Историческая геология

Стратиграфия – раздел исторической геологии, изучающий пространственно- временные отношения геологических тел земной коры. Поскольку все геоисторические исследования начинаются со стратиграфических, можно сказать, что стратиграфия – это один из основных рабочих инструментов исторической геологии. Стратиграфия занимается 1) выделением, 2) прослеживанием (геологическая корреляция) и 3) хронологическим упорядочиванием (стратиграфическая корреляция) геологических тел. Поэтому стратиграфия тесно связана с палеонтологией, а также с геохронологией учением о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору. Возникновение стратиграфии связано со становлением геологии как науки; она послужила основой создания геологических карт и геохронологической шкалы.

Хронологическое упорядочивание геологических тел является разновидностью геологической корреляции. Она осуществляется путём прослеживания геохронологически изохронных геологических тел, называемых стратонами. Последовательность стратонов образует стратиграфическую шкалу. Главной и, возможно, единственной собственной задачей стратиграфии является разработка и постоянная модернизация стратиграфической шкалы.

Применение всех методов корреляции дало возможность составить для всего земного шара общий сводный стратиграфический разрез, на основе которого установлена строгая иерархия стратиграфических подразделений. Такая система стратиграфических подразделений, как система, отдел, ярус, была впервые утверждена на Международном геологическом конгрессе в Болонье в В середине 20 в. она была дополнена введением эонотемы наиболее крупного подразделения стратиграфической шкалы, сформировавшегося в течение эона; применявшийся ранее термин "группа", обозначавший отложения, сформировавшиеся в течение эры, заменяется термином "эратема".

Ярусы и зоны начали выделять на основе биостратиграфии, изучающая распределение ископаемых остатков организмов в осадочных отложениях с целью установления относительного возраста и соотношения одновозрастных слоев на различных территориях с cepедины 19 в.Первый проект международной стратиграфической шкалы был подготовлен швейцарским геологом Э. Pеневье (1900 г.) Палеозойская, мезозойская и кайнозойская эратемы объединяются в фанерозойскую эонотему; более древние отложения относят к криптозойской эонотеме (учитывая длительность докембрия, правильнее выделять 2 или 3 эонотемы), которая разделена на Архей и Протерозой. B верхнем протерозое выделен Рифей c тремя подразделениями. Подразделения Докембрия выделяются и коррелируются главным образом на основе данных геохронологии, тектонических перестроек, степени метаморфизма и, начиная c рифея, c использованием биостратиграфического метода, который является основным при выделении и корреляции подразделений фанерозоя. Kлиматостратиграфический и геоморфологический методы - основные для изучения Четвертичной системы.

Система стратиграфической классификации уходит своими корнями к представлениям датского медика и натуралиста, а впоследствии католического епископа, Нильса Стенсена (1638–1686), больше известного под своим латини- зированным именем Николай Стенон. Изучая геологическое строение Аппенин- ских гор в районе Тосканы у г. Флоренции, Ни- колай Стенон сделал первую попытку разделе- ния слагающих земную кору горных пород в соответствии с их возрастом. В своем геологи- ческом сочинении, опубликованном в 1669 г., Стенон впервые в истории естествознания четко формулирует, что залегание слоев в вертикаль- ном разрезе отвечает временной последователь- ности их образования. Основываясь на этом положении, он первым указал на возможность расчленения толщ горных пород на естествен- ные комплексы, соответствующие историче- ским этапам развития Земли.

В конце 18 в. отложения, слагающие земную кору, было принято подразделять в Западной Европе на первичные (ныне палеозойские), вторичные (мезозойские) и третичные (кайнозойские) образования. Первые два термина вскоре утратили своё значение, третий, предложенный итальянским геологом Ардуинов 1759, применяется поныне зарубежными геологами. В 1829 новейшие рыхлые отложения были выделены французским геологом Ж. Денуайе под названием четвертичных отложений. В 1-й половине 19 в. в результате исследований, проводившихся в разных странах, были обособлены геологические системы и намечена их последовательность в истории Земли. На сессии Международного геологического конгресса в Болонье (1881) было принято общее соподчинение подразделений геологической истории Земли и зафиксированы выделенные ранее системы и отделы. В 1900 французским геологом Э. Реневье был предложен сводный "хронограф", включающий не только системы и отделы, но также и ярусные подразделения, которые используются с рядом изменений и уточнений. Большой вклад в создание и разработку общей стратиграфической шкалы был сделан русскими и советскими геологами А. П. Карпинским, Н. И. Андрусовым, А. П. Павловым, Д. В. Наливкиным, А. Н. Криштофовичем, В. В. Меннером

Стратиграфия (стратиграфическая шкала) является основой при регионально-геологических исследованиях, позволяющих понять особенности тектоники территории, определить направление поисков и разведки полезных ископаемых; особенно это относится к пластовым месторождениям (нефть, уголь, железные и марганцевые руды, фосфориты, бокситы, каменные и калийные соли, чёрные урансодержащие сланцы и др.), которые строго приурочены к определённым стратиграфическим уровням. Без детального изучения стратиграфического разреза не могут быть составлены геологические карты и проведены различные инженерно- геологические работы.

Формирование Земли сопровождалось дифференциацией вещества. Результатом этой дифференциации явилось разделение Земли на геосферы - концентрически расположенные слои, различающиеся химическим составом, агрегатным состоянием и физическими свойствами. В центре образовалось ядро Земли, окруженное мантией. Из наиболее легких компонентов вещества, выделившихся из мантии, возникла расположенная над мантией земная кора – так называемая «твердая» Земля, заключающая в себе почти всю массу планеты. Далее возникли водная и воздушная оболочки нашей планеты. Кроме того, Земля обладает гравитационным, магнитным и электрическими полями.

Ядро Земли. Ядро занимает центральную область нашей планеты. Это самая глубокая геосфера. Средний радиус ядра составляет около 3500 км, располагается оно глубже 2900 км и состоит из двух частей – большого внешнего и малого внутреннего ядер. Температура ядра может достигать 4000°С.

Мантия – наиболее мощная оболочка Земли, занимающая 2/3 ее массы и большую часть объема. Она также существует в виде двух шаровых слоев – нижней и верхней мантии. Толщина нижней части мантии – 2000 км, верхней – 900 км. Все слои мантии расположены между радиусами 3450 и 6350 км.

Литосфера – это земная кора с частью подстилающей ее мантии, которая образует слой толщиной порядка 100 км. Земная кора обладает высокой степенью жесткости, но и большой хрупкостью. В верхней части, она слагается гранитами, в нижней – базальтами.

Гидросфера (от греч. Hydor - вода + Sphaira) - шар водная оболочка Земли, включающая все воды, находящиеся в жидком, твердом и газообразном состояниях. Гидросфера включает воды океанов, морей, подземные воды и поверхностные воды суши. Некоторое количество воды содержится в атмосфере и в живых организмах

Атмосфера – это воздушная оболочка Земли, окружающая ее и вращающаяся вместе с ней. Она состоит из воздуха – смеси газов, состоящей из 78% азота, 21% кислорода, а также инертных газов, водорода, углекислого газа, паров воды, на которые приходится около 1% объема. Кроме того, воздух содержит большое количество пыли и различных примесей, порождаемых геохимическими и биологическими процессами на поверхности Земли.

Магнитосфера – самая внешняя и протяженная оболочка Земли. Она представляет собой область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения. С дневной стороны она простирается на 8–24 земных радиусов, с ночной – доходит до нескольких сотен радиусов и образует магнитный хвост Земли. В магнитосфере находятся радиационные пояса. Магнитосфера – самая внешняя и протяженная оболочка Земли. Она представляет собой область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения. С дневной стороны она простирается на 8–24 земных радиусов, с ночной – доходит до нескольких сотен радиусов и образует магнитный хвост Земли. В магнитосфере находятся радиационные пояса.

Восстановление прошлых перемещений плит один из основных предметов геологических исследований. С различной степенью детальности положение континентов и блоков, из которых они сформировались, реконструировано вплоть до архея.

Из анализа перемещений континентов было сделано наблюдение, что континенты каждые млн лет собираются в огромный материк, содержащий в себе почти всю континентальную кору суперконтинент. Современные континенты образовались млн лет назад, в результате раскола суперконтинента Пангеи.суперконтинентПангеи

Сейчас континенты находятся на этапе почти максимального разъединения. Атлантический океан расширяется, а Тихий океан закрывается. Индостан движется на север и сминает Евразийскую плиту, но, видимо, ресурс этого движения уже почти исчерпан, и в скором геологическом времени вИндийском океане возникнет новая зона субдукции, в которой океаническая кора Индийского океана будет поглощаться под Индийский континент.Атлантический океанТихий океанИндостанИндийском океане

Историческая геологияИсторическая геология отрасль геологии, изучающая данные о последовательности важнейших событий в истории Земли. Все геологические науки в той или иной степени имеют исторический характер, рассматривают существующие образования в историческом аспекте и занимаются в первую очередь выяснением истории формирования современных структур

«Слои земные принадлежат к осадкам из жидкостей» «Осадок принимает горизонтальное положение, если он осаждается под влиянием собственной тяжести»

В формулировке Лайеля принцип звучит так: «Настоящее есть ключ к прошлому». Следование принципу актуализма позволяет моделировать ныне не существующие объекты и системы, изучать их строение и функционирование, формируя картину прошлого и получая, таким образом, возможность прослеживать закономерности развития мира.

Принцип неполноты геологической летописи: многие исторические этапы развития Земли не зафиксированы в виде пород

Принцип фациальной дифференциации осадочных толщ: в одно и то же время формируется целый фациальный ряд осадков

Кровля и подошва геологических тел являются разновозрастными по простиранию Возраст геологических тел по простиранию неодинаков Слой – геологическое тело определенного возраста, сложенное из определенных горных пород

Цель – хронология, систематизация геологических данных Задача – выявление и глобальное прослеживание слоев Результат – международная геохронологическая шкала

Текто́ника плит современная геологическая теория о движении литосферы, согласно которой земная кора состоит из относительно целостных блоков плит, которые находятся в постоянном движении относительно друг друга. При этом в зонах расширения (срединно-океанических хребтах и континентальных рифтах) в результате спрединга (англ. seafloor spreading растекание морского дна) образуется новая океаническая кора, а старая поглощается в зонах субдукции. Теория тектоники плит объясняет возникновение землетрясений, вулканическую деятельность и процессы горообразования, по большей части приуроченные к границам плит..

История теории Основой теоретической геологии начала XX века была контракционная гипотеза. Земля остывает подобно испечённому яблоку, и на ней появляются морщины в виде горных хребтов. Развивала эти идеи теория геосинклиналей, созданная на основании изучения складчатых сооружений. Эта теория была сформулирована Джеймсом Даной, который добавил к контракционной гипотезе принцип изостазии. Согласно этой концепции Земля состоит из гранитов (континенты) и базальтов (океаны). При сжатии Земли в океанах-впадинах возникают тангенциальные силы, которые давят на континенты. Последние вздымаются в горные хребты, а затем разрушаются. Материал, который получается в результате разрушения, откладывается во впадинах. Против этой схемы выступил немецкий учёный-метеоролог Альфред Вегенер. 6 января 1912 года он выступил на собрании Немецкого геологического общества с докладом о дрейфе материков. Исходной посылкой к созданию теории стало совпадение очертаний западного побережья Африки и восточного Южной Америки. Если эти континенты сдвинуть, то они совпадают, как если бы образовались в результате раскола одного праматерика. Вегенер не удовлетворился совпадением очертаний побережий (которые неоднократно замечались до него), а стал интенсивно искать доказательства теории. Для этого он изучил геологию побережий обоих континентов и нашёл множество схожих геологических комплексов, которые совпадали при совмещении, так же, как и береговая линия. Другим направлением доказательства теории стали палеоклиматические реконструкции, палеонтологические и биогеографические аргументы. Многие животные и растения имеют ограниченные ареалы, по обе стороны Атлантического океана. Они очень схожи, но разделены многокилометровым водным пространством, и трудно предположить, что они пересекли океан.

Современное состояние тектоники плит За прошедшие десятилетия тектоника плит значительно изменила свои основные положения. Ныне их можно сформулировать следующим образом: Верхняя часть твёрдой Земли делится на хрупкую литосферу и пластичную астеносферу. Конвекция в астеносфере главная причина движения плит. Современная литосфера делится на 8 крупных плит, десятки средних плит и множество мелких. Мелкие плиты расположены в поясах между крупными плитами. Сейсмическая, тектоническая и магматическая активность сосредоточена на границах плит. Литосферные плиты в первом приближении описываются как твёрдые тела, и их движение подчиняется теореме вращения Эйлера. Существует три основных типа относительных перемещений плит расхождение (дивергенция), выражено рифтингом и спредингом; схождение (конвергенция) выраженное субдукцией и коллизией; сдвиговые перемещения по трансформным геологическим разломам. Спрединг в океанах компенсируется субдукцией и коллизией по их периферии, причём радиус и объём Земли постоянны с точностью до термического сжатия планеты (в любом случае средняя температура недр Земли медленно, в течение миллиардов лет, уменьшается). Перемещение литосферных плит вызвано их увлечением конвективными течениями в астеносфере. Существует два принципиально разных вида земной коры кора континентальная (более древняя) и кора океаническая (не старше 200 миллионов лет). Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (пример крупнейшая тихоокеанская плита), другие состоят из блока континентальной коры, впаянного в кору океаническую. Более 90 % поверхности Земли в современную эпоху покрыто 8 крупнейшими литосферными плитами: Австралийская плита Антарктическая плита Африканская плита Евразийская плита Индостанская плита Тихоокеанская плита Северо-Американская плита Южно-Американская плита Среди плит среднего размера можно выделить Аравийскую плиту, а так же плиты Кокос и плиту Хуан де Фука, остатки огромной плиты Фаралон, слагавшей значительную часть дна Тихого океана, но ныне исчезнувшую в зоне субдукции под Северной и Южной Америками.

Сила, двигающая плиты Сейчас уже нет сомнений, что горизонтальное движение плит происходит за счёт мантийных теплогравитационных течений конвекции. Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли, которые имеют очень высокую температуру (по оценкам, температура ядра составляет порядка 5000 °С) и температуры на её поверхности. Нагретые в центральных зонах Земли породы расширяются (см. термическое расширение), плотность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более холодными и потому более тяжёлым массам, уже отдавшим часть тепла земной коре. Этот процесс переноса тепла (следствие всплывания лёгких-горячих масс и погружения тяжёлых-более холодных масс) идёт непрерывно, в результате чего возникают конвективные потоки. Эти потоки течения замыкаются сами на себя и образуют устойчивые конвективные ячейки, согласующиеся по направлениям потоков с соседними ячейками. При этом в верхней части ячейки течение вещества происходит почти в горизонтальной плоскости, и именно эта часть течения увлекает плиты в горизонтальном же направлении с огромной силой за счёт огромной вязкости мантийного вещества. Если бы мантия была совершенно жидкой вязкость пластичной мантии под корой была бы малой (скажем, как у воды или около того), то через слой такого вещества с малой вязкостью не могли бы проходить поперечные сейсмические волны. А земная кора увлекалась бы потоком такого вещества со сравнительно малой силой. Но, благодаря высокому давлению, при относительно низких температурах, господствующих на поверхности Мохоровичича и ниже, вязкость мантийного вещества здесь очень велика (так что в масштабе лет вещество мантии Земли жидкое (текучее), а в масштабе секунд твёрдое).

Океанические рифты Схема строения срединно- океанического хребта На океанической коре рифты приурочены к центральным частям срединно- океанических хребтов. В них происходит образование новой океанической коры. Общая их протяжённость более 60 тысяч километров. К ним приурочено множество гидротермальных источников, которые выносят в океан значительную часть глубинного тепла, и растворённых элементов. Высокотемпературные источники называются чёрными курильщиками, с ними связаны значительные запасы цветных металлов.

Когда началась тектоника плит на Земле Первые блоки континентальной коры, кратоны, возникли на Земле в архее, тогда же начались их горизонтальные перемещения, но полный комплекс признаков действия механизма тектоники плит современного типа встречается только в позднем протерозое. До этого мантия, возможно, имела иную структуру массопереноса, в которой большую роль играли не установившиеся конвективные потоки, а турбулентная конвекция и плюмы. В прошлом поток тепла из недр планеты был больше, поэтому кора была тоньше, давление под намного более тонкой корой было тоже намного ниже. А при существенно более низком давлении и чуть большей температуре вязкость мантийных конвекционных потоков непосредственно под корой была намного ниже нынешней. Поэтому в коре, плывущей на поверхности мантийного потока, менее вязкого, чем сегодня, возникали лишь сравнительно небольшие упругие деформации. И механические напряжения, порождаемые в коре менее вязкими, чем сегодня, конвекционными потоками, были недостаточны для превышения предела прочности пород коры. Поэтому и не было такой тектонической активности, как в настоящее время.

Прошлые перемещения плит Восстановление прошлых перемещений плит один из основных предметов геологических исследований. С различной степенью детальности положение континентов и блоков, из которых они сформировались, реконструировано вплоть до архея. Из анализа перемещений континентов было сделано эмпирическое наблюдение, что континенты каждые млн лет собираются в огромный материк, содержащий в себе почти всю континентальную кору суперконтинент. Современные континенты образовались млн лет назад, в результате раскола суперконтинента Пангеи. Сейчас континенты находятся на этапе почти максимального разъединения. Атлантический океан расширяется, а Тихий океан закрывается. Индостан движется на север и сминает Евразийскую плиту, но, видимо, ресурс этого движения уже почти исчерпан, и в скором геологическом времени в Индийском океане возникнет новая зона субдукции, в которой океаническая кора Индийского океана будет поглощаться под Индийский континент.

Значение тектоники плит Тектоника плит сыграла в науках о Земле роль, сравнимую с гелиоцентрической концепцией в астрономии, или открытием ДНК в генетике. До принятия теории тектоники плит, науки о Земле носили описательный характер. Они достигли высокого уровня совершенства в описании природных объектов, но редко могли объяснить причины процессов. В разных разделах геологии могли доминировать противоположные концепции. Тектоника плит связала различные науки о Земле, дала им предсказательную силу.