учебники / Гаврилов В.П. «‎Общая и историческая геология и геология СССР»

скелетом или хордой не обладают. Выделяют три класса: ки­ шечнодышащие, крыложаберные и граптолиты. В ископаемом

состоянии чаще всего встречают граптолитывымершие мор­

ские колониальные организмы. Остатки их колоний имеют вид маленьких веточек или нитей, вдоль Iшторых размещаются

ячейки (теки). В ячейках располагались отдельные особи. Грап­ толиты имели хитиновый скелет. В ископаемом состоянии они

сохраняются в углистых или глинистых сланцах в виде обуг­

ленных пленочек. Большая часть граптолитов вела планктон­ ный или псевдопланктонный образ жизни. Планктонные формы свободно плавали с помощью специальных воздушных пузырь­

ков, псевдопланктонные прикреплялись I< плавающим предме­

та:v~ или организмам и перемещались вместе с ними. Характер­

ные роды: Dyctyonema, Monograptus.

ках. Погонофоры -обитатели абиссальной области морей и океанов. Этобентосвые организмы. В ископаемом состоянии

практически неизвестны.

Тип хор д о вы е (Chordata). Хордовыедвустороннесин­ меrричные, наиболее высокоорганизованные животные: рыбы,

земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие. Для

хордовых характерно наличие внутри тела осевого скелета.

У примитинных хордовыхэто упругий хрящевой стержень

(хорда), у высокоорганизованныхпозвоночный столб, со­

стоящий из серии хрящевых ил·и костных позвонков.

Тип хордовых делят на три подтипа: оболочники, бесчереп­ ные и позвоночные. Наиболее важное значение для геологии имеет последний подтип. Главная особенность представителей этого подтипаналичие в скелете позвоночного столба. У не­

которых позвоночных в зародышевом состоянии осевой скелет выражен хордой, которая в процессе развития замещается по­

звоночным столбом. Позвоночные имеют сложно устроенные

органы пищеварения и дыхания, кровеносную и нервную си­

стемы. Тело позвоночных покрыто кожей, поверх которой не­ редко образуются роговые чешуи, перья или волосы. В составе

позвоночных выделяют: бесчелюстных (примитивные рыбооб­

разные, миноги, миксины) и челюстных (рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие).

Изучение ископаемых остатков хордовых дает возможность

проследить последовательность разви"Гия высших животных,

в том числе и человека. Много материала они дают и для вос­

становления физико-географической обстановки минувших эпох. Однако такого большого значения для стратиграфии, как беспозвоночные, хордовые не имеют. Это объясняется тем, что

в основном они обитали на суше, где условия захоронения

241

остатков менее благоприятны, чем в воде. Исключение состав­

ляют рыбы и пресмыкающиеся, остатки которых широко ис­

пользуют для стратиграфических целей.

§ 2. ЦАРСТВО РАСТЕНИЯ

Растительный мир весьма многочислен и разнообразен. Все

растения делят (условно) на две группы: низшие и высшие.

НИЗШИЕ РАСТЕНИЯ, ИЛИ СЛОЕВЦОВЫЕ (Tha\Iophyta)

Низшие растения состоят из одной группы клеток, которые не

специализируются на выnолнении определенных функций. Тело

их не подразделяется на ткани и представляет собой так назы­

ваемое слоевище, или талл. Основные среди слоевцовых три

типа: бактерии, водоросли и грибы. Наиболее важное значение

имеют водоросливодные, обычно морские растительные ор­ ганизмы. В ископаемом состоянии чаще других встречают ос­ татки синезеленых, диатомовых и бурых водорослей. Клетки их

выделяли кальцит или кремнезем, за счет I<аторых формирава­

лись толщи горных породизвестняки, трепел, опоки.

К: низшим растениям относят также группу одноклеточных

микроскоnических организмов, строение которых сходно со

строением типа простейшие. Однако эти организмы содержат зерна хлорофилла и ассимилируют углерод из углекислого газа, что сближает их с растениями. Эти организмы населяют моря, океаны, пресные водоемы и ведут планктонный образ жизни, образуя ванопланктон (карликовый планктон). Извест­ ковый или кремнистый скелет организмов способствует сохра­

нению их в ископаемом виде. Из этой группы низших растений наибольший интерес представляют кокколитофориды (Coccolithophoridae). Тело кокколитофорид состоит из одной клетки,

строящей nанцирь из известковых пластинок (кокколитов). Кок­

колиты участвуют в формировании писчего мела, известняков.

Известны с кембрия до наших дней.

ВЫСШИЕ РАСТЕНИЯ (Covmophyta)

Высшие растения отличает от низших наличие стебля, листьев и корня. Обитают они на суше. Произошли от бурых водорос­

лей. Высшие растения делят на пять типов: псилофито-, мохо-,

плауновидные, членистостебельные и папоротниковидные.

Типы псилофитовидные (Psilopsida), моховид­

и ы е (Bryopsida) и плаун о в и д н ы е (Lycopsida). Псило­

фиты и мхинизкоорганизованные растения, известные с ран­

него палеозоя. В девоне они nрактически вымерли. К плау­

навидным относится обширная группа споровых растений,

242

большинство которых представлено древовидными формами. Некоторые из них, например лепидодендран и сигиллярии, до­ стигали высоты 30 м, а ствол их имел в диаметре 2 м. Широко

распространенная в девон~ каменноугольном периоде и перми

группа плауновидных, известная под названием чешуйчато­

стволистых, имеет большое геологическое значение.

Тип член и с т о с т е б е льны е (Sphenopsida). Членисто­ стебельные были широко распространены в позднем палеозое.

Стебель их внутри полый, членистый. Среди них встречают ка!<

древовидные формы, например каламиты, так н травянrrстыf'

растеннн, например современные хвощи.

Тиn папоротниковидные (Pteropsida). Данный тип растений - наиболее многочисленный и разнообразный. Он имеет большое значение в растительном покрове континентов.

Делят на три класса: бессеменные (папоротники), голо- и по­

крытосеменные. Последние два класса иногда выделяют в ка­

честве самостоятельных типов.

Папоротники были распространены в позднем палеозое и мезозое. В современной флоре крупные паnоротники встреча­ ются только в тропическом поясе. Обитают во влажных местах.

Голосеменныеобширный, весьма разнообразный класс

растений, размножающихся семенами, которые образуются

либо в пазухах листьев, либо в шишках. К этому классу отно­

сят семенные nапоротники, кордаиты, гинкговые, саговикообраз­

ные (цикадовые), хвойные. В ископаемом состоянии голосемен­

ные встречаются довольно часто, они имеют определенное зна­

чение для стратиграфии и исторической геологии. Семенные

папоротники и корданты были распространены в позднем

палеозое, гинкговые и саговикообразные-в мезозое. Хвой­ ные (ель, сосна, кедр и др.) широко развиты в современной флоре.

Покрытасеменные (цветковые) -наиболее высокоорганизо­

ванные растения. К ним относятся широко известные пальма,

дуб, бук, береза, тополь и т. д. Семена их образуются внутри

завязи цветка, стенки которой затем превращаются в плод.

Листыr отличаются большим разнообразием. Хорошо развит ко­ рень. Различают два подкласса: дву- и однодольные. Время расцвета покрытасеменныхкайнозой. В нскапаемом состоя­

нии встречаются окаменелые или обугленные стволы растений,

отпечатки листьев. Особенно важное значение имеют семена, споры, пыльца растений, позволяющие расчленять континен­

тальные толщи, которые практически не содержат ископаемых

остатков животных. На изучении спор и пыльцы древних ра­ стений основан спорово-пыльцевой метод, позволяющий уста­

навливать возраст континентальных образований. В этом

отношении стратиграфическое значение растений весьма

велИJю.

243

Вопросы для самопроверки

1. Дайте последовательную характеристику основных типов царства жи­

вотных.

2.Какие представители животного мира имеют важное стратиграфиче­

ское значение при расчленении отложений докембрия, нижнего палеозоя, 11ерхнего палеозоя, мезозоя, кайнозоя?

3.В чем выражается стратиграфическое значение простейших организмов?

4.Приведите классификацию и общую характеристику царства растений.

5.Каково стратиграфпческое значение растений?

Глава 16

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗРАСТА ГОРНЫХ ПОРОД

Попытки определения возраста Земли предпринимались начи­

ная с XVII в. В настоящее время наиболее распространены две

группы методов определения возраста горных пород: относи­

тельные и изотопные.

Методы определения относительного возраста горных пород

основаны на сравнительном анализе пластов осадочных отло­

жений и на выявлении среди них более молодых или более

древних без указания возраста пород в годах. Впервые этот подход был предложен в XVII в. Н. Стена, который исходил из того, что каждый нижезалегающий пластболее древний по сравнению с вышележащим (принцип суперпозиции). Этот

метод определения относительного возраста горных пород по­

лучил название стратиграфического. С этой же целью сопо­

ставляют между собой литологически однородные толщи и про­

слеживают их от скважины к сi<важине (петрографический метод).

Палеонтологический методнаиболее надежен. Он широко

применяется при установлении относительного возраста горных

пород. В основе метода лежит эволюция органического мира,

заключающаяся в непрерывном и постепенном усложнении ор­

ганизмов, появлении более высокоорганизованных форм и вы­ мирании примитивных, плохо приспособленных к изменениям

внешней среды представителей животных и растений. При этом

жизнь рассматривается как глобальвое явление: развиваю­

щаяся во времени от простого к сложному и не повторяющаяся

в своем развитии. Поэтому каждому отрезку геологического

времени соответствует определенный состав жизненных форм.

Следовательно, одновозрастным слоям осадочных пород соот­

ветствуют окаменелые остатки определенных, соответствующих именно этому геологическому периоду живых организмов или

растений.

При палеонтологическом методе используют как видимые

невооруженным глазом остатки организмов ( макропалеонтоло-

244

гический .метод), так и микроскопические остатки, различаемые лишь микроскопом (.микропалеонтологический .метод); изучают

также споры и пыльцу древних растений (спорово-пыльцевt.и'i

.метод).

Эволюция животного и растительного царства послужила

в свое время основой для подразделения геологической исто­

рии Земли на ряд естественно-исторических этапов развития.

В настоящее время приняты следующие геохронологические единицы (единицы геологического времени), каждой из кото­ рых соответствуют стратиграфические единицы (единицы ком­ плексов пород, образовавшихся за единицу геологического вре­ мени):

Методы определения относительного возраста горных пород

имеют ряд ограничений: они применимы лишь для осадочных толщ, необходимы находки окаменелостей, не позволяют оце­

нить возраст пород в годах.

Изотопные методы появились позднее относительных мето­

дов. Они основаны на измерении содержания в минералах не­

которых изотопов, накопившихся после образования данного

минерала ввиду распада содержавшихся в нем радиоактивных

веществ. Эти методы дают возможность определить возраст

ряда минералов в магматических, осадочных и метаморфиче­

ских породах в миллионах лет.

Изотопыэто атомы определенного химического элемента

с разными количествами нейтронов N в ядре. Число протонов z в ядре соответствует номеру химического элемента в Перио­

дической системе Д. И. Менделеева. Каждый изотоп определя­

ется массовым числом: А= N +z. Например 204 РЬизотоп

свинца с массовым числом А= 204. Поскольку для свинца z = 82, то в ядрах этого изотопа имеется по 122 нейтрона. Явление ра­

диоактивности выражается в самопроизвольном распаде ядер

неустойчивых изотопов и в переходе их в устойчивые изотопы

или новые элементы. Явление сопровождается излучением а- и

~-частиц и выделением энергии в виде гамма (V) -излучения.

Считается, что скорость радиоактивного распада строго посто­

янна во все отрезки геологического времени.

Наиболее хорошо разработаны следующие изотопные ме­

тоды: уран (торий) -свинцовый (свинцово-изотопный), уран (то­ рий) -гелиевый, уран-ксеноновый, калий-аргоновый, рубидий-

245

стронциевый, самарий-неодимовый, рений-осмиевый и радиоуг­

леродный.

Вгеологических целях необходимо определить время, ко­

торое прошло от момента окончательного оформления мине­

рала до настоящего момента. При расчетах допускается, что в момент образования минерала в нем отсутствовали первич­

ные продукты радиоактивного распада. Тогда изотопный воз­ раст вычисляется по следующей формуле:

No= Ne"''·

где No- число атомов радиоактивного элемента в момент об­

разования минерала; N- оставшееся число атомов по истече­ нии времени t, равного возрасту минерала; Л- постоянная рас­

пада, характерная для данного минерала; е- число Непера,

равное 2,7183.

Если продукт радиоактивного распада обозначить через D,

то

No~N=D.

Поскольку каждый распавшийся атом данного радиоактив­

ного элемента превращается в один атом соответствующего

продукта распада, то

Ne'A.t-N=D

или

(е"''-1) N =D,

откуда получим

t=+ln( ~ -1}

Формула учитывает уменьшение радиоактивного вещества во времени и экспоненциальное (т. е. показательное) увеличе­ ние продукта распада. Отношение D к N- функция возраста

минерала.

При определении изотопного возраста горных пород обычно

используется величина полураспада Т, которая выражается

так:

Приведем значения периодов полураспада для некоторых

наиболее характерных изотопов: 238 U=4,53·109 лет; 235U=

=0,713·109 лет; 232 Th=13,9·109 лет; 14 С=5730 лет.

В геологической практике период полураспада учитывается

при выборе изотопного метода. Если анализу подлежат моло­

дые образования, имеющие возраст 2 тыс.- 60 тыс. лет, то ис-

246

пользуется радиоуглеродный метод. При возрасте ] 00 тыс.-

древнихсвинцовый.

В последние годы в геологии разрабатывается еще один ме­

тод определения возраста горных породпалеом.агнитный.

Он основан на уже известном нам явлении палеомагнетизма:

вектор первичной намагниченности минералов сохраняется

вгорных породах и может быть определен (см. гл. 1, § 3).

«Окаменевший геомагнетизм» отражает эволюцию магнит­

ного поля Земли, которое неоднократно испытывало инверсии (обращение полярности). Поэтому в разрезах осадочных и

излившихся образований происходит чередование прямой (со­

впадающей с современной) и обратной намагниченности. Гео­

магнитные инверсии, запечатленные в породах, позволяют осу­

ществлять хронологическую корреляцию прямо и обратно

намагниченных пород в глобальном масштабе. Для этого необ­ ходимо знать изотопный возраст пород, в которых установлена полярность магнитного поля. Наиболее хорошо и достоверно шкала геомагнитной полярности разработана для последних 70 млн лет (кайнозойская эра) и применительно к образованиям

океанического дна.

Геомагнитные инверсии подчиняются сложной ритмичности:

интервалы сгущений инверсий чередуются с интервалами их разрежений. На этой основе построена палеемагнитастратигра­ фическая шкала территории СССР для последних 570 млн лет (фанерозой).

С учетом всех методов определения возраста горных пород

составлена геохронологическая таблица, отражающая периоди­ зацию геологической истории Земли и эволюцию органического мира (рис. 52). Прообразом современной геохронологической

таблицы послужила единая стратиграфическая номенклатура,

припятая в ]881 г. на 11 Международном геологическом кон­ грессе n г. Болонье. В составе геохронологической таблицы вы­ делено пять основных эр: архейская (древнейшей жизни), про­ терозойекая (первоначальной жизни), палеозойская (древней жизни), мезозойская (средней жизни) и кайнозойская (новой жизни). Первые две объединяют в криптозой (греч.- скрытая

жизнь), последние три-в фанерозой (греч.-явная жизнь).

Более дробное расчленение криптозон на периоды, эпохи и

ярусы, которые были бы общеприняты, не производится, так

как органические остатки в отложениях того времени встреча­

ются крайне редко н имеют очень плохую сохранность. Толщи

криптозон (архейской и протеразойской эр) расчленяют глав­

ным образом на основе изотопных методов, выделяемые под­

разделения при этом имеют местное значение и с трудом под­

даются сопоставлению. К отложениям фанерозоя приурочены

247

/

-·-------------..... ~------------- -'

-../

ДHI'i

Рис. 52. Геохронологическая таблица.

PR- npoтepoэoilcкall эра; AR- apxelicкa11 эра

Раздел шестой

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ЕЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОй ИСТОРИИ

Происхождение Земли и всей Солнечной системы тесным обра­

зом связано с возникновением Вселенной. Поэтому явления,

приведшие к рождению Солнечной системы и одной из ее пла­

нет-- Земли, следует рассматривать в единой, последователь­

ной цепо<rке событий от момента появления существующей Все­

ленной до наших дней.

Глава17

ПРОБЛЕМА ПРОИСХОЖДЕНИЯ С.ОЛНЕЧНОЯ

СИСТЕМЫ, ЗЕМЛИ И ХАРАI(ТЕРИСТИI(А

ОСНОВНЫХ СТАДИЯ ЕЕ РАЗВИТИЯ

В основе современного взгляда на происхожденне Вселенной лежит идея ,<Большого взрыва», согласно которой наблюдае­

мая в настоящее время материя была сконцентрирована вна­

чале в ограниченном объеме, равном по размеру атому. Этот

изначальный атом имел ооотность вещества 1096 кг/м3 (плот­

ность атомного ядра 1018 кг/м3 ). Около 12-20 млрд лет назад

по неизвестным нам причинам эта сверхтяжелая точка взорва­

лась. Возник огненный шар «чистой энергию>, который увели­ чивалея в размерах и остывал. Температура его составляла

приблизительно 100 млрд 0С, а плотность вещества в 4 млрд

раз превышала плотность воды. В этот краткий начальный пе­ риод развития Вселенной не существовало даже элементарных

частиц, которые в случае возникновения тут же превращались

в энергию. По расчетам ученых, приблизительно через 4 мин после Большого взрыва частицы вещества уже могли доста­ точно долго удерживаться относительно друг друга, чтобы син­ тезировать ядра водорода и гелия. А спустя полчаса уже чет­

верть водорода превратилась в гелий, предопределив тем са­ мым химический состав космоса.

Затем, как предполагают, образование Вселенной замедли­ лось. Через 700 тыс. лет непрерывного расширения вещество Вселенной остыло до 4 тыс. 0С. Ядра и электроны, объединив­

шись в стабильные газы водород и гелий, образовали облака,

которые конденсировались в звезды и галактики. Сейчас Все­

ленная, доступная для наблюдения, насчитывает 100 млрд га­

лактик, в каждой из которой содержится 100 млрд звезд. И все

они разбегаются в разные стороны от изначально единого

центра.

250