4.2. Относительная геохронология

Относительная геохронология заключается в определении относитель-

ного возраста горных пород, который дает представление о том, какие отло-жения в земной коре являются более молодыми и какие более древними, без оценки длительности времени, прошедшего с момента их образования.

Для определения относительного возраста слоистых осадочных, пи-рокластических и вулканических пород (лав) широко применяется принцип последовательности напластования, так называемый закон Стено. Со-гласно этому принципу, каждый вышележащий пласт (при ненарушенной последовательности залегания слоистых горных пород) моложе нижеле-

жащего. Относительный возраст интрузивных горных пород и других не-слоистых геологических образований определяется по соотношению с толщами слоистых горных пород.

Послойное расчленение геологического разреза, т.е. установление по-

следовательности напластования слагающих этот разрез пород, составляет стратиграфию данного района.

Для сравнения стратиграфии удаленных друг от друга территорий (районов, стран, материков) и установления в них толщ близкого возраста, используется палеонтологический метод, основанный на изучении захо-роненных в пластах горных пород окаменевших остатков вымерших жи-вотных и растений (морских раковин, отпечатков листьев).

Сопоставление окаменелостей различных пластов позволило устано-вить процесс необратимого развития органического мира и выделить в ис-тории Земли ряд этапов со свойственным каждому из них комплексом жи-вотных и растений. Исходя из этого, сходство флоры и фауны в пластах осадочных пород может свидетельствовать об одновременности образова-ния этих пластов, т.е. об их одновозрастности.

31

Пирокластические породы (от греч. pyr – огонь и klao – ломаю) – об-

ломочные горные породы, образовавшиеся в результате накопления обло-мочного материала, выброшенного при извержении вулканов (вулканиче-ские брекчии, туфы, игнимбриты).

Игнимбрит – вулканогенно-обломочная кислая горная порода, воз-никшая при спекании частиц вулканического стекла и туфов; содержит об-ломки кристаллов и горных пород, как бы сваренные друг с другом.

Интрузивные горные породы (от лат. intrusio – внедрение, вторже-

ние) – полнокристаллические магматические горные породы, образовав-шиеся в результате застывания магмы в толще земной коры. Различают глубинные породы – граниты, диориты, габбро и др. и промежуточные – габбро-порфириты, гранит-порфиры и др.

Палеонтологический метод – основан на изучении ископаемых остат-ков вымерших организмов. Установлено, например, что в разновозрастных слоях осадочных пород встречаются разные комплексы остатков организ-мов, характеризующие развитие флоры и фауны в ту или иную геологиче-скую эпоху. Сопоставление этих остатков и позволяет судить об относи-тельном возрасте горных пород.

Впервые этот метод определения относительного возраста горных по-род был применен в начале XIX в. Уильямом Смитом в Великобритании и Жоржем Кювье во Франции. Однако тогда этому методу не было дано на-дежного теоретического обоснования. Кювье объяснял различия в составе комплексов ископаемых, встречаемых в пластах горных пород, вымирани-ем организмов в результате геологических катастроф и появлением затем новых их комплексов.

Последователи Кювье, в том числе французский геолог и палеонтолог Альсид Д’Орбиньи, предполагали, что смена органического мира Земли после каждой катастрофы связана с «творческими актами божества». Уче-ние Чарлза Лайеля о медленных естественных преобразованиях лика Зем-ли и классические труды Чарлза Дарвина и Владимира Онуфриевича Ко-валевского об эволюционном развитии органического мира дали материа-листическое обоснование палеонтологическому методу.

Уильям Смит (1769–1839 гг.) – английский инженер, один из осново-положников биостратиграфии. При строительстве каналов установил, что возраст осадочных горных пород может сопоставляться по заключенным в них остаткам ископаемых организмов. Составил первую (1813–1815 гг.) геологическую карту Англии с разделением горных пород по их возрасту.

Жорж Кювье (1769–1832 гг.) – французский зоолог, один из реформа-торов сравнительной анатомии, палеонтологии и систематики животных, иностранный почетный член Петербургской академии наук. Установил принцип «корреляции органов», на основе которого реконструировал строение многих вымерших животных. Ввел понятие типа в зоологии.

Альсид Дессалин Д’Орбиньи (1802–1857 гг.) – французский геолог и палеонтолог. Развил теорию катастроф. Описал свыше 100 тысяч ископае-мых остатков организмов.

32

Чарлз Лайель (Лайелл) (1779–1875 гг.) – английский естествоиспыта-тель, один из основоположников актуализма в геологии, иностранный член-корреспондент Петербургской АН. В главном трехтомном труде «Основы геологии» в противовес теории катастроф развил учение о медленном и не-прерывном изменении земной поверхности под влиянием постоянных геоло-гических факторов. Поддерживал эволюционную теорию Ч. Дарвина.

В результате трудов нескольких поколений геологов была установле-на общая последовательность накопления слоев земной коры, получившая название стратиграфической шкалы. Верхняя часть ее (фанерозой) со-ставлена при помощи палеонтологического метода с большой тщательно-стью. Для нижележащего отрезка шкалы (докембрий), соответствующего огромной по мощности толще пород, палеонтологический метод имеет ог-раниченное применение из-за плохой сохранности или отсутствия окаме-нелостей. Вследствие этого, нижняя – докембрийская часть стратиграфи-ческой шкалы расчленена менее детально.

Чарлз Роберт Дарвин (1809–1882 гг.) – английский естествоиспыта-тель, создатель дарвинизма, иностранный член-корреспондент Петербург-ской академии наук. В основном труде «Происхождение видов путем есте-ственного отбора» обобщил результаты собственных наблюдений: и дос-тижения современной ему биологии и селекционной практики, вскрыл ос-новные факторы эволюции органического мира. В труде «Изменение до-машних животных и культурных растений» изложил дополнительный фак-тический материал к основному труду. В книге «Происхождение человека и половой отбор» обосновал гипотезу происхождения человека от обезья-ноподобного предка. Работал в области геологии, ботаники и зоологии.

Владимир Онуфриевич Ковалевский (1842–1883 гг.) – зоолог, осново-положник эволюционной палеонтологии. Муж Софьи Васильевны Ковалев-ской – математика. Последователь и пропагандист учения Ч. Дарвина. Ав-тор классических трудов по истории развития копытных животных. Устано-вил взаимосвязь морфологии (от греч. morphe – форма) и функциональных изменений с условиями существования. Первым из палеонтологов приме-нил эволюционное учение при изучении филогенеза позвоночных. Филоге-нез (от греч. phylon – род, племя и ... генез), процесс исторического развития мира организмов, их видов, родов, семейств, отрядов (порядков), классов, типов (отделов), царств. Филогенез рассматривается в единстве и взаимо-обусловленности с индивидуальным развитием оргганизмов – онтогенезом.

Стратиграфическая шкала – неотъемлемая составляющая геохроноло-гической шкалы, являющаяся ее вещественным выражением. Если главным объектом геохронологической шкалы является геологическое время, то объ-ектом стратиграфической шкалы являются вещественные комплексы пород, образовавшиеся в течение рассматриваемого геологического времени. По-этому каждому геохронологическому подразделению соответствует страти-графическое подразделение: эре – группа, периоду – система, эпохе – отдел, веку – ярус. Так, например, палеозойская эра – это время, в течение которого

33

образовалась палеозойская группа осадков, а девонский период – время, в те-чение которого сформировалась девонская система осадочных пород.

По степени метаморфизма горных пород и другим признакам докем-брий делится на архей (или археозой) и протерозой.

Верхняя – фанерозойская – часть шкалы делится на 3 группы (или эратемы): палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую. Каждая группа де-

лится также на системы (всего в фанерозое 12 систем), а каждая из сис-тем – на 2–3 отдела; последние в свою очередь подразделяются на ярусы и подчиненные им зоны. Системы и многие ярусы могут быть прослежены на всех континентах, однако большая часть зон имеет только местное зна-чение. Наикрупнейшим подразделением шкалы, объединяющим несколько групп, служит эонотема (например палеозойская, мезозойская и кайнозой-ская группы объединяются в фанерозойскую эонотему).

Докембрий – совокупность архейских и протерозойских пород, а так-же промежуток времени порядка 3,3 млрд лет, предшествовавший палео-зойской эре (кембрийскому периоду). Иногда называется криптозой.

Метаморфизм (от греч. metamotphosis – превращение) – процесс су-щественного изменения текстуры, структуры и минерального состава – горных пород под воздействием температуры, давления и химической ак-тивности глубинных растворов (флюидов – от лат. fluidus – текучий).

Архей или архейская эра – эра первичной жизни, охватывает период времени от 4 млрд лет до 2600 млн лет.

Протерозой или протерозойская эра – эра древнейшей жизни, под-

разделяющаяся на два периода – раннепротерозойский и поздне протеро-зойский (рифейский). Временные границы – 2600 млн лет – 570 млн лет.

Эратема (от лат. aera – исходное число и греч. thema – то, что поло-жено (в основу)) – обозначение подразделения общей стратиграфической шкалы, принятое вместо геологической группы.

Система (геологическая) – основное подразделение общей страти-графической шкалы, отвечающее естественному этапу в развитии земной коры и органического мира. Соответствует геологическому периоду.

Отдел (геологический) – единица общей стратиграфической шкалы, наиболее крупное, подразделение геологической системы. Объединяет от-ложения, образовавшиеся в течение геологической эпохи; подразделяются по характерным органическим остаткам на ярусы.

Стратиграфическая шкала является основой для создания соответст-вующей ей геохронологической шкалы, которая отражает последователь-ность отрезков времени, в течение которых формировались те или иные толщи горных пород.

Каждому подразделению стратиграфической шкалы отвечают соот-ветствующие подразделения геохронологической шкалы. Время, в течение которого отложились породы любой из систем, носит название периода.

Отделам, ярусам и зонам отвечают промежутки времени, которые со-ответственно получили называния эпоха, век, время, группам соответству-

ют эры.

34

Крупнейшему стратиграфическому подразделению – эонотеме – отвеча-ет геохронологический термин – зон. Существуют два зона – докембрийский, или криптозойский, и фанерозойский. Продолжительность более древнего – докембрийского зона составляет около 5/6 всей геологической истории.

Каждый из периодов фанерозойского зона, за исключением последне-го, – антропогенового (четвертичного), охватывает примерно равновеликие интервалы времени.

Антропогеновая система, соответствующая времени существования человека, намного короче. Расчленение антропогена производится, в отли-чие от других периодов, по фауне наземных млекопитающих, которая эво-люционирует гораздо быстрее, чем морская фауна (в составе последней за время антропогена не произошло принципиальных изменений), а также на основе изучения ледниковых отложений, характеризующих эпохи всеоб-щего похолодания. В течение этого периода рельеф, климат, раститель-ность и животный мир приняли современный облик: характерно развитие оледенений (особенно в Северном полушарии). С этим периодом связано становление человека.

Ярус (геологический) – подразделение общей стратиграфической шка-лы, объединяющее отложения, образовавшиеся в течение одного геологи-ческого века и отвечающие определенному этапу геологического развития. Представляет часть геологического отдела. Подразделяется на зоны стратиграфические.

Эон (от греч. aion – век, эпоха) – отрезок времени геологической ис-тории, в течение которого сформировалась эонотема; объединение не-скольких эр.

Эонотема – наиболее крупное подразделение стратиграфической шкалы, отвечающее длительному этапу развития Земли – зону.

Некоторые исследователи считают выделение антропогеновых отло-жений в особую систему неправомочным и рассматривают ее как завер-шающий этап предшествующего неогенового периода.

Подразделения стратиграфической шкалы, выделенные с помощью палеонтологического метода, и соответствующие им подразделения геоло-гического времени, объединенные в единой геохронологической шкале, были утверждены в 1881 г. на II Международном геологическом конгрессе в Болонье и с тех пор являются общепринятыми во всем мире. Вследствие совершенствования методов палеонтологического исследования и накоп-ления новых данных в первоначальную схему геохронологии периодиче-ски вносятся изменения и уточнения.

Относительная геохронология определяет возраст горных пород от-носительно друг друга, какие слои образовались раньше и являются более древними, какие позднее, являясь молодыми. Относительная геохроноло-гия не дает представления о продолжительности формирования тех или других геологических тел, но позволяет судить о последовательности их образования во времени.

35

При изучении геологического строения и составлении геологической карты необходимо прежде всего установить возрастную (геохронологиче-скую) последовательность пород, слагающих площадь. Важнейшей зада-чей при этом является определение относительного возраста горных пород, т.е. установление того, какие породы образовались раньше, какие позднее и к какой геохронологической единице они относятся. Среди существую-щих методов определения относительного возраста широко используются стратиграфический, литолого-петрографический и палеонтологический методы, применяемые как отдельно, так и в совокупности.

Стратиграфический метод (от лат. стратум – слой) базируется на том, что осадки накапливаются слоями, которые последовательно ложатся друг на друга. Поэтому нижний слой является более древним, чем распо-ложенные над ним слои. Это правило (канон), установленное еще в XVII в. Н. Стенопом, справедливо для ненарушенного (первичного) залегания сло-ев, т.е. залегания, сформировавшегося в процессе осадконакопления. На-пример, наблюдая в стенке карьера слои горных пород, мы видим, что на слое 1 залегает слой 2, а выше слой 3, значит, слой 1 образовался раньше слоя 2, т.е. слой 1 является более древним, чем слой 2. Слой 3 образовался позже всех и является самым молодым в этом разрезе.

В случае нарушенного залегания (в результате воздействия на горные породы тектонических движений) слои оказываются наклоненными под тем или другим углом, смятыми в складки или перемещенными по разломам.

Как правило, слои редко прослеживаются на значительные расстоя-ния, обнажаясь в пределах небольших участков. В таких случаях сопоста-вить и увязать их достаточно трудно. В связи с этим параллельно исполь-зуют и другие методы.

Литолого-петрографический метод основан на расчленении разрезов на слои или пачки слоев, отличающиеся по составу, структурным и тек-стурным особенностям горных пород, и сопоставлении геологических раз-резов, полученных на разных участках. Слои или пачки слоев с одинако-вой литолого-петрографической характеристикой и их близкая последова-тельность в разобщенных разрезах позволяют предполагать их одновозра-стность. Литолого-петрографический метод применяется для определения возраста «немых» слоев, т.е. толщ, не содержащих фауны и флоры. Опре-деление возраста слоев этим методом сводится к их сопоставлению с из-вестными эталонами геологических разрезов, возраст отложений в кото-рых определен другими методами. Однако нередко один и тот же слой сла-гается различными породами, и тогда сопоставление слоев по составу воз-можно только на коротких расстояниях.

Наиболее надежным методом определения относительного возраста яв-ляется палеонтологический (биостратиграфический), предложенный в начале XIX в. В. Смитом и разработанный позднее Ж. Кювье и А. Броньяром.

Палеонтологический метод заключается в изучении остатков живот-ных организмов (фауны) и растений (флоры) в горных породах. По данным палеонтологии, установлены определенная последовательность и необра-

36

тимость в развитии жизни на Земле, что позволило разработать систему относительного геологического летоисчисления.

Для определения относительного возраста горных пород используют-ся так называемые руководящие ископаемые, т.е. те организмы, для кото-рых характерна быстрая смена во времени при широком распространении их на площади. Определение возраста производится путем сравнения ока-менелостей из изучаемых отложений с теми, которые уже установлены в опорных разрезах.

Обнаружение одинаковых руководящих палеонтологических остатков в породах на участках, значительно удаленных друг от друга, позволяет установить их одновозрастность независимо от состава пород и условий залегания.

Область применения палеонтологического метода ограничена фанеро-зоем, т.е. тем отрезком геологической истории, в течение которого сущест-вовали разнообразные организмы.

Вышеперечисленные методы позволяют определять относительный возраст стратифицированных образований, т.е. горных пород, залегающих слоями. К ним относятся осадочные, вулканогенно-осадочные, вулкано-генные и сохранившие первичную стратификацию регионально метамор-физованные породы.

Разработка относительной геохронологии началась с конца XVIII в. В 1881 г. на II Международном геологическом конгрессе в Болонье

были приняты первая геохронологическая и соответствующая ей страти-графическая шкала, в которой, по данным эволюции развития земной коры и органического мира, вся история Земли подразделялась на отрезки вре-мени (геохронологические подразделения) и толщи пород, накопившихся за это время (стратиграфические подразделения).

Для изображения на геологических картах выделенным подразделе-ниям были присвоены определенные цвет и индекс (буквенно-цифровое обозначение). Наиболее крупное геохронологическое подразделение было названо эрой, соответствующее эре стратиграфическое подразделение – группой. Вся геологическая история Земли подразделялась на четыре эры:

архейскую или археозойскую (от греч. археос – древнейший, зоо – жизнь) – эра древнейшей жизни, индекс А, цвет темно-розовый;

палеозойскую (от греч. палеос – древний) – эра древней жизни, ин-декс Рz;

мезозойскую (от греч. мезос – средний) – эра средней жизни, Мz; кайнозойскую (от греч. кайнос – новый) – эра новой жизни, Кz. Позднее, в 1887 г., из архейской эры была выделена протерозойская

эра (от греч. протерос – первичный) – эра первичной жизни, Рt.

Эры подразделялись на периоды, соответственно группы – на систе-мы, периоды – на эпохи, системы – на отделы, эпохи – на века, отделы – на ярусы. Группы, системы, ярусы имеют те же названия, что и соответст-вующие им эры, периоды, века.

37

Позднее, по мере накопления новых данных по относительному и аб-солютному возрасту горных пород и истории развития Земли, в геохроно-логическую и соответственно стратиграфическую шкалу были внесены существенные изменения: выделены новые геохронологические и страти-графические подразделения, новые периоды и системы, изменялись приня-тые ранее цвета и индексы.

В геологической истории Земли были выделены два главных нерав-ных по продолжительности этапа: докембрийский (докембрий) или крип-тозой (от греч. криптос – скрытый) – время скрытой жизни, охватываю-щий архейскую и протерозойскую эры, и фанерозойский (фанерозой) (греч. фанерос – явный) – время явной жизни, включающей палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры.

Неоднократно изменения вносились в подразделения четвертичного периода (системы), который было предложено именовать антропогеновым (от греч. антропос – человек).