называется также инверсионной, так как в это время происходит частичное обращение (инверсия) тектонического режима: на фоне прогиба начинают формироваться отдельные поднятия.

Формируются эти поднятия, главным образом, в результате активной

вулканической деятельности. Однако состав вулканических пород отличается в сравнении с первой стадией большей кислотностью и отвечает преимущественно андезитовому. Вокруг поднятий идёт накопление очень своеобразных мощных толщ терригенных пород, которые отличаются характерной ритмичной (однообразно повторяемой) слоистостью. В основании каждого ритма залегают грубозернистые породы (грубозернистые песчаники, гравелиты, иногда конгломераты), а вверх по напластованию наблюдается постепенный переход к более тонкозернистым породам, вплоть до глинистых, иногда до карбонатных. Сверху такой ритм опять перекрывается грубозернистой подошвой следующего, причём с очень резкой границей, и такая картина многократно повторяется по разрезу всей толщи. Слоистость такого типа получила название градационной. В других частях геосинклинали одновременно может происходить накопление мощных толщ карбонатных пород, в том числе рифовых известняков. С этой же стадией связано внедрение разнообразных сложных по составу интрузий (габбро-плагиогранитных, диорит-гранодиоритовых, габбро-сиенитовых). На данной стадии отмечается частичная складчатая деформация осадочных и вулканогенных пород, во время которой они могут быть слабо метаморфизованы.

В дальнейшем наступает третья стадия развития геосинклинали, характеризующаяся общей инверсией (поднятием всей территории) и общей складчатостью, в результате чего и образуется складчатая область. Этот процесс сопровождается глубоким метаморфизмом значительной части осадочных и магматических пород, накопившихся на предшествующих стадиях.

Там, где при этом повышение температуры оказывается достаточно значительным, начинается частичное плавление метаморфизованных пород, то есть метаморфический процесс переходит в ультраметамор-фический. В результате выплавляются большие объёмы гранитной магмы, которая внедряется в вышележащие слои и формирует многочисленные гранитные интрузии.

В результате складчатости земная кора на соответствующем участке

резко утолщается, а в результате метаморфизма и образования гранитных расплавов формируется гранитно-метаморфический слой.

Заключительная стадия геосинклинального развития, иногда выделяемая в самостоятельный – орогенный (горообразовательный) – этап отличается нарастающими восходящими тектоническими движениями, в результате которых формируются горные поднятия и разделяющие их прогибы. В прогибах и по периферии складчатой области в целом накапливаются мощные континентальные (в меньшей мере лагунные и прибрежно-морские) толщи грубообломочных терригенных пород, образованных из продуктов разрушения горных поднятий.

Установление стадийности геосинклинального развития позволило геологам сделать важный вывод: формирование складчатой области начинается в океанических условиях на коре океанического типа, и лишь затем, в результате сложного многостадийного процесса на её территории формируется континентальная кора и она становится частью континента. Это говорит о направленном, эволюционном характере развития земной коры, сопровождающемся усложнением ее строения (континентальная кора в целом устроена сложнее океанической). Правда, некоторые геологи из числа сторонников геосинклинальной теории, выдвигали идею о возможности обратного процесса – превращения континентальной коры в океаническую. Но какими либо достаточно достоверными геологическими наблюдениями эта идея не подкрепляется, да и с физико-химической точки зрения возможность такого процесса оспаривается специалистами.

Платформы отличаются от складчатых областей не только залеганием

пород в верхних частях их разреза, но и глубинным строением, в котором выделяются два структурных этажа. Верхний этаж – чехол образован горизонтально или полого залегающими осадочными породами (редко с участием вулканических). Нижний – фундамент – породами, находящимися в складчатом залегании, обычно метаморфизованными. Из этого можно сделать вывод, что платформы образовались на месте бывших складчатых областей. Представить этот процесс можно следующим образом. После завершения орогенной стадии развития складчатой области наступает тектоническая стабилизация.

Образовавшиеся горы разрушаются, на их месте формируется равнина.

При этом многокилометровые толщи смятых в складки осадочных и магматических пород эродируются, и на поверхность могут быть выведены породы, залегавшие первоначально на большой глубине и подвергшиеся значительному метаморфизму. Так образуется поверхность платформенного фундамента.

Далее на ней начинают накапливаться сносимые с сопредельных более возвышенных территорий внутриконтинентальные осадки. Периодически образовавшаяся платформа может частично заливаться водами мелкого эпиконтинентального моря, где также идут процессы осадконакопления. В результате формируется полого залегающий на складчатом и метаморфизованном основании осадочный чехол. Такая преемственность в развитии складчатых областей и платформ подтверждается наблюдающимися случаями прямого перехода структур складчатых областей в структуры чехла сопредельных более молодых платформ. Так, палеозойские складчатые структуры Алтае-Саянской области на своем северо-западном продолжении погружаются под более молодой (мезозойско-кайнозойский) чехол Западно-Сибирской молодой платформы.

Часть платформы может остаться не перекрытой осадочным чехлом, или же он оказывается размыт в более поздние эпохи. Такие участки платформ, где фундамент непосредственно выходит на поверхность, называются щитами.

Как складчатые области, так и платформы могут подвергаться повторной тектонической активизации. Так как мощная и жесткая континентальная кора уже не способна подвергаться значительным пластическим деформациям, то обычно такая активизация выражается в глыбовых поднятиях отдельных территорий по системам субвертикальных разломов. В результате формируются активизированные или «возрожденные» глыбовые горы – такие, как современные горные системы Центральной Азии. Этот процесс так же, как и первичный орогенез в складчатых областях, сопровождается накоплением больших объёмов грубообломочных продуктов разрушения поднимающихся гор. К числу вторичных структур, которые могут накладываться и на платформы, и на складчатые области, относятся рифты. Это узкие протяженные зоны растяжения, ограниченные глубокими (уходящими в мантию) разломами. В платформенном чехле такие структуры обычно выражаются в виде сложно построенных грабенов, центральные части которых испытывают погружение и заполняются большими (в сравнении с окружающими территориями) объемами осадочного материала. По уходящим в мантию разломам в толщу земной коры и на поверхность проникают магматические расплавы мантийного происхождения – основные, ультраосновные, а также совсем экзотические (карбонатитовые, фосфатные и другие). Если подъем глубинных магм сопровождается взрывными процессами, образуются трубки взрыва – залегающие в осадочном чехле и уходящие на большую глубину трубообразные тела, сложенные обломками пород глубинного происхождения.

Систематическое изучение земной коры различных частей континентов позволило установить периодическую повторяемость комплекса тектонических процессов, которыми обусловлено развитие геосинклиналей и платформ.

Описанный выше цикл геосинклинального развития, завершившись на одной территории, в дальнейшем повторяется на сопредельной. Это наилучшим образом выражается в периодичности проявлений общей складчатости.

К тому же, эта стадия имеет особо важное значение, так как она фиксирует завершение процесса формирования складчатой области и перехода слагающей ее земной коры в качественно новое состояние – кору континентального типа. Наиболее полно изучена периодичность проявления процессов складчатости в фанерозое, где выделяются следующие эпохи складчатости: байкальская (завершение к концу протерозоя – началу фанерозоя), каледонская (конец силура – начало девона), герцинская (конец палеозоя), мезозойская или киммерийская (конец мезозоя) и альпийская (кайнозой, остается незавершенной).

Каждая эпоха подразделяется на фазы. Еще в середине XX в. подавляющее большинство тектонистов было убеждено, что как эпохи, так и фазы складчатости проявлялись по всей Земле одновременно. Но теперь в отношении фаз складчатости это мнение не является столь однозначным – возможно, что время их проявления в пределах каждой складчатой области было индивидуальным. Но это не ставит под сомнение саму периодическую повторяемость процесса.

Таким образом, формирование земной коры континентального типа

осуществляется за счет вещества океанической коры в результате продолжительного процесса, в котором выделяются определенные, закономерно сменяющие друг друга стадии. В разных частях современных материков этот процесс протекал не одновременно, а путем последовательного наращивания континентальной коры от более древних эпох складчатости к более молодым.

В результате площади континентов и общий объем континентальной коры, а соответственно и сложность ее геологического строения, должны были на протяжении геологической истории неуклонно увеличиваться. Установление этих закономерностей имеет важнейшее научное значение, и это является огромной и непреходящей исторической заслугой геосинклинальной теории и ученых, которые ее создали и развивали.

Однако имелся ряд объективных факторов, обусловивших неизбежную ограниченность самой этой теории рамками определенного этапа в развитии научного познания. И главным образом это связано с тем, что теория создавалась только на базе данных, полученных в результате изучения геологии континентов. Знания о строении океанической коры к тому времени были еще слишком незначительными и отрывочными, чтобы на них можно было всерьез опираться при разработке какой-либо тектонической теории. Видимо, именно поэтому все закономерности, установленные в рамках геосинклинальной теории, остались чисто эмпирическими, то есть выведенными из обобщения совокупности множества наблюденных фактов. Лучшие ученые эпохи понимали, что этого недостаточно, и нужно дать выявленным закономерностям теоретическое объяснение, вскрыть механизм и движущие силы тектонических процессов. Но дать удовлетворительное объяснение причин направленного развития геосинклиналей так никому из них и не удалось.

По этой же причине при создании геосинклинальной теории не был и не мог быть в должной мере использован основной метод геологической науки - метод актуализма, заключающегося в опоре на сравнение процессов геологического прошлого с современными. Если геологическая история любой складчатой области на континенте уходит своими корнями в геологию океана, значит именно на дне океана надо искать современные аналоги обстановок, отвечающих ранним стадиям развития геосинклинали. И только отыскав, можно их изучить и понять, действительно ли все протекает в соответствии с изложенным в теории или какие-то факты истолкованы не вполне правильно. А главное – попытаться найти новые данные, проливающие свет на причины закономерного хода процесса. Но вплоть до второй половины XX в. Эти области океана оставались недоступны для изучения.

Забегая вперед, отметим, что современные аналоги обстановок, отвечающих различным стадиям развития складчатых областей, к настоящему времени найдены. Но закономерности их размещения на поверхности Земли оказались совсем не соответствующими представлениям о гипотетических «узких и протяженных прогибах». И поэтому сейчас большинство геологов в мире отказалось от использования термина «геосинклиналь», хотя все основные достижения геосинклинальной теории сохраняют свое значение. Только переосмыслены они уже по-новому.