книги из ГПНТБ / Борголов И.Б. Геология с основами минералогии и петрографии учеб. пособие для студентов с.-х. вузов, обучающихся по специальности агрономия, агрохимия и почвоведение

Вследствие низких температур развитие почвенных и био­ логических процессов запаздывает и происходит не весной, когда это особенно необходимо для растений, а только к осе­ ни. В результате таяния осенью мерзлые породы находятся уже на глубине 2—3 м. В связи с этим почвенные горизон­ ты, располагающиеся над мерзлыми породами, находятся в состоянии сильного переувлажнения. Это приводит к забо­ лачиванию и одновременно к сглаживанию процессов оподзоливания и замене их процессами оглеения.

В то же время мерзлые породы являются сильными кон­ денсаторами водяных паров. Так, например, в условиях Си­ бири с ее резко континентальным климатом и малым коли­ чеством выпадающих осадков благодаря конденсации созда­ ются дополнительные запасы влаги в почве.

Таким образом, влияние низких температур на агрономи­ ческие свойства почвы и ее плодородие является исключи­ тельно многообразным и противоречивым. С одной стороны, холод и морозное выветривание способствуют накапливанию влаги в сезонноталом и, в частности, в корнеобитаемом слое. В результате морозного выветривания почвы разрыхля­ ются и поэтому в них увеличивается содержание раствори­ мых минеральных частиц. Все это является положительными факторами, повышающими плодородие почв. С другой сто­ роны, на холодных почвах почти все растения развиваются крайне медленно в связи с трудностью использования ими питательных веществ. Так, например, корни берез, кедра и других древесных растений не углубляются в почву более чем на 30—40 см, а развиваются в стороны на расстояние 10—12 м от главного ствола. В обычных условиях корни картофеля углубляются на глубину 1,0—1,5 м, в то время как на Крайнем Севере — только на 0,70 м. Плохое прогре­ вание почвы в самый важный для растений первый период вегетации (май—июнь) требует повышенного количества питательных веществ в весенний период.

Поэтому одной из неотложных задач земледелия в север­ ных районах СССР является повышение температуры в поч­ ве, усиление в ней окислительных процессов и микробиоло­ гической деятельности. Этому должна способствовать свое­ временная и глубокая вспашка, применение минеральных и органических удобрений, снегозадержание и другие меро­ приятия.

260

Представления о происхождении пояса многолетней мерз­ лоты. По вопросу возникновения пояса многолетней мерзлоты существуют различные точки зрения. Одни исследователи рассматривают многолетнемерзлые породы как наследие хо­ лодного ледникового периода. Существует также мнение и о том, что многолетняя мерзлота является результатом совре­ менного теплообмена в системе земная кора атмосфера. Другие же исследователи рассматривают ее как наследие прошлого и как результат климата современного периода. В настоящее время накопилось много доказательств, под­ тверждающих и в то же время частично опровергающих связь многолетней мерзлоты с древними оледенениями. Так, например, к доказательствам, подтверждающим наличие та­ кой связи, относятся многочисленные находки неразложившихся трупов мамонтов и носорогов в многолетнемерзлых породах сохранившихся еще со времени далекого леднико­ вого периода В некоторых рудниках Сибири находят мине­ рал мирабилит (Na2S(V 10 Н20 ), выпадающий из морской воды при температуре —8,2°С. Ныне температура в тех же породах, в которых он был найден, составляет всего —4,2°С. Это подтверждает, что в прошлом здесь существовали бо­ лее холодные климатические условия.

О том, что в настоящее время наблюдается некоторое потепление климата, можно привести целый ряд доказа­ тельств. Так, например, десятилетняя средняя температуря зимы в Средней Европе за четверть века возросла на 2,5°С; продолжительность вегетационного периода увеличилась на

2—3 недели.

На высоких широтах произошло резкое сокращение льдов; уменьшились льды в сибирском секторе Арктики, ледники в

Гренландии, на Аляске, в Альпах и Норвегии. В Исландии освободились от льда земли, которые распахивались 600 лет назад и погребенные с тех пор под толщей льда и т. д.

По-видимому, с общим потеплением климата связано не­ которое уменьшение распространения мерзлых пород, «дег­ радация вечной мерзлоты», или, как говорят, «уменьшение запасов холода». Поэтому, по мнению ученых, значительная часть мерзлых пород возникла не сейчас, а в далеком прош­ лом; мерзлые породы сохранились еще со времени холодного ледникового периода и в настоящее время не создаются, а лишь поддерживаются современными климатическими усло­ виями.

261

Но вместе с тем следует отметить, что распространение зоны отрицательных температур не совпадает с границами древних оледенений. Более того, в настоящее время извест­ но много примеров возникновения мерзлых пород в совре­ менную эпоху, прямо на глазах человека. Так, например, для образования мерзлых пород благоприятными являются усло­ вия холодной, малоснежной и длинной зимы с короткой вес­ ной и осенью, а также наличие высокого давления и сухости воздуха и т. д. Эти данные подчеркивают, что причины об­ разования мерзлых пород в то же время заключаются в осо­ бенностях теплообмена на поверхности Земли между атмо­ сферой и литосферой.

В заключение отметим, что зона отрицательных темпера­ тур земной коры, занимающая громадную площадь на Зем­ ле, в частности в пределах нашей страны и имеющая зна­ чительную вертикальную мощность, представляет исключи­

в земной коре существуют многие тысячелетия, являясь на­ следием сурового ледникового периода; в других же местах они возникают и сохраняются лишь в тех районах, в кото­ рых имеются условия для этого в настоящее время.

Г л а в а VIII. ОСНОВЫ ГЕОХРОНОЛОГИИ И КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Земля, на которой мы живем, существует очень давно и нас отделяет чрезвычайно большой отрезок времени с начала ее возникновения. По подсчетам ученых, возраст Земли, как планеты исчисляется в 5—6 млрд, лет*, а ее наружной оболочки — земной коры — в 4,0—4,5 млрд. лет. На протяже­ нии всей ее длительной истории существования она не ос­ тавалась неизменной, а претерпевала большие изменения под влиянием различных геологических процессов. Так, напри­ мер, в результате неоднократного внедрения расплавленной магмы в толщу земной коры, а при благоприятных условиях излияния ее на поверхность Земли в виде лавы, образова­ лись разнообразные интрузивные и эффузивные горные по­

* На основании изучения эволюции изотопного состава свинца из разных природных объектов, возраст Земли оказался близким к 4,55± ±0,05 млрд. лет. («Наука и жизнь», 1971, № 4).

262

роды. В процессе осадконакопления на земной поверхности происходило накопление различных осадочных горных пород. В результате мощных тектонических движений имело место смятие в складки слоев горных пород и разрыв их сплош­ ности с образованием разнообразных складчатых и разрыв­ ных дислокаций и т. п. Поэтому вопросы времени возникно­ вения Земли как планеты, а также возраста и последова­ тельности образования различных горных пород, слагающих земную кору, интересуют человечество очень давно и не толь­ ко из чисто теоретических, но и из практических соображе кий.

Изучением и воссозданием геологической истории нашей планеты занимается историческая геология, которая устанав­ ливает возраст горных пород, последовательность их обра­ зования во времени, а также их распространение на поверх­ ности Земли. В настоящее время для установления возрас­ та различных горных пород существуют два отличных друг от друга метода так называемой абсолютной и относитель­ ной геохронологии.

§ I. АБСОЛЮТНЫЙ ВОЗРАСТ ГОРНЫХ ПОРОД

Возможность определения абсолютного возраста геологи­ ческих формаций возникла в XX веке, в связи с установле­ нием радиоактивного распада радия, урана, тория и других радиоактивных элементов. Впервые мысль об определении возраста горных пород при изучении радиоактивного распада урана была высказана в 1902 г. П. Кюри.

Первые попытки определения абсолютного возраста ми­ нералов были сделаны в 1907 г. канадцем Б. Болтвудом. Большой вклад в изучение абсолютного возраста геологиче­ ских образований был сделан советскими учеными, в числе которых следует упомянуть В. Г. Хлопина, К. А. Ненадкеви-

Использование этого метода основано на том, что ядра атомов радиоактивных элементов, таких, как радий, уран, торий и некоторые другие, с присущей каждому из них по­ стоянной скоростью, не зависящей от внешних условий, само­ произвольно распадаются. При этом образуются атомные ядра нерадиоактивных так называемых устойчивых элемен­ тов, например, свинца из урана, аргона при радиоактивном

263

распаде калия и др. Таким образом, радиоактивные элемен­ ты могут служить эталоном земного времени. В настоящее время для определения абсолютного возраста горных пород применяют следующие методы: свинцовый, гелиевый, арго­ новый, рубидиево-стронциевый и углеродный.

Свинцовый метод. Возраст минерала или горной породы устанавливают определением в них количества свинца с атомным весом 206, являющегося конечным продуктом рас­ пада урана (И238). Превращение половины количества ура­ на в свинец продолжается 4,52 млрд. лет.

Уран с атомным весом 235, распадаясь, образует изотоп свинца с атомным весом 207. Этот процесс длится 891 млн. лет. Торий при распаде дает изотоп свинца с атомным весом 208. Период его полураспада равен 13,9 млрд. лет.

Метод применим для горных пород, содержащих урано­ вые и ториевые минералы (уранинит, торбернит, монацит и др.). Зная, какое количество свинца образуется из одного грамма урана в год, и определяя их совместное содержание в данном минерале, возможно вычислить абсолютный воз­ раст минерала и той горной породы, в которой они нахо­ дятся. Данный метод дает хорошие результаты, если мине­ рал содержит значительное количество урана или тория и 'если возраст его не менее 30—40 млн. лет.

Гелиевый метод. Этот метод дает возможность опреде­ лять возраст минералов по количеству гелия, образующегося одновременно с изотопами свинца при радиоактивном рас­ паде элементов.

Аргоновый метод. Аргоновый метод используется для оп­ ределения возраста калийных минералов и горных пород, содержащих такие минералы. Сущность метода заключается в том, что изотоп калия с атомным весом 40 превращается в аргон с тем же атомным весом. Аргон, в отличие от гелия, хорошо удерживается в минералах. Возраст минерала рас­ считывают по соотношению аргона и калия в минерале. Ме­ тод имеет большие перспективы, так как калий содержится почти во всех горных породах.

Рубидиево-стронциевый метод. Данный метод основан на том, что изотоп рубидия с атомным весом 87 превращается в стронций с тем же атомным весом. Период полураспада рубидия составляет 50 млрд. лет. Для определения возраста по данному методу берутся слюды и ряд других силикатов. Метод имеет ограниченное применение, так как минералы,

264

обогащенные рубидием, встречаются редко, и превращение рубидия в стронций происходит очень медленно.

Углеродный метод. Углеродный метод предложен недав­ но и используется для определения археологических дере­ вянных предметов, «старых» деревьев и растительных остат­ ков. Сущность метода заключается в радиоактивном превра­ щении углерода с атомным 'весом 14. В живых тканях в по­ стоянных соотношениях содержится радиоактивный и нера­ диоактивный углерод. После отмирания организма накопив­ шийся радиоактивный углерод постепенно разрушается и через 5560 лет остается половина его первоначального коли­ чества.

Углеродный метод позволяет определить возраст организ­ мов по костным остаткам. Однако этим методом невозмож­ но определить возраст объектов, превышающих 15000—■ 30000 лет.

Многочисленные и довольно тщательные определения аб­ солютного возраста горных пород позволили комиссии по определению абсолютного возраста геологических формаций АН СССР создать геохронологическую шкалу. В соответст­ вии с такой шкалой возраст земной коры, как упоминалось выше, равен 4,0—4,5 млрд, лет, а возраст древнейших гео­

§ 2. ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ВОЗРАСТ ГОРНЫХ ПОРОД

До открытия методов абсолютной 'геохронологии возраст горной породы определялся по отношению к какой-либо дру­ гой породе, отсюда и название «относительный возраст». Для того чтобы определить положение слоев по отношению друг к другу, в настоящее время используют следующие три ме­ тода: стратиграфический, литолого-петрографический и па­ леонтологический.

Стратиграфический метод. Данный метод основан на том^ что каждый нижележащий слой древнее «вышележащего, так как последний образовался в более позднее время и собой перекрыл нижележащие слои. При нарушенном залегании слоев их последовательность изменена и относительный воз­ раст установить трудно, а иногда просто невозможно.

Литолого-петрографический метод. Этот метод заключа­ ется в изучении состава толщ горных пород и его сопостав­ ления с составом таковых других районов, относительный

265

возраст которых известен. Относительный возраст магмати­ ческих горных пород, в частности интрузивных, молено оп­ ределить по соотношению с вмещающими их породами. На­ пример, если интрузия каких-либо магматических пород име­ ет рвущие контакты с вмещающими их осадочными поро­ дами, то первые являются более молодыми, чем вторые и

т. д.

Палеонтологический метод. Он основан на изучении жи­ вотных и растительных остатков, которые сохранились в слоях осадочных горных пород в виде различных окамене­ лостей. Изучение животных и растительных остатков в виде окаменелостей и отпечатков показало, что встречающиеся в ископаемом состоянии различные формы постепенно сменя­ ют друг друга во времени, причем в этой смене наблюдает­ ся определенный процесс прогрессивного развития организ­ мов.

Изучением ископаемых форм растений и животных за­ нимается специальная отрасль геологии— палеонтология — наука о древних существах. По палеонтологическим остат­ кам, сохранившимся в горных породах, возможно устано­ вить их относительный возраст, так как в различных по воз­ расту геологических образованиях заключены остатки раз­ личных по совершенству развития организмов: в наиболее древних по возрасту отложениях заключены наиболее прими­ тивные организмы, а в более молодых — более высокораз­ витые. Но при этом необходимо учесть, что некоторые виды организмов были весьма долговечными и жили в течение многих миллионов лет, не подвергаясь существенным изме­ нениям. Остатки таких организмов встречаются в различных по возрасту горных породах и поэтому они не пригодны для определения возраста пород этим методом. Другие виды ор­ ганизмов быстро совершенствовались, одни их роды и виды сменялись другими и поэтому окаменелые остатки их встре­ чаются лишь в отложениях, которые образовались в какието определенные относительно короткие промежутки време­ ни. Такие ископаемые формы растений и животных называ­ ются руководящими формами (рис. 34). Являясь относитель­ но недолговечными, руководящие формы отличаются широ­ ким горизонтальным распространением, и поэтому геологи­ ческим образованиям определенного возраста отвечает впол­ не определенный комплекс руководящих форм.

Палеонтологический метод совместно со стратиграфиче­ ским позволяет сопоставлять возраст горных пород не толь-

266

/

Р и с. 34. Некоторые руководящие формы иско­ паемых (по А. К- Ларионову): 1— трилобиты (кембрий); 2 — трилобиты (ордовик); 3 — брахиоподы (силур); 4—рыбы (девон); 5—кораллы (кар-

ко одной, но и совершенно различных территорий, а также дает возможность систематизировать все слои горных пород земной коры в хронологической 'Последовательности в виде геологической шкалы времени.

267

§3. ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ШКАЛА

Врезультате изучения геологического строения земной коры и истории развития жизни на Земле, ‘ученые вырабо­ тали геохронологическую шкалу (табл. 12), в которой вся

геологическая история земной коры разбита на отдельные отрезки времени. В соответствии с такой шкалой история развития земной коры расчленена на пять крупных эр, каж­ дая из которых делится на периоды. В свою очередь перио­ ды делятся на эпохи, а эпохи — на века. В зависимости от длительности времени осадконакопления каждому отрезку времени соответствует определенная толща горных пород. Так, например, толща каких-либо горных пород, образовав­ шаяся в течение одной эры, объединяется в группу, а осад­ ки, накопившиеся в течение одного века — в ярус. Таким об­ разом, эре соответствует группа, периоду — система, эпохе — отдел и веку — ярус.

Каждый отрезок времени и образовавшиеся в эти отрезки времени толщи горных пород имеют свои названия и соот­ ветствующие индексы.

Архейская эра (Ar). Эта эра является самой древней, ох­ ватывающей наиболее ранние периоды развития земной ко­

268

259