Новый геологический период. Геологические периоды в хронологическом порядке. Геологическая история Земли

Миллиарды лет назад наша Земля была голой, безжизненной планетой. И вот на ее поверхности появилась жизнь - те первые, самые примитивные формы живых существ, развитие которых привело к бесконечному разнообразию окружающей нас природы. Как же происходило это развитие? Как появились на Земле животные, растения, как они видоизменялись? На некоторые из этих вопросов ответит данная книга. Ее автор, выдающийся советский ученый академик В. Л. Комаров, описал в ней историю растительного мира Земли - от простейших одноклеточных бактерий до современных нам высокоразвитых цветковых растений. Этот долгий путь развития автор рисует в тесной связи с общей историей Земли, с изменениями ее природных условий, рельефа, климата. Книга написана популярно, легко читается и принесет большую пользу самому широкому кругу читателей, обладающих элементарными сведениями из области биологии в объеме школьного курса.

До сих пор в природе действовали одни только геологические и климатические силы. Как мы видели, они все время сильно влияли на растительность и способствовали все большему и большему ее разнообразию. Теперь явился совершенно новый фактор: человек.

Зародившись в третичный период, по разным подсчетам за 600 000 - 1 000 000 лет до нашего времени, в обезьяноподобных формах, он встретил ледниковый период еще безоружным. Но во многих местностях бежать от ледника было невозможно; холод загнал человека в пещеры, которые стали его первым жилищем, и заставил изобрести приспособления для поддержания огня. С этого момента человек становится существом индустриальным и, все усиливая свою деятельность, начинает влиять на природу сильнее, чем какое бы то ни было живое существо. Он сводит леса, подымает целину, прорывает каналы, взрывает и раскапывает целые горы и вообще меняет лик Земли по своему усмотрению.

По отношению к растительности человек уничтожает лесную флору, уничтожает растения степей и многие другие и создает на их месте свой особый мир, мир культурных растений, которого никогда не было бы, если бы не человек. Современный нам период развития земной растительности именно и характеризуется заменой человеком унаследованной им от прежних времен флоры культурной растительностью.

Мы видели, что условия растительной жизни на Земле сначала выдвинули, как пионеров первичного заселения земной коры, группу бактерий, известных под общим названием хемотрофных, т. е. таких, питание которых сводится к небольшому числу ясно выраженных, химических реакций и не нуждается в ранее образованном органическом веществе.

Век бактерий сменился впоследствии веком водорослей, достигших в водах древних океанов значительного разнообразия форм и окрасок.

Век водорослей сменился на первичных материках веком псилофитов, давших растительность, напоминающую по своему общему виду и размеру современные нам заросли крупных мхов.

Век псилофитов сменился веком папоротникообразных растений, образовавших уже обширные леса на болотистых почвах. Эта растительность немало способствовала тому, чтобы и состав воздуха , и накопление массы пищевых веществ сделало возможным возникновение первых сухопутных позвоночных животных. Тогда же накопились и главные массы каменного угля.

Век папоротникообразных сменился веком шишконосных растений. Впервые поверхность материков приобрела кое-где современный облик и еще приблизилась возможность существования высших животных.

Век шишконосных сменился понемногу веком цветковых растений, когда образовались одни за другими все существующие ныне растения.

Надо сказать, что наступление нового века или периода никогда не губило нацело прежний растительный мир. Всегда часть прошлого населения Земли сохранялась и продолжала существовать наряду с новым миром. Так, бактерии при появлении высшей растительности не только не исчезли, но и в почве и в органическом веществе, так щедро создаваемом высшими растениями, нашли для себя новые источники существования. Водоросли, раз выработавшись, продолжают разрастаться и совершенствоваться наряду с высшими растениями. Они к тому же им и не конкуренты, поскольку одни населяют прибрежные морские области, другие же преимущественно сушу.

Наконец, хвойные леса нашего времени продолжают существовать наряду с лиственными, а тень их дает приют папоротникообразным растениям, так как это наследие туманного и влажного каменноугольного периода боится открытых местообитаний, где ему вредят солнечные лучи, и ищет тени.

Так история земной коры привела к созданию богатого и разнообразного мира растений, начав свою работу из материалов, предоставляемых неорганическим миром, и окончив ее созданием того, что окружает нас и дает нам все необходимое для жизни.

«Зоология и ботаника остаются все еще собирающими факты науками, пока сюда не присоединяется палеонтология - Кювье, - а вскоре затем открытие клетки и развитие органической химии. Благодаря этому сделались возможными сравнительная морфология и сравнительная физиология, и с тех пор обе стали подлинными науками» .

Ф. Энгельс

Международный стратиграфический комитет (МСК) принял в конце 2000 г. решение - считать время со второго квартала 2001 г. новым геологическим периодом в составе кайнозойской эры . В связи с этим к нам в редакцию уже стали поступать вопросы:

Зачем это нужно?

Почему таким коротким оказался четвертичный период - всего 1-2 млн лет (по разным оценкам), в то время как все предыдущие периоды длились десятками миллионов лет?

Как будет называться и обозначаться период? (Те, кто прочитал о предлагаемом названии периода, просят его объяснить.)

Почему именно со второго квартала, а не с начала какого-то года?

Постараемся на эти вопросы ответить.

В.И. Вернадский считал, что деятельность человека становится мощным геологическим фактором, соизмеримым с природными факторами. Справедливость этого стала особенно очевидной к концу ХХ в. Перемещение в ходе горных работ огромных масс породы, искусственное вмешательство в геохимический и гидрогеологический режимы земной коры потребовали строгого учета всего этого воздействия. Поэтому МСК решил зафиксировать на какой-то момент состояние земной коры, чтобы начиная с этого момента вести учет ее изменений в результате техногенного воздействия. Логично было бы сделать этим моментом начало 2000 или 2001 г., но к началу 2000 г. не успели составить ясное представление о состоянии недр планеты в целом, а к сентябрю 2000 г. выяснилось, что необходимая документация не успевает и к началу 2001 г. Вот и назначили начало второго квартала.

Анализируя геохронологическую таблицу, сразу замечаешь, что продолжительность эр и периодов с приближением к современности постепенно уменьшается. Писали об общем ускорении геологических процессов, но скорее всего это связано с тем, что о более поздних геологических периодах мы больше знаем, от них осталось больше следов, поэтому периодизацию можно производить с большей дробностью. Что же касается самого последнего времени, то вмешательство человека действительно ускорило многие процессы.

Раньше в геологии магматические и метаморфические породы считали первичными, осадочные - вторичными. Когда в середине XVIII в. были выделены более молодые из осадочных пород, их назвали третичными, в них входили палеоген и неоген, еще с полвека назад составлявшие единую третичную систему, которая образовалась в течение одноименного третичного периода. В 1829 г. были выделены «самые молодые» отложения, их назвали четвертичными; соответственно выделили и четвертичный период; второе его название - антропоген, по-гречески рождающий человека . Поэтому с названием нового периода МСК долго не мучился: не мудрствуя лукаво, период назвали пятеричным , или техногеном (впрочем, здесь оттенок несколько иной: не «рождающий технику», а «рожденный техникой»). Четвертичный период обозначается символом Q (латинское quartus - четвертый). Пятеричный хотели назвать по аналогии quintus (пятый), но вовремя спохватились: пришлось бы обозначать его той же буквой Q, только, наверное, перечеркнутой, как перечеркнутое Р - это палеоген (чтобы не путать с пермью), перечеркнутое С - кембрий (в отличие от карбона); каждый, кто печатал эти символы на пишущей машинке, а наипаче на компьютере, знает, насколько это неудобно. Решили взять за основу не латынь, а английский или немецкий и обозначить период F (five или fu..nf ), благо и прецедент есть: меловой период обозначается буквой К от немецкого Kreide - мел.

Теперь все государства обязаны каждые 5 лет предоставлять в МСК отчет об объемах произведенных горных работ, о том, какие по составу породы, в каком количестве и откуда перемещены, где ими образованы толщи пятеричных, или техногеновых, отложений. В русской терминологии именно так - техногеновых . Отложения и формы рельефа, сформированные человеком, называются антропогенными, а отложения и формы, образованные все равно какими процессами в течение четвертичного периода, или антропогена - антропогеновыми. Отсюда следует, что породы, образовавшиеся в пятеричном периоде естественным путем, без вмешательства человека, тоже можно будет назвать техногеновыми.

Словом, принято очень серьезное решение. Насколько действенными окажутся его результаты, покажет время.

Возникновение Земли и ранние этапы ее становления

Одной из важных задач современного естествознания в области наук о Земле является восстановление истории ее развития . По современным космогоническим представлениям, Земля образовалась из рассеянного в протосолнечной системе газопылевого вещества. Один из наиболее вероятных вариантов возникновения Земли выглядит следующим образом. Вначале образовались Солнце и уплощенная вращающаяся околосолнечная туманность из межзвездного газопылевого облака под влиянием, например, взрыва близкой сверхновой звезды. Далее происходила эволюция Солнца и околосолнечной туманности с передачей электромагнитным или турбулентно-конвективным способом момента количества движения от Солнца планетам. В последующем «пыльная плазма» конденсировалась в кольца вокруг Солнца, а материал колец образовал так называемые планетезимали, которые конденсировались до планет. После этого подобный процесс повторился вокруг планет, что привело к образованию спутников. Считается, что этот процесс занял около 100 млн лет.

Предполагается, что далее в результате дифференциации вещества Земли под действием ее гравитационного поля и радиоактивного нагрева возникли и развились различные по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам оболочки - геосферы Земли. Более тяжелый материал сформировал ядро, состоящее, вероятно, из железа с примесью никеля и серы. В мантии остались несколько более легкие элементы. Согласно одной из гипотез, мантия сложена простыми оксидами алюминия, железа, титана кремния и др. О составе земной коры уже говорилось достаточно подробно в § 8.2. Она сложена более легкими силикатами. Еще более легкие газы и влага сформировали первичную атмосферу.

Как уже говорилось, предполагается, что Земля родилась из скопления холодных твердых частиц, выпадавших из газопылевой туманности и слипавшихся под влиянием взаимного притяжения. По мере роста планеты она разогревалась вследствие соударения этих частиц, достигавших нескольких сот километров, подобно современным астероидам, и выделения теплоты не только известными нам теперь в коре естественно -радиоактивными элементами, но и более чем 10 вымершими с тех пор радиоактивными изотопами AI, Be, Cl и др. В результате могло происходить полное (в ядре) или частичное (в мантии) плавление вещества. В начальный период своего существования, примерно до 3,8 млрд лет, Земля и другие планеты земной группы, а также Луна подвергались усиленной бомбардировке мелкими и крупными метеоритами. Следствием этой бомбардировки и более раннего соударения планетезималей могло стать выделение летучих и начало образования вторичной атмосферы, так как первичная, состоявшая из газов, захваченных при образовании Земли, скорее всего быстро рассеялась в космическом пространстве. Несколько позже стала формироваться гидросфера. Сформировавшиеся таким образом атмосфера и гидросфера пополнялись в процессе дегазации мантии при вулканической деятельности.

Падение крупных метеоритов создавало обширные и глубокие кратеры, подобные наблюдаемым в настоящее время на Луне, Марсе, Меркурии, где следы их не стерты последующими изменениями. Кратерообразование могло провоцировать излияния магмы с образованием базальтовых полей, подобных покрывающим лунные «моря». Так, вероятно, образовалась первичная кора Земли, которая, однако, не сохранилась на современной ее поверхности, за исключением относительно небольших фрагментов в «более молодой» коре континентального типа.

Эта кора, содержащая в своем составе уже граниты и гнейсы, правда, с меньшим содержанием кремнезема и калия, чем в «нормальных» гранитах, появилась на рубеже около 3,8 млрд лет и известна нам по обнажениям в пределах кристаллических щитов практически всех континентов. Способ образования древнейшей континентальной коры пока во многом неясен. В составе этой коры, повсеместно метаморфизованной в условиях высоких температур и давлений, находят породы, текстурные особенности которых свидетельствуют о накоплении в водной среде, т.е. в эту отдаленную эпоху уже существовала гидросфера. Возникновение первой коры, подобной современной, требовало поступления из мантии больших количеств кремнезема, алюминия, щелочей, в то время как сейчас мантийный магматизм создает очень ограниченный объем обогащенных этими элементами пород. Считается, что 3,5 млрд лет назад на площади современных континентов была широко распространена серогнейсовая кора, названная так по преобладающему типу слагающих ее пород. В нашей стране она, например, известна на Кольском полуострове и в Сибири, в частности в бассейне р. Алдан.

Принципы периодизации геологической истории Земли

Дальнейшие события в геологическое время часто определяются, согласно относительной геохронологии, категориями «древнее», «моложе». Например, какая-то эра древнее некоторой другой. Отдельные отрезки геологической истории называются (в порядке уменьшения их продолжительности) зонами, эрами, периодами, эпохами, веками. Их выявление основано на том факте, что геологические события запечатлеваются в горных породах, а осадочные и вулканогенные породы располагаются в земной коре слоями. В 1669 г. Н. Стеной установил закон последовательности напластования, согласно которому нижележащие пласты осадочных пород древнее вышележащих, т.е. образовались ранее их. Благодаря этому появилась возможность определения относительной последовательности образования слоев, а значит, связанных с ними геологических событий.

Основным в относительной геохронологии является биостратиграфический, или палеонтологический, метод установления относительного возраста и последовательности залегания пород. Этот метод был предложен У. Смитом в начале XIX в., а затем развит Ж. Кювье и А. Броньяром. Дело в том, что в большинстве осадочных пород можно встретить остатки животных или растительных организмов. Ж.Б. Ламарк и Ч. Дарвин установили, что животные и растительные организмы в течение геологической истории постепенно совершенствовались в борьбе за существование, приспосабливаясь к изменяющимся условиям жизни. Некоторые животные и растительные организмы на определенных стадиях развития Земли вымирали, на смену им приходили другие, более совершенные. Таким образом, по остаткам ранее живших более примитивных предков, найденным в каком-нибудь пласте, можно судить об относительно более древнем возрасте данного пласта.

Еще один метод геохронологического расчленения пород, особенно важный для расчленения магматических образований океанического дна, основан на свойстве магнитной восприимчивости горных пород и минералов, образующихся в магнитном поле Земли. С изменением ориентировки породы относительно магнитного поля или самого поля часть «врожденной» намагниченности сохраняется, а смена полярности запечатлевается в изменении ориентировки остаточной намагниченности пород. В настоящее время установлена шкала смены таких эпох.

Абсолютная геохронология - учение об измерении геологического времени, выраженного в обычных абсолютных астрономических единицах (годах), - определяет время возникновения, завершения и длительность всех геологических событий, в первую очередь время образования или преобразования (метаморфизма) горных пород и минералов, так как по их возрасту определяется возраст геологических событий. Основным методом здесь является анализ соотношения радиоактивных веществ и продуктов их распада в горных породах, образовывавшихся в разные эпохи.

Древнейшие породы в настоящее время установлены в Западной Гренландии (3,8 млрд лет). Самый большой возраст (4,1 - 4,2 млрд лет) получен по цирконам из Западной Австралии, но циркон здесь залегает в переотложенном состоянии в мезозойских песчаниках. С учетом представлений об одновременности образования всех планет Солнечной системы и Луны и возраста самых древних метеоритов (4,5-4,6 млрд лет) и древних лунных пород (4,0-4,5 млрд лет) возраст Земли принимается равным 4,6 млрд лет.

В 1881 г. на II Международном геологическом конгрессе в Болонье (Италия) были утверждены основные подразделения совмещенных стратиграфической (для разделения слоистых осадочных пород) и геохронологической шкал. По этой шкале история Земли делилась на четыре эры в соответствии с этапами развития органического мира: 1) архейская, или археозойская - эра древнейшей жизни; 2) палеозойская - эра древней жизни; 3) мезозойская - эра средней жизни; 4) кайнозойская - эра новой жизни. В 1887 г. из состава архейской эры выделили протерозойскую - эру первичной жизни. Позднее шкала совершенствовалась. Один из вариантов современной геохронологической шкалы представлен в табл. 8.1. Архейская эра разделяется на две части: ранний (древнее 3500 млн лет) и поздний архей; протерозойская - также на две: ранний и поздний протерозой; в последнем выделяют рифейский (название произошло от древнего названия Уральских гор) и вендский периоды. Фанерозойский зон подразделяется на палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры и состоит из 12 периодов.

Таблица 8.1. Геохронологическая шкала

Основные этапы эволюции земной коры

Кратко рассмотрим основные этапы эволюции земной коры как косного субстрата, на котором развилось многообразие окружающей природы .

В apxee еще довольно тонкая и пластичная кора под влиянием растяжения испытала многочисленные разрывы сплошности, через которые к поверхности вновь устремилась базальтовая магма, заполнившая прогибы длиной сотни километров и шириной многие десятки километров, известные как зелено-каменные пояса (этим названием они обязаны преобладающему зеленосланцевому низкотемпературному метаморфизму базальтовых пород). Наряду с базальтами среди лав нижней, основной по мощности части разреза этих поясов встречаются высокомагнезиальные лавы, свидетельствующие об очень большой степени частичного плавления мантийного вещества, что говорит о высоком тепловом потоке, намного превышавшем современный. Развитие зеленокаменных поясов заключалось в смене типа вулканизма в направлении увеличения содержания в нем диоксида кремния (SiO 2), в деформациях сжатия и метаморфизме осадочно-вулканогенного выполнения и, наконец, в накоплении обломочных осадков, свидетельствующих об образовании гористого рельефа.

После смены нескольких поколений зеленокаменных поясов архейский этап эволюции земной коры завершился 3,0 -2,5 млрд лет назад массовым образованием нормальных гранитов с преобладанием К 2 О над Na 2 O. Гранитизация, а также региональный метаморфизм, местами достигший высшей ступени, привели к формированию зрелой континентальной коры на большей части площади современных материков. Однако и эта кора оказалась недостаточно устойчивой: в начале протерозойской эры она испытала дробление. В это время возникла планетарная сеть разломов и трещин, заполнявшихся дайками (пластинообразными геологическими телами). Одна из них - Великая дайка в Зимбабве - имеет длину более 500 км и ширину до 10 км. Кроме того, впервые проявилось рифтообразование, давшее начало зонам прогибания, мощного осадконакопления и вулканизма. Их эволюция привела к созданию в конце раннего протерозоя (2,0-1,7 млрд лет назад) складчатых систем, вновь спаявших обломки архейской континентальной коры, чему способствовала новая эпоха мощного гранитообразования.

В итоге к концу раннего протерозоя (к рубежу 1,7 млрд лет назад) зрелая континентальная кора существовала уже на 60- 80% площади ее современного распространения. Более того, некоторые ученые полагают, что на этом рубеже вся континентальная кора составляла единый массив - суперконтинент Мегагею (большая земля), которому на другой стороне земного шара противостоял океан - предшественник современного Тихого океана - Мегаталасса (большое море). Этот океан был менее глубоким, чем современные океаны, ибо рост объема гидросферы за счет дегазации мантии в процессе вулканической деятельности продолжается всю последующую историю Земли, хотя и более медленно. Не исключено, что прообраз Мегаталассы появился еще раньше, в конце архея.

В катархее и начале архея появились первые следы жизни - бактерии и водоросли, а в позднем архее распространились водорослевые известковые постройки - строматолиты. В позднем архее началось, а в раннем протерозое завершилось коренное изменение состава атмосферы: под влиянием жизнедеятельности растений в ней появился свободный кислород, тогда как катархейская и раннеархейская атмосфера состояла из водяного пара, СО 2 , СО, СН 4 , N, NH 3 и H 2 S с примесью НС1, HF и инертных газов.

В позднем протерозое (1,7-0,6 млрд лет назад) Мегагея стала постепенно раскалываться, и этот процесс резко усилился в конце протерозоя. Следами его являются протяженные континентальные рифтовые системы, погребенные в основании осадочного чехла древних платформ. Важнейшим его результатом было образование обширных межконтинентальных подвижных поясов - Северо-Атлантического, Средиземноморского, Урало-Охотского, разделивших континенты Северной Америки, Восточной Европы, Восточной Азии и наиболее крупный обломок Мегагеи - южный суперконтинент Гондвану. Центральные части этих поясов развивались на новообразованной в процессе рифтогенеза океанской коре, т.е. пояса представляли собой океанские бассейны. Их глубина постепенно увеличивалась по мере роста гидросферы. Одновременно подвижные пояса развивались по периферии Тихого океана, глубина которого также возрастала. Климатические условия становились более контрастными, о чем свидетельствует появление, особенно в конце протерозоя, ледниковых отложений (тиллитов, древних морен и водно-ледниковых осадков).

Палеозойский этап эволюции земной коры характеризовался интенсивным развитием подвижных поясов - межконтинентальных и окраинно-континентальных (последние на периферии Тихого океана). Эти пояса расчленялись на окраинные моря и островные дуги, их осадочно-вулканогенные толщи испытывали сложные складчато-надвиговые, а затем сбрососдвиговые деформации, в них внедрялись граниты и на этой основе формировались складчатые горные системы. Этот процесс протекал неравномерно. В нем различают ряд интенсивных тектонических эпох и гранитного магматизма: байкальскую - в самом конце протерозоя, салаирскую (от хребта Са-лаир в Средней Сибири) - в конце кембрия, таковскую (от Таковских гор на востоке США) - в конце ордовика, каледонскую (от древнеримского названия Шотландии) - в конце силура, акадскую (Акадия - старинное название северо-восточных штатов США) - в середине девона, судетскую - в конце раннего карбона, заальскую (от р. Заале в Германии) - в середине ранней перми. Первые три тектонические эпохи палеозоя нередко объединяют в каледонскую эру тектогенеза, последние три - в герцинскую, или варисскую. В каждую из перечисленных тектонических эпох определенные части подвижных поясов превращались в складчатые горные сооружения, а после разрушения (денудации) входили в состав фундамента молодых платформ. Но некоторые из них частично испытывали активизацию в последующие эпохи горообразования.

К концу палеозоя межконтинентальные подвижные пояса полностью замкнулись и заполнились складчатыми системами. В результате отмирания Северо-Атлантического пояса Североамериканский континент сомкнулся с Восточно-Европейским, а последний (после завершения развития Урало-Охотского пояса) - с Сибирским, Сибирский - с Китайско-Корейским. В итоге образовался суперконтинент Лавразия, а отмирание западной части Средиземноморского пояса привело к его объединению с южным суперконтинентом - Гондваной - в одну континентальную глыбу - Пангею. Восточная часть Средиземноморского пояса в конце палеозоя - начале мезозоя превратилась в огромный залив Тихого океана, по периферии которого также поднялись складчатые горные сооружения.

На фоне этих изменений структуры и рельефа Земли продолжалось развитие жизни. Первые животные появились еще в позднем протерозое, а на самой заре фанерозоя существовали почти все типы беспозвоночных, но они еще были лишены раковин или панцирей, которые известны с кембрия. В силуре (или уже в ордовике) начался выход растительности на сушу, а в конце девона существовали леса, получившие наибольшее распространение в каменноугольном периоде. Рыбы появились в силуре, земноводные - в карбоне.

Мезозойская и кайнозойская эры - последний крупный этап развития структуры земной коры, который отмечен становлением современных океанов и обособлением современных континентов. В начале этапа, в триасе, еще существовала Пангея, но уже в раннем юрском периоде она снова раскололась на Лавразию и Гондвану вследствие возникновения широтного океана Тетис, протянувшегося от Центральной Америки до Индокитая и Индонезии, а на западе и на востоке он смыкался с Тихим океаном (рис. 8.6); этот океан включал и Центральную Атлантику. Отсюда в конце юры процесс раздвига континентов распространился к северу, создав в течение мелового периода и раннего палеогена Северную Атлантику, а начиная с палеогена - Евразийский бассейн Северного Ледовитого океана (Амеразийский бассейн возник раньше как часть Тихого океана). В итоге Северная Америка отделилась от Евразии. В поздней юре началось формирование Индийского океана, и с начала мела стала раскрываться с юга Южная Атлантика. Это означало начало распада Гондваны, существовавшей как единое целое в течение всего палеозоя. В конце мела Северная Атлантика соединилась с Южной, отделив Африку от Южной Америки. Тогда же Австралия отделилась от Антарктиды, а в конце палеогена произошло отделение последней от Южной Америки.

Таким образом, к концу палеогена оформились все современные океаны, обособились все современные континенты и облик Земли приобрел вид, в основном близкий к нынешнему. Однако еще не было современных горных систем.

С позднего палеогена (40 млн лет назад) началось интенсивное горообразование, достигшее кульминации в последние 5 млн лет. Этот этап становления молодых складчато-покровных горных сооружений, образования возрожденных сводово-глыбовых гор выделяют как неотектонический. Фактически неотектонический этап является подэтапом мезозойско-кайнозойского этапа развития Земли, так как именно на этом этапе оформились основные черты современного рельефа Земли, начиная с распределения океанов и континентов.

На этом этапе завершилось формирование основных черт современной фауны и флоры. Мезозойская эра была эрой пресмыкающихся, млекопитающие стали преобладать в кайнозое, а в позднем плиоцене появился человек. В конце раннего мела появились покрытосемянные растения и суша приобрела травяной покров. В конце неогена и антропогене высокие широты обоих полушарий были охвачены мощным материковым оледенением, реликтами которого являются ледниковые шапки Антарктиды и Гренландии. Это было третье крупное оледенение в фанерозое: первое имело место в позднем ордовике, второе - в конце карбона - начале перми; оба они были распространены в пределах Гондваны.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

Что такое сфероид, эллипсоид и геоид? Каковы параметры принятого в нашей стране эллипсоида? Зачем он нужен?

Каково внутреннее строение Земли? На основании чего делается заключение о ее строении?

Каковы основные физические параметры Земли и как они изменяются с глубиной?

Каков химический и минералогический состав Земли? На основании чего делается заключение о химическом составе всей Земли и земной коры?

Какие основные типы земной коры выделяют в настоящее время?

Что такое гидросфера? Что такое круговорот воды в природе? Какие основные процессы происходят в гидросфере и ее элементах?

Что такое атмосфера? Каково ее строение? Какие процессы происходят в ее пределах? Что такое погода и климат?

Дайте определение эндогенных процессов. Какие эндогенные процессы вы знаете? Кратко их охарактеризуйте.

В чем заключается сущность тектоники литосферных плит? Каковы ее основные положения?

10. Дайте определение экзогенных процессов. В чем основная сущность этих процессов? Какие эндогенные процессы вы знаете? Кратко их охарактеризуйте.

11. Как взаимодействуют эндогенные и экзогенные процессы? Каковы результаты взаимодействия этих процессов? В чем сущность теорий В. Дэвиса и В. Пенка?

Каковы современные представления о возникновении Земли? Как происходило ее раннее становление как планеты?

На основании чего производится периодизация геологической истории Земли?

14. Как развивалась земная кора в геологическом прошлом Земли? Каковы основные этапы развития земной коры?

ЛИТЕРАТУРА

Аллисон А., Палмер Д. Геология. Наука о вечно меняющейся Земле. М., 1984.

Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. Л., 1980.

Вернадский В.И. Научная мысль как планетарное явление. М., 1991.

Гаврилов В.П. Путешествие в прошлое Земли. М., 1987.

Геологический словарь. Т. 1, 2. М., 1978.

Городницкий A . M ., Зоненшайн Л.П., Мирлин Е.Г. Реконструкции положения материков в фанерозое. М., 1978.

7. Давыдов Л.К., Дмитриева A.A., Конкина Н.Г. Общая гидрология. Л., 1973.

Динамическая геоморфология /Под ред. Г.С. Ананьева, Ю.Г. Симонова, А.И. Спиридонова. М., 1992.

Дэвис В.М. Геоморфологические очерки. М., 1962.

10. Земля. Введение в общую геологию. М., 1974.

11. Климатология / Под ред. O.A. Дроздова, Н.В. Кобышевой. Л., 1989.

Короновский Н.В., Якушева А.Ф. Основы геологии. М., 1991.

Леонтьев O.K., Рычагов Г.И. Общая геоморфология. М., 1988.

Львович М.И. Вода и жизнь. М., 1986.

Маккавеев Н.И., Чалов P.C. Русловые процессы. М., 1986.

Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология. М., 1991.

Монин A.C. Введение в теорию климата. Л., 1982.

Монин A.C. История Земли. М., 1977.

Неклюкова Н.П., Душина И.В., Раковская Э.М. и др. География. М., 2001.

Немков Г.И. и др. Историческая геология. М., 1974.

Неспокойный ландшафт. М., 1981.

Общая и полевая геология / Под ред. А.Н. Павлова. Л., 1991.

Пенк В. Морфологический анализ. М., 1961.

Перелъман А.И. Геохимия. М., 1989.

Полтараус Б.В., Кислое A.B. Климатология. М., 1986.

26. Проблемы теоретической геоморфологии /Под ред. Л.Г. Никифорова, Ю.Г. Симонова. М., 1999.

Сауков A.A. Геохимия. M., 1977.

Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М., 1991.

Ушаков С.А., Ясаманов H.A. Дрейф материков и климат Земли. М., 1984.

Хаин В.Е., Ломте М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М., 1995.

Хаин В.Е., Рябухин А.Г. История и методология геологических наук. М., 1997.

Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М., 1994.

Щукин И.С. Общая геоморфология. T.I. M., 1960.

Экологические функции литосферы / Под ред. В.Т. Трофимова. М., 2000.

Якушева А.Ф., Хаин В.Е., Славин В.И. Общая геология. М., 1988.

Причины выделения четвертичного периода

Начиная с олигоцена, климат на Земле стал устойчиво холодать, что сопровождалось не менее устойчивым снижением уровня моря. Оба эти процесса не были строго однонаправленными - они были колебательными, но общая тенденция сохранялась. Одновременно, все более современными становились очертания суши, устанавливались близкие к современным зонально-секторные ландшафтно-клима- тические пояса. Похолодание сопровождалось увеличением амплитуды колебаний климата, причем эти колебания начали заметно сказываться на всей природной обстановке - в периоды похолоданий происходило массовое наступление холод- нолюбивой тундростепной растительности, распространялась соответствующая фауна, конфигурация природных зон резко менялась в сторону сокращения низкоширотных переходных зон и разрастания высокоширотных. В периоды потеплений хладолюбивая флора и фауна почти исчезали и более широкое распространение получали низкоширотные переходные зоны. Вместе с тем, с каждым новым потеплением реликтовых тропических растений в умеренных поясах становилось все меньше и меньше.

Все это привело к тому, что за несколько миллионов лет физико-географическая обстановка на Земле резко изменилась и оказалась несравнимой с любой из существовавших ранее. Потребовалось выделение последнего этапа развития географической оболочки в особый геологический период. Это произошло в 1825 году, когда приблизительно последний миллион лет истории Земли был объединен в особый - четвертичный период. Его называют иногда антропогеновым периодом или плейстоценом.

Особый период в истории Земли имеет свои неповторимые особенности, отличающие его от всех других геологических периодов:

1. Он необычайно короток. Его продолжительность составляет всего 1,8 млн. лет (в России - 1,65 млн. л.).

2. Отложения четвертичного возраста крайне молоды и поэтому: а) повсеместно сохранены и облекают Землю почти сплошным чехлом; б) отличаются крайним генетическим разнообразием, пестротой и фациальной изменчивостью литологичес- кого состава; в) имеют почти исключительно континентальный генезис, (кроме, конечно, четвертичных и современных отложений, накапливающихся в морях и океанах); г) имеют малую мощность, обусловленную кратковременностью их формирования.

3. Хорошо сохранились природные и биотические комплексы (а не только отдельные руководящие ископаемые).

Основными событиями четвертичного периода являются следующие:

1. Резкие и многократные колебания климата, приводившие во второй половине периода к оледенениям в высоких широтах (чего не было, по крайней мере, с карбона). Теплые эпохи называются термохронами, холодные - криохронами. Эти колебания и оледенения зафиксированы в тысячах обнажений, где вскрываются особые ледниковые отложения - валунные суглинки (морены) и другие, а также, в анализах фауны и флоры тех времен, в составе изотопов кислорода и других разнообразных следах прошлых эпох.

2. Появление человека. Если оледенения уже встречались на Земных континентах в прошлом, то это событие является уникальным, не имеющим аналогов ни в истории Земли, ни в истории иных доступных изучению небесных тел. Появление и развитие человека привело к возникновению на Земле принципиально новой надби- отической общности - человечества. Именно человечество впервые коснулось ноосферы - сферы разума, которую одни считают высшим состоянием земной биосферы (по В.И. Вернадскому), а другие - субстанцией нематериальной, не входящей в географическую оболочку, но воспринимающейся человеком и способствующей его геообразующей роли (по Э.Леруа и П.Тейяр де Шардену) .

Несколько слов надо сказать о нижней границе четвертичного периода и его периодизации. Хотя первые признаки континентальных оледенений появились только 780 тыс. л. н., нижняя граница четвертичного проводится в странах Западной Европы по рубежу 1,8 млн. лет. Она была утверждена в 1932 году по установленным признакам похолодания морской воды в морских разрезах юга Италии, в основании калабрийского яруса. В 1948 году эта граница была узаконена везде, кроме СССР. Но в 1990 году и в нашей стране граница четвертичного периода была понижена до рубежа 1,65 млн. л. н. и стала проводиться по нижней границе апшероиского яруса (аналога калабрийского). Интервал времени между новой и старой границами четвертичного периода, т.е. между 1,65 и 0,78 млн. л. н. был назван эоплейстоценом, а прежний четвертичный период - неоплейстоценом (хотя часто его называют просто плейстоценом) (см. 7.1).

Геологическое время и методы его определения

В изучении Земли как уникального космического объекта идея её эволюции занимает центральное место, поэтому важным количественно-эволюционным параметром является геологическое время . Изучением этого времени занимается специальная наука, получившая название Геохронология – геологическое летоисчисление. Геохронология может быть абсолютной и относительной .

Замечание 1

Абсолютная геохронология занимается определением абсолютного возраста горных пород, который выражается в единицах времени и, как правило, в миллионах лет.

В основе определения этого возраста лежит скорость распада изотопов радиоактивных элементов. Эта скорость является величиной постоянной и от интенсивности физических и химических процессов не зависит. Определение возраста основано на методах ядерной физики. Минералы, содержащие радиоактивные элементы, при формировании кристаллических решеток, образуют закрытую систему. В этой системе происходит накопление продуктов радиоактивного распада. В результате можно определить возраст минерала, если знать скорость этого процесса. Период полураспада радия, например, составляет $1590$ лет, а полный распад элемента произойдет за время в $10$ раз превосходящее период полураспада. Ядерная геохронология имеет свои ведущие методы – свинцовый, калий-аргоновый, рубидиево-стронциевый и радиоуглеродный.

Методы ядерной геохронологии позволили определить возраст планеты, а также продолжительность эр и периодов. Радиологическое измерение времени предложили П. Кюри и Э. Резерфорд в начале $XX$ века.

Относительная геохронология оперирует такими понятиями как «ранний возраст, средний, поздний». Существует несколько разработанных методов определения относительного возраста горных пород. Они объединяются в две группы – палеонтологические и непалеонтологические .

Первые играют основную роль в силу своей универсальности и повсеместного применения. Исключение составляет отсутствие в породах органических остатков. С помощью палеонтологических методов изучаются остатки древних вымерших организмов. Для каждого слоя горных пород характерен свой комплекс органических остатков. В каждом молодом слое остатков высокоорганизованных растений и животных будет больше. Чем выше лежит слой, тем он моложе. Подобная закономерность была установлена англичанином У. Смитом . Ему принадлежит первая геологическая карта Англии, на которой горные породы были разделены по возрасту.

Непалеонтологические методы определения относительного возраста горных пород используются в случаях отсутствия в них органических остатков. Более эффективными тогда будут являться стратиграфический, литологический, тектонический, геофизический методы . С помощью стратиграфического метода можно определить последовательность напластования слоёв при нормальном их залегании, т.е. нижележащие пласты будут более древними.

Замечание 3

Последовательность образования горных пород определяет относительная геохронология, а возраст их в единицах времени определяет уже абсолютная геохронология. Задача геологического времени заключается в определении хронологической последовательности геологических событий.

Геохронологическая таблица

Для определения возраста горных пород и их исследования ученые пользуются различными методами, и с этой целью была составлена специальная шкала. Геологическое время на этой шкале делят на временные отрезки каждому из которых соответствует определенный этап формирования земной коры и развития живых организмов. Шкала получила название геохронологической таблицы, в которой выделяются следующие подразделения: эон, эра, период, эпоха, век, время . Для каждого геохронологического подразделения характерен свой комплекс отложений, который называется стратиграфическим : эонотема, группа, система, отдел, ярус, зона . Группа, например, является стратиграфическим подразделением, а временное геохронологическое подразделение ей соответствующее представляет эра. Исходя из этого, существует две шкалы – стратиграфическая и геохронологическая . Первая шкала используется тогда, когда речь идет об отложениях , потому что в любой промежуток времени на Земле происходили какие-то геологические события. Вторая шкала нужна для определения относительного времени . С момента принятия содержание шкалы менялось и уточнялось.

Наиболее крупными стратиграфическими подразделениями в настоящее время являются эонотемы – архейская, протерозойская, фанерозойская . В геохронологической шкале им отвечают зоны различной длительности. По времени существования на Земле выделяются архейская и протерозойская эонотемы , охватившие почти $80$ % времени. Фанерозойский эон по времени значительно меньше предыдущих эон и охватывает всего $ 570$ млн. лет. Эта ионотема делится на три основные группы – палеозой, мезозой, кайнозой .

Название эонотем и групп имеют греческое происхождение:

• Археос означает древнейший;
• Протерос – первичный;
• Палеос – древний;
• Мезос – средний;
• Кайнос – новый.

От слова «зоико с», что значит жизненный, произошло слово «зой ». Исходя из этого, выделяют эры жизни на планете, например, мезозойская эра означает эру средней жизни.

Эры и периоды

Историю Земли по геохронологической таблице делят на пять геологических эр: архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую, кайнозойскую . В свою очередь эры подразделяются на периоды . Их значительно больше – $12$. Продолжительность периодов различна от $20$-$100$ млн. лет. На свою незавершенность указывает последний четвертичный период кайнозойской эры , его продолжительность всего $1,8$ млн. лет.

Архейская эра. Это время началось уже после формирования земной коры на планете. На Земле к этому времени были горы и в действие вступили процессы эрозии и осадконакопления. Архей длился приблизительно $2$ млрд. лет. Эта эра самая длинная по продолжительности, в течение которой на Земле была широко распространена вулканическая деятельность, шли глубинные поднятия, результатом которых стало образование гор. Большая часть ископаемых под действием высокой температуры, давления, перемещения масс, была уничтожена, но небольшие данные о том времени сохранились. В породах архейской эры в рассеянном виде встречается чистый углерод. Ученые считают, что это измененные останки животных и растений. Если количество графита отражает количество живой материи, то в архее её существовало очень много.

Протерозойская эра . По длительности это вторая эра, охватившая $1$ млрд. лет. На протяжении эры происходило отложение большого количества осадков и одно значительное оледенение. Ледниковые покровы распространялись от экватора до $20$ градуса широты. Ископаемые, найденные в породах этого времени, являются свидетельством существования жизни и её эволюционного развития. В отложениях протерозоя найдены спикулы губок, останки медуз, грибов, водорослей, членистоногих и др.

Палеозойская эра . В этой эре выделяется шесть периодов:

• Кембрий;
• Ордовик,
• Силур;
• Девон;
• Карбон или каменноугольный;
• Пермский или пермь.

Продолжительность палеозоя составляет $370$ млн. лет. За это время появились представители всех типов и классов животных. Не было только птиц и млекопитающих.

Мезозойская эра . Эра делится на три периода:

• Триас;

Началась эра примерно $230$ млн. лет назад и продолжалась $167$ млн. лет. В течение первых двух периодов – триасового и юрского – большая часть материковых областей поднялась выше уровня моря. Климат триаса сухой и теплый, а в юре он стал еще теплее, но был уже влажный. В штате Аризона есть знаменитый каменный лес, существующий с триасового периода. Правда, от некогда могучих деревьев остались только стволы, бревна и пни. В конце мезозойской эры, а точнее в меловом периоде, на материки происходит постепенное наступление моря. Североамериканский континент в конце мелового периода испытал погружение и в результате воды Мексиканского залива соединились с водами арктического бассейна. Материк был разделен на две части. Завершение мелового периода характеризуется большим поднятием, получившим название альпийского горообразования . В это время появились Скалистые горы, Альпы, Гималаи, Анды. На западе Северной Америки началась интенсивная вулканическая деятельность.

Кайнозойская эра . Это новая эра, которая еще не закончилась и продолжается в настоящее время.

Эру разделили на три периода:

• Палеоген;
• Неоген;
• Четвертичный.

Четвертичный период имеет целый ряд уникальных черт. Это время окончательного формирования современного лика Земли и ледниковых периодов. Стали самостоятельными Новая Гвинея и Австралия, сместившись поближе к Азии. Антарктида осталась на своем месте. Соединились две Америки. Из трех периодов эры наиболее интересным является четвертичный период или антропогеновый . Он продолжается ныне, а был выделен в $1829$ г. бельгийским геологом Ж. Денуайэ . Похолодания меняются потеплениями, но наиболее важной его особенностью является появление человека .

Современный человек проживает в четвертичном периоде кайнозойской эры.