ВВЕДЕНИЕ
Посвящается памяти Александра Павловича Виноградова
История Земли поражает воображение грандиозностью своих масштабов. Если возраст письменных источников сведений по истории человечества оценивается несколькими тысячелетиями, а останков материальной культуры древних людей - десятками тысячелетий, то геологическая история оперирует сотнями миллионов и даже миллиардами лет; возраст нашей планеты оценивается в 4.6 млрд. лет.
Грандиозны явления, происходившие на поверхности Земли в течение ее геологической истории: движение, столкновения и расколы континентов, радикальные изменения распределения суши и моря, глобальные перемещения полюсов, образование гигантских горных систем и их постепенное разрушение под действием воды и ветра, развитие и исчезновение огромных материковых оледенений, возникновение жизни и ее эволюция от микроскопических водорослей до современных 150-тонных синих китов - крупнейших из существ, когда-либо живших на Земле.
Колоссальный труд геологов, палеонтологов и специалистов по изотопному анализу минералов позволил выявить и датировать основные этапы эволюции нашей планеты. Поразительно, как далеко в прошлое сумел проникнуть пытливый ум человека! Расшифровка истории Земли - это одно из самых ярких подтверждений материалистического тезиса о познаваемости мира.
Классическая историческая геология, основы которой были заложены в 30-х годах XIX столетия и выводами которой до сих пор ограничиваются при преподавании естествознания в школах, охватывала только одну восьмую времени существования Земли - менее 600 млн. лет, а предшествующие 4 млрд. лет, неопределенно называвшиеся докембрием, лишь в немногих местах просвечивали сквозь туман неизвестности. Классическая геология еще не имела достоверных оценок абсолютного возраста тех или иных событий истории Земли и оперировала в основном лишь их относительными возрастами, т. е. данными о том, какие события происходили раньше и какие позже. Она располагала материалами только о континентальной земной коре и поневоле была вынуждена рассматривать океаны с точки зрения происходивших геологических событий лишь как «пустые места» между континентами; при этом предполагалось, что последние неизменно занимали одни и те же фиксированные места на земном шаре («фиксизм»).
Последние десятилетия внесли чрезвычайно большой вклад в расшифровку основных этапов истории Земли. Были разработаны надежные методы оценки абсолютного возраста горных пород (с помощью изотопного анализа содержащихся в них минералов); их широкое применение, в том числе к обнаруженным во многих местах земного шара древним докембрийским породам, позволило создать абсолютную геохронологию, простирающуюся в прошлое по меньшей мере на 3.5 млрд. лет.
Были найдены и датированы многочисленные следы докембрийских бесскелетных живых существ; теперь каждый образованный человек должен знать, что документированные следы жизни на Земле достигают возрастов свыше 3 млрд. лет.
Океанологами созданы основы геофизики и четвертичной (относящейся к последним 1.5-2 млн. лет) геологии океанической земной коры; начатое в 1968 г. глубинное бурение дна океана (к началу 1976 г. в нем пробурено уже около 600 скважин) принесло первые образцы океанических осадочных пород с возрастами до 600 млн. лет. Обнаруженная в послевоенные годы на дне океана глобальная система, срединно-океанических хребтов по современной тектонической гипотезе оказывается осью растяжения океанского дна, дающего начало всем глобальным движениям земной коры, включая движение континентов. Таким образом, у нас на глазах геология из континентальной превращается в глобальную, а историческая геология из истории континентальной земной коры превращается в историю всей Земли.
Изложение истории Земли, по нашему мнению, теперь должно удовлетворять следующим требованиям.
1) Все данные должны базироваться не только на относительной, но и на абсолютной геохронологии.
2) Должна рассматриваться история не только последних 600 млн. лет, но всех 4.6 млрд. лет существования Земли или по крайней мере большей части этого времени.
3) Надо иметь в виду, что эволюция Земли как планеты - это эволюция не только ее поверхности и верхних слоев (земной коры), но, главным образом, всей ее внутренней структуры. Изменение состояния недр нашей планеты является движущей силой в истории ее верхних слоев и поверхности; эту историю невозможно полностью расшифровать и объяснить без знания ее движущей силы. Главным в эволюции недр является, по-видимому, формирование ядра и оболочек планеты в результате разделения (гравитационной дифференциации) более плотных и менее плотных веществ, а также выделения энергии вследствие гравитационной дифференциации, распада радиоактивных веществ и других процессов.
4) Что касается земной коры, то должна рассматриваться история не только континентальной, но, конечно, всей континентальной и океанической коры, и поверхности Земли.
5) Предположение о неизменном фиксированном расположении континентов на земном шаре («фиксизм») требует доказательств. Поскольку их, собственно, не имеется, следует исходить из более общего предположения о движении континентов («мобилизм»)и включать в историю Земли палеогеографические реконструкции формы континентов и их расположения на земном шаре в различные геологические эпохи.
В настоящей книге предпринята попытка удовлетворить этим пяти требованиям, хотя бы в той мере, в какой это представляется возможным в настоящее время
ЧАСТЬ I: ВВОДНАЯ
ГЛАВА 1: МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Геологический метод; изверженные, осадочные и метаморфические породы. Палеонтологический метод; классификация растений и животных. Изотопные методы определения абсолютного возраста минералов: свинцово-урано-ториевый, грубый свинцовый, калий-аргоновый, рубидий-стронциевый, грубый стронциевый
Как уже отмечалось, расшифровка истории Земли была достигнута в результате совместного труда геологов, палеонтологов и специалистов по изотопному анализу минералов. В каждой из этих трех специальностей применялась своя методика.
Геологический метод сводится в конечном счете к изучению типов горных пород, встречающихся в обнажениях на поверхности Земли, в вырытых шахтах и пробуренных скважинах, а также к анализу распределения пород различных типов в земной коре (пока что только в самых верхних ее слоях).
Горные породы по своему происхождению делятся на три следующих типа:
1) изверженные породы, образовавшиеся в результате застывания расплавленной магмы;
2) осадочные породы, образовавшиеся путем осаждения на дно водных бассейнов частиц пород, разрушенных действием ветра, воды и других агентов и перенесенных в водные бассейны реками или ветрами, а также растворенных веществ и остатков организмов;
3) метаморфические породы, образовавшиеся из изверженных и осадочных пород в результате их сильного изменения и перекристаллизации (с возможным притоком или оттоком только углекислоты и воды), главным образом под действием высокой температуры и большого давления в глубоких слоях земной коры.
Изверженные породы классифицируются по количеству содержащегося в них кремнезема, т. е. двуокиси кремния SiO2. При наличии SiO2 не более 45% породы называются ультраосновными, или гипербазитами. Главными минералами в них являются оливины - силикат магния форстерит, Mg2SiO4, и силикат железа фаялит, Fe2SiO4, а также пироксены, Ca(MgFeAl)(SiAl)2O6. Наиболее чистой оливиновой породой является дунит, содержащий в среднем 46.3% MgO, 40.5% SiO2, 8.3% FeO и Fe203, 2.9% H20 и только 0.8% Аl203; менее чистые разновидности называются перидотитом.
Породы, содержащие 45-55% SiO2, называются основными. Это мелкозернистые базальты и крупнозернистые габбро и эклогиты. Главные минералы - кальциевый полевой шпат плагиоклаз - анортит, CaAl2Si208, и пироксены.
При 55-65% SiO2 породы называются промежуточными. Это мелкозернистые андезиты и трахиты и крупнозернистые диориты, гранодиориты, сиениты и гнейсы. Главные минералы - натриевый и калиевый полевые шпаты - плагиоклаз-альбит, NaAlSi3О8, и ортоклаз, KAlSi3O8.
Наконец, при содержании SiO2 более 65% породы называются кислыми. Это мелкозернистые раолиты и крупнозернистые граниты и гнейсы. Главные минералы - ортоклаз и кварц, SiO2.
Осадочные породы - это конгломераты, песчаники, сланцы и осадки; последние включают глины, известняки (содержащие главным образом углекислый кальций, СаСO3), доломиты, CaCO3 · MgCO3, гипсы, CaSO4 · 2H2O, ангидриты, CaSО4, соли.
Вследствие механизма своего образования осадочные породы слоисты. Ясно, что новые слои осаждаются на старые, и если это нормальное напластование не будет перевернуто теми или иными движениями земной коры, то более глубокие слои будут более древними. Таким образом, при нормальном напластовании относительные возрасты слоев осадочных пород в вертикальном разрезе устанавливаются легко: чем глубже, тем старше. Это правило нашло отражение в терминологии, по которой наиболее молодые слои того или иного отрезка геологического времени называются верхними, а наиболее старые - нижними.
Как, однако, сопоставить возрасты слоев в разрезах, находящихся в различных местах земного шара (геологи называют эту задачу корреляцией слоев)? Для этого применяется палеонтологический метод, заключающийся в изучении окаменелых остатков живых организмов в осадочных породах и в восстановлении по ним картины эволюции форм организмов на Земле. Жизнь при этом рассматривается как глобальное явление, развивающееся во времени от простого к сложному, так что каждому периоду геологического времени соответствует определенный состав жизненных форм. Следовательно, слоям осадочных пород одного и того же геологического возраста соответствуют окаменелые остатки определенных, соответствующих этому геологическому периоду живых организмов. Этот принцип был сформулирован английским ученым Уильямом Смитом в 1817 г. Для его использования следует прежде всего уметь разбираться во всем многообразии форм живых организмов, существующих и когда-либо существовавших на Земле.