Географическая оболочка

В дальнейшем на протяжении десятков — сотен миллионов лет горы разрушаются, участок земной коры на значительной площади покрывается  чехлом осадочных пород и превращается в платформу.

Платформы — обширные наиболее устойчивые, преимущественно равнинные блоки земной коры. Обычно они имеют неправильную многоугольную форму, обусловленную крупными разломами. Платформы обладают типично континентальной или океанской земной корой и соответственно разделяются на материковые и океанские. Им отвечают основные равнинные ступени рельефа земной поверхности на суше и дне океана. Материковые платформы имеют двухъярусное строение. Нижний ярус называют фундаментом. Он состоит из кристаллических горных пород, пронизанных застывшей магмой, разбит разломами на блоки. Фундамент сформировался в геосинклинальный этап развития. Верхний ярус — осадочный чехол — сложен преимущественно осадочными породами более позднего возраста, залегающими относительно горизонтально. Формирование чехла соответствует платформенному этапу развития.

Участки платформ, где фундамент  погружен на глубину под осадочный  чехол, называют плитами. Они занимают основную площадь на платформах. Места выхода кристаллического фундамента на поверхность называются щитами. Различают древние и молодые платформы. Они отличаются, прежде всего, возрастом складчатого фундамента: у древних платформ он образовался в докембрии, более 1,5 млрд. лет тому назад, у молодых — в палеозое.

На Земле имеется  девять крупных древних докембрийских  платформ. Северо-Американская, Восточно-Европейская и Сибирская платформы образуют северный ряд, Южно-Американская, Африкано-Аравийская, Индостанская, Австралийская и Антарктическая — южный ряд. До середины мезозоя платформы южного ряда были частью единого суперконтинента Гондвана. Промежуточное положение занимает Китайская  платформа. Существует мнение, что все древние платформы являются обломками огромного единого докембрийского массива континентальной коры — Пангеи.

Древние платформы — наиболее устойчивые глыбы в составе материков, поэтому являются их основой, жестким остовом. Они разделены пятью геосинклинальными поясами, возникшими в конце докембрия в связи с расколом Пангеи. Три из них — Северо-Атлантический, Арктический и Урало-Охотский — завершили свое развитие в основном в палеозое. Два — Средиземноморский (Альпийско-Гималайский) и Тихоокеанский — частично продолжают свое развитие и в современную эпоху.

В пределах геосинклинальных поясов различные его части завершали  свое развитие в разные тектонические эпохи. В геологической истории последнего миллиарда лет выделяют несколько тектонических циклов (эпох): байкальский цикл, приуроченный к концу протерозоя — началу палеозоя (1000—550 млн. лет в абсолютном летосчислении), каледонский — ранний палеозой (550— 400 млн. лет), герцинский — поздний палеозой (400—210 млн. лет), мезозойский (210—100 млн. лет) и кайнозойский, или альпийский (100 млн. лет — до настоящего времени). Соответственно на суше выделяют области байкальской, каледонской, герцинской, мезозойской и кайнозойской (альпийской) складчатостей. Нередко их называют байкальскими, каледонскими и другими складчатыми поясами.

В областях байкальской, каледонской  и герцинской складчатостей горные сооружения в дальнейшем были существенно разрушены. На значительных площадях их складчатые структуры оказались покрытыми сверху континентальными и мелководно-морскими осадочными породами, приобрели устойчивость. В рельефе они выражены равнинами. Это так называемые молодые платформы (например, Западно-Сибирская, Туранская и др.). Молодые платформы в отличие от древних не образуют изолированных массивов, а причленяются к древним платформам.

Развитие земной коры. Существует несколько концепций (гипотез), раскрывающих механизмы образования и развития земной коры, наиболее обоснованными из которых являются следующие:

1. Теория фиксизма ( от лат. fixus – неподвижный, неизменный) утверждает, что материки всегда оставались на тех местах, которые они занимают в настоящее время. Данная теория отрицает всякое движение материков и крупных частей литосферы.
2. Теория мобилизма (от лат. mobilis – подвижный) доказывает, что блоки литосферы находятся в постоянном движении. Эта концепция особенно утвердилась в последние годы в связи с получением новых научных данных при исследовании дна Мирового океана.
3. Концепция роста материков за счет дна океана полагает, что первоначальные материки образовались в виде сравнительно небольших массивов, которые теперь составляют древние материковые платформы. В последствии эти массивы разрастались за счет образования гор на океаническом дне, примыкающем к краям первоначальных ядер суши. Исследование дна океанов, особенно в зоне срединно-океанических хребтов, дало основание сомневаться в правильности концепции роста материков за счет океанского дна.
4. Теория геосинклиналей утверждает, что увеличение размеров суши происходит путем образования гор в геосинклиналях. Геосинклинальный процесс, как один из основных в развитии земной коры материков, положен в основу многих современных научных объяснений процесса происхождения и развития земной коры.
5. Ротационная теория строит свое объяснение на положении о том, что поскольку фигура Земли не совпадает с поверхностью математического сфероида и перестраивается в связи с неравномерным вращением, зональные полосы и меридиональные секторы на вращающейся планете неизбежно тектонически неравнозначны. Они с разной степенью активности реагируют на тектонические напряжения, вызванные внутриземными процессами.

Лекция 6

Литосфера Земли.

6.1 Геохронология Земли.

6.2 Минералы и горные породы, их происхождение и классификация.

6.1 Геохронология (от греч. ge+chronos—время+logos) — раздел геологии, который изучает возраст (время формирования) Земли и горных повод, слагающих земную кору. Принято говорить об абсолютном и относительном возрасте горных пород (абсолютная и относительная геохронология). Методами абсолютной геохронологии определяется количественно (в годах) возраст геологических тел. С помощью методов относительной геохронологии получают представление о последовательности формирования этих тел, ее задача ответить на вопрос, какой из сравниваемых пластов моложе, а какой — древнее.

Единицы абсолютной хронологии (год, сутки, час) определяются скоростью  вращения Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси. Но и эта скорость изменяется во времени. По данным Дж. Уэллса, в историческом плане она замедляется и 570 млн. лет назад в году были 421 сутки, 65 млн. лет назад — 371.

Относительная геохронология. Начало изучению относительного возраста горных пород было положено английским ученым У. Смитом в конце XVIII в. При относительном летосчислении определяется возраст пластов осадочной толщи по отношению друг к другу.

К методам относительной геохронологии  относятся стратиграфический (от лат. stratum—слой и греч. grapho—пишу), литологический (от греч. lithos—камень и logos—учение) и палеонтологический (от греч. palaios—древний и ontos—существо).

Стратиграфический метод. Изучением взаимоотношения горных пород во времени и пространстве занимается геологическая дисциплина стратиграфия (от лат. stratum—настил + греч. grapho). Сущность стратиграфического метода основана на изучении соотношения слоев между собой или корреляции разрезов (от лат. correlatio — соотношение), т. е. на соотношении изучаемого слоя с подстилающими и перекрывающими слоями. Вышерасположенный слой при ненарушенном залегании будет отложен позже, чем нижерасположенный. Следовательно, ниже расположенный слой будет древнее перекрывающего его слоя.

Петрографо-литологический метод основан на изучении состава толщ и сравнении его с составом пород слоев, относительный возраст которых известен. Но этот метод, как и стратиграфический, надежен только в данном конкретном геологическом разрезе или в разрезах, близко расположенных, и только при ненарушенном и слабонарушенном залегании слоев.

Палеонтологический метод. История развития земной коры условно разбита на отдельные подразделения, которые характеризуются существованием определенных групп растительных и животных организмов. Изучением ископаемых форм растений и животных занимается палеонтология, что в переводе с греческого значит наука о древних существах.

Применение палеонтологического метода базируется на двух положениях: 1) биологическая эволюция необратима и, в общем, имеет прогрессивную направленность; 2) среди представителей органического мира могут быть выделены группы организмов, для которых характерны относительно быстрые темпы эволюции и широкое географическое распространение. Остатки таких организмов носят название руководящих. Выделяются руководящие окаменелости и их комплексы. Породам определенного возраста свойственен определенный комплекс руководящих ископаемых, которые характеризуются недолговечностью и широким горизонтальным распространением. Зная нахождение руководящих ископаемых в отдельных слоях горных пород в различных участках земной коры, можно составить для последней единую стратиграфическую шкалу, в которой все отложения показаны в определенной последовательности. В соответствии со стратиграфической шкалой в 1840 г. составлена геохронологическая шкала, показывающая отрезки времени, на которые делится история развития земной коры.

Абсолютная геохронология. Первые попытки определить абсолютный возраст горных пород относятся к XVIII в. Они базировались на учете скорости накопления современных осадков в морях и океанах, сведениях о солености вод Мирового океана и т. д. В основе радиогеологических методов определения абсолютного возраста лежит естественный распад радиоактивных элементов (уран, радий, стронций и др.), который происходит независимо от внешних факторов и с постоянной скоростью. В зависимости от конечных продуктов распада выделяются свинцовый, гелиевый, ксеноновый, рубидиево-стронциевый, осмиевый и радиоуглеродный методы.

Наиболее хорошо разработан свинцовый метод. В его основе лежит процесс превращения изотопов урана в изотопы радиогенного свинца. Период полураспада U²³⁸ равен 0,45•10¹⁰ лет, а U²³⁵—7-13•10⁸ лет. В породе, первоначально содержащей 1 кг урана, через 4 млрд. лет накапливается 400 г свинца и 60 г гелия, а урана остается только 0,5 кг.

Абсолютный возраст горных пород свидетельствует о геологическом времени их образования. В настоящее время древнейшими на Земле являются горные породы из района Земли Эндерби (Антарктида) и Верхоянского хребта — соответственно 4 и 4,2 млрд. лет. Эти цифры можно принять за начало формирования первичной земной коры.

По данным радиометрических измерений, возраст лунных пород (реголита) равен 4,6 млрд. лет. Возраст каменных метеоритов составляет 4550±100 млн. лет. Это позволяет  утверждать, что в течение последних 4,5 млрд. лет существовали планеты Солнечной системы и возраст Земли близок к 5 млрд. лет.

Стратиграфическая и  геохронологическая шкалы.

Стратиграфическая шкала отражает реальную последовательность в напластовании горных пород, т.е. ее подразделениями являются разновозрастные отложения, которые могут быть выделены в конкретном районе. Подразделения стратиграфической шкалы – эонотема, группа, система, отдел, ярус, горизонт.

Геохронологическая шкала делит историю Земли на временные отрезки, которые соответствуют накоплению пород, слагающих подразделения стратиграфической шкалы. Соотношения между ними таковы: эонотема – эон, группа – эра, система – период, отдел –эпоха, ярус – век, горизонт – время.

В истории Земли выделяются два  эона: криптозой (от греч. kryptos – скрытый, zoe – жизнь) и фанерозой (от греч. phaneros – явный+zoe). В отложениях криптозоя органические остатки встречаются довольно редко (время «скрытой» жизни), в породах фанерозоя они изучены более полно. Тот же принцип использован и в названии эр: архейской (от греч. archaio – древний), протерозойской (от греч. proteros – первый + zoe), палеозойской (от греч. palaios  –древний + zoe), мезозойской (от греч. mesos – средний + zoe), кайнозойской (от греч. kainos – новый+zoe).

Самая древняя, охватывающая наиболее ранние стадии развития земной коры,— архейская эра. В эту эру на Земле еще не могли быть животные и растительные организмы. Начало ее не известно, а конец определяется ориентировочно — 2 млрд. 800 млн. лет до наших дней. Продолжительность ее не менее миллиарда лет. Отсутствие органических остатков в толщах архея исключает применение для расчленения этих толщ палеонтологических методов, а чрезвычайная метаморфизованность и перемятость пород исключает применение и других методов относительной геохронологии.

Протерозойская эра, начавшаяся 2 млрд. 800 млн. лет назад, длилась свыше 2 млрд. лет. В начале протерозоя появились простейшие, самые примитивные виды растительных организмов, от которых до нас дошли остатки водорослей. На наличие растительных остатков в толщах протерозоя указывают и косвенные данные — в гнейсах Мадагаскара, абсолютный возраст которых определен в 2,5 млрд. лет, обнаружено углисто-графитовое вещество, возникновение которого связано с накоплением в исходной породе органического вещества. В отложениях рифея найдены морские моллюски, губки и другие органические остатки, что указывает на существование животного мира, менее совершенного, может быть, еще в начале протерозоя.

Палеозойская эра продолжалась около 330 млн. лет. Растительный и животный мир в эту эру быстро развивался. Для нее характерны папоротникообразные растения (хвощи, папоротники, плауны), амфибии, пресмыкающиеся (в конце появились рептилии) и примитивные рыбы; в середине палеозоя появились насекомые. Широко развиты из беспозвоночных кораллы, плеченогие (продуктусы).