Skip to content

Общая геология (проф. М.М. Судо)

ГЕОЛОГИЯ

М.М.Судо (Доктор геолого-минералогических наук, профессор Международного независимого эколого-политологического университета (МНЭПУ). Москва, 2001 г.

П р е д и с л о в и е

В соответствии с Государственным  образовательным стандартом высшего  профессионального образования Российской Федерации «Геология» является обязательной естественнонаучной дисциплиной для экологических факультетов ВУЗов.

Государственным стандартом предусмотрено ознакомление студентов-экологов с составом и строением Земли и земной коры, геологическими процессами, развитием земной коры во времени, этапами геологической истории Земли; эволюцией органического мира, стратиграфической шкалой, геологической деятельностью человека и охраной геологической среды. В соответствии с этим целью данного учебного пособия является изложение основных разделов Геологии, знакомящих читателей с формой, строением и свойствами земного шара, вещественным составом Земли, геологическими процессами, геологическим летосчислением и основными этапами геологической истории Земли. Это позволит студентам-экологам перейти затем к сознательному восприятию общепрофессиональных и специальных дисциплин, предусмотренных образовательной программой по специальности 013600 – Геоэкология, утвержденной приказом Министерства образования Российской Федерации от 02.03.2000 г.

Структура и содержание учебного пособия предопределены объемом аудиторных занятий, выделяемым на курс «Геология» Государственным образовательным стандартом. Разделы, относящиеся к геологической деятельностью человека и охране геологической среды, освещены в книге автора “Г е о э к о л о г и я» (1999). Учебное  пособие  является  вторым – исправленным и дополненным изданием книги автора «Г е о л о г и я», выпущенной в 1996 г. Включена глава «З е м л я  с р е д и  п л а н е т  С о л н е ч н о й  с и с т е м ы».

Тем, кто пожелает глубже познакомиться с историей становления и развития геологических знаний, предназначена глава «Великие и малые геологические споры». Книгу завершает Краткий словарь геологических терминов.

Автор признателен А.В.Арешину, за ряд ценных замечаний к первому изданию книги. Автор благодарит Э.Р.Казанкову за всемерную помощь  в  подготовке данной книги к печати.

 

Геология учит нас заглядывать в глубь времен,..

смотреть открытыми глазами на окружающую природу

и понимать историю ее развития.

Академик В.А.Обручев

***

В ней — страсть веков, следы стихий…

 

ВВЕДЕНИЕ

Любая наука имеет свою точку отсчета, свои исторические вехи. К Геологии особенно применимы слова Альберта Эйнштейна: “Знание является функцией времени”. Геология, с одной стороны, опирается на точные факты и знания. Но, с другой стороны, ее теоретическая база до сих пор в немалой степени “соткана” из гипотез и интуитивных догадок. Становление и развитие Геологии было длительным, извилистым и тернистым. Их не обошли годы мрака, застоя и теоретических блужданий. Mente et malleo” (“Умом и молотком”) начертано на эмблеме Международного геологического конгресса. Но истина в Геологии добывалась не только умом и “молотком” (в экспедициях), но и в азартных, нередко нелицеприятных и жестоких спорах.

Люди начали пристально изучать и осваивать Землю уже на первых этапах своего существования. Геология (греч. «ге» — земля, «логос» — учение) как  наука о составе, строении, геологических процессах и развитии Земли оформилась с середины ХVIII в.  Первые попытки создать  научную геологию связаны с именами трех крупнейших ученых того времени — М.В.Ломоносова в России, А.Г.Вернера в Германии и Д.Геттона в Шотландии.

Становление Геологии происходило в процессе решения практических запросов человеческого общества. Различные минералы и горные  породы использовались первобытным человеком для изготовления примитивных каменных орудий. В бронзовый и железный века огромное значение уже имели самородные металлы — медь, золото, серебро,  а также руды меди,  олова,  железа. Рост тяжелой индустрии, электротехнической и химической промышленности, войны потребовали огромного количества минерального сырья. Это обусловило интенсивное развитие геологических исследований в конце ХIХ — начале ХХ в.

Еще больше возросла роль минерального сырья и самой геологии во  второй  половине ХХ в. Разнообразие природных ресурсов и степень их изученности определяли уровень экономической независимости государства. А глубокие и достоверные знания о геологическом строении недр и происходящих в них процессах позволяли прогнозировать и преодолевать последствия многих геологических катастроф.

В своем развитии Геология опиралась на различные естественные науки, прежде всего, — физику, химию и др. Оформившись в самостоятельную науку, Геология и сама явилась родоначальницей многих наук геологического цикла. Ныне в ветвистом «древе» геологических наук выделяется множество самостоятельных направлений. В их число входят: геохимия, минералогия, кристаллография, петрография, литология, геофизика, сейсмология, стратиграфия ,геодинамика, геотектоника, учения о магматизме,  вулканизме, метаморфизме, палеогеография, историческая геология и многие другие. А также — прикладная геология. Она  включает  науки, направленные на практическое использование и охрану земных недр. Это — региональная геология, гидрогеология, учение о месторождениях полезных  ископаемых, геологическое картирование, поисково-разведочное дело, экономика минерального сырья, рудничная, шахтная, промысловая и инженерная геология и др.

Геология — не только прикладная наука,  помогающая людям умножать материальные богатства общества. Она затрагивает непосредственным образом проблемы происхождения Земли, зарождения и развития жизни на нашей планете и строения других планет Солнечной системы.

 

Глава 1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ЗЕМНОГО ШАРА

Форма, размеры и рельеф Земли

Ныне очевидный факт, что Земля имеет шарообразную форму, стал раз и навсегда установленным после кругосветного путешествия экспедиции Магеллана в 1519-1522 гг. Он подтвержден фотографиями, выполненными космическими кораблями и искусственными спутниками Земли. Однако, Земля — не идеальный шар, как это представлялось в VI в. до н. э. знаменитому древнегреческому математику Пифагору. Еще Исаак Ньютон (1643-1727) доказал, что вследствие вращения Земли вокруг своей оси у экватора действие центробежной силы преобладает над направленной к центру Земли силой тяжести. В связи с этим, Земля  должна принять форму эллипсоида вращения, сжатую у полюсов. В действительности, поверхность Земли существенно отличается от поверхности идеального эллипсоида вращения. Она характеризуется чередованием приподнятых и опущенных участков, разница между которыми достигает 20 км. Например, вершина Гималаев Эверест (Джомолунгма) возвышается над уровнем моря на 8884 м. А глубина Марианской впадины в Тихом океане равна 11034 м.

По сравнению с размерами всей Земли неровности ее поверхности очень незначительны. Поэтому при расчетах ими пренебрегают. И геометрическую фигуру Земли ограничивают поверхностью океана, мысленно продолженной под материками таким образом, чтобы она всюду была перпендикулярна к направлению силы тяжести. Эта фигура, присущая только Земле, получила название «геоид» (греч. «ге» — земля, «идеа» — подобие). Она не совпадает ни с топографической поверхностью Земли, ни с поверхностью идеального эллипсоида вращения.

Наиболее пониженные участки геоида относительно поверхности эллипсоида вращения расположены в Индийком океане (от -59 до  -140 м). Максимальное  превышение  отмечается в Атлантическом океане (от +57 до +125 м). С помощью искусственных спутников установлено, что Земля имеет несколько «грушевидную» форму.  Ее Северный полюс приподнят на 15 м относительно земного эллипсоида, а Южный полюс опущен на 20 м. Выяснилось также, что экваториальное сечение Земли тоже имеет форму эллипса. Его большая полуось превышает малую примерно на 100 м.

В плоскости экватора радиус земного шара составляет 6378 км, а от центра Земли до полюса — 6357 км. То есть, диаметр экватора на 42 км больше полярного. Средний радиус Земли равен 6371 км, средний диаметр – 12742 км.  Отношение разности между

б о л ь ш о й (экваториальной) и  м а л о й (полярной) полуосями к большой полуоси называется «полярными сжатием«, или «сплющенностью» Земли. Оно равно 1: 298,3.

Длина окружности экватора составляет 40076 км;  длина земного меридиана — 40009 км. Общая площадь поверхности Земли около 510 млн. км2 , ее объём составляет 1,083·1012 км3, а масса — 6·1027 г.

Одной из характерных особенностей Земли является то, что 70,8% ее поверхности (361 млн. км2) покрыто океанами и морями. Жидкая оболочка Земли  называется  «гидросферой» (греч. «гидор» — вода, «сфера» — шар). Наибольшая ее толщина около 11 км. Гидросфера включает в себя все природные воды: океаны, моря, реки, озера, а также подземные водоносные горизонты.

Другая характерная особенность нашей планеты заключается в следующем. Если выразить графически рельеф материков и дна океанов в качестве различных ступеней общего рельефа Земли, получится так называемая «гипсографическая (греч. «гипсос» — высота,  «графо» — пишу) кривая» земного шара (рис. 1). Из ее анализа следует, что континенты уступают океанам по площади, и их поднятие над уровнем моря невелико по сравнению с глубинами океанов. На суше высоты менее 1000 м составляют 75% площади; средняя высота континентов над уровнем моря +870 м. В Мировом океане преобладают глубины от 3000 до 6000 м; средняя глубина океанов — 3800 м.

На суше и океаническом дне с определенной закономерностью расположены горы и горные   системы.   На   суше   это  –   ш и р о т н ы й   Средиземноморский и

м е р и д и о н а л ь н ы е — Западно- и Восточно-Тихоокеанский линейные горные пояса. Средиземноморский  пояс начинается на западе горами Атласа (Северная Африка) и продолжается на восток, включая горные цепи Пиренеев, Альпы, Аппенины, Балканские, Карпатские, Крымские, Кавказские горные системы, Памир, Гималаи (до Малайского архипелага). Западно-Тихоокеанский пояс охватывает горные сооружения Чукотки,  Камчатки,  Курильских островов, Сахалина, Японии и другие вплоть до Австралийских Кордильер. Восточно-Тихоокеанский пояс включает горные образования Кордильер Северной и Южной Америки.

В середине ХХ в. с помощью  эхолотов,  автоматически  измерявших глубину океанического дна, была составлена подробная карта его рельефа. На дне океанов выделяются (см. рис. 1): пологая материковая отмель, или шельф (англ. shelf” — отмель), — до глубин 200 м; крутой континентальный склон — до глубин 2500 м; океаническое ложе и узкие глубоководные желоба.

Ложе океанов представлено почти гладкими равнинами, занимающими около 76% площади Мирового океана. Они осложнены возвышенностями, валами и горными хребтами. Высота последних изменяется от первых сотен до нескольких тысяч метров.  Местами и над водной поверхностью океанов  выступают  островками отдельные конусообразные вершины или цепочки таких гор. Наиболее высокими из них являются Азорские острова в Северной Атлантике. Высота их составляет 2500 м — относительно водной поверхности и около 9000 м относительно дна океана.

В Атлантическом океане почти на равном расстоянии от Американского  континента и Европы и Африки обнаружен простирающийся с юга на север горный хребет, названный Срединно-Атлантическим. Он возвышается над дном океана почти на 3 км. Ширина хребта исчисляется сотнями километров. Подобные хребты выявлены в Индийском, Тихом и Северном Ледовитом океанах. По своей протяжённости,  ширине и высоте они не уступают складчатым горным поясам материков. Вдоль осевых частей хребтов, приравненных к срединно-океаническим, протягивается глубокая (до 3 км) и широкая (25-50 км) трещина — рифт (англ. “rift» — ущелье, расселина).

Физические свойства Земли

Верхняя часть земного шара состоит из трех оболочек — геосфер (греч. “ге” — земля, “сфера” — шар): газовой — атмосферы (греч. “атмос”- пар), водной — гидросферы (“гидор” — вода) и каменной — литосферы (греч. “литос” — камень), слагающей самую верхнюю часть твердых недр. Недра Земли подразделяются на земную кору, промежуточную оболочку — мантию (греч. “мантион” — покрывало) и ядро. В верхней части мантии выделяется размягченная, видимо, расплавленная оболочка – астеносфера (греч. «астенос» — слабый). Залегающая над ней твердая часть мантии вместе с земной корой обычно выделяется как «литосфера» (греч. «литос» — камень).

Земля обладает различными физическими свойствами. Важнейшими из них являются – гравитационное поле, плотность, давление, магнитное поле, тепловое поле и упругость.

Гравитационное поле. Все предметы, обладающие массой, на поверхности и вблизи Земли испытывают силу ее притяжения. Пространство, в пределах которого проявляются силы земного притяжения, называется «гравитационным (лат. «гравитас» — тяжесть) полем«, или «полем силы тяжести«. Сила тяжести тесно связана с формой Земли. Каждой точке на ее поверхности свойственна определенная величина силы тяжести. Она является равнодействующей двух сил — силы притяжения всей Земли и центробежной силы, образующейся за счет вращения земного шара. Если эти силы отнести к единице массы, получим ускорение силы тяжести.

Сила тяжести обусловлена и характером распределения масс в недрах планеты. Исходя из предположения, что Земля является однородным телом, для каждой точки земной поверхности может быть рассчитана теоретическая величина силы тяжести. Но в действительности, массы вещества распределяются в земной коре неравномерно. В центре Земли сила тяжести равна нулю.

Земное притяжение является причиной свободного падения тел. Падающее тело испытывает нарастающее — по мере приближения к поверхности Земли — ускорение падения. При отсутствии сопротивления воздуха разные тела падают с одним и тем же ускорением, не зависящим от их массы. Этот закон впервые установил итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642). В его честь единица ускорения свободного  падения, или ускорения силы тяжести, названа «галом«. 1 гал равен 1 см/с2. На  поверхности Земли ускорение свободного падения возрастает от э к в а т о р а (978,04 гал) к п о л ю с а м (983,24 гал).  Среднее значение ускорения силы тяжести равно 979,70 гал. У границы мантии с ядром ускорение силы тяжести, по расчетам, достигает 1037 гал. Затем оно существенно уменьшается до нуля в центре ядра. На практике чаще используется одна тысячная доля гала — миллигал. Обычно фактическое ускорение свободного падения в любой точке на поверхности Земли отличается от теоретически вычисленного значения. Отклонения между этими величинами, связанные с неоднородностями вещества внутри Земли, называются «гравитационными аномалиями» (греч. «а» — отрицание, «номос» — закон).

Гравитация связывает все тела во Вселенной. Взаимное притяжение Луны и Земли, например, имеет силу приблизительно 2·1016 т. Изучение гравитационных аномалий позволяет косвенно судить о строении земных недр. Над массивами тяжелых пород ускорение силы тяжести больше, а над участками, сложенными легкими породами, меньше некоторого теоретического его значения, рассчитанного для модели однородной Земли.

Плотность.  Подсчитано, что масса Земли составляет 5,98·1027 г,  а объём — 1,083·1027 см3. Плотность — это масса единичного объёма. Следовательно, средняя  плотность вещества Земли равна 5,52 г/см3.

Фактическая плотность горных пород, слагающих верхнюю оболочку — земную кору, не превышает 2,9 г/см3. Например, плотность гранита 2,8 г/см3. Это означает, что плотность вещества глубинных недр должна быть значительно выше. По подсчетам ученых,  ниже границы земной коры при переходе в верхнюю мантию плотность горных пород возрастает до 3,3 -3,4 г/см3 . А на глубине 2900 км (граница мантии и ядра) плотность вещества Земли равна 5,5-5,7 г/см3. Непосредственно ниже этой  границы плотность скачкообразно возрастает до 9,7-10,0 г/см3. Затем повышается до 11,0-11,5 г/см3. В центре Земли плотность вещества, возможно, превышает 12,5-13,0 г/см3.

Давление. Большая плотность вещества земных недр обусловлена тем, что с глубиной земное вещество испытывает воздействие давления вышележащих толщ горных пород. Согласно расчетам, на глубине 40 км давление равно 1·103 мПа,  на глубине 400 км -14·103 мПа, на глубине 2900 км  —  137·103 мПа. А в центре Земли оно, возможно, превышает 361·103 мПа.

Магнитное поле. Земной шар окружён магнитным полем. С помощью геофизических ракет и искусственных спутников установлено, что оно простирается над Землей на 20-25 радиусов Земли. Земное магнитное поле образует в верхних слоях атмосферы пояс радиации. Он задерживает выбрасываемые Солнцем мощные потоки заряженных космических частиц (протонов, альфа-частиц и др.), не пропуская их к поверхности Земли.

Земля подобна сферическому магниту, имеющему два магнитных полюса — северный и южный. Магнитные силовые линии «выходят» из северного полюса и, огибая земной шар, «собираются» на его южном полюсе. Ось магнита наклонена к оси вращения Земли на 11,5°. В силу этого, магнитные полюса не совпадают с географическими полюсами. Установлено, что в течение истории Земли северный магнитный полюс не оставался на одном месте, а блуждал по земной поверхности.

Для каждой точки земной поверхности рассчитывается теоретическое значение магнитного поля, исходя из однородного строения Земли. Но в действительности, магнитное поле в различных местах не одинаково. Обычно оно отличается от теоретически вычисленного для данной местности среднего значения. Такие отклонения называются магнитными аномалиями. Они обусловлены,  в частности,  подземными залежами магнитных пород и руд. Примером может служить крупнейшая Курская магнитная аномалия (КМА). В ее пределах под земной поверхностью скрывается уникальное месторождение железистых кварцитов. Они создают магнитную напряжённость, в пять раз превышающую среднюю напряжённость магнитного  поля Земли.

Тепловое поле. Земля, с одной стороны, получает огромное количество тепловой энергии от Солнца. С другой стороны, из недр к поверхности Земли непрерывно восходит тепловой поток. Вулканические извержения, высокие температуры в глубоких шахтах и буровых скважинах указывают на то, что температура земных недр с глубиной возрастает. Косвенным путем установлено, что первичные очаги вулканов располагаются на глубинах около 100 км. Здесь земное вещество находится в расплавленном состоянии. Температура его плавления около 1200° С.

Источниками земного тепла, по-видимому, являются распад радиоактивных элементов, энергия гравитационной дифференциации вещества, тектонических движений и химических реакций, протекающих в недрах Земли, а также энергия перехода вещества из одного фазового состояния в другое и т.п. По некоторым расчетам, на глубине около 400 км температура недр составляет 1600°С. На глубине 2900 км (граница мантии и ядра) она, вероятно, превышает 2500° С. А в центре Земли, возможно, достигает 4000-5000° С.

Несмотря на общий разогрев планеты, земная кора медленно охлаждается. От земной поверхности отражается значительная часть поступающей на Землю Солнечной энергии. Земля излучает в космическое пространство и свое внутреннее тепло.  Солнце прогревает Землю лишь на глубину 28-30 м. На значительной части приповерхностной зоны Земли существует область вечной мерзлоты, или криолитозона (греч. «криос» — холод). Она характеризуется отрицательной температурой почв и горных пород и наличием подземных льдов. Это следы грандиозных оледенений, неоднократно охватывавших нашу планету за последние 2 млн. лет, и особенно интенсивно в последний миллион лет. Тогда ледяные покровы в Европе продвигались южнее Киева и Воронежа, а в Северной Америке занимали большую ее часть. Всего лишь 10 тыс. лет назад ледяным панцирем целиком были покрыты Скандинавия и Карелия.

В зоне мерзлых пород находится около четверти всей суши земного шара и 60% территории России. На севере они лежат сплошным пластом,  южнее — в виде островов. По времени существования выделяют области многолетнего и сезонного промерзания пород. Летом слой почвы оттаивает не более чем на 2 м, а глубже залегают ледяной грунт, промерзшие породы. Нижней границей криолитозоны является поверхность с температурой 0° С. Глубина ее залегания от нескольких метров в умеренных широтах до нескольких километров в высоких. В северных районах Сибири и Канады криолитозона уходит на глубину до 700 м. На 1500 м в глубь земной коры ушла зона отрицательных температур в 450 км севернее алмазной столицы Якутии — г. Мирный. На той же широте  у  Верхоянска толща мерзлоты всего 250 м, а в одном месте даже 70.

Упругость  —  это свойство вещества сопротивляться растяжению и сжатию. Чем плотнее вещество, тем сильнее оно сопротивляется изменению объёма и формы под воздействием внешнего давления.

Упругие свойства горных пород используются с целью изучения земных недр с помощью сейсмического метода. Суть метода заключается в следующем.  Под воздействием  естественных или искусственных сотрясений почвы частицы земного вещества испытывают упругие колебания. Они последовательно принимают  (сжимаясь) и передают (разжимаясь) друг другу эти колебания. Так возникают упругие (сейсмические) волны. Они распространяются в разные стороны из очага землетрясения или пункта искусственного сотрясения почв.

Сейсмические волны подразделяются на объёмные и поверхностные. Объёмные волны получили свое название потому, что пронизывают весь объём Земли. Поверхностные волны распространяются вдоль земной поверхности.

Различают  п р о д о л ь н ы е  и  п о п е р е ч н ы е  о б ъ ё м н ы е  в о л н ы.   В продольных волнах упругие колебания частиц горных пород происходят в направлении распространения сейсмической волны. Они возникают во всех средах — твердой, жидкой и газообразной, как следствие их реакции на внезапное изменение объёма.

В поперечных волнах частицы вещества смещаются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения сейсмической волны. Поперечные колебания частиц  возникают только в твердых телах в результате изменения формы среды. Жидкости и газы не обладают необходимой для движения поперечных волн упругостью и изменению формы не сопротивляются. Поэтому в газах и жидкостях поперечные волны не распространяются.

Сейсмические волны распространяются в недрах с различной скоростью. Продольные волны “бегут” в 1,7 раза быстрее поперечных волн. Вследствие  этого продольные волны всегда приходят к поверхности Земли первыми. Отсюда их другое название — «первичные«, или волны P (лат. «прима» — первая). Поперечные волны именуются «вторичными«, или волнами S (лат. «секунда» — вторая), так как они приходят вторыми.

Если бы Земля состояла до самого ядра из однородного вещества, то скорость распространения сейсмических колебаний в недрах с глубиной не изменялась бы. В действительности, сейсмические волны, распространяясь в глубь Земли из очага землетрясения или пункта искусственного сотрясения почв, встречают на  различной  глубине неоднородные по плотности и составу среды. Часть волн отражается от их границ, как от экрана, и возвращается на поверхность Земли (рис. 3).  Такие волны называются «отражёнными«.  Другие волны преломляются на поверхности раздела сред с различной плотностью и проходят далее в глубь Земли. «Преломленные» волны могут  затем, в свою очередь, отразиться от более глубоких плотностных границ.

Возвратившиеся к земной поверхности отражённые и преломленные волны улавливаются здесь специальными приборами — сейсмографами. Они   непрерывно ведут запись упругих колебаний земных недр, вызванных землетрясением или взрывом. Графическая запись их называется “сейсмограммой” (греч. «сейсмос»-трясение, “грамма» — запись).  С помощью сейсмограмм определяются глубина залегания очага землетрясения и границы отражения и преломления в недрах сейсмических волн.

Вещественный состав Земли

Химические элементы. На Земле установлено около 300 химических элементов и их изотопов. Изотопы (греч.  «исос» — равный, топос» — место) обладают теми же свойствами, зарядом ядра и порядковым номером, что и соответствующий химический элемент, но отличаются от него атомным весом.

В 1889 г. американский геохимик Фрэнк Кларк впервые определил средние содержания химических элементов в земной коре. В честь него русский академик А.Е.Ферсман предложил называть «кларками» средние содержания химических элементов в земной коре.

Исследователи приводят разные данные о химическом составе земной коры. Наиболее распространенными элементами являются: кислород (46,6-49,1% мас.),  кремний (26,0-29,5%), алюминий (7,45-8,14), железо (4,20-5,00), кальций (2,71-3,63),  натрий (2,01-2,83), калий (2,35-2,59) и магний (1,79-2,35%). На долю остальных элементов приходится менее 1%. В природе встречаются участки, в пределах которых фактическое содержание того или иного химического элемента существенно выше его кларкового значения. Такие участки исследуются геологами с целью выявления месторождений полезных ископаемых.

Химический состав Земли не постоянен. С одной стороны, земная кора непрерывно пополняется космическим веществом. Оно выпадает на Землю в виде метеоритов и  космической  пыли. С другой стороны, сама Земля отдает в мировое пространство часть своего вещества. Например, — гелий, неон, возможно, водород, азот и другие газообразные элементы и соединения.

Кроме того,  некоторые химические элементы,  например радиоактивные, со временем изменяются. Так, уран и торий,  распадаясь,  превращаются в устойчивые элементы  — свинец и гелий. Это дает основание предполагать, что в минувшие геологические эпохи кларки урана и тория были,  очевидно, значительно выше, а кларки свинца — ниже, чем сейчас. По-видимому, это относится и ко всем другим элементам, подверженным превращениям.

Изотопный состав некоторых химических элементов со временем меняется. Изотоп урана U238 имеет период полураспада (в годах), равный 4,5 ·109, а U235 — 7,1 ·108 степени. По А.А.Саукову, два млрд. лет назад атомов изотопа U 235 на Земле было почти в шесть раз больше, чем сейчас.

Минералы . Однородные по составу, внутренней структуре и свойствам твердые химические соединения называются  минералами (лат. «минера»- руда). В настоящее время известно около 4 тысяч минералов, имеющих кристаллическую (греч. «кристаллос» — лёд) структуру. Обычно они имеют форму многогранников (рис. 5). Некоторые исследователи относят к минералам и природные жидкие вещества — жидкую ртуть, воду, нефть.

Кристаллы обладают симметрией внешней формы. Атомы и ионы в кристаллической решетке располагаются в постоянных точках (узлах) — в строго определенном для каждого минерала порядке. Углы  между  гранями кристалла также всегда постоянны. Основными элементами кристаллической решетки являются центры, оси и плоскости симметрии.

Плоскость симметрии делит фигуру кристалла на две зеркально-подобные части. При повороте кристалла вокруг оси симметрии эта фигура совмещается сама с собой.  Минимальный по объёму параллелепипед, отражающий все характерные особенности кристалла, называется «элементарной ячейкой«. Основными кристаллографическими константами такой ячейки являются ребра и углы между ними. Изучение их взаимоотношений позволило установить 32 класса симметрии кристаллов.

Каждый кристалл ограничен гранями одной или нескольких простых форм. Среди них по степени  симметрии  выделяют семь сингоний (греч. «син» — вместе, «гониа» — угол). Высшая сингония —  к у б и ч е с к а я.  В ней ребра кристаллов расположены под прямыми углами по трем осям координат и равны между собой. К низшим сингониям относятся  р о м б и ч е с к а я,  м о н о к л и н н а я,  т р и к л и н н а я.  Они характеризуются неравенством ребер, прямыми (ромбическая) или не равными 90° углами. Средние — это  т е т р а г о н а л ь н а я  (ребра по двум осям равны,  все углы прямые),  г е к с а г о н а л ь н а я  (ребра по двум осям равны, два угла прямые, один равен 120°) и  т р и г о н а л ь н а я  (все ребра равны, углы не равны 90°) сингонии.

Подсчитано, что около 38%  минералов кристаллизуется в триклинной и моноклинной,  23%  — в ромбической,  10% — в тригональной , 7,5% — в гексагональной,  9,5% — в тетрагональной, 12% — в кубической сингониях.

Внутреннее строение и химический состав минералов определяют их физические свойства. Это — плотность, теплопроводность, электропроводность, радиоактивность, а также механические, оптические, люминесцентные, магнитные и др. свойства.

Минералы отличают друг от друга по их внешним постоянным диагностическим признакам. Таковыми являются: облик кристаллов, цвет минерала, цвет черты, а также такие механические свойства, как спайность, твердость и др.

Облик кристаллов — это их форма. Различают кристаллы, вытянутые в одном направлении (призматические, столбчатые,  игольчатые,  волокнистые);  вытянутые в двух направлениях (таблитчатые, пластинчатые, листоватые, чешуйчатые) и одинаково развитые по трем измерениям — изометричные (куб, октаэдр и др.).

Цвет обычно постоянный признак минерала. Но иногда один и тот же минерал бывает окрашен в различные цвета. Например, кварц бесцветен (горный хрусталь). Но некоторые разновидности его окрашены в фиолетовый (аметист), золотистый (цитрин), дымчатый (раухтопаз) и черный (морион) цвета. Такая окраска зависит от посторонних примесей. Если разрезать длинный кристалл турмалина вдоль оси, то он окажется послойно окрашенным в самые разнообразные цвета: розовые, зеленые, голубые, бурые, черные.

Цветом черты минерала называется цвет следа, остающегося на матовой шероховатой поверхности фарфоровой пластинки, оцарапанной каким-нибудь минералом. Обычно цвет черты совпадает с цветом самого минерала. Но иногда между ними наблюдается резкое отличие. Например, черный гематит имеет красную черту, а соломенно-желтый пирит — черную.

Спайность —  это  свойство минералов раскалываться по ровным плоскостям в определенных кристаллографических направлениях. Оно обусловлено строением кристаллической решетки минералов. Различают следующие виды спайности: весьма совершенную, совершенную, среднюю и несовершенную. Весьма совершенной спайностью обладают такие минералы, как слюды, хлорит и др. Их кристаллы легко расщепляются. Кристаллы кальцита, флюорита, полевого шпата имеют совершенную спайность. Они раскалываются, образуя гладкие блестящие поверхности. На обломках минералов, обладающих  средней  спайностью (например, пироксенов), наряду с неровными поверхностями отчетливо видны и гладкие блестящие поверхности. В  случае несовершенной спайности зерна минералов ограничены неправильными поверхностями, за исключением граней кристаллов (например, кварц, пирит). Число плоскостей спайности зависит от симметрии (сингонии) кристалла. Так, у сфалерита (кубическая сингония) имеется шесть разно-ориентированных плоскостей спайности.  Минералы низших сингоний имеют спайность только в одном направлении. Например, весьма совершенная спайность слюды мусковита. Минералы с хорошей спайностью, легко раскалывающиеся на пластины, называются «шпатами» (термин шведского происхождения).

Твердость минералов обусловлена прочностью их кристаллической решетки. Одним из распространенных способов определения относительной твердости минералов является царапание исследуемого минерала острыми краями эталонных минералов «шкалы Мооса«. Эта десятибалльная шкала предложена в 1811 г.  немецким ученым Ф.Моосом. Твердость эталонных минералов в ней соответствует их номерам (табл. 1).

Таблица 1

Относительная твердость минералов в шкале Мооса

Минерал Твердость Минерал Твердость
Тальк 

Гипс

Кальцит

Флюорит

Апатит

2

3

4

5

Ортоклаз 

Кварц

Топаз

Корунд

Алмаз

7

8

9

10

 

Если эталонный минерал оставляет царапину на поверхности исследуемого  минерала, то твердость последнего меньше твердости эталонного минерала.      П л о т н о с т ь.  По плотности (массе единичного объёма вещества) минералы подразделяются на легкие (до 2500 кг/м3), средние (2500-4000 кг/м3), тяжелые  (4000-8000 кг/м3) и весьма тяжелые (более 8000 кг/м3).

Классификация минералов

Ученые издавна классифицируют известные им минералы. Первоначально их  подразделяли только по внешним признакам. Затем стали использовать химический состав и кристаллическую структуру минералов. Выделяются несколько  к л а с с о в  минералов.

Класс  с а м о р д н ы х   э л е м е н т о в  включает минералы, состоящие из одного химического элемента и существующие в природе в свободном виде. Это, например, самородное золото, серебро, медь, платина, графит, алмаз, сера и др. Они играют незначительную роль в строении верхней оболочки Земли.

Класс  с у л ь ф и д о в  (лат. «сулфур» — сера) объединяет соединения различных элементов с серой. На сульфиды и их аналоги в земной коре приходится около 13% всех минералов. Среди них имеются важные минералы. Так, галенит (свинцовый блеск) PbS — свинцовая руда, сфалерит (цинковая обманка) ZnS2 — руда цинка; пирит (серный колчедан) FeS2 применяется для производства серной кислоты; халькопирит (медный колчедан) CuFeS2 является одним из главных источников получения меди.

Чем выше природный кларк химического элемента, тем больше минералов, в состав которых входит этот элемент. Так,  кислород встречается почти в половине всех известных минералов.

Около 12% минералов включает класс  о к с и д о в   и   г и д р о к с и д о в. Это — соединения различных элементов с кислородом. К их числу относится, например, кварц, являющийся окислом кремния (SiO2 ) и входящий в состав очень многих горных пород. В виде оксидов в недрах находится ряд важнейших рудных минералов. Например, касситерит (оловянный камень) SnO2 — руда олова,  гематит (железный блеск) Fe2O3 — важнейшая руда железа и др.

К классу   г а л о г е н и д о в  (греч. «галс» — соль, «генезис» — происхождение) принадлежат соли хлористо-, фтористо-, бромисто-, йодистоводородных кислот. Минералы этого класса имеют большое практическое значение. Галит (каменная соль) NaCl применяется для получения соляной кислоты, хлора, едкого натра и др.; сильвин KCl — для производства удобрений; флюорит (плавиковый шпат) CaF используется  для  получения  плавиковой кислоты,  эмали и глазури,  а также в металлургии,  оптике и ювелирном деле.

После кислорода второй по распространенности в земной коре химический элемент — кремний. Он содержится более чем в 430 минералах.

Один из важных минеральных классов — с и л и к а т ы  (лат. «силициум» — кремний) — кремний-кислородные соединения. Их главным  структурным  элементом является ионный четырёхвалентный кремнекислородный радикал-тетраэдр [SiO4]4- . В центре его расположен ион кремния Si4+, а в вершинах — четыре иона кислорода O2- (рис. 4). Тетраэдры соединяются друг с другом по определенным законам: 1) каждый ион кислорода является общим для двух тетраэдров;  2) через ионы кислорода тетраэдры связываются с катионами металлов (образуя «островные» силикаты).  Могут быть и комбинации этих двух способов соединения кремнекислородных тетраэдров. Иногда в силикатном тетраэдре четырехвалентные ионы кремния замещаются трехвалентными ионами алюминия Al3+. Так образуются алюмосиликаты.

По некоторым подсчетам, силикаты и алюмосиликаты составляют около 25% общего числа минеральных видов в земной коре.

Большое значение имеют такие группы силикатных минералов, как оливины, гранаты, пироксены, амфиболы, слюды, полевые шпаты и др.

Оливин — это магниево-железистый силикат (MgFe)2[SiO4], один из главных минералов мантии Земли. Он используется для изготовления огнеупорных кирпичей, в ювелирном деле и других областях.

Гранаты получили свое название по сходству с цветом мякоти плодов граната.   Среди них выделяются: магнезиально-железистый глинозёмистый пироп-альмандин, железисто-марганцевый глинозёмистый альмандин-спессартин, известковый гроссуляр-андрадит, а также титанистый и хромовый гранаты. Они применяются  в абразивной и строительной промышленности, в приборостроении, электронике, как полудрагоценные камни и т.д.

Пироксены —  важные породообразующие минералы — подразделяются на две подгруппы. Ромбические пироксены — это силикаты магния и железа. А к моноклинным пироксенам относится большая группа силикатов кальция, магния, железа и алюминия.

Амфиболы представлены зелеными, бурыми, черными игольчатыми и волокнистыми кристаллами, входящими в состав магматических и метаморфических горных пород.

Слюды — слоистые алюмосиликаты, расщепляющиеся на чрезвычайно тонкие листочки. Обладают высокими диэлектрическими свойствами и термостойкостью. Различают калиевые (мусковитбесцветная слюда), литиевые (лепидолит) и мегнезиально-железистые (флогопит, биотит) слюды.  Они применяются для производства изоляторов и огнестойких строительных материалов.

Наиболее распространены среди силикатов полевые шпаты. Они представляют собой алюмокремниевые соли калия, натрия и кальция. И по химическому составу подразделяются на две подгруппы. К  п е р в о й  подгруппе относятся калиево-натровые (щелочные) полевые шпаты. Ко  в т о р о й — известково (кальциево)-натровые полевые шпаты, или плагиоклазы. Среди калиево-натровых полевых шпатов наиболее распространены минералы ортоклаз и микроклин. Они имеют одну  химическую формулу K[AlSi3O8], но отличаются различным строением  кристаллов. Ортоклаз  (греч. «ортос» — прямой, «клязис» — разлом) при ударе раскалывается по параллельным  плоскостям  под  углом 90°.  У микроклина (греч. «микрос» — малый,  «клино» — наклоняю) угол между плоскостями раскола (спайности) меньше прямого.

Плагиоклазы (греч.  «плягиос» — косой, «клясис» — разлом) представляют собой  двойной ряд химических изоморфных смесей (100)Na[AlSi2O3]+Ca[Al2Si2O8].  Крайними членами этого ряда являются минералы альбит Na[AlSi3O8] и анортит Ca[Al2Si2O8 ]. Угол между плоскостями спайности у плагиоклазов составляют 86-87°.

Полевые шпаты имеют большое практическое значение. Так, ортоклаз и микроклин — ценное керамическое сырье. Плагиоклазы используются в качестве облицовочного камня (лабрадориты) и в  ювелирном  деле  (лунный и солнечный камни), в стекольной, абразивной и электротехнической промышленности.

Важную роль играют такие классы минералов, как фосфаты, карбонаты, сульфаты и др.

Ф о с ф а т ы  —  это соли фосфорной кислоты. Наиболее распространен среди них минерал апатит Ca5[PO4]3(F,Cl). Он применяется для производства фосфора, фосфорной кислоты, искусственных удобрений.

К а р б о н а т ы   являются солями угольной кислоты. Главные их минералы кальцит CaCO3 , доломит CaMg[CO3]2, сидерит FeCO3, магнезит МgCO3 и др.  Кальцит (известковый шпат) применяется в оптической и химической промышленности,  строительстве и других областях. Доломит используется в качестве строительного камня, огнеупорного материала, в химической промышленности.  Сидерит (железный шпат) является рудой железа. Магнезит (магнезиальный шпат) применяется для изготовления огнеупорных кирпичей, в абразивной промышленности,  строительстве, электротехнике.

К с у л ь ф а т а м — солям серной кислоты — относятся гипс CaSO4·2O, ангидрит CaSO4, мирабилит (глауберова соль) Na2SO4 ·10H2O, барит BaSO4. Гипс используется в медицине, строительстве, цементной и бумажной промышленности. Ангидрит (безводный сульфат кальция) является сырьем цементной промышленности. Мирабилит применяется для изготовления соды, вмедицине, стекольной и красочной промышленности. Барит (тяжелый шпат) используется в качестве утяжелителя  глинистого раствора при бурении глубоких скважин, в медицине, химической, резиновой и бумажной промышленности.

Горные породы

Минералы вступают в различные сочетания друг с другом, образуя   г о р н ы е   п о р о д ы. Последние по своему происхождению подразделяются на три группы:  магматические, осадочные и метаморфические породы.

М а г м а т и ч е с к и е горные породы образуются в процессе остывания расплавленных магм, поднимающихся из глубинных недр Земли к ее поверхности. Породы называются глубинными, или интрузивными (лат. «интрузио» — внедрение), если магма застыла на глубине. А если на земной поверхности, — то излившимися, или эффузивными (лат. «эффузио» — излияние).

Магматические породы состоят преимущественно из силикатов и алюмосиликатов. Наиболее важными их компонентами являются оксиды кремния SiO2 (кремнезем) и алюминия Al2O3 (глинозем). По содержанию кремнезема магматические породы подразделяются на  у л ь т р а о с н о в н ы е,  о с н о в н ы е,  с р е д н и е  и к и с л ы е (табл. 2).

Таблица 2

Подразделение магматических пород по содержанию кремнезема

Породы Содержание 

SiO2, %

Характерные породы 

Интрузивные           Эффузивные

Ультраосновные 

Основные

Средние

Кислые

Менее 40 

40-52

52-65

Более 65

Дунит, пироксенит, перидотит Габбро 

Диорит

Гранит, гранодиорит

— 

Базальт,  долерит

Андезит

Дацит, липарит  (риолит)

Название кислые породы (много кремнезема) произведено от слова кремнекислота. Так называют окисел SiO2 . Основные породы содержат много оснований — Ca, Mg, Fe и др. В природе не известны магматические породы, содержащие SiO2 меньше 20% и более 85%.

Важнейшими магматическими породами являются дуниты, перидотиты и  пироксениты, габбро и базальты, диориты и андезиты, граниты и липариты (риолиты).     Дуниты, перидотиты, пироксениты — это преимущественно глубинные магнезиально-железистые породы с незначительным содержанием кремнезема. Они различаются по содержанию минерала оливина: 100-85% — дуниты, 85-70% — пироксеновые оливиниты, 70-30%- перидотиты, 30-10% — оливиновые пироксениты,  менее 10%  — пироксениты. Роль этих пород в строении Земли велика. Предполагается,  что именно они развиты в мантии ниже земной коры. С породами, обогащенными оливином, связаны месторождения алмазов, хромита, золота, платины, никеля и других полезных ископаемых.

Габбро и базальты — основные магматические породы. Они отличаются от ультраосновных пород меньшим содержанием окислов железа и магния и большим содержанием глинозема и кальция.  Габбро представляют глубинные образования. Базальты — темно-зеленые или  черные  силикатные  породы, излившиеся на земную поверхность. Они состоят главным образом из основного плагиоклаза, пироксенов и часто оливина и содержат кальций,  натрий,  магний и железо.  Подобные им мелкозернистые породы называются долеритами. Главными минералами габбро и базальтов являются основные плагиоклазы и моноклинные пироксены. С габбровыми породами связаны  месторождения железных, титано-железных, титано-ванадиевых и никелевых руд, а также медного и серного колчедана. Базальты используются в каменно-литейной промышленности и как ценный облицовочный, электроизоляционный и кислотоупорный материал.

К группе диоритов-андезитов относятся средние магматические породы. Диориты — глубинные образования. Они состоят из плагиоклаза и амфибола, содержат ромбический пироксен или биотит. Андезиты — их излившиеся аналоги.

Граниты-липариты являются  кислыми  магматическими породами. Им присуще значительное содержание кремнезема.  Глубинные  образования — граниты состоят  в  основном  из  полевых  шпатов  (до  70%)  и кварца (25-35%). В незначительном количестве присутствуют  биотит, амфибол, пироксен. Излившиеся аналоги гранитов называются липаритами,  или риолитами (греч. «рео» — теку). С гранитоидными породами связана главная масса рудных месторождений магматического происхождения.

О с а д о ч н ы е горные  породы образуются путем переотложения на поверхности Земли или на дне морей, озер и рек продуктов разрушения различных коренных пород. Они покрывают около 75% поверхности континентов. С  осадочными  горными породами связаны такие важные полезные ископаемые, как нефть и природный газ, уголь, железо, алюминий, золото и др.

В зависимости от происхождения осадочные породы подразделяются на обломочные, глинистые, химические и биохимические.

О б л о м о ч н ы е  п о р о д ы — это продукты механического разрушения коренных горных пород. Классификация их исходит из размеров обломков. Более 1 мм —

г р у б о о б л о м о ч н ы е  породы.  От  1,0 до 0,1 мм – п е с ч а н ы е,  0,1-0,01 мм – а л е в р и т о в ы е  фракции.

Обломочные породы бывают  р ы х л ы м и  и  с ц е м е н т и р о в а н н ы м и,  у г л о в а т ы м и  и  о к а т а н н ы м и. Угловатые грубообломочные породы подразделяются на дресву (1-10 мм), щебень (1-10 см) и глыбы (более 10 см). А округленные (окатанные) разности называются соответственно гравием,  галькой и валунами. Те же породы могут быть представлены монолитной (сцементированной) минеральной массой.  В этом случае они называются брекчией,  если состоят из угловатых обломков, или гравийным конгломератом, конгломератом и валунным конгломератом, если состоят соответственно из гравия, гальки и валунов.

Рыхлые песчаные породы — это пески, сцементированные — песчаники. По величине обломочных зерен они делятся на  к р у п н о з е р н и с т ы е  (1,0-0,5 мм),  с р е д н е з е р н и с т ы е  (0,5-0,25 мм)  и  м е л к о з е р н и с т ы е  (0,25-0,1 мм).

Алевриты — рыхлые разности алевритовых пород. Их сцементированные аналоги называются алевролитами.

Глинистые породы состоят из мельчайших минеральных частиц  размерами менее 0,01 мм и содержат свыше 30% тонкодисперсных (лат. «дисперсио» — рассеяние) частиц менее 0,001 мм. По минеральному составу глины резко отличаются от типичных обломочных пород. Их главные составные части — кремнезем и глинозем. Наиболее распространенными глинистыми минералами являются каолинит,  гидрослюды,  монтмориллонит. По преобладанию одного из них глины получают свое название.

Глины обладают пластичностью и низкой водопроницаемостью.  Это обусловливает их роль как водоупорных горизонтов подземных вод. Сильно  уплотненные глины,  не размокающие в воде,  называются аргиллитами (греч. «аргиллос» — глина, «литос» — камень).

Химические и  биохимические  породы образуются в результате химических реакций или выпаривания, либо при косвенном участии биологических организмов.  А также при концентрации их тел и скелетов. К числу пород данной группы относятся:  алюминиевые (латериты, бокситы),  кремнистыефосфатные (фосфориты),  железистые (бурые железняки),  а также карбонатные (известняки,  мергели, доломиты), галоидные (галит), сульфатные (гипс, ангидрит) породы и каустобиолиты (торф, бурые и каменные угли, горючие сланцы, озокерит и др.).

Иногда в группу осадочных пород включают также вулканогенно-обломочные, или пирокластические (греч. «пир» — огонь, «клястикос» — раздробленный), породы.  Это обычно вулканические туфы,  возникающие в результате отложения твердых продуктов вулканических извержений.

М е т а м о р ф и ч е с к и е (греч. “метаморфосис” — превращение) горные породы образуются в процессе глубокого преобразования осадочных и магматических пород. Происходит это на значительных глубинах под воздействием огромных давлений и высоких температур. Или на контакте расплавленных магматических интрузий с холодными вмещающими породами вследствие привноса в исходную породу извне высокотемпературных газов и водных растворов.

Метаморфические породы отличаются от исходных пород минералогическим  составом. Кроме того, под влиянием повышенного давления исходная порода приобретает новые текстурные признаки, например, сланцеватость и др.  Текстура (лат. «текстура» — ткань, строение) характеризует взаимное расположение и ориентировку минеральных агрегатов. А под воздействием высокой температуры исходная порода перекристаллизовывается.

К числу  наиболее  распространенных метаморфических пород относятся глинистые сланцы, гнейсы, кварциты, мраморы, серпентиниты, скарны, роговики.

Г л и н и с т ы е  с л а н ц ы — это породы, образовавшиеся вследствие уплотнения глин. Г н е й с ы — сильно метаморфизованные осадочные и магматические породы разнообразного состава. Они обладают сланцеватой,  ленточной, очковой или другой текстурой.

К в а р ц и т ы — метаморфизованные кварцевые пески и песчаники.  Железистые кварциты (джеспилиты) являются важной железной рудой.

Метаморфизованные известняки называются мраморами. А в результате метаморфизации ультраосновных пород образуются серпентиниты. Для них характерна зеленая пятнистая окраска.

При взаимодействии высокотемпературных магматических  растворов  с вмещающими осадочными  породами  образуются скарны и роговики.  Этот процесс называется контактным метаморфизмом. Он происходит в широком диапазоне глубин.

С к а р н ы возникают в зоне контакта магмы с карбонатными и силикатными породами. Они состоят в основном из пироксенов и гранитов, иногда с примесью эпидота, актинолита и разнообразных рудных минералов (железа, меди, свинца, цинка, золота, олова, вольфрама, молибдена и др.). Со скарнами связаны различные рудные  месторождения: железные, медные, свинцово-цинковые, вольфрамовые,  молибденовые, золотые, кобальтовые, мышьяковые, оловянные и др. Роговики образуются в результате метаморфизации песчано-глинистых пород. В состав роговиков входят различные минералы: кварц, слюда, часто полевые шпаты, гранат, андалузит, силлиманит и др.

Внутренние оболочки Земли

Прямые свидетельства глубинного строения земных недр относятся к небольшим глубинам. Они получены в процессе изучения естественных разрезов (обнажений) горных пород, разрезов карьеров, шахт и буровых скважин. Самая глубокая в мире скважина на Кольском полуострове углубилась в недра на 12 с небольшим километров. Это составляет всего лишь 0,2% радиуса Земли. Продукты вулканических извержений дают возможность судить о температурах и составе вещества на глубинах 50-100 км. Однако, несмотря на это, благодаря достижениям научно-технического прогресса, мы уже многое знаем о глубинном строении земных недр.

В 80-е гг. ХIХ в. австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831-1914) высказал мысль о том, что Земля, подобно луковице, состоит из концентрических оболочек и плотного ядра. Данные сейсмологии подтвердили это.

Сейсмическая модель Земли. Австралийский сейсмолог К.Буллен,  основываясь на  скорости распространении  сейсмических волн,  разделил земные недра на ряд «слоёв«, обозначенных заглавными буквами латинского алфавита: A, B, C, D, E, F, G (рис. 5). Получилась сейсмическая модель Земли. В этой модели слой A (0-35 км) — земная кора. Слои B (35-400 км) и C (400-1000 км) соответствуют верхней мантии;  слой D (1000-2900 км) — нижней мантии. Слои E (2900-4980 км), F (4980-5120 км) и G (5120-6371 км) образуют ядро Земли.

З е м н а я   к о р а — это верхняя твердая каменная оболочка Земли. Ее толщина составляет 5-7 км в океанах , 35-40 км на равнинных территориях континентов и до 50-70 км под горными сооружениями. Объём земной коры составляет 1,5% объёма всей Земли. Скорость прохождения в земной коре продольных сейсмических волн достигает 6,5-7,2 км/с, поперечных волн — 3,7-3,8 км/с.

При переходе к слою B скорость распространения продольных волн скачкообразно измененяется до 8,0-8,2 км/с. Первым эту сейсмическую границу установил хорватский геофизик Андрия Мохоровичич, изучивший в 1909 г.  сейсмограмму сильного Балканского землетрясения. Он обратил внимание на то, что на глубине 30 км скорость сейсмических волн существенно возросла. Этот сейсмический раздел и был принят за нижнюю границу земной коры. Впоследствии эта граница  получила название раздела Мохоровичича (или коротко — Мохо, или M).

В земной коре материков по скорости распространения сейсмических волн выделяют три «слоя»: верхний — осадочный, средний — гранитный и нижний — базальтовый (рис. 6). Они  различаются  физическими свойствами, химическим и минеральным составом.

Единого мнения о химическом составе земных недр среди ученых не существует. Но на основании косвенных данных предполагается, что  базальтовый и гранитный слои представлены не только базальтами и гранитами, но и другими магматическими и метаморфическими породами.

«Базальтовый» слой назван так потому, что скорости прохождения через него продольных сейсмических волн (6,5-7,2 км/с) соответствуют полученным в  лабораторных условиях скоростям упругих колебаний в базальтах.

В «гранитном» слое скорость продольных сейсмических волн (5,5-6,3  км/с)  совпадает со скоростью упругих колебаний, полученных для гранитных пород. Осадочный слой сложен продуктами  разрушения  пород  «гранитного» слоя и самого осадочного слоя. Он покрывает почти всю поверхность Земли и представлен песчаниками,  глинами, известняками и другими осадочными породами. Скорость распространения продольных сейсмических волн в осадочном слое составляет 2,0-5,5 км/с. На  континентах  в глубоких впадинах его мощность (толщина) достигает 20- 25 км (например, Прикаспийская впадина). Толщина “гранитного» слоя достигает в  среднем 15 км. В некоторых районах, например на Кольском полуострове в России, в Финляндии и др., «гранитный” слой выходит на дневную поверхность и доступен для непосредственного изучения. Базальтовый слой, по оценкам, достигает 20-35 км.

Существуют резкие различия в мощности, составе, строении и возрасте земной коры континентальных и океанических областей.

В  океанах  мощность земной коры достигает 5-9 км. Здесь выделяют три “слоя”.

О с а д о ч н ы й  слой состоит из неуплотненных осадков мощностью до 1 км. Скорость распространения продольных сейсмических волн в них достигает 2,0-2,5 км/с. В т о р о й  слой, вскрытый под осадочным покровом бурением, сложен базальтами с прослойками карбонатных и кремнистых пород. Его мощность составляет 1-3 км. Скорость распространения продольных сейсмических волн 3,5-4,5 км/с. Образцы горных пород нижнего слоя отобраны со дна океана драгами. Этот слой представлен основными магматическими породами (габбро) с подчиненными ультраосновными породами (серпентиниты, пироксениты). По сейсмическим данным, его мощность составляет 3,5-5,0 км. Скорость продольных сейсмических волн  6,3- 6,7 км/с. «Гранитный» слой в разрезе земной коры океанов отсутствует (рис. 6).

Толщина базальтового слоя в океанах не превышает 5,0-6,0 км. Верхняя часть его вскрыта рядом глубоких  скважин.  В нескольких местах бурением обнаружено переслаивание базальтов и затвердевших осадков.

М а н т и я  З е м л и распространяется до глубин 2900 км и составляет 82,3% объема Земли. О ее строении и составе могут быть высказаны лишь гипотетические предположения. Они основаны на сейсмологических данных и материалах экспериментального моделирования физико-химических процессов, происходящих в недрах при высоких давлениях и температурах. Скорость продольных сейсмических волн в мантии нарастает до13,6 км/с, поперечных — до 7,2-7,3 км/с  (рис. 7).

Считается, что верхняя мантия сложена ультраосновными породами, главным образом перидотитом. Перидотит на 80% состоит из минерала оливина (Mg,Fe)2 [Sio4] и на 20% из пироксена (Mg,Fe)2[Si2O6]. По мнению некоторых ученых, резкое изменение плотности на границе земной коры и мантии связано с изменением химического состава вещества: переходом базальтов земной коры в перидотиты верхней мантии. Другие ученые предполагают изменение на этой границе не химического состава, а агрегатного состояния горных пород. Они считают, что ниже раздела Мохо базальты земной коры переходят в эклогиты. Это породы, близкие базальтам по химическому составу, но в значительной  степени метаморфизованные,  более плотные и обогащенные гранатом. Возможность подобного метаморфоза подтверждается  следующим примером. Углерод, из которого делаются грифели для карандашей, представляет собой простой графит пока его плотность составляет 2 т/м3. Но тот же углерод на больших глубинах,  в условиях огромных давлений и температур, претерпевает фазовый переход, уплотняется до 3,5 т/м3 и переходит в алмаз.

В 1914 г. американский геолог Джозеф Баррел высказал идею, что в мантии существует пластичная оболочка, сложенная разогретым веществом. Он назвал ее «астеносферой» (греч. «астенос» —  слабый, «сфера» — шар).

В 1926 г. немецкий геофизик Бено Гутенберг (1889-1960), изучая прохождение сейсмических волн, установил, что в верхней мантии, действительно, существует зона, где скорость поперечных волн уменьшается на 3-5%. Ее стали называть  астеносферой. Предполагается, что доля расплавленных пород в ней, возможно, составляет всего 1-3%. Но благодаря этому, астеносфера обладает пластичностью, меньшей вязкостью, текучестью. Получены указания на то, что это не сплошная оболочка, а отдельные прерывистые астенолинзы. Под континентами астеносфера залегает на глубине 150 км, под океанами – 15-150 км.

Залегающую выше астеносферы твердую плотную оболочку (включая земную кору) стали называть, как это предложил Дж.Баррел, литосферой (греч. «литос» — камень).

Я д р о  З е м л и подразделяется на внешнее — слой E (2900-4980 км), переходную зону — слой F (4980-5120 км) и внутреннее ядро — слой G (до 6371 км). Ядро составляет 16,2%  ее объёма и 1/3 массы. Оно, видимо, сжато у полюсов на 10 км. На границе мантии и ядра (2900 км) происходит скачкообразное понижение скорости продольных волн с 13,6 до 8,1 км/с. Поперечные волны ниже этой границы раздела не проникают. Ядро не пропускает их сквозь себя. Это дало повод сделать вывод, что во внешней части ядра вещество находится в жидком (расплавленном) состоянии. Ниже границы мантии и ядра скорость продольных волн вновь нарастает — до 10,4 км/с.  На границе внешнего и внутреннего ядра (5120 км)  скорость продольных волн достигает 11,1 км/с. А потом до центра Земли почти не изменяется.

На этом основании предполагается,  что с глубины 5080 км вещество ядра вновь приобретает свойства очень плотного тела,  и выделяется твердое внутреннее «ядрышко» с радиусом 1290 км. По мнению одних ученых, земное ядро состоит из никелистого железа. Другие утверждают, что железо, кроме никеля содержит примесь легких элементов — кремния, кислорода, возможно, серы и др.

 

 

Глава 2. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Изменения    Земли    так   медленны

в  сравнении  с  коротким периодом  нашей жизни,

что  на них не обращают  внимания.

Аристотель

Процессы внешней динамики Земли

Лик Земли незаметно, но непрерывно изменяется под воздействием различных природных геологических процессов. Те из них, которые обусловлены действием внешних агентов и происходят в приповерхностной зоне, называются процессами внешней динамики Земли, или экзогенными (греч. «эксос» — снаружи, «генесис» — происхождение) процессами.

Важнейшими факторами внешней динамики Земли являются такие процессы как выветривание,  геологическая деятельность,  деятельность ветра, поверхностных текучих вод, подземных вод, ледников, морей и океанов, а также гравитационные процессы и др.

Выветривание. Выветриванием называется совокупность процессов физического разрушения и химического разложения минералов и горных пород.

Химическим выветриванием называется качественное изменение структуры и состава минералов и замещение их новыми под воздействием обладающих окисляющей и растворяющей способностью кислорода, углекислоты и других химически активных элементов, содержащихся в атмосферных и почвенно-грунтовых водах. Химическое выветривание соровождается процессами окисления, гидратации, растворения и гидролиза. воздействие на горные породы оказывают находящиеся в воде растворенные ионы НСО3, SO2-4, Cl, Ca2+, Mg2+, Na+, K+. Они способны замещать заряженные атомы в кристаллах или взаимодействовать с ними, нарушая первичную кристаллическую структуру минералов.

Насыщенные углекислотой поверхностные атмосферные осадки, просачиваясь сквозь поры и трещины в горных породах, окисляют и растворяют (выщелачивают) их. При этом из горных пород выносятся такие химические компоненты, как хлориды, сульфаты, карбонаты, и образуются новые минералы, соответствующие определенным физико-химическим условиям. В результате растворяющей деятельности атмосферных вод на поверхности растворимых пород образуются борозды, воронки, котловины. С процессами химического выветривания в самой верхней части земной коры связано образование слоя плодородной почвы.

Химическому выветриванию содействует деятельность животных и растительных организмов. Например, моллюсков, просверливающих норы в прибрежных скалах. Они разлагают первичные минералы, поглощая из разрушаемой породы питательные химические элементы. Корни деревьев, растущих в трещинах горных пород, также  оказывают на них биохимическое воздействие.

Физическое выветривание, или физическое разрушение  горных пород, происходит под воздействием солнечной энергии (температурное выветривание) и воды (механическое выветривание). Оно сильнее всего проявляется в областях с резким колебанием температуры дня и ночи. Теплым днем горные породы разогреваются и расширяются в объёме. А ночью, охлаждаясь, вновь сжимаются. При этом одни минералы расширяются больше,  а другие — меньше. Например, у кварца коэффициент объёмного расширения равен 0,000310,  у ортоклаза — 0,000170.  Этого достаточно для того, чтобы ослабить силы сцепления между отдельными  минеральными зернами. В результате в горных породах возникают трещины, и породы раскалываются на отдельные обломки.

Вода участвует в физическом выветривании следующим образом. Так, 1 г воды при 4°С имеет объем равный 1 см3.  А в твердом агрегатном состоянии (0°С) объём 1 г льда занимает 1,000132 см3. Проникая в трещины и пустоты горных пород, вода замерзает и оказывает на их стенки громадное давление (более 2000 кг/см2). Это  приводит к разрушению и дроблению коренных пород.

Геологическая деятельность ветра. К числу активных экзогенных процессов относятся процессы, связанные с эоловой (по имени греческого бога ветров Эола) деятельностью. Переносимые воздушными струями твердые кварцевые песчинки обтачивают, истирают и полируют поверхность горных массивов. Процесс разрушения горных пород с помощью переносимых ветром твердых частиц называется корразией (лат. «корразио» — обтачивание). Разрушение, раздробление и выдувание ветром (воздушными струями) рыхлых  горных пород на поверхности Земли называется дефляцией (лат. «дефляцио» — выдувание). Разрушая горные породы и выдувая из них песчинки и более крупные обломки, ветер создает замысловатые «формы рельефа».

Ветер не только оказывает динамическое воздействие на горные породы. Он переносит на огромные расстояния рыхлый материал. В пустыне Каракум, например, массивы  сыпучего песка, образующего барханы, перенесены ветром из районов, расположенных в 500 км и более от их современного местонахождения.

Геологическая деятельность поверхностных текучих вод.

Эрозия. Текучие воды производят огромную  геологическую  работу по  разрушению горных пород и переносу их обломков. Разрушение горных пород и почв путем  смыва   их частиц называется эрозией (лат. «эродо» — размываю). Различают поверхностную, линейную, боковую и глубинную эрозию водными потоками. Поверхностная эрозия сглаживает неровности рельефа,  линейная — расчленяет его, вырабатывает ложбины, овраги и в конечном итоге долины. При боковой эрозии происходит подмыв берегов рек. Глубинная эрозия проявляется в углублении дна русла реки. Чем больше уклон русла, тем больше энергия водного потока. Наибольшая глубинная эрозия — наибольшее углубление дна русла — происходит в верхнем течении реки вследствие значительного уклона поверхности ее русла.  В нижнем течении склоны пологие, и углубление русла здесь незначительное. Самая нижняя точка русла,  где река впадает в море,  называется «базисом  эрозии«.  Она  совпадает  с уровнем моря,  и ниже река не может углублять свое русло. Но с понижением уровня моря базис эрозии также понизится,  и русло реки вновь углубится.

Режим рек изменяется во времени и проявляется чередованием в течение года периодов высокого (половодье, или паводк) и низкого (межень) уровня воды. Количество воды в реках о время половодий увеличивается в 5-20 раз и более. Возвышающаяся в межень непосредственно над руслом часть долины реки называется поймой. В случае появления молодых эрозионных врезов (при понижении базиса эрозии или поднятии суши) в реке на месте плоскодонных хорошо разработанных долин формируется новая пойма на более низком гипсометрическом уровне. Участки прежнего дна долины, возвышающиеся в несколько ярусов над современной поймой, называются надпойменными террасами. Нумерацию надпойменных террас обычно начинают снизу от наиболее молодой к боле е древней (I, II, III, IV и т.д.).

Текучие воды существенно преобразуют рельеф поверхности континентов. В течение миллионов лет они  уничтожают  самые  высокие горные хребты. Реки не только разрушают коренные горные породы, но и перемещают вниз по течению — в моря продукты разрушения и все, что попадается на их пути. В целом по земному шару денудация понижает поверхность суши со средней скоростью около 0,09 мм в год, или 9 см в тысячелетие. Количество переносимого реками обломочного материала и растворенных веществ велико. Например, Волга ежегодно выносит в Каспийское море около 46,5 млн. т  химически растворенных веществ и 40-50 млн. т взвешенного материала.  Подсчитано, что все реки земного шара ежегодно выносят в моря и океаны примерно 20 млрд. т твердых веществ,  полученных за счет разрушения суши.

Совокупность процессов сноса и удаления с возвышенностей продуктов выветривания горных пород с последующим их накоплением в понижениях рельефа называется денудацией (лат. «денудацио» — обнажение).

Осадконакопление. Переносимые текучими  водами продукты разрушения горных пород  осаждаются по пути продвижения водных потоков. На  склонах возвышенностей скапливается делювий (лат. «делюо» — смываю). У выхода временного потока из горного ущелья на предгорную равнину поток теряет силу и несомый им обломочный материал осаждается. Так образуются конусы выносов — веерообразно накопленные грубообломочные отложения, состоящие главным образом из галечников. Более общее название таких  образований — пролювий (лат. «пролюо» — промываю).

На дне пологого речного русла осаждается обломочный материал, называемый аллювием (лат. «аллювио» — нанос). В аллювии часто концентрируются различные ценные минералы,  вымываемые  из коренных пород. Они образуют россыпные месторождения золота, платины, алмазов, рубина, титанистого железняка, касситерита и других минералов.

При впадении рек в моря и озера происходит резкое понижение скорости речного потока. Вследствие этого принесенный реками обломочный материал осаждается в устье реки. Здесь образуется широкий песчаный треугольный конус выноса — дельта. Дельты рек занимают иногда значительные площади. Например, площадь дельты реки Волги около 19 тыс. км2, Лены – 28 тыс. км2; площадь дельты реки Хуанхэ в Китае около 500 тыс. км2. Наземная дельта переходит в подводную дельту или авандельту.

Выносимые в огромном количестве реками обломки горных пород и растворенные  химические  вещества являются источником образования морских осадков. Последние играют основную роль в строении осадочного слоя земной коры.

Существенно отличаются от морских и речных  аллювиальных  осадков ледниковые отложения. Переносимые и переотложенные ледниками продукты разрушения коренных горных пород называются мореной. Характерным типом озерно-ледниковых отложений  являются ленточные глины.  Они образуются следующим образом.  Летом во время интенсивного таяния льда в ледниковые озера сносится более крупный песчаный материал. А зимой ослабленные потоки приносят лишь мельчайшие глинистые частицы.  Таким образом, за год  образуются два прослоя (пески и глины),  составляющих один годичный слой.  Толщи ленточных глин насчитывают более тысячи таких слоев.  Если подсчитать их общее количество, то можно установить время, в течение которого накапливалась данная толща.

Геологическая деятельность подземных вод

Атмосферные осадки и талые снеговые воды сливаются в реки. Большая их часть впадает в моря или озера. Меньшая часть испаряется с поверхности Земли в атмосферу. Другая часть поверхностных текучих вод просачивается (инфильтруется) вглубь,  пополняя подземные воды. Под воздействием подземных вод внутри пластов осадочных пород происходит растворение и вынос хлоридов, сульфатов, карбонатов, а слествием — формирование пустот, полостей и пещер. Этот процесс называется карстом — по названию горного известнякового плато Карст близ г. Триеста на побережье Адриатического моря, где карстовый процесс и  карстовые формы наиболее полно развиты.

Геологическая деятельность льда. Немалую роль в разрушении коренных горных пород играют и ледники. Они занимают около 11% поверхности суши земного шара. А общий объем заключенного в них льда составляет около 30 млн км3. Лед обладает пластичностью и способностью течь под давлением. Скорость движения ледников составляет от 0,25 мм/ч до 1,25 м/ч. Переносимый и откладываемый ледниками обломочный материал – от тонких глинистых частиц до крупных валунов и глыб – называется мореной.

Геологическая деятельность морей. Большую геологическую работу по  разрушению горных пород и переносу их обломков производит море. Разрушительная работа моря называется абразией (лат. «абрасио» — соскабливаю). Морские волны обладают колоссальной  разрушительной  силой.  Они  разбивают даже самые крепкие породы. Например,  в архипелаге Тонга (западная часть Тихого океана)  в  1885  г.  во время подводного вулканического извержения на месте существовавшей ранее отмели появился остров высотой 76 м. К 1889 г. он был размыт и вновь превращен в отмель. Волны способны перемещать на значительные расстояния глыбы весом до тысячи тонн.

Гравитационные процессы. Под действием силы тяжести продукты выветривания либо остаются на месте своего образования, либо скатываются вниз по склонам гор и оврагов и накапливаются у подножий. В первом случае они называются элювием (лат. «элюо» — вымываю), во втором — осыпями. На крутых обрывах под влиянием сил гравитации вследствие подмыва или переувлажнения склона могут происходить  оползни, приводящие к большим разрушениям и человеческим жертвам. Крупные массы горных пород перемещаются (оползают) вниз по наклонной поверхности глинистого слоя. В горах с крутыми обрывистыми склонами под влиянием силы тяжести  возникают  обвалы больших масс горных пород, особенно  во время землетрясений. Так, в 1911 г. на Памире обвалившаяся глыба пород объемом 8 млрд т, спустившись по склону, перегородила р. Мургаб, образовав плотину высотой 600 м.

Процессы внутренней динамики Земли

В недрах Земли непрерывно происходят процессы, называемые внутренними, или эндогенными (греч. «эндон» — внутри). Среди них различают магматизм, метаморфизм и  тектогенез.

Магматизм. Магматические процессы проявляются в перемещении из глубоких недр к земной  поверхности расплавленной магмы (греч.  «магма» — тесто).  Различают поверхностный (эффузивный) и глубинный (интрузивный) магматизм.

П о в е р х н о с т н ы й   м а г м а т и з м проявляется в форме вулканизма (лат.  «вулканус» — огонь). Выделяют два типа  вулканов — центральный и трещинный.

Вулканы центрального типа имеют форму усеченного конуса, образованного продуктами  извержения (рис. 8).  В центре вулкана расположено жерло (рис. 9, 5), соединяющееся непосредственно с вулканическим очагом (рис. 8,1). Через жерло извергаются магматические продукты. У поверхности жерло переходит  в чашеобразную воронку — кратер (греч.  «кратер» — глубокая чаша), образующийся в результате взрыва (рис. 8, 6).   Нередко после извержения вулкана в верхней части вулканического очага возникает полость. В нее проваливается вершина вулкана, а иногда и примыкающая к нему местность. Такая обвалившаяся  впадина называется кальдерой (исп.  «кальдера» — большой котел). Размеры кальдер могут во много раз превышать размеры  кратеров.  Например,  кальдера Кракатау имеет в поперечнике 7 км.  В Японии известны кальдеры до 13-25 км.

Стенки древнего кратера представляют собой высокий вал,  называемый «сомма» (рис. 8, 3). При следующем извержении вулкана на дне кальдеры образуется небольшой конус (рис. 8, 4). На его вершине располагается новообразованный кратер.

Продукты вулканических извержений представлены жидкими, твердыми и газообразными веществами.

Жидкие продукты вулканических извержений называются лавой (итал. «лава» — затопляю). Достигая земной поверхности, лавы теряют большую  часть летучих компонентов и становятся более вязкими.  По минеральному составу лавы разделяются на основные (базальтовые),  средние (андезитовые) и кислые (гранитные, или риолитовые). От химического состава лавы в значительной степени зависят и ее физические свойства. Базальтовые (основные) лавы обычно более  жидкие и высокотемпературные.  Они текут со скоростью до 40-50 км/ч.  Гранитные (кислые) лавы характеризуются повышенной вязкостью и  малой текучестью.  Их  извержение  сопровождается выделением огромного количества газов и  выбрасыванием  в  атмосферу  обломков  твердых  пород, встретившихся на пути их прорыва.

Твердые продукты  вулканических извержений в зависимости от величины обломков подразделяются на пепел,  песок,  лапилли и бомбы. Пепел состоит из мельчайших частиц (менее 1 мм) лавы,  вулканического стекла и других пород.  Песком называются частицы лавы величиной от  1 до 5 мм.  Лапилли (лат. «лапиллис» — камешки) — это пузырчатые или округленные обломки шлаков величиной до 1,5-3,0 см. Вулканические бомбы представлены крупными обломками лавы от нескольких сантиметров до 1 м и более.

В составе вулканических газов преобладают пары воды.  В различных количествах присутствуют также углекислота,  окись углерода, азот, водород, метан, хлор, фтор, газообразные соединения серы и бора, аргон и другие газы. По мере угасания активности вулкана и падения температуры  состав газов изменяется.

Газы и пары воды с температурой выше 180°С  называются фумаролами (лат.  «фумус» — дым). Поствулканические процессы также сопровождаются выделением газов.  Газы с  температурой 100-180° С,  содержащие значительное количество сернистых соединений,  называются сольфатарами (итал.  «сольфатара» — серная копь). Газообразные  смеси  с  температурой менее 100° С,  в которых, кроме паров воды,  преобладают углекислые газы, называются  мофетами (итал. «мофета» — место зловонных испарений).

Обычно в качестве одного из «классических» примеров приводится извержение вулкана Мон-Пеле на о. Мартиника (Малые Антильские острова) 23 апреля 1902 г. Вулкан, возвышающийся в 10 км от города Сен-Пьер, стал проявлять активность с конца апреля. 8 мая в 7 ч 50 мин. утра раздались взрывы колоссальной силы. И на высоту более 10 км  взметнулись мощные пепловые облака. Из кратера вулкана вырвалась плотная раскаленная черная туча газа и распыленной лавы. Она устремилась вниз по склону вулкана со скоростью 180 км/ч. Температура в огненной туче достигала 700 -1000° С. Туча толкала перед собой плотный сгусток  горячего воздуха. Через несколько секунд он ураганом налетел на город Сен-Пьер, разрушил все дома. Еще через десять секунд город накрыла и  сама  туча.. Горячий газ мгновенно обжигал легкие. От удушья погибло 30 тысяч жителей Сен-Пьера. Спасся лишь один человек. Он сидел в подвале тюрьмы, и окошко  его  камеры было обращено в сторону,  противоположную той, откуда надвигалась раскаленная черная туча.

После извержения  8  мая  из жерла вулкана стал медленно выдавливаться купол, состоявший из раскаленной густой лавы кислого состава, имевшей температуру до 700-800° С. В середине октября 1902 г. На восточной стороне купола начал подниматься огромный лавовый обелиск, напоминавший по форме гигантский палец.  Он рос со скоростью около 10 метров  в сутки и достиг 900 м над уровнем кратера. В августе 1903 г. обелиск распался.

Подавляющее число современных вулканов центрального типа расположены в пределах трех основных вулканических поясов. Это — Атлантический, Средиземноморско-Индонезийский и Тихоокеанский вулканические пояса. На Земле насчитывается около 800 действующих вулканов центрального типа.  Несколько тысяч вулканов, активных в минувшие геологические эпохи, считаются потухшими. Но некоторые из них неожиданно пробуждаются после нескольких веков «спячки».

В вулканах трещинного типа лавы изливаются из трещин, рассекающих земную поверхность. Обычно это очень жидкие текучие лавы базальтового состава. После застывания они принимают форму плоского горизонтального слоя, называемого покровом.

Такие излияния бурно происходили в минувшие геологические эпохи. Древние базальтовые покровы занимают огромные площади на земной поверхности.  В России они распространены, например, в Красноярском крае (Тунгусская синеклиза)  на территории около 1,5 млн. км2. В Южной Бразилии, в районе реки Парана, базальтовые покровы проявляются на площади около 700 тыс. км2. На полуострове Индостан площадь базальтов Деканского плато — около 650 тыс. км2, а в Северной Америке,  в районе рек Колумбии и Змеиной,  —  более 50 тыс. км2 .

Излияния базальтовых лав трещинного типа происходят и в современную эпоху. Например, на острове Исландия и в центральной части срединно-океанических хребтов. В Исландии  в июне 1783 г.  из трещины Лаки длиной 24 км хлынула жидкая базальтовая лава. Ее общий объем составил около 12 куб.км. Лава покрыла площадь 565 кв.  км.  Извержение Лаки, сопровождалось выбросом вулканического пепла и ядовитых газов.

В океанических водах базальтовые лавы образуют шаровую, или подушечную, отдельность.  При излиянии горячей лавы на дно океанов морская вода разогревается до 350°С. При взаимодействии растворенных в лаве химических веществ с водой образуется горячая  серная  кислота. Она  растворяет минералы лав,  вступая с ними в химические реакции.  В результате возникают сульфиды — соединения серы с металлами. Выпадая в осадок,  они создают конусообразные постройки,  внутри которых реакции продолжаются.

Вдоль центральных частей таких «конусов»,  как по «трубам»,  к их вершинам поднимаются горячие растворы. Остывая,  они освобождаются от сульфидов. Окрашенные в черный цвет растворы сульфидов образуют черные «облака».  Поэтому их назвали «черными курильщиками«.  В таких конусах отмечено высокое содержание меди,  свинца,  цинка, золота и других металлов.

С вулканической  деятельностью связаны проявления многих полезных ископаемых. Так,  выделяющиеся при извержении вулканов и фумарол газообразные продукты способствуют образованию повышенных концентраций серы,  борной кислоты,  аммониевых солей, хлоридов натрия, железа, меди, цинка, окислов железа и меди, сернистого мышьяка,  киновари и других минералов. Некоторые из них образуют крупные скопления. Например, месторождения самородной серы на Курильских островах, Камчатке, в Японии. Извержения вулканов сопровождаются выделением огромного количества тепла.

Г л у б и н н ы й    м а г м а т и з м. Во многих случаях поднимающаяся из недр вверх магма остывает в различных горизонтах земной коры, не достигая поверхности Земли. Она образует различные по форме застывшие в коренных породах магматические тела, называемые интрузиями (лат. «интрузио» — внедрение). Этим же термином обозначается и процесс внедрения магматического расплава в земную  кору.

Образовавшиеся на большой глубине очень крупные магматические тела площадью более 200 км2 (рис. 9, 1) называются батолитами (греч. «батос» — глубина). Ближе к земной  поверхности застывают дайки,  жилы, лакколиты, лополиты, факолиты и силлы.

Дайка (англ. «дайк» — преграда) — это вертикальное (рис.9, 3) пластинообразное магматическое тело. Образуются дайки чаще всего путем заполнения магмой трещин.  Подобные интрузии с непараллельным ограничением называются жилами.

Лакколит (греч. «лаккос» — яма,  «литос» — камень) представляет собой караваеобразную интрузию (рис. 9,  2). Ее верхняя часть обычно выпуклая, нижняя — плоская. Вогнутые, чашеобразные пологие линзовидные магматические тела (рис. 9, 5) называются лополитами (греч.  «лопас» — миска, «литос» — камень),  а выпуклые (рис.9 ,6) — факолитами (греч. «факос» — чечевица). В качестве силл (англ. «силл» — порог) выделяются пластообразные магматические тела, внедрившиеся в горизонтально залегающие слои горных пород (рис. 9, 4).

В исходной магме содержатся в растворенном состоянии практически все химические элементы.  В условиях  больших  давлений и высоких температур вязкость и подвижность магме придают пары воды и газообразные продукты (углекислота, сернистые, хлористые, фтористые и другие соединения, фтор,  водород и другие газы) .

По мере приближения магматических расплавов к земной поверхности температура и давление понижаются. Вследствие этого из магмы в определенной  последовательности выпадают различные минералы.

Согласно одной из гипотез,  при понижении температуры расплава до 700° С начинают кристаллизоваться наиболее тугоплавкие безводные минералы. Такие, как  оливин, пироксены, нефелин, апатит, полевые шпаты, гранат и др.  Вместе с ними образуются рудные минералы (пирротин,  пирит, магнетит, пентландит, ильменит, самородная платина и др.).

В интервале температур 600-400° С из магматического расплава кристаллизуются пегматиты — специфические светлые  крупнозернистые породы.  В их состав входят фтор,  бром, хлор, вода и другие легколетучие компоненты. По данным академика А.Е.Ферсмана, в гранитных пегматитах  присутствует около 300 минералов. Некоторые из них содержат ценные элементы — ниобий,  тантал, литий, бериллий, рубидий, цезий, редкоземельные  элементы и др.

По мере дальнейшего понижения температуры из  магмы удаляются летучие компоненты.  После  кристаллизации значительной части расплава,  при 500-350° С, видимо, одновременно существуют газ и жидкость.  Такие растворы называются газо-водными, или пневматолито-гидротермальными (греч. «пневма» — газ,  «гидор» — вода). В них содержится много летучих компонентов — H2O, F, Cl, B, CO2 и т.д. , являющихся переносчиками  минералообразующих и рудообразующих веществ.

При пневматолито-гидротермальном процессе минералообразование осуществляется двумя путями. При взаимодействии растворов с твердыми вмещающими породами в последних растворяется часть собственных минералов.  Они замещаются новыми минералами. Минералообразование происходит также в открытых трещинах и  полостях. Так,  в результате образования жил или при взаимодействии растворов с гранитными породами и сланцами возникают кварц, мусковит, топаз, а также касситерит, вольфрамит, берилл, молибденит, колумбит и др.

Метаморфизм. В определенных глубинных условиях, отличающихся от первоначальных условий образования горных пород, происходят необратимые изменения в их структуре, минеральном и химическом составе. Этот процесс называется метаморфизмом (греч. «метаморфоо» — превращаю). В результате проявления метаморфизма образуются отличные от исходных (прежних) горные породы, называемые метаморфическими породами.

Главные факторы метаморфизма — высокие температуры и давления, химическая активность воды, углекислоты, горячих растворов, содержащих ионы натрия, калия, кальция, фтора, бора и серы.

Различают два основных типа метаморфизма: региональный и локальный метаморфизм.

Р е г и о н а л ь н ы й   м е т а м о р ф и з м охватывает большие площади и вызывается совместным действием повышения температуры и давления. Существенную роль играют и флюиды – вода и углекислота (СО2), присутствующие в метаморфизуемых осадочных породах.

Л о к а л ь н ы й   м е т а м о р ф и з м распространяется на ограниченную площадь и  подразделяется на контактовый метаморфизм и   динамометаморфизм.

Контактовый метаморфизм (лат. «контактус» — соприкосновение) связан с внедрением горячей магмы в относительно холодные осадочные толщи верхней часть земной коры. Магматический расплав подвергает осадочные толщи в зоне контакта тепловому и химическому воздействию. В результате этого происходит изменение минерального состава и структуры вмещающих горных пород. Магматические интрузии, в свою очередь, также изменяются под воздействием вмещающих пород. Характер контактных изменений зависит от температуры и состава магмы и вмещающих пород.

Преобразование горных пород под воздействием высокой температуры называется термометаморфизмом (фр. «термал» — теплый). Термальный контактный метаморфизм происходит при высокой температуре (850-1000° С) интрузивного тела и низком давлении. В этом случае горные породы перекристаллизовываются без существенного изменения химического состава исходной породы.

Контактовый метаморфизм, связанный с изменением химического состава пород вследствие значительного привноса и выноса вещества, называется метасоматическим (греч. «мета» — после, «сома» — тело) контактовым метаморфизмом. Причиной  пневматолито-гидротермального метаморфизма являются пневматолито- гидротермальные растворы. Они  вызывают изменение вмещающих пород при взаимодействии с ними летучих компонентов  и  горячих минерализованных растворов.  В результате происходит замещение в них прежних минералов новыми.  Высокотемпературные гидротермальные растворы,  продвигаясь по порам и трещинам горных пород, производят гидратацию,  окремнение, карбонатизацию, хлоритизацию и серитизацию первичных минералов.

Динамометаморфизм (греч. «динамис» — сила) — это изменение горных пород под влиянием высокого давления при сравнительно низкой  температуре.

С метаморфическими породами связаны крупнейшие месторождения железа (Курская магнитная аномалия, Кривой Рог и др.), полиметаллов (меди, свинца,  цинка и др.), редких металлов (месторождения шеелита, молибденита, оловянного камня и др.),  золота и др.  Многие метаморфические  породы используются в  качестве  строительного  материала.  Например,  мраморы, гнейсы, яшмы и др.

Предполагается, что и на очень больших глубинах в мантии Земли происходят глобальные метаморфические процессы. Это, например, описанный выше (гл. 1) переход базальтов в эклогиты на границе земной коры и  мантии. В химическом отношении эти основные породы близки (табл. 3). Но минеральный состав и плотность их различны.

Таблица 3

Состав базальтов, эклогитов и перидотитов

(в весовых процентах)

Cостав Базальт Эклогит Перидотит
SiO2 

Al2O3

Fe3O3
FeO

MgO

CaO

Na2O

K2 O

49,9 

16,0

5,4

6,5

6,3

9,1

3,2

1,5

49,9 

14,5

3,8

9,1

8,9

11,5

2,5

0,7

43,9 

4,O

2,5

9,9

34,3

3,5

0,6

0,2

В базальтах главные минералы представлены основными плагиоклазамии моноклинными пироксенами.  Более плотные эклогиты состоят почти полностью из пироксена и граната.  Плотность базальтов 2,9-3,0 г/см3, эклогитов — 3,4-3,6 г/см3.

Зоны скачкообразных фазовых изменений плотности вещества (без существенного изменения химического состава) предполагаются в мантии  на глубинах 350-400 км и 650-700 км.  На это,  в частности, указывают результаты экспериментальных работ по физике высоких давлений. Они подтверждают,  что в условиях огромных давлений и температур вещество за счет уплотнения упаковки  молекул приобретает более компактную структуру.

Тектогенез. Тектоническими (греч. «тектоникос — относящийся к строительству) движениями называются перемещения отдельных блоков земной коры относительно друг друга. Различают колебательные, складкообразовательные и разрывные тектонические движения. Последние два типа выделяются как тектонические дислокации, или нарушения.

Колебательные движения. Земная поверхность постоянно попеременно то воздымается, то опускается. Каждое  мгновение  этого «дыхания» Земли незаметно глазу человека.  Но длительные наблюдения подтверждают,  что обширные участки земной коры, действительно, медленно поднимаются и опускаются  относительно друг друга. Такие чередующиеся по знаку медленные вертикальные колебания  земной  поверхности называются колебательными, или вековыми, тектоническими движениями. Причины их кроются в глубоких недрах Земли. Возможно, они связаны с движением магматических расплавов. Некоторые исследователи связывают «вековые» колебания земной поверхности с влиянием лунно-солнечных приливов.

Изучение современных вертикальных движений земной коры показывает, что их скорость в среднем не превышает 1-2 см в год. То есть, за 1 млн лет может быть создан горный хребет, превышающий по высоте почти вдвое Гималаи. Установлено, что  отдельные участки земной поверхности опускаются и поднимаются с различной скоростью.  Например, в Японии  за 1896-1928 гг.  прибрежные части острова Хонсю погрузились в море до 70 мм, а центральные части опустились всего на несколько миллиметров.

С колебательными  движениями  связано перемещение береговой линии моря. Если прибрежный участок суши опускается, море переходит за береговую линию  и наступает на сушу. Этот процесс называется  трансгрессией (лат. «трансгрессио — переход). В случае поднятия суши,  море отступает — регрессирует (лат. “регрессус» — обратное движение).

Существует мнение, что трансгрессии и регрессии моря вызываются не только колебательными движениями земной поверхности, но и изменением объёма воды Мирового океана или внутреннего водоема. Знаменитый  австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831-1914) связывал такие медленные колебания уровня Мирового океана с изменением емкости океанических впадин и назвал их «эвстатическими» (греч. «эвстатис» — постоянный, спокойный) колебаниями. Установлено,  что эвстатические колебания уровня Мирового океана происходят и вследствие возникновения или исчезновения материковых оледенений. Во время  больших  оледенений количество воды в океане должно было уменьшаться. Огромные массы ее связывались на суше в виде льда. Вследствие этого уровень Мирового океана понижался. Так, по оценкам, во время максимума последнего, четвертичного, оледенения уровень океана понижался более чем на 100 м. Таяние покровных ледников на материках, напротив, должно было значительно повысить уровень воды в морях и океанах.

Складкообразовательные (складчатые) движения создают необратимые изгибы пластов горных пород, называемые складками. Основой классификации складок является положение их изгиба. Существуют два основных вида складчатых дислокаций.

Если изгиб слоев обращен выпуклостью вверх (рис. 10, а), складка, называется антиклиналью (греч.  «анти» — против,  «клино» — наклоняю), прогнутая  вниз складка (рис. 10, б) — это синклиналь (греч.  «син» — вместе). Обычно они сопряжены друг с другом. В случае антиклинали крылья складки расходятся вверху от места изгиба в противоположные стороны. А у синклинали крылья сходятся вместе внизу у изгиба.

Основными элементами складок являются:

1) свод,  или замок, — примыкающая к линии перегиба пластов центральная часть антиклинальной складки;

2) мульда (нем. «мульде» — корыто) — примыкающая к линии перегиба пластов центральная часть синклинальной складки;

3) крылья — расходящиеся от перегиба вниз (в случае  антиклинали) или вверх (в случае синклинали) боковые участки складки;

4) осевая плоскость — воображаемая плоскость,  делящая угол между крыльями складки пополам;

5) ось складки — линия пересечения  осевой  плоскости  с  поверхностью Земли;

6) шарнир — линия пересечения осевой плоскости с поверхностью любого из образующих складку пластов;

7) ядро — внутренняя часть складки, прилегающая к осевой поверхности, сложенная в антиклиналях более древними слоями горных поро сравнительно с возрастом пластов, составляющих внешнюю часть складки, а в синклиналях – более молодыми.

Если спроецировать очертания складки на горизонтальную плоскость, то они имеют в плане различную форму.  Протяженные складки  называются линейными; укороченные (с отношением длины к ширине от 10 до 3) — брахиантиклиналями (греч.  «брахис»  —  короткий)  и  брахисинклиналями . Складки округлой формы с примерно равновеликими осями называются куполами.

Кроме них выделяются флексуры – крутые изгибы, соединяющие разновысотные участки пологого залегания слоев и моноклинали — широкие участки наклонного залегания слоев.

Изначально пласты осадочных пород залегают горизонтально или  полого. На вопрос — каким образом и под влиянием каких сил пласты сминаются в складки?  — точного ответа нет. Несомненно одно: процесс формирования складок очень длителен.  Он растягивается на тысячи и миллионы лет. В этом случае твердые и хрупкие горные породы, видимо, ведут себя как вязкая жидкость.

Разрывные движения связаны с нарушением сплошности (непрерывности) пластов горных пород. Они сопровождаются образованием трещин без смещения разделенных ими блоков и разрывов (со смещением). Поверхность, вдоль  которой  происходит  разрыв и смещение одного участка земной коры относительно другого,  называется «плоскостью разрыва«. А смещенные блоки земной коры называются «крыльями«.  Смещения вдоль разрывов могут быть вертикальными, наклонными и горизонтальными.

Если одно крыло сместилось по отношению к другому вниз, разрывное нарушение называется сбросом (рис. 11, 1), если поднялось вверх — взбросом (рис. 11, 2). Перемещение блока горных пород вверх  по полого наклоненной  (до 45°) поверхности другого блока называется надвигом (рис. 11, 4).  В практике известны случаи, когда надвинутое крыло переместилось по пологой плоскости разрыва на расстояние до десятков километров. Такие пологие надвиги называются  «тектоническими  покровами«, или «шарьяжами» (фр.  «шарьяж» — перевозка).

Разрывы нередко достигают в длину сотни и тысячи километров. И в ширину — десятки километров.

Разрывное нарушение, при котором крылья смещаются в горизонтальном направлении, называется сдвигом (рис.11, 3). Если перемещено правое (со стороны наблюдателя) крыло, сдвиг называется правым, если левое — левым.

В случае опускания блока горных пород вдоль двух плоскостей  разрывов (рис.  11, 5),  образуется «грабен» (нем.  «грабен» — ров).  Если блок, наоборот,  поднялся (рис. 11, 6), структура называется  «горстом» (нем. «горст» — возвышенность).  Грабены часто имеют вид узких вытянутых в длину впадин.  Их называют рифтами (англ.  «рифт»  —  расселина, ущелье). Грабеном (рифтом), например,  является впадина озера Байкал,  глубина которого достигает 1620 м.  В грабенах расположены также озеро Балатон  (Венгрия), Мертвое и Красное моря. Крупной системой грабенов являются Великие Восточно-Африканские озера — Ньяса,  Руква, Танганьика, Киву, Альберта. Они  рассекают Восточную Африку от устья реки Замбези через область Больших Африканских озер до Абиссинии.

Крупные разрывные нарушения, распространяющиеся на большую глубину и имеющие значительную длину, называют глубинными разломами. Например,  активный  разлом Сан-Андреас протягивается на 1000 км через всю Калифорнию от Калифорнийского залива на юге до города Сан-Франциско на севере. Изучение глубокофокусных землетрясений по периферии Тихого океана показало,  что  наиболее  крупные  — сверхглубокие разломы проникают в мантию Земли на глубину до 700 км.

Разрывные нарушения  играют  огромную роль в формировании залежей полезных ископаемых.  Они служат путями,  по которым  движутся  рудные растворы, нефть и горючие газы, пресные и минерализованные воды и т.п.

Землетрясения. Приборами — сейсмографами регистрируется около 100  тыс.  слабых толчков в год. По всему земному шару  за этот же период происходит около 100 сильных землетрясений. Землетрясения приводят  к  огромным  разрушениям  и  человеческим. Некоторые из них уносили сотни тысяч человеческих жизней. Причиной землетрясений, по мнению ученых, являются быстрые смещения вдоль разрывов блоков земной. Участок земных недр, где происходит первичная  подвижка  земных масс,  называется “гипоцентром” (греч. “гипо” — под, внизу; лат. «центрум»- центр круга ), «очагом«, или “фокусом” (лат. “фокус” — очаг), землетрясения.

Землетрясения проявляются короткими подземными толчками. Они  продолжаются от доли секунды до нескольких десятков секунд. Но этого бывает достаточно для того, чтобы произвести огромные разрушения на поверхности Земли.

Очаг землетрясения, в котором зарождается первый импульс колебания, – это определенный объем горных пород, подвергшихся разрушению. Отсюда начинают  свой стремительный бег в разные стороны сейсмические (упругие)  волны. Они передаются на сотни и тысячи километров. Подавляющее количество землетрясений приурочено к глубинам до 100-200 км. Наиболее близкие к поверхности очаги землетрясений располагаются на глубинах около 10 км. Глубокофокусные землетрясения зарождаются на глубинах до 700 км. Проекция «очага» на земную поверхность называется «эпицентром» (греч. «эпи» — на, над; лат.  «центрум» — центр круга) землетрясения.

В очаге землетрясения высвобождается огромная внутренняя энергия Земли, достигающая 1015-1025 джоулей (Дж). Интенсивность землетрясений в эпицентре на поверхности Земли первоначально оценивалась визуально по 12-балльной шкале, основанной на степени разрушения построек. При 1-2  баллах  колебания почвы улавливаются только  сейсмографами.  3-4 — балльное землетрясение ощущается людьми. При 5-ти баллах раскачиваются висячие предметы, дребезжат стекла,  осыпается побелка в  домах.  6-балльное  землетрясение вызывает легкое повреждение зданий, появление трещин в штукатурке и т.п. При 7-ми баллах появляются значительные повреждения зданий.  8  баллов  — большие трещины в стенах, падение карнизов; появление оползней и  трещин на склонах гор. При 9-балльном землетрясении происходят обвалы во многих зданиях,  обрушиваются стены, перегородки, кровля; в грунтах образуются трещины, в горах — обвалы,  осыпи,  оползни.  10-балльное землетрясение разрушает большинство зданий;  образуются трещины в грунте (до 1 м шириной), обвалы,  оползни  и т.п. За счет завалов речных долин возникают озера. 11 баллов — многочисленные трещины на поверхности земли, вертикальные перемещения по ним, большие обвалы в горах;  общее разрушение зданий. 12  баллов — сильное изменение рельефа, многочисленные вертикальные и горизонтальные  перемещения  по разломам; огромные обвалы и оползни;  изменение русел рек, образование водопадов и озёр;  общее разрушение всех зданий и сооружений .

Энергия, вызвавшая сейсмические колебания в очаге землетрясения, оценивается по шкале безразмерных величин (от 1 до 9), называемых магнитудами (лат. «магнитудо» — величина). Под магнитудой понимается логарифм отношения максимального смещения частиц грунта (в микрометрах = 10-6 м) в сейсмической волне данного землетрясения (на расстоянии 100 км от пицентра) к смещению эталонного землетрясения, магнитуда которого условно принята равной нулю. Предложил эту шкалу японский ученый Т.Вадати и усовершенствовал в 1935 г.  американский сейсмолог Ч.Рихтер. По имени последнего она получила название «шкала Рихтера». Оценка силы землетрясений в магнитудах более объективна, чем в баллах 12- балльной шкалы.  Магнитуда 6 соответствует 6-9 баллам, 7-8 – баллам и 8-10 – 12 баллам 12- балльной шкалы интенсивности землетрясений.

Основные геологические структуры земной коры. Под геологической структурой понимаются обособленные участки земной коры,  отличающиеся характером залегания слагающих их горных пород. В рельефе планеты крупнейшими  структурами  земной  коры  разного знака являются континенты и океанические впадины. Между ними существуют серьезные различия в строении  земной  коры  и  верхней мантии:

1) под континентами толщина земной коры составляет 35-80 км, под океанским дном 5-10 км;

2) в разрезе земной коры континентов выделяются «осадочный«, «гранитный» и «базальтовый» слои;  под океанами «гранитный» слой отсуствует;

3) «астеносфера» — слой, в котором мантийное вещество частично расплавлено, под материками залегает на глубине 150 км, под океанами – 15-150 км.

К числу крупных  геологических структур континентов относятся платформы, горно-складчатые области, подводные окраины и кольцевые структуры.

Платформы (фр.  «плат» — плоский, «форм» — форма) характеризуются пологим рельефом и рассечены крупными глубинными разломами. Обычно они имеют двухъярусное строение: осадочный чехол перекрывает более древний  фундамент (рис. 12). Породы фундамента интенсивно смяты в складки,  метаморфизованы. Осадочный чехол залегает на породах фундамента  почти  горизонтально  со значительным угловым несогласием. Породы чехла образуют крупные пологие поднятия и прогибы, осложненные антиклинальными и синклинальными складками.

Области  платформ  с  двухъярусным  строением называются «плитами«.  Они возникают на месте выровненных эрозией складчатых областей, погрузившихся под  уровень моря. К плитам относится, в частности, Туранская плита. Она охватывает обширные территории Закаспия. В областях длительного прогибания земной коры, например в Прикаспийской низменности, мощность  платформенного чехла достигает 20 км.

В пределах плит различают тектонические структуры более  низкого порядка, в первую очередь, антеклизы и синеклизы.

Антеклизы — это крупные пологие выпуклые тектонические структуры, осложненные сводами,  впадинами, валами и прогибами. Синеклизы подобны им по внутреннему строению,  но в целом являются вогнутыми структурами (рис.12).  Своды — округлые или овальные в  плане  приподнятые структурные элементы. Они разделяются подобными по морфологии впадинами. Своды нередко осложняются валами — узкими и длинными цепочками антиклинальных поднятий, разделенных прогибами.

В течение геологической истории Земли платформы многократно  покрывались сравнительно  неглубокими  морями.  В  периоды трансгрессий и регрессий в них создавались благоприятные условия для формирования месторождений фосфоритов, бокситов и других осадочных полезных ископаемых.  В широко распространенных на платформах болотах и озерах накапливались бурые железные руды и угли.

Там, где фундамент не погружался под  уровень моря, осадочный чехол отсутствует. И породы фундамента (граниты и др.) в настоящее время выходят на земную поверхность (рис. 12). Такие участки платформ с одноярусным строением называются щитами.  Примерами щитов являются: Балтийский щит Русской платформы,  Алданский щит  Сибирской платформы, Канадский щит Северо-Американской платформы, Южно-Африканский щит и др. Возраст щитов составляет  от 1,5 до 4,0 млрд.  лет.  Породы, слагающие щиты, возникли на больших  глубинах в условиях высоких температур и давлений.

Горно-складчатые области,  или орогены (греч. «орос» — гора, «генезис» — происхождение),  разделяют платформы,  возвышаясь над  ними.  К  орогенам приурочена большая часть вулканов.  Здесь часты землетрясения. Горно-складчатые пояса имеют различный возраст. В течение длительного  периода  времени они разрушаются под воздействием выветривания и эрозии, и превращаются в молодые платформы.

Подводные континентальные окраины подразделяются в рельефе на пологий шельф (англ. “shelf“ — полка),  где глубина моря медленно возрастает до 200 м,  континентальный склон (c уклоном дна до 3-5°) и океанское дно.

Специфическими тектоническими  структурами  в  пределах материков являются линеаменты (лат.  «линеаментум» — линия).  Это – линейные или дугообразные элементы планетарного значения, связанные с зонами крупных глубинных разломов, рассекающих земную кору на протяжении многих сотен и даже тысяч километров. С помощью космической съемки линеаменты выявлены  в  области горных сооружений Тянь-Шаня,  Кавказа,  в Центральных Альпах, в районе плато Колорадо, в районе Невады, в области Южно-Африканского  кристаллического  щита  и  т.д.  Примером может служить Урало-Оманский линеамент. Он протягивается от экватора до полярных областей России. Проходит вдоль Оманского залива, омывающего восточный край Аравийской плиты, к ирано-афганской и ирано-пакистанской границам, затем пересекает юг Туркмении и вдоль Урала доходит до Российского Заполярья.

Океанское дно занимает более 2/3 поверхности Земли. Основными структурами его  являются обширные океанские котловины, срединно-океанические и другие горные хребты и глубоководные желоба.

В области глубоководных желобов, например Тихий океан, отделен от материков зонами сверхглубоких разломов,  уходящих на глубину до 700 км.

Некоторые ученые отрицают существование  принципиальных  различий между земной корой континентов и океанов. Они полагают, что океанам присущи те же структуры,  что и материкам.  Большая часть океанской котловины  сопоставляется с континентальными платформами. А срединно-океанические хребты — с горными системами суши.

Космическими снимками  на континентах установленны «кольцевые структуры,» сходные визуально с  метеоритными кратерами, полученными на снимках Луны и Марса и называемыми «.  Считается,  что некоторые на земной  поверхности образовались в результате столкновения астероидов и их осколков с Землей.  Такие кольцевые структуры  названы «астроблемами» (греч. «астрон» — звезда,  «блема» — рана).  На Земле известно более  170  астроблем. Треть из них находится в Северной Америке и четверть — в Европе.

При столкновении метеорита с Землей возникает ударная волна. Она дробит горные породы.  Подсчитано, что при образовании кратера диаметром 30-80 км энергия метеоритного удара сопоставима с энергией катастрофических землетрясений.  Но в отличие от них при ударе метеорита вся энергия выделяется мгновенно,  за время в 10 тыс.  раз более короткое. Согласно расчетам,  в момент соударения с Землей возникает давление до 10 млн. атмосфер. Почти половина высвобождающейся энергии превращается в тепло. Температура в месте падения метеорита превышает 10 000° С.  В результате горные породы оплавляются и частично  испаряются. Возникают  новые  минералы,  которые  не  могут появиться на Земле при обычных условиях.

Один из первых метеоритных кратеров установлен на Земле  в  конце ХIХ в.  В штате Аризона (США) между городами Уинслоу и Флагстаф расположена чашеобразная котловина Метеор,  имеющая 1220 м в поперечнике и  184  м  глубиной. Она возникла около 50 тыс.  лет назад при ударе железного метеорита,  названного Каньоном Дьявола.

В кратере  и вокруг него собрано более 30 т обломков метеоритного железа. Самый крупный из них весил более 639 кг. В измененных ударом метеорита песчаниках,  слагающих плоскогорье,  здесь впервые на Земле были обнаружены плотная и сверхплотная формы кремнезема.  Обычно  кремнезем (окись кремния — SiO2)  находится в земной коре в виде минерала кварца с плотностью  около 2,65 г/см3.  В Аризонском  же кратере возникли два новых минерала — коэсит ( с плотностью 3,01 г/см3)  и  стишовит (4,35 г/см3).  Для их образования требуется давление в 35 и 100 тыс. атмосфер соответственно. На поверхности Земли такие температуры и давления отсутствуют.  По мнению ученых, указанные минералы могли появиться на земной поверхности только в астроблеме  — древнем метеоритном кратере.

Самый древний из известных метеоритных кратеров на Земле — Суавъярви находится в Карелии.  Его возраст около 2,5 млрд.  лет. Диаметр — 16 км.  Самый  молодой  — Стерлитамакский  метеоритный  кратер  (Башкирия) образовался в результате падения метеорита 17 мая 1990 г. Вокруг кратера, имеющего диаметр около 10 м и глубину 5 м,  собрано много обломков космического железа весом от долей грамма  до 6,6 кг. По этим обломкам и размерам воронки кратера определили, что метеорит до удара  имел в поперечнике около 1 м.

Одной из  крупных  кольцевых  структур  является кратер «Ришат» (Мавритания).  Ее сфотографировали с американского пилотируемого  космического корабля «Джемини» (1965 г.) и советского «Союз-9» (1970 г.). В 1969 г.  было установлено, что около 39 млн. лет назад на севере Сибири в районе реки Попигай упал гигантский метеорит массой примерно 1 млрд. т.  Он достигал в поперечнике 1-1,5 км.  Здесь обнаружена огромная круглая котловина, глубиной полкилометра и в поперечнике достигающая ста километров.

Самый большой метеоритный кратер на Земле — Чиксулуб  возник около 65 млн.  лет назад в Мексике на полуострове Юкатан.  Его диаметр — 180 км.  Повидимому, тогда с Землей встретился астероид,  имеющий в поперечнике примерно 10 км.  Встреча Земли с таким астероидом, по расчетам,  равнозначна  взрыву  миллиарда таких ядерных бомб,  как бомба, уничтожившая в 1945 г. японский город Хиросиму.

На подходе к Земле астероид развалился на несколько обломков разного размера. Столкновение с ними оказало катастрофическое воздействие на жизнь на Земле. Гигантские взрывы вызвали землетрясения и воздушную ударную волну.  Тепловое излучение сжигало все вокруг на десятки километров.  Дым от пожаров,  пыль и пар, выброшенные из кратеров, затмили Солнце. Это вызвало резкое долговременное похолодание. При образовании кратера Чиксулуб испарилось огромное количество ангидрита (сернокислого кальция).  Вследствие этого на  Землю выпал дождь из серной кислоты.  На каждый квадратный километр  поверхности планеты в среднем приходилось 1200 г кислоты.

Это  вызвало  гибель  растений и животных на суше и в верхних слоях океанских вод.  По мнению некоторых исследователей,  именно с этой катастрофой связаны массовая гибель динозавров, летающих и плавающих ящеров,  морских моллюсков, а также резкое сокращение разнообразия кораллов, фораминифер и других микроорганизмов,  сильное изменение наземных растений и водорослей.

 

 

 

Глава 3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ЛЕТОСЧИСЛЕНИЕ.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИСТОРИИ ЗЕМЛИ

Никто не может рассказать нам,

как образовалась наша Земля,

так как ни один ученый не мог

наблюдать это сам.

Академик В.А.Обручев

 

Вопрос о происхождении, возрасте и геологической истории нашей планеты издавна занимает умы землян. По последним данным, Земля образовалась из холодного газово-пылевого облака 4,6 млрд. лет назад. Около 4 млрд. лет назад образовалась твердая базальтовая кора. С тех пор Земля прошла необратимый путь развития и приобрела современну сложную геологическую структуру. Восстановить основные этапы эволюции Земли ученым удалось с помощью специальных геологических методов.

Стратиграфическая шкала

Геологическая история запечатлена в горных породах и содержащихся в них окаменелостях. По мере изучения горных пород, последовательности их напластования и характерных для различных слоев комплексов ископаемых животных и растительных организмов ученые приходили к мнению о значительной длительности геологической истории Земли. Стало очевидным, что горные породы, слагающие земную кору, образовались в определенной последовательности. Так возник стратиграфический метод определения относительного возраста горных пород и наука Стратиграфия (лат. «стратум» — слой, греч. «графо» — пишу), изучающая последовательность формирования горных пород и периодизацию геологической истории.

Особая роль в развитии стратиграфического метода принадлежит  датскому  натуралисту Николаусу Стенону (1638-1687). Он первым высказал следующие важные стратиграфические постулаты: каждый слой, заключающий обломки другого слоя, образуется после него; всякий слой отложился после того, на котором он залегает, и ранее того, который его покрывает. Сначала стратиграфические шкалы (шкалы последовательности напластования горных пород) строились в основом на литологическом (греч.  «литос» — камень) принципе. Одну из первых таких шкал по материалам Саксонии создал немецкий геолог Абраам Готлоб Вернер (1749-1817),  считавший, что в каждую эпоху на земном шаре образовывались горные породы определенного состава. Опираясь на этот ринцип, Вернер подразделил все породы на «первозданные» и более молодые — «переходные«, «слоистые» и «наносные» формации. Каждая из них характеризовалась различным минеральным составом.

Затем стратиграфический метод дополнился данными Палеонтологии (греч. “палайос” — древний, “онтос” — сущее, “логос” — учение) — науки о населявших некогда Землю животных и растениях. В большинстве осадочных пород содержатся «законсервированные» остатки животных и растительных организмов соответствующего времени, превратившиеся в окаменелости. В 1799 г. англичанин Уильям Смит (1769-1839) обратил внимание на то, что в некоторых далеко отстоящих друг от друга пластах горных пород содержатся одинаковые окаменелости. Это натолкнуло Смита на мысль, что слои с одинаковыми окаменелостями являются одновозрастными. Так возник биостратиграфический, или палеонтологический, метод установления относительного возраста и последовательности залегания пластов осадочных горных пород. Он совершили подлинную революцию в стратиграфии.

Опираясь на результаты  палеонтологических исследований и принцип Смита, геологи подразделили всю толщу осадочных слоев земной коры на ряд естественных серий. Каждой  из  них соответствует свой определенный комплекс ископаемых окаменелостей. Это позволило разработать стратиграфические шкалы, основанные на эволюции органического мира и выделении естественных этапов развития Земли. Стратиграфическая шкала — это графическое  изображение последовательности напластования геологических образований в конкретном районе или в целом по земному шару. Различают общую для всего земного шара, региональные и локальные (местные) стратиграфические шкалы.

Стратиграфические подразделения являются вещественным выражением отрезка относительного геологического времени, и каждому из них соответствует квивалентное ему геохронологическое подразделение. Стратиграфическая шкала разрабатывалась как шкала относительной последовательности геологических событий. В зависимости от значимости события, которое представляют стратиграфические подразделения, объем их (продолжительность во времени) различен.

Общая для  всего земного шара стратиграфическая шкала была разработана в 1881 г.  в Болонье на II Международном геологическом конгрессе, утвердившем основные подразделения совмещенных стратиграфической и геохронологической (греч. «ге»- земля, хронос» — время) шкал. В этой шкале, опиравшейся на этапы развития органического мира, история Земли подразделялась на 4 эры, названия которых отражают состояние развития органического мира на Земле во время формирования отложений соответствующей группы. Это — архейская, или археозойская (греч. «архэос» — изначальный, «зоэ» — жизнь), палеозойская (греч. «палайос» — древний), мезозойская (греч. «мезос» — средний) и кайнозойская (греч. «кайнос»-новый) эры.

В 1887 г. из состава архейской эры была выделена протерозойская (греч. «протерос» — первичный) – эра первичной жизни. Эры стали подразделяться  на «периоды» и т. д. (табл. 4). Стратиграфическим эквивалентом эры является «группа». В разрезе земной коры выделяются пять групп. Это, соответственно, архейская (археозойская), протерозойская, палеозойская, мезозойская и кайнозойская группы. Их названия отражают представления о состоянии развития  органического  мира на Земле во время формирования отложений соответствующей группы. Группы подразделяются на системы. А системы,  в свою очередь, состоят из серий (отделов), ярусов и зон (табл. 4).

Таблица 4

Шкала стратиграфических и геохронологических подразделений

 

Стратиграфические 

подразделения

Хронологические 

подразделения

Группа Эра
Система Период
Серия (отдел) Эпоха
Ярус Век
Зона Фаза

Геохронологическая шкала

Геохронологическая шкала (греч. ге – земля, хронос — время), или шкала геологического времени, создавалась параллельно со стратиграфической шкалой.  Первоначально она указывала не абсолютное время (в годах), а лишь относительную последовательность и  соподчиненность во времени геологических событий, выделенных по данным эволюции органического мира. Подразделения геохронологической шкалы соответствуют определенным подразделениям стратиграфической шкалы.  Так, группы горных пород образовались в течение одной эры, системы — в течение периода и т. д. (табл. 4).

Ученые не сразу научились определять абсолютный возраст горных пород и длительность подразделений стратиграфической шкалы. Здесь на помощь геологам пришли радиологические методы. Они позволяют устанавливать возраст горных пород  в абсолютных  единицах  времени — тысячах и миллионах лет. Радиологические методы основаны на использовании явления самопроизвольного распада нестабильных радиоактивных элементов — урана, тория, рубидия, углерода, водорода и калия. Распад содержащихся в горных породах радиоактивных элементов происходит с постоянной скоростью, не зависящей от изменения условий окружающей среды.  Периоды их полураспада известны. Конечными продуктами распада, например, атомов урана и тория являются металл свинец и газ гелий.Из 100 г урана за 74 млн.  лет образуется 1 г (1%) изотопа свинца Pb206. Гелий частично улетучивается, свинец же постепенно накапливается в минералах.  Поэтому определение возраста основано на нахождении отношения массы конечного (вновь образованного) продукта распада к массе исходного элемента. Зная скорость распада,  например, урана, оставшееся его количество и количество накопившегося в минерале свинца,  можно  путем  умножения количества свинца (в процентах) на 74 млн. (лет) определить абсолютный возраст минералов.  А по нему  можно установить и время образования данного пласта.

Калий-аргоновый метод определения абсолютного возраста горных пород  основан на распаде широко распространенного в природе изотопа калия с атомной массой  40 (40К). Около 12 %  указанного изотопа калия в процессе радиоактивного распада переходит в аргон с тем же атомным весом (40Ar), который остается внутри кристаллической решетки минерала. Определяется соотношение в калиевых минералах изотопов аргона и  калия  с атомным весом 40 (40Ar/40К).

Каждый метод, естественно, имеет определенные рамки точности, т. е. определенный доверительный интервал.

Благодаря внедрению в геологию радиологических методов, удалось выявить более достоверно продолжительность геологической истории Земли, каждой ее эры, периода и т. д.

Поскольку геохронологическая шкала построена, опираясь на палеонтологический метод, в ней выделяются два крупных этапа. Первый из них, включающий археозой и протерозой, назван криптозоем, или этапом скрытой жизни (греч. «криптос» — скрытый, «зоэ» — жизнь). А палеозой, мезозой и кайнозой объединены в фанерозой —  этап явной жизни (греч. «фанерос» — явный, «зоэ» — жизнь). Геологическая история Земли представляется следующим образом.

Криптозойский этап

Между возрастом Земли как планеты (4,6 млрд. лет) и возрастом изученных  древнейших горных пород имеется большой хронологический пробел, включающий  этап аккреции вещества газопылевой туманности и догеологический этап. Геологическая история Земли насчитывает 4,2-4,0 млрд. лет. Основную ее часть (более 85%) составляет допалеозойский этап, соответствующий  времени  формирования отложений археозойской и протерозойской групп (табл. 5).

Архейская эра.

В архейскую эру,  продолжавшуюся 1,6 млрд лет (4,2-2,6 млрд лет назад), интенсивно проявлялись магматизм и складчатость. О том, каким был рельеф Земли в архее, можно судить по космическим снимкам поверхности Луны. Ее рельеф создан  вулканической деятельностью и  столкновениями  с метеоритами.  По-видимому, в начале архея и Земля подверглась бомбардировке каменными и железными метеоритами.  Метеоритные кратеры обнаружены и на Земле.

В то время на Земле уже существовали атмосфера и гидросфера. Атмосфера содержала пары воды, углекислоту, аммиак, метан, водород  и другие газы. Древние процессы выветривания, эрозии, денудации привели к уничтожению и выравниванию возвышенного рельефа. Уносимые  текучими водами обломочные частицы осаждались в архейских морях.  Так  возникли  первичные осадочные толщи  на Земле. В  последующее время архейские породы были смяты в складки и прорваны многочисленными разновозрастными магматическими интрузиями. Ныне     архейские породы слагают складчатый фундамент платформ. Они выходят на  поверхность в области Балтийского, Алданского, Канадского и других щитов.

О р г а н и ч е с к и й  м и р  а р х е я.  Земля — колыбель жизни. Биосфера начала формироваться на ранних стадиях развития планеты. Память об органическом мире архея донесли до нас сохранившиеся в осадочных пластах следы жизнедеятельности обитавших в морях первых микроскопических примитивных одноклеточных организмов – фотосинтезирующих сине-зеленых водорослей и бактерий. Этими первыми вещественными следами являются слоистые известковые постройки – строматолиты (греч. «строма» — покров, «литос» — камень ). Они обнаружены в Гренландии (3,8 млрд.  лет), Австралии (3,5 млрд.  лет) и Южной Африке (3,1-2,6 млрд. лет). Эти примитивные формы жизни являются уже достаточно сложными организмами. Как выглядели их предки и когда они появились, достоверно неизвестно. Ибо они не имели жестких частей тела, которые могли бы захорониться в осадках.

Протерозойская эра.

В течение протерозоя, продолжавшегося с 2600 до 570 млн лет назад,  накопился мощный комплекс ныне метаморфизованных обломочных и вулканогенно-обломочных отложений. Протерозой подразделяют на ранний (2600- 1650 млн лет) и поздний (1650-570 млн лет). В позднем протерозое интервал от 1650 до 650 млн лет выделяется выделяется в качестве рифейского эона, а интервал 650-570 млн лет — в качестве вендского периода.

В конце архея — начале протерозоя проявились древнейшие складчатые движения. Они явились причиной залегания протерозоя на архее с крупным структурным несогласием.

Ранний протерозой характеризуется образованием первых платформ,  получивших название древних, или протоплатформ (греч. «протос» — первый).      Следующая мощная складчатость, названная байкальской, произошла на огромных пространствах в конце протерозоя. В это время на Земле появились грандиозные горные поднятия — байкальские складчатые структуры,  или, коротко, — байкалиды. Платформы, образовавшиеся в результате проявления байкальской складчатости, называются эпибайкальскими (греч. «эпи» — после) платформами. В складчатые эпохи в земной коре возникали многочисленные глубинные разломы. По ним из мантии поднимались магматические расплавы, существенно увеличивавшие толщину земной коры.

Протерозойские горно-складчатые структуры, видимо, были очень высокими. Имеются данные, указывающие на то,  что в начале протерозоя,  2,5-2,1 млрд лет назад, на Северо-Американском континенте и в Южной Африке существовали ледниковые образования.

Древнейшие ленточные глины и ледниковые морены обнаружены среди верхнепротерозойских отложений в различных районах земного шара. 1000-600 млн. лет назад ледниковые покровы появились на вершинах высоких горных сооружений в пределах Северной и Южной Америк,  Гренландии,  Австралии, Центральной и Южной Африки, Русской платформы, Урала, Казахстана, Южного Китая и Кореи.

К концу протерозойской эры под воздействием процессов внешней динамики —  выветривания и денудации докембрийские горно-складчатые сооружения были, по-видимому, в значительной степени разрушены и снивелированы.

Предполагается, что в конце протерозойской эры в Южном полушарии существовал единый континент — Гондвана. Это имя он получил по названию народов (гонды), населявших Центральную Индию. В Гондвану входили нынешняя территория Бразилии, значительная часть Африки, Аравии, Индии, Австралии. По мнению одних ученых, Гондвана состояла только из указанных частей современных материков. В протерозое они составляли единый сверхматерик, а затем разошлись в разные стороны. Между ними образовались  разделяющие их ныне океаны. Другие считают, что в состав Гондваны входили и пространства, занятые впадинами Индийского и южной части Атлантического океанов.

Вендские отложения почти повсеместно резко отделяются от нижележащих перерывом. Метаморфизм отложений венда много слабее, чем протерозойских, а разнообразие осадочных пород больше. В ряде районов мира, в том числе на Русской равнине, в Африке. Австралии, Китае, обнаружены ледниковые отложения – тиллиты.

О р г а н и ч е с к и й  м и р  п р о т е р о з о я. В протерозойских отложениях чаще, чем в архейских, встречаются строматолиты — следы жизнедеятельности колониальных фотосинтезирующих одноклеточных бактерий и сине-зеленых водорослей. Они найдены в нижнепротерозойских кремнистых сланцах (2,5-2,0 млрд. лет назад)  Карелии  и Кольского полуострова  (Россия) и в районе озера Онтарио (США

и Канада).

Обнаружены строматолиты также в осадочных породах верхнего протерозоя. В раннем рифее, видимо, появились первые многоклеточные существа — илоеды. Они пропускали через себя переполненные питательным веществом верхние слои морского ила и улавливали живые бактерии и водоросли, которые в нем обитали. На это указывают сохранившиеся следы их зарывания — затвердевшие мелкие червеобразные комочки илистого грунта, прошедшие через их кишечник. В отложениях верхнего протерозоя (800-700 млн лет назад) обнаружены редкие остатки кишечнополостных, членистоногих и других беспозвоночных животных. В конце рифея появились разнообразные животные и крупные (до 1 м в длину) водоросли.

Органический мир венда значительно богаче, чем рифея. Он характеризуется обилием водорослевых построек и содержанием некоторых других органических остатков, отличных от комплексов рифея. Кроме групп, появившихся в протерозое, встречаются радиолярии, губки, медузы, кольчатые черви, членистоногие. Многие эти организмы были лишены внешнего или внутреннего скелета, и их остатки представлены отпечатками мягких тканей. По обилию и уровню развития вендские организмы более близки к фанерозою.

П о л е з н ы е   и с к о п а е м ы е   д о к е м б р и я.   С  криптозойскими отложениями связаны месторождения  разнообразных полезных ископаемых. Так,  в архее выявлены месторождения руд  хромитов  (Австралия, Северная Америка, Африка), медноникелевых руд, золота, железа (Канадский,  Балтийский щиты,  Австралия), колчеданно-медно-золото-серебряная минерализация,  редкометалльные пегматиты и др.  Открыты крупнейшие месторождения железных руд, называемых джеспилитами (англ. «джаспер»- яшма),  или  железистыми  кварцитами.  Это — глубоко метаморфизованные слоистые кварцево-железистые породы,  осадочного или вулканогенно-осадочного происхождения.  Некоторые ученые считают, что джеспилитовые месторождения железных руд  образовались в результате деятельности железобактерий.  Они известны в протерозое России, Украины, Северной Америки, Бразилии, Индии, Южной Африки.  В России  к ним относятся, в частности, месторождения железных руд Курской магнитной аномалии,  а также месторождения Карелии, Кольского полуострова, Восточной Сибири. Железистые кварциты района Исуа в Гренландии являются древнейшими датированными горными породами Земли (3760 млн. лет).

Среди полезных ископаемых протерозоя, кроме железных руд,  главное место занимают руды марганца, никеля,  кобальта, меди, хрома, полиметаллов и урана, золото и алмазы. С вендскими отложениями связаны месторождения меди. свинца, цинка бокситов, фосфоритоф, нефти и горючих газов, гипса и каменной соли.

Фанерозойский этап

Фанерозойский этап истории Земли продолжается 570 млн. лет. Он  включает палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры.

Палеозойская эра. Палеозойская группа включает шесть систем: кембрийскую, ордовикскую, силурийскую, девонскую, каменноугольную и пермскую. Названия им даны в основном по имени местности,  где они были впервые установлены, или племен, населявших эту местность. Так,  кембрийская система названа по древнему имени полуострова Уэльса (Камбрия). Ордовик — название древнего племени,  заселявшего Англию; силур — племени,  жившего  в  Уэльсе.  Девон получил свое название от графства Девоншир в Англии; пермь — от Пермского царства в России. Исключение составляет “каменноугольная система” (карбон). Названа она так потому, что ее отложения богаты каменным углем.

Соответственно, палеозойская эра подразделяется на кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный и пермский периоды. Их общая продолжительность — 322 — 342 млн. лет. Кембрий, ордовик и силур относятся к раннему палеозою. Девон, карбон и пермь составляют поздний палеозой. В стратиграфической шкале им соответствуют нижний и верхний палеозой.

Р а н н и й  п а л е о з о й.

Кембрийский период продолжался 65,0 — 85 млн лет (его нижний возрастной предел в последнее время предлагается опустить до 590 млн лет). К его началу протерозойские складчатые области были снивелированы процессами выветривания, эрозии и денудации. В начале палеозойской эры на материках Северного полушария существовали платформы, образовавшиеся в конце протерозоя. Это — Северо-Американская, Восточно-Европейская, Сибирская, Северо-Китайская и Южно-Китайская платформы. В Южном полушарии располагались Южно-Американская,  Африканская, Индостанская,  Австралийская и Восточно-Антарктическая платформы. В кембрии большая часть платформенных массивов погрузилась под уровень неглубоких морей. Отложившиеся на их дне осадки покрыли маломощным  осадочным чехлом поверхность допалеозойского складчатого фундамента.

Тем самым было положено начало формированию древних плит. К ним относятся, например, Ленско-Енисейская  плита Сибирской платформы,  Миссисипская плита Северо-Американской пдатформы и др. На плитах начали формироваться антеклизы и синеклизы. Так, на Восточно-Европейской платформе в конце протерозоя — начале палеозоя была заложена крупная Московская синеклиза  и  Волго-Уральская  антеклиза.  На  Сибирской платформе — очень крупная Тунгусская синеклиза.

В ордовикий период (67,0 млн  лет) на материках Северного полушария проявилась трансгрессия моря. Гондвана на всем протяжении палеозойской эры оставалась в основном сушей.

Проявлением мощных горообразовательных  движений ознаменовался силурийский период, продолжавшийся 30 млн лет. Эта складчатость получила название раннепалеозойской,  или каледонской (Каледония — древнее  название  Шотландии).  С нею связана существенная перестройка структуры земной коры на значительных участках суши. Возникли новые — каледонские складчатые области, или каледониды. Они представлены восточной полосой Аппалачских гор, Грампианскими,  Норвежскими, Западно-Уральскими, частью Казахстанских гор, Западными Саянами,  Северо-Тяньшанскими и другими горными сооружениями.

Предполагают, что в результате проявления каледонской складчатости произошло  воссоединение Северо-Американской  и Восточно-Европейской платформ  в один обширный Северо-Атлантический материк. А в азиатской части  земного  шара возник второй крупный материк — Ангарида.

П о з д н и й  п а л е о з о й.

В начале девона, продолжавшегося 48,0 млн лет, следствием проявления каледонской складчатости явилась крупнейшая регрессия моря. На земном шаре в то время господствовала суша. Но в среднем девоне под уровень моря погрузились обширные участки Северо-Атлантического материка и Ангариды, и в частности,   сформировалась Русская плита Восточно-Европейской платформы

В девоне большое развитие получил поверхностный магматизм. В каледонидах Шотландии, Казахстана и Северного Алтая на земную поверхность изливались базальтовые лавы, извергались значительные массы вулканического пепла.

Каменноугольный (74,0 млн. лет) и пермский (38,0 млн. лет) периоды характеризовались чередованием морских трансгрессий и регрессий. В это время проявилась новая — позднепалеозойская,  или герцинская, складчатость. Возникшие с начала среднего карбона до конца перми складчатые сооружения получили название герцинских складчатых  областей,  или  герцинид (Герциния  —  древнеримское название гор Гарца в Германии).

Герцинская складчатость — третья (после байкальской и каледонской) крупная складчатость в истории  земного шара. Горообразование особенно  интенсивно  проявилось в Атлантическом, Средиземноморском и Урало-Монгольском регионах. Здесь возникли Скалистые, Аппалачские,  Судетские,  Рейнские,  Астурийские, Польские, Восточно-Уральские, Центрально-Казахстанские,  Алтайские,   Южно-Тяньшанские, Индо-Китайские и другие горные сооружения. Они причленились к Северо-Атлантическому материку и Ангариде. В пределах Гондваны возникли Восточно-Австралийские горы.

В пермский период произошла наибольшая за всю палеозойскую эру регрессия моря. Согласно одной из версий, в Северном полушарии к древним и эпибайкальским  платформам  присоединились каледонские  и герцинские складчатые области.  В результате произошло объединение Северо-Атлантического материка и Ангариды в один колоссальный  континентальный массив.  Его назвали Лавразией (по реке Св. Лаврентий и Азии). Этот материк протянулся от Скалистых гор на западе до Верхоянского хребта на востоке. В структурном отношении он состоял  из  сочленения разнородных докембрийских, каледонских и герцинских складчатых систем.

На высоких герцинских горных сооружениях возникали ледниковые покровы. В позднем палеозое (400-240 млн. лет назад) мерзлота захватывала Южную и Центральную Африку, Бразилию, Южную Америку, Антарктиду, горные районы Индии, Австралии и Аравийского полуострова.

Расширился также и сверхматерик Южного полушария — Гондвана. К окраинным частям Южно-Американской, Африканской и Австралийской платформ причленились герцинские горно-складчатые сооружения.

Пермский период характеризуется проявлением активной магматической деятельности. В геосинклинальных областях происхоило внедрение в толщи горных пород крупных интрузий. На платформах по многочисленным трещинам и разломам на земную поверхность изливалась базальтовая магма. Это имело место, в частности, на  Сибирской платформе, в пределах Тунгусской синеклизы.

О р г а н и ч е с к и й  м и р  п а л е о з о я. На рубеже протерозоя и палеозоя произошел огромный скачок в развитии органического мира Земли. В кембрийской фауне нет потомков позднепротерозойской фауны. В палеозойских морях продолжали существовать известные с археозоя и протерозоя бактерии и водоросли. Но уже в раннем палеозое впервые появилась в изобилии морская скелетная фауна, пришедшая на смену бесскелетной фауне конца позднего протерозоя. Начиная с этого времени,  последовательно появлялись все известные ныне типы животных и растений (рис. 13, 15).

Кембрийские бассейны заселяли многочисленные беспозвоночные скелетные организмы (рис. 13). Среди них были археоциаты (ранний кембрий), напоминавшие по форме кубки и чаши с двойными стенками,  древние родичи ракообразных —  трилобиты, кораллы,  примитивные морские звезды,  брахиоподы, граптолиты, а также мшанки, моллюски и др. Впервые появились скелетные организмы.

В ордовикский период пышное развитие получили беспозвоночные. Главенствующую роль приобрели трилобиты. Наряду с ними развиваются первые головоногие  моллюски  со  спиральной раковиной — наутилусы («кораблики»). В конце ордовика появились первые рыбоподобные бесчелюстные позвоночные.

Силурийский период знаменуется появлением иглокожих — морских лилий и морских ежей.  Одновременно в  морях распространяются бесчелюстнын (панцирные) рыбы,  первые представители которых жили еще в кембрии. В силуре появились рыбы с внутренним хрящевым скелетом.

В силуре из моря на сушу  вышло первое живое существо — скорпион, а за ним — многоножки. На суше расцвели появившиеся в конце ордовика первые высшие растения — псилофиты (греч.  «псилёс» — лысый, голый, «фитон» — растение). Они не имели ни корней, ни листьев; все функции организма выполнял стебель. Завоевание суши растениями произошло в конце силура и в начале девона.

В девоне процветал класс рыб.  Наряду с панцирными рыбами (исчезнувшими в конце девона) впервые появились лучерерые, двоякодышащие и кистеперые рыбы, а также первые хрящевые акулы и скаты. Плавательный пузырь двоякодышащих и панцирных рыб приспособился поглощать кислород из воздуха. Вследствие этого он мог выполнять  функцию  дыхательного органа. И рыбы могли дышать как жабрами,  так и при помощи  плавательного  пузыря.

С девона широко распространились аммоноидеи (гониатиды), двустворчатые и брюхоногие моллюски,  колониальные и одиночные кораллы, крупные фораминиферы, морские лилии и др.

Озера девонского периода время от времени пересыхали.  В поисках новых

водоемов кистеперые рыбы впервые вышли на сушу.  Они,  возможно, стали родоначальниками всех  наземных позвоночных. Свое название кистеперые рыбы получили от того,  что их плавники имеют вид кистей со  срединной осью, покрытой чешуей. Они напоминают примитивные конечности.  Кистеперые рыбы сохранились до наших дней. Один их вид — целакантус обнаружен у берегов Юго-Восточной Африки.

На сушу в девонский период вышли многие другие представители животных. Появились крупные скорпионы, стегоцефалы  и первые бескрылые  насекомые. В мире растений в конце девона псилофиты были вытеснены папоротниками (археоптерисами),  хвощами и плаунами, голосеменными растениями.

Расцвет земноводных и насекомых приурочен к каменноугольному периоду. На суше появились первые хищные и травоядные пресмыкающиеся — рептилии. Широко распространились гигантские панцироголовые земноводные. Это были хвостатые четвероногие, с тяжелым массивным черепом. Они обитали вблизи воды в условиях влажного теплого климата.

В карбоне сушу завоевали громадные лесные массивы с гигантскими мощными деревьями.  Они достигали 30-50 м в высоту и до 2 м в поперечнике. Наиболее характерными представителями карбоновых лесов были гигантские 15-30 -метровые плауновые. С ними соперничали высотою великаны из хвощевых — каламиты. В среднем карбоне появились кордаиты — папоротниковидные голосеменные.

Пермский период был благоприятным для обитания пресмыкающихся.  Среди них были крупные хищники иностранцевии, растительноядные парейазавры  и морские — мезозавры.

К концу палеозоя вымирают многие группы организмов — гониатиты, замковые брахиоподы, четырехлучевые кораллы, трилобиты, панцирные рыбы и др. Погибли леса папоротников и хвощей,  Большинство споровых растений (плауновых, хвощевых) заменилось голосемянными.

П о л е з н ы е   и с к о п а е м ы е   п а л е о з о я.   Палеозойские отложения содержат разнообразные полезные ископаемые. В частности,  к магматическим породам приурочены месторождения платины, хромовой, титановой и других руд. А в контакте магмы с известняками образовались месторождения магнитного и красного железняка. Примером таких месторождений являются горы Магнитная, Высокая и Благодать на Урале.

В отложениях кембрийской системы содержатся месторождения  каменной  соли (Усолье близ Иркутска;  Соляной хребет на севере Пакистана), нефти (Восточная Сибирь), фосфоритов (хребет Каратау на полуострове Мангышлак в Казахстане). Для ордовика характерны горючие сланцы, образовавшиеся из сине-зеленых  водорослей  (Эстония,  Ленинградская область), нефть и газ (Сибирская  платформа),  каменная  соль,  гипс,  фосфориты (бассейн Днестра). В силуриский период образовались месторождения самородного золота, железных, поллиметаллических и других руд, каменной соли и гипса.

Химические осадки — соли и гипс образовались в девонских лагунах и озерах. С осадками девона связаны также месторождения угля (Кузнецкий бассейн,  Тиманский кряж, остров Медвежий), нефти и газа — в России (Республика Коми, Урало-Поволжье), Белоруссии, Украине, в США (Пенсильвания), а также бокситов (восточный склон Урала) и других  полезных ископаемых. В каменноугольный период проявилось самое мощное в истории Земли угленакопление.  Отмирающие части растений падали на дно водоемов. При недостаточном для полного разложения доступе кислорода,  под действием бактерий  и  грибков с течением времени они превращались в торф – исходный материал для образования ископаемых углей. Известные месторождения каменного угля находятся в России (Подмосковный,  Печорский, Таймырский, Камский бассейны) и Казахстане (Карагандинский,  Экибастузский бассейны), на Украине (Донецкий бассейн), а также в Западной Европе (Англия, Франция, Бельгия) и США (Аппалачи).

Отложения каменноугольной  системы содержат крупные месторождения нефти и газа (Урало-Поволжье),  бурых железняков (Липецкая, Тульская и Московская области), бокситов (Ленинградская область), нефелина и апатита (Кольский полуостров), киновари и антимонита (Украина). В пермский период широко распространились континентальные условия. Это  было время великого соленакопления. В России крупным месторождением калийных солей является Соликамское (Пермская область), месторождением каменной соли — Соль-Илецкое (Оренбургская область).  Месторождения углей пермского возраста расположены в Кузнецком и Тунгусском бассейнах. Обнаружены  они и в Антарктиде.  Пермские базальтовые излияния содержат никелевые руды  (Норильск).

Мезозойская эра.

Мезозойская эра, продолжительность которой составляет 183 млн лет, подразделяется на три периода — триасовый, юрский и меловой. Соответственно подразделяется на системы и мезозойская группа отложений.

Т р и а с о в а я  система  получила свое название в связи с четким подразделением ее отложений на три части — нижний,  средний и  верхний триас. Соответственно, триасовый период (35,0 млн. лет) делится на три отдела — ранний, средний и поздний.

В мезозое континенты Северного и Южного полушарий разделялись вытянутым в широтном направлении обширным морским бассейном.  Он получил название Тетис — в честь древнегреческой богини моря.

В начале триаса в некоторых районах земного шара происходили мощные вулканические извержения. Так, в Восточной Сибири излияния базальтовой магмы образовали толщу основных горных пород,  залегающих в виде огромных покровов. Такие покровы называются «траппами» (швед. «траппа» — лестница).  Для них характерна столбчатая отдельность в виде ступеней лестницы.  Вулканические извержения происходили также в Мексике  и  на  Аляске,  в Испании и Северной Африке.  В Южном полушарии триасовый вулканизм резко проявился в Новой Каледонии, Новой Зеландии, Андах и других районах.

В триасе произошла одна из крупнейших в истории Земли регрессий моря.  Она совпала с началом  новой  складчатости, продолжавшейся в течение всего мезозоя и получившей название  «мезозойской». Возникшие в это время складчатые сооружения получили название «мезозоид».

Ю р с к а я   система названа по Юрским горам в Швейцарии. В  юрский период,  продолжавшийся 69,0 млн.  лет,  началась новая трансгрессия моря.  Но в конце юры в области океана Тетис (Крым,  Кавказ,  Гималаи  и др.) и особенно ощутимо в области Тихоокеанских окраин возобновились горообразовательные движения. Они привели к образованию горных  сооружений внешнего Тихоокеанского кольца:  Верхоянско-Колымских, Дальневосточных, Андийских, Кордильерских. Складчатость сопровождалась активной вулканической деятельностью. В Южной Африке и Южной Америке (бассейн реки Парана) в начале юрского периода произошли  крупные излияния основных лав траппового характера.  Мощность базальтовых толщ здесь достигает более 1000 метров.

М е л о в а я   система получила свое название в связи с тем, что в ее отложениях широко распространены слои белого мела. Меловой период  продолжался 79,0 млн.  лет.  Его начало совпало с обширнейшей морской трансгрессией. Согласно одной из гипотез, северный сверхматерик Лавразия в это время распался на ряд отдельных континентов:  Восточно-Азиатский,  Северо-Европейский, Северо-Американский. Гондвана  также  распалась на отдельные континентальные массивы:  Южно-Американский, Африканский, Индостанский, Австралийский и Антарктический. В мезозое образовались, возможно,  все современные океаны, кроме, видимо, более древнего Тихого океана.

В позднемеловую эпоху на территориях, прилегающих к акватории Тихого океана,  проявилась мощная фаза мезозойской  складчатости.  Менее интенсивные горообразовательные движения в это время происходили в ряде районов Средиземноморской области (Восточные Альпы, Карпаты, Закавказье). Как и в юрский период, складчатость сопровождалась интенсивным магматизмом.

Мезозойские породы «пронзены» внедришимися в  них гранитными интрузиями. А на обширных пространствах Сибирской,  Индийской,  Африкано-Аравийской платформ в конце мезозоя происходили грандиозные излияния  базальтовых лав, сформировавших трапповые покровы (швед. «трапп» — лестница). Ныне они выходят на поверхность, например, по берегам реки Нижней Тунгуски. Здесь можно наблюдать возвышающиеся на несколько сотен метров останцы твердых базальтов, которые были внерены ранее в осадочные породы, уничтоженные после выхода на поверхность процессами выветривания и размыва. Вертикальные уступы черных (темно-серых), называемых «столбами», траппов чередуются с горизонтальными площадками. Этим они полюбились альпинистам и туристам.  Мощность таких покровов на Деканском плато в Индостане достигает 2000-3000 м.

О р г а н и ч и ч е с к и й   м и р   м е з о з о я.  На рубеже палеозойской и мезозойской эр существенно обновился животный и растительный мир (рис. 14, 15). Для триасового периода характерно появление в морях новых головоногих (аммонниты, белемниты) и пластинчатожаберных моллюсков, шестилучевых кораллов и других групп животных. Появились костистые рыбы.

На суше это было время господства пресмыкающихся. Возникли новые их группы — первые ящерицы, черепахи, крокодилы, змеи. В начале мезозоя появились и первые млекопитающие — мелкие сумчатые  величиной в современную крысу.

В триасе — юре появились и расцвели белемниты, гигантские растительноядные и хищные пресмыкающиеся ящеры — динозавры (греч. «динос» — страшный, «саврос»  —  ящер).  Они достигали в длину 30 м и более и весили до 60 тонн.  Динозавры (рис. 16) освоили не только сушу, но и море. Здесь обитали ихтиозавры (греч.  «ихтис» — рыба) — крупные хищные рыбоящеры, достигавшие в длину более 10 м и  походившие на современных дельфинов. Тогда же появились первые  летающие  ящеры  —  птерозавры  (греч. «птерон» — крыло) ,  «саврос» — ящер). Это были в основном небольшие (до полуметра) пресмыкающиеся,  приспособившиеся к полету.

Распространенными представителями птерозавров являлись летающие ящеры — рамфоринхи (греч.  рамфос» — клюв,  «ринос» — нос) и птеродактили  (греч. «птерон» — перо, «дактилос» — палец). Их передние конечности превратились в летательные органы — перепончатые крылья.  Главную пищу  рамфоринхов составляли рыбы и насекомые.  Наиболее мелкие птеродактили были величиной с воробья, наиболее крупные достигали размеров ястреба.

Летающие ящеры не являлись предками птиц.  Они представляют собой   особую, самостоятельную  эволюционную  ветвь  пресмыкающихся,  которая   полностью вымерла в конце мелового периода.  Птицы произошли от других пресмыкающихся.

Самой первой птицей,  видимо, является археоптерикс (греч. «археос» — древний, «птерон» — крыло). Это была переходная форма от пресмыкающихся к птицам.  Размером археоптерикс был с ворону. Он имел короткие крылья,  острые хищные зубы и длинный хвост с веерообразным оперением. Формой тела, строением конечностей и наличием оперения археоптерикс был сходен с птицами. Но по ряду признаков был еще близок к пресмыкащимся.

В юрских  отложениях обнаружены остатки примитивных млекопитающих.

Меловой период — время наибольшего расцвета пресмыкающихся. Динозавры достигли огромных размеров (до 30 м в длину); масса их превышала 50 т. Они  широко заселили сушу и воды, царили в воздухе.  Летающие ящеры в меловой период достигли гигантских размеров — с размахом крыльев около 8 м.

Гигантские размеры были свойственны в мезозое и некоторым  другим группам животных. Так, в меловых морях существовали моллюски — аммониты, раковины которых достигали в диаметре 3 м.

Из растений на суше,  начиная с триасового  периода,  преобладали голосеменные: хвойные,  гингковые и др.;  из споровых — папоротники. В юрский период бурное развитие получила наземная растительность. В конце мелового периода появились покрытосеменные растения;  на суше образовался травяной покров.

В конце мелового периода органический мир снова претерпел резкие изменения. Вымерли многие беспозвоночные и большинство гигантских  ящеров. Причины их вымирания достоверно не установлены. Согласно одной гипотезе, гибель динозавров связывают с геологической катастрофой, происшедшей около 65 млн.  лет назад.  Предполагают, что тогда с Землей столкнулся крупный метеорит.

В 70-х годах ХХ в. геолог Калифорнийского университета Уолтер Альварес и

его отец физик Луис Альварес обнаружили в пограничных  мел-палеогеновых отложениях разреза Губбио (Италия) необычайно высокое содержание иридия — элемента,  в большом количестве содержащегося в метеоритах.  Аномальное содержание иридия было обнаружено также на границе мела и палеогена в других

районах земного шара. В связи с этим отец и сын Альваресы выдвинули гипотезу о столкновении с Землей крупного космического тела астероидного размера. Следствием столкновения было массовое  вымирание мезозойских растений и животных ,  в частности динозавров. Это произошло около 65 млн.  лет назад на рубеже мезозойской и  кайнозойской эр.  В  момент  столкновения мириады метеоритных частиц и земного вещества поднялись гигантским облаком в небо и на годы закрыли  Солнце. Земля погрузилась в темноту и холод.

В первой половине 80-х годов были  проведены многочисленные геохимические исследования.  Они показали, что содержание иридия в  пограничных  мел-палеогеновых  отложениях  действительно очень высоко  —  на  два-три  порядка выше его среднего содержания (кларка) в земной коре.

В конце позднего исчезли и большие группы высших растений.

П о л е з н ы е   и с к о п а е м ы е   м е з о з о я.

Отложения мезозоя содержат много полезных ископаемых.  Месторождения рудных полезных ископаемых образовывались в  результате проявления базальтового магматизма.

В широко распространенной триасовой коре выветривания присутствуют месторождения каолинов и бокситов (Урал, Казахстан). В юрский и меловой периоды происходило мощное угленакопления. В  России месторождения мезозойских бурых углей расположены в пределах Ленского,  Южно-Якутского,  Канско-Ачинского, Черемховского,  Чулымо-Енисейского, Челябинского бассейнов, на Дальнем Востоке и в других районах.

К юрским и меловым отложениям приурочены знаменитые месторождения нефти и газа  Ближнего Востока, Западной Сибири,  а также Мангышлака, Восточной Туркмении и Западного Узбекистана.

В юрский период образовались горючие  сланцы  (Поволжье  и  Общий Сырт), осадочные железные руды (Тульская и Липецкая области), фосфориты (Чувашия, Подмосковье, Общий Сырт, Кировская область).

К меловым отложениям приурочены месторождения фосфоритов (Курская,  Брянская,  Калужская и др.  области) и бокситов (Венгрия,  Югославия, Италия, Франция). С меловыми гранитными интрузиями и базальтовыми излияниями связаны месторождения полиметаллических руд (золота, серебра,  меди,  свинца,  цинка, олова, молибдена,  вольфрама и др.). Это, например, Садонское (Северный Кавказ) месторождение полиметаллических руд,  оловянные руды Боливии и т.п. По берегам Тихого океана простираются два богатейших мезозойских рудных пояса: от Чукотки до Индокитая и от Аляски до Центральной Америки. В Южной Африке  и  Восточной Сибири к меловым отложениям приурочены месторождения алмазов.

Кайнозойская эра. Кайнозойская эра продолжается 65 млн.  лет.  В международной шкале геологического времени она подразделяется на «третичный» и «четвертичный» периоды. В России и других государствах бывшего Советского Союза  кайнозой подразделяется на три периода: палеогеновый, неогеновый и антропогеновый (четвертичный).

П а л е о г е н о в ы й  период  (40,4 млн.  лет) делится  на раннюю —  палеоценовую  (10,1  млн.  лет),  среднюю  — эоценовую (16,9 млн. лет) и  позднюю — олигоценовую (13,4 млн.  лет) эпохи. В Северном полушарии  в палеогене существовали Северо-Американский и Евразиатский материки.  Их разделяла впадина Атлантического океана. В Южном полушарии продолжали развиваться самостоятельно материки,  отколовшиеся от Гондваны и разделенные впадинами Атлантического и Индийского океанов.

В эоценовую эпоху в области Средиземноморья проявилась первая фаза мощной альпийской  складчатости.  Она  вызвала  поднятие  некоторых центральных  участков  этой области.  К концу палеогена море полностью покинуло территорию Гималайско-Индостанской части Тетиса.

Образование многочисленных глубинных разломов в области Северного пролива и прилегающих районов Ирландии,  Шотландии,  Северной Англии и Гебридских островов; района Южной Швеции и Скагеррака, а также во всей области Северной Атлантики (Шпицберген,  Исландия, Западная Гренландия) способствовало базальтовым излияниям.

В конце палеогенового периода во многих частях земного шара широко проявились разрывные и блоковые движения земной коры.  В ряде районов  Западно-Европейских  герцинид  возникла система грабенов (Верхнерейнский, Нижнерейнский). Система узких меридионально вытянутых грабенов (Мертвое и Красное моря,  озера Альберта,  Ньяса, Танганьика) возникла в восточной части Африканской платформы). Она протянулась от северной  окраины  платформы  почти  до крайнего юга на расстоянии свыше 5000 км. Разрывные дислокации здесь сопровождались грандиозными излияниями базальтовых магм.

Н е о г е н о в ы й   период включает две эпохи: раннюю — миоценовую (19,5 млн. лет) и позднюю — плиоценовую (3,5 млн. лет). Для неогена было  характерно активное горообразование. К концу неогена альпийская складчатость превратила большую часть области Тетиса в наиболее молодую  в  структуре  земной коры альпийскую складчатую область.  В это время приобрели свой современный облик многие горные сооружения.  Возникли цепи Зондских, Молуккских, Ново-Гвинейских, Ново-Зеландских, Филиппинских,  Рюккю,  Японских,  Курильских, Алеутских островов и др. В пределах Восточно-Тихоокеанских прибрежных окраин узкой полосой поднялись береговые хребты.  Горообразование происходило и в области Центрально-Азиатского горного пояса.

Мощные блоковые движения  вызвали  в  неогене  опускание  крупных участков земной  коры  — областей Средиземноморского,  Адриатического, Черного,  Восточно-Китайского,  Южно-Китайского, Японского, Охотского и других краевых морей, а также Каспийского моря.

Поднятия и опускания блоков земной коры в неогене  сопровождались

зарождением глубинных разломов.  По ним происходило излияние лав. Например,

в области Центрального плато Франции. В зоне этих разломов возникли в неогене вулканы Везувий, Этна, а также камчатские, курильские, японские и яванские вулканы.

В истории Земли были часты периоды похолодания, чередовавшиеся  с потеплением.  Около 25 млн. лет назад, с конца палеогена, произошло похолодание. Одно из потеплений имело место в начале позднего неогена (плиоценовая эпоха). Следующее похолодание сформировало горно-долинные и покровные ледники в северном полушарии и мощный ледяной покров в Арктике. Многолетнее промерзание пород на севере России продолжается до  настоящего времени.

А н т р о п о г е н о в ы й  период получил свое название потому, что в начале этого периода появился человек (греч. «антропос» — человек). Его прежнее название   —  четвертичная система. Вопрос о длительности антропогенового периода до настоящего времени окончательно не решен. Одни геологи определяют длительность антропогена не менее 2 млн лет. Антропоген подразделяется на  эоплейстоцен (греч.  «эос»  —  заря,  «плейстос» — наибольший,  «кайнос» — новый), плейстоцен и голоцен (греч. «голос» — весь, «кайнос» — новый). Длительность голоцена не превышает 10 тыс. лет. Но некоторые ученые относят эоплейстоцен к неогену и нижнюю границу антропогена проводят на уровне 750 тыс. лет назад.

В это время более активно продолжилось поднятие Центрально-Азиатского горно-складчатого пояса.  По  мнению некоторых ученых,  горы Тянь-Шаня и Алтая за антропогеновый период поднялись на несколько  километров. А впадина озера Байкал погрузилась на 1600 м.

В антропогене проявляется интенсивная вулканическая деятельность.  Наиболее мощные базальтовые излияния в современную эпоху наблюдаются  в средино-океанических хребтах и других обширных пространствах океанского дна.

«Великие»  оледенения происходили на огромных пространствах северных материков и в антропогеновый период. Они сформировали и ледниковый покров Антрактиды. Эоплейстоцен и плейстоцен характеризуются  общим похолоданием климата Земли и периодическим возникновением материковых оледенений в средних широтах. В среднем плейстоцене мощные ледниковые языки спустились почти до 50° с.ш. в Европе и до 40° с.ш. в США. Здесь мощность моренных отложений составляет первые десятки метров. Межледниковые эпохи характеризовались относительно мягким климатом. Средние температуры повышались на 6 — 12° С (Н.В.Короновский, А.Ф.Якушова, 1991).                                                                               .

Формировавшиеся за счет вод морей и океанов огромные массы льда в виде ледников надвигались  на  сушу.  Мерзлые  породы распространялись на обширные пространства. Голоцен — послеледниковая эпоха.  Его начало  совпадает с окончанием последнего материкового оледенения Северной Европы.

О р г а н и ч и ч е с к и й   м и р   к а й н о з о я. К началу кайнозойской эры вымирают белемниты, аммониты, гигантские пресмыкающиеся и др.  В кайнозое активно стали развиваться простейшие (фораминиферы), млекопитающие и костистые рыбы.  Они заняли господствующее положение среди других представителей животного мира.  В палеогене среди них преобладали яйцекладущие и сумчатые (подобие фауны этого типа частично сохранилось в Австралии).  В неогене эти группы животных отступают  на второй план и основную роль начинают играть копытные, хоботные, хищники, грызуны и другие известные ныне классы высших млекопитающих.

Органический мир антропогена похож на современный. В антропогеновый период от приматов,  существовавших еще в неогене 20 млн. лет назад, произошел человек.

Кайнозойская эра характеризуется широким распространением наземной растительности:  покрытосемянных растений,  трав, близких к современным.

П о л е з н ы е   и с к о п а е м ы е   к а й н о з о я.   В палеогеновый период происходило мощное углеобразование.  Месторождения бурых углей известны в палеогене Кавказа, Камчатки, Сахалина, США,  Южной Америки, Африки, Индии, Индокитая, Суматры.  Палеогновые марганцевые руды выявлены на Украине (Никополь), в Грузии (Чиатура),  на Северном Кавказе,  Мангышлаке. Известны палеогеновые месторождения бокситов (Чулымо-Енисейское, Акмолинское), нефти и газа.

К неогеновым отложениям приурочены залежи  нефти  и  газа  (Баку, Майкоп, Грозный, Юго-Западная Туркмения, Западная Украина, Сахалин). В бассейне Черного моря, на территории Керченского и Таманского полуострова, в неогеновый период в различных районах происходило осаждение железных руд.

В антропогеновый период образовались месторождения солей, строительных материалов  (щебень,  гравий,  песок,  глина,  суглинок), озерно-болотных железных руд;  а также россыпные месторождения золота, платины, алмазов, оловянной, вольфрамовой руд, драгоценных камней и др.

Таблица 5

Геологические этапы и развитие жизни на Земле
Эра Период Главнейшие группы             организмов Абсолют. возраст 

(млн лет)

Кайнозой- 

ская

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Антропоге-новый 

 

 

 

Неогеновый

 

 

 

Палеоге-

новый

Человек, млекопитающие,  морские и пресноводные  мол-люски,  кораллы, морские ежи и лилии, губки, фораминиферы. 

 

Млекопитающие, в т.ч. чело-векообразные обезьяны и трехпалые лошади.

 

Господство млекопитающих (появ- ление низших обезьян); пресмыкаю-щиеся. Из беспозвоночных пелеци- поды, гастроподы, нуммулиты, орби-толиды; из водорослей — диатомовые.

0-1,6(2,0) 

1,6-24,6

 

 

 

24,6-65

 

 

 

 

Мезозой- ская 

 

Меловой 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Юрский

 

 

 

 

 

Триасовый

 

 

 

 

 

 

 

 

Млекопитающие; в массовом количестве пресмыкающиеся.  Рас- цвет и гибель динозавров — на суше, в воде и воздухе. Костистые рыбы; птицы.  Из беспозвоночных —  круп-ные аммониты, устрицы, белемниты, кораллы, губки, мелообразующие гло-бигерины, орбитолины. Покрытосе-мянные и голосемянные растения. 

 

Массовое развитие пресмыкающих- ся — амфибий; примитивные  млекопи- тающие;  костистые рыбы, рифооб-разующие кораллы, аммониты, устрицы;  насекомые.

 

Первые млекопитающие (мелкие сумчатые). Костистые рыбы. Гос- подство пресмыкающихся — наземных, водных,  летающих; первые ящерицы, черепахи, крокодилы,  змеи. Дино- завры.  Ихтиозавры. Птерозавры. Ар- хеоптерикс. Из  беспозвоночных — морские лилии, аммониты, белем-ниты, беллерофоны, кораллы и др.

65-144 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

144-213

 

 

 

 

 

213-248

Палеозой- ская Пермский 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Карбоно-

вый

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Девонский

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Силурийский

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ордовикский

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кембрийский

 

 

 

 

Вымирают трилобиты  и панцирные рыбы. Амфибии, примитивные прес- мыкающиеся; беспозвоночные – бра-хиоподы, гониатиты,  аммониты,  пе- лециподы, мшанки. Гибнут леса папоротников и  хвощей. Боль-  шинство споровых растений (плау-новых, хвощевых)  заменилось голосемянными в виде первичных  хвойных. 

 

Расцвет земноводных и насе-комых. Позвоночные — акуло-подобные рыбы; из беспозво-ночных — брахиоподы, гониа-титы, наутилоидеи; из расте-ний —  семенные папоротники и кордаиты, плауновые, ка-ламиты, клинолистники. Много амфибий — стегоцефалы и др. Первые пресмыкающиеся и бескрылые насекомые.

 

Первые амфибии; первые акулы, кистеперые и двояко-дышащие рыбы, панцирные рыбы. Из беспозвоночных — расцвет четырехлучевых кораллов и кальцеол, спирифериды, пентамери-ды, гониатиты, трилобиты, морские лилии. Первые бескрылые насе-комые. Псилофитовая флора к концу периода вытесняется папоротниками, плаунами, хвощами. Первые  голосемян-ные растения.

 

Выход на сушу скорпиона и многоножек. Позвоночные – хря- щевые рыбы, примитивные рыбо-образные бесчелю-стные. Из беспоз-воночных — многообразные плече- ногие, моллюски, членистоногие (ра-кообразные, трилобиты), граптолиты, четырехлучевые  кораллы, появление морских лилий и морских ежей.

 

Первые рыбоподобные бесче-люстные позвоночные. Панцирные рыбы; ракообразные — остракоды, листоногие раки; трилобиты, граптолиты, четырехлучевые и трубчатые кораллы; плеченогие, ранние представители мшанок; нау-тилоидеи. Массовое развитие водорослей. В раннем и сред-нем кембрии массовое развитие археоциат, к концу периода археоциаты вымирают.

 

Трилобиты и ракообразные. Появление граптолитов, губ-ок, строматопороидей, брахи-опод, примитивных  наутило-идей и морских звезд. Появ-ление скелетных организмов. Массовое развитие археоци-ат.  Обилие  красных и сине-зеленых водорослей.

248-286 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

286-360

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

360-408

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

408-438

 

 

 

 

 

 

 

 

 

438-505

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

505-570

(590)

 

 

 

 

Протеро- зойская Венд 

 

Рифей

 

Карелий

Массовое развитие  одноклеточных и многоклеточных бактерий,  сине-зеле-ных, реже красных и зеленых водо- рослей. В конце эры появление ран- них археоциат, губок, червей, медуз. 570-2600
Архей- 

ская

Появление примитивных бактерий и водорослей. 2600-4200

 

Геологическая история Земли трактуется учеными  по-разному.  Особенно большие споры вызывают вопросы, связанные с происхождением океанов и горно-складчатых областей,  дрейфом материков и др.  Одни ученые считают, что океанические впадины возникли на месте опустившихся крупных континентальных блоков.  Другие считают, что океаны образовались в процессе раздвигания материков,  которые в прежние геологические эпохи располагались более тесно по отношению друг к другу.

Около полутора веков просуществовала геосинклинальная гипотеза. Согласно этой гипотезе, горно-складчатые области возникли на месте подвижных узких прогибов, в которых длительное время накапливались мощные  осадочные толщи.  А приверженцы новой тектонической концепции «тектоники плит», полагают, что горно-складчатые области  возникли в результате столкновения и наползания друг на друга дрейфующих плит земной коры.

 

Глава 4. Земля среди планет Солнечной системы

В ХХ веке человечество совершило реальный прорыв в Космос. Благодаря этому многократно повысился интерес к планетам Солнечной системы, обращающимся вместе с Землей вокруг Солнца. Общая протяженность Солнечной системы примерно в 40 раз превышает среднее расстояние от Земли до Солнца. Последнее  равно около 150 млн км. Солнце является раскаленной звездой, входящей, как и все звезды, видимые на небе, в состав нашей звездной системы – Галактики. Диаметр Солнца в 109 раз больше диаметра Земли. А масса его примерно в 333 000 раз превышает массу нашей планеты. Масса всех планет составляет всего лишь около 0,1% от массы Солнца. Поэтому оно силой своего притяжения управляет движением членов Солнечной системы, пространство между которыми заполнено крайне разреженным газом и космической пылью. Внутренняя температура Солнца достигает 10·106 — 15·106 К. Внешнюю часть солнечной атмосферы венчает солнечная корона. Ее температура которой достигает 106 — 107 К. Корона испускает в межпланетное пространство поток ионизированных частиц, называемый “солнечным ветром”. С ним уносится заметная часть энергии Солнца.

В пределах Солнечной системы расположено четыре внутренних (Меркурий, Венера, Земля и Марс) и 5 внешних (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) планет. Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов — малых планет.

Все планеты обращаются вокруг Солнца по эллитическим орбитам, очень близким (кроме вытянутой орбиты Плутона) к окружности. Вращаются планеты в ту сторону, в которую медленно вращается и Солнце. Порядок вращения планет вокруг своих осей нарушает лишь Венера, вращающаяся в обратную сторону вокруг своей оси.

В н у т р е н н и е   п л а н е т ы  С о л н е ч н о й  с и с т е м ы —  Меркурий, Венеру, Марс и Землю — называют планетами земного типа. Они, как и Земля, являются твердыми телами, и близки Земле по сравнительно небольшим размерам, в основном силикатно-железистому составу и внутреннему строению.

Меркурий, расположенный ближе всех к Солнцу, является одной из самых маленьких планет земной группы. Ее радиус составляет 0,4 земного радиуса. Меркурий практически лишен атмосферы, она чрезвычайно разрежена и состоит из гелия и водорода. Температура поверхности колеблется от – 1730 до +4300С. . Плотность Меркурия (5,43±1 г/см3) близка к плотности Земли; магнитное поле очень слабое (0,01 земного).  Меркурий отличается очень медленным осевым вращением (почти 59 земных суток), составляющим 2/3 периода обращения планеты вокруг Солнца. Судя по телевизионным изображениям, переданным американским космическим аппаратом «Маринер-10» (1974 г.), Меркурий очень похож на Луну. Его поверхность покрыта многочисленными ударными кратерами — воронками с поперечниками от 0,8 до 120 км. Между сгущениями кратеров располагаются продолговатые равнины, подобные лунным «морям». Их относительно плоское дно нарушено трещинами и грядами.

В е н е р а – располагается между Меркурием и Землей. Среди планет земной группы Венера обладает наиболее плотной атмосферой, обнаруженной еще М.В.Ломоносовым. Вся вода на Венере находится в парообразном состоянии. По данным измерений и снимков, произведенных с советских спускаемых аппаратов автоматических межпланетных  станций «Венера-8, -9, -10, -13, -14, -15 и -16», атмосфера Венеры состоит на 97% из углекислого газа с облаками из капелек серы и серной кислоты. Такая атмосфера создает очень сильный парниковый эффект. Температура у поверхности Венеры достигает 750±20°К, атмосферное давление (90 атмосфер)  такое же, какое на Земле в океанах на глубине около 1 км.

Полученные материалы свидетельствуют о наличии на Венере коры аналогичной земной и о том, что местами ее поверхность сложена тонкорасслоенными каменистыми горными породами, близкими к основным базальтам. Венера обладает сильно расчлененным рельефом, амплитуда его достигает 15,5 км. Обширные понижения, напоминающие океанские бассейны Земли и лунные «моря», занимают 1/6 часть поверхности планеты. Остальную площадь составляют холмистые равнины и возвышенности. Наиболее крупными континентами являются: Земля Афродиты (размером с Африку) и Земля Иштар (размером с Австралию). На краю последней расположено сложенное базальтами высокое плато Лакшми. Кроме того, выделяются крупные вулканические массивы (до 2000 х 2000 км)  и горные хребты протяженностью в сотни километров. Последние, в частности, обрамляют Землю Афродиты (с севера) и плато Лакшми. Рисунок этих линейных гряд очень напоминает рисунок горных систем Земли. Они возвышаются на 7-8 км над средним уровнем поверхности Венеры. В пределах Земли Афродиты выявлены две рифтовые долины  длиной до 2200 км.

На Венере, так же как и на Земле, есть крупные вулканы. Венера характеризуется очень медленным осевым вращением (117 земных суток). Ее магнитное поле в 105 раз меньше земного.Вращается Венера в обратном по отношению к своему вращению вокруг Солнца и вращению других планет и их спутников (кроме Урана и его спутников, спутника — Тритона и некоторых внешних спутников Юпитера и Сатурна) направлении.

З е м л я – самая крупная из внутренних планет Солнечной системы. По размерам , массе  и средней плотности она наиболее близка Венере. Отличается от последней несколько большей массой, несколько большим периодом обращения вокруг Солнца и намного более быстрым осевым вращением. Период вращения вокруг собственной оси у Земли – 24 часа (одни сутки), а у Венеры – 243.     В отличие от Солнца, состоящего  из водорода и гелия, Земля содержит много кислорода и железа, кремния, магния, кальция и др. элементов. Азотно-кислородная атмосфера Земли резко отличается от атмосфер других планет. Термодинамические условия поверхности позволяют существовать воде во всех трех агрегатных состояниях — в виде пара, жидкой воды и льда. Различается и средняя температура на планетах. На Земле она составляет +14оС, а на Венере — +467 оС. От других планет земной группы (и от Луны) Земля отличается тем, что ее кора сложена не только базальтами, но и гранитами (в пределах континентов); на ее поверхности присутствует большой объем жидкой воды, заполняющей океаны и моря. На Земле активно проявляются магматические и тектонические (вулканизм, движения и деформации з.к.), а также различные экзогенные (деятельность ветра, рек и т.п.) процессы; рано зародился и пышно расцвел органический мир.

экватора планеты.

Спутник Земли – Луна составляет 1/81 часть массы Земли и движется по орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики примерно на 5°. Она полностью лишена атмосферы и воды, обладает медленным осевым вращением (29,5 земных суток) и очень слабым магнитным полем. В рельефе поверхности Луны 84%  занимают возвышенные участки («континенты»), сложенные полнокристаллическими (с содержаним SiO2 от 52 до 45%) породами, резко обедненными по сравнению с земными летучими хим. элементами и соединениями (нет даже следов воды и углекислоты). Остальное приходится на широкие депрессии — “моря”, сложенные покровами базальтов, сходных с земными, но также обедненных летучими компонентами.    Наиболее крупными являются: Море Дождей, Море Ясности, Море Изобилия, Море Нектара, Море Спокойствия, Океан Бурь и др. Верхняя часть коры на Луне, вероятно, сложена базальтами. Вся поверхность Луны испещрена крупными ударными кратерами — следами падения крупных метеоритов, породы на их поверхности раздроблены и содержат примесь метеоритного вещества — железа и родственных ему элементов.

Температура на поверхности Луны колеблется от +115°С на освещенной Солнцем поверхности до -135°С на противоположной. Отмечаются лунотрясения, очаги которых располагаются на глубине 700-1000 км, вблизи границы мантии с ядром.

М а р с — наиболее удаленная от Солнца планета земной группы. Диаметр ее примерно вдвое меньше земного, а масса  равна 0,38 земной массе. Марс обладает самой низкой средней плотностью  и осевым вращением равным 24 ч 37,4 мин.   Марсианский год составляет 687 суток. Поэтому длительность сезонов на Марсе почти вдвое  больше, чем на Земле. В зимнее время в полярных областях образуются снеговые шапки; снег состоит из воды и углекислоты.

Атмосфера на Марсе очень разреженная, состоит на 95% из углекислого газа; остальное приходится на азот, аргон и кислород (0,02%); содержание водяного пара в общем невелико. Давление ее на поверхности составляет 6 мм ртутного столба. Амплитуда высоко расчлененного рельефа достигает 27 км (на Земле — 19 км, Венере — 15,5 км). Температура поверхности Марса колеблется от -28 до -140°С. Это способствует широкому распространению вечной мерзлоты в верхней части коры планеты. Развитие высохших русел рек свидетельствует, что в прошлом по поверхности Марса текла и жидкая вода.

На Марсе проявляется большинство известных на Земле экзогенных процессов. В частности, господствуют процессы, связанные с деятельностью ветра: имеются обширные песчаные пустыни с характерным грядовым рельефом. Рельеф Марса отличается высокой расчлененностью, его амплитуда достигает 27 км. Выделяются два главных типа областей: материки, густо покрытые ударными кратерами, что свидетельствует об их относительной древности, и равнины. На Марсе имеются гигантские вулканы. Один из них – самый крупный во всей Солнечной системе вулкан Олимп. Его высота 21 км.

Установлены гигантские рифтовые долины, переходящие в каньоны. Так, широтная рифтовая система Долины Маринер протягивается к югу от экватора на 4000 км. Глубина каньона достигает 10 км.

Марс имеет слабое магнитное поле. У Марса два очень небольших по размеру сложенных метеоритным веществом типа хондритов и изрытых ударными кратерами  спутника — Фобос (до 27 км в поперечнике) и Деймос (до 15 км в поперечнике). Один из них вращается вокруг своей оси в направлении, противоположном вращению Марса и другого спутника.

П о я с  а с т е р о и д о в. Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов — малых планет. Это — мелкие твердые небесные тела и обломки, достигающие в диаметре сотен  километров (Церера – 767 км). В настоящее время известно более 3000 астероидов, которые время от времени сталкиваются друг с другом. Новые астероиды открывают ежегодно. Чаще всего им присваивают имена известных ученых, героев, деятелей искусства. Существует гипотеза, что астероиды – то обломки десятой планеты, названной Фаэтоном и погибшей при какой-то космической катастрофе.

В н е ш н и е    п л а н е т ы  С о л н е ч н о й  с и с т е м ы —  Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун  образуют внешнюю группу планет-гигантов Солнечной системы. Они по размерам, массе, составу и сроению резко отличаются от планет земной группы.

Ю п и т е р — самая крупная планета Солнечной системы. Ее радиус в 11 раз больше земного, а объем — в 1000 раз. Юпитер состоит, преимущественно, из газов. Его атмосфера толщиной 1000 км состоит главным образом из молекулярного водорода, гелия, метана и аммиака. . Из аммиака на Юпитере состоят облака. Температура внешних слоев находится в пределах 140-150 К. Между небольшим твердым ядром и газообразной атмосферой располагается мощная самостоятельная оболочка, состоящая из жидкого металлического водорода. Твердая поверхность отсутствует. Быстрое вращение Юпитера (9 ч 55 мин) создает мощное магнитное поле, на порядок превышающее земное. У Юпитера число спутников достигает 16. Четыре самые крупные из них были открыты Г.Галилеем еще в 1610 г. Это -, Ио, Европа, Каллисто. Радиус Ганимеда – 1892 км. На спутнике Ио, в основном сложенном твердым каменным материалом, открыто 8 действующих вулканов, извергающих, в отличие от земных (связанных с деятельностью СО2 и Н2О), расплавленную серу и сернистый газ SO2. Другие внутренние спутники Юпитера, отстоящие от него на большее расстояние, -, Ганимед и Каллисто — покрыты ледяной корой. На Ганимеде и Каллисто имеется множество ударных кратеров — следов метеоритной бомбардировки. А на Европе – огромные трещины и расколы.

С а т у р н —  вторая по величине после Юпитера планета в Солнечной системе. Ее радиус в 9 раз ревышает земной. Его быстрое вращение с периодом около 10 часов приводит к сильному сжатию планеты у полюсов и является источником магнитного поля, превышающего земное. В экваториальной плоскости Сатурн окружен кольцами, состоящими из мелкого каменного материала, покрытого, вероятно, льдом. С кольцами связаны внутренние спутники Сатурна. Спутник Титан, радиус которого 2575 км, плотность около 1,3 г/см3, обладает протяженной атмосферой, состоящей из молекулярного азота с примесью метана и водорода. Энцелада, спутнике Сатурна, состоит из замерзших газов. На нем  обнаружены вулканы, выбрасывающие  струи жидкости.

У р а н и Н е п т у н. Радиус Урана и Нептуна в 4 раза превышает земной. Уран имеет 15 спутников,

У р а н и Н е п т у н. Радиус Урана и Нептуна в 4 раза превышает земной. Кольца Юпитера, Сатурна и  состоят из мелких (до 10-15 м в диаметре) твердых частиц камня и льда. Уран и Нептун обладают относительно высокой плотностью и имеют соответственно 15 и 2 спутников.

П л у т о н наиболее отдаленная планета Солнечной системы (6 млрд км от Солнца). По размеру (радиус — 1800 км) и составу тяготеет не к планетам-гигантам, а к внутренним планетам змной группы. Она сложена, вероятно, из каменистого материала и льда. На поверхности Плутона обнаружен твердый метан. Температура поверхности 500 К. Это приводит к вымораживанию всех природных газов, за исключением водорода и гелия. Поэтому поверхность планеты сложена твердым метаном — метановым льдом. В 1978 г. был открыт спутник Плутона, названный Хароном, который по размерам вдвое меньше, чем сама планета. Его радиус оценивается в 600-700 км, средняя плотность 1 г/см3, период обращения — 6,39 дней, при среднем радиусе орбиты 20 000 км.

Основные свойства планет Солнечной системы суммированы в таблице.

Основные свойства планет Солнечной системы1

Планеты Расстояние 

от

Солнца,

а.е.2

Масса, 

Земля = 1,00

Радиус, 

Земля = 1,00

Средняя 

плотность,

г/см3

Альбедо3
Внутренние планеты
Меркурий 0,387 0,0558 0,383 5,42 0,056
Венера 0,723 0,815 0,955 5,25 0,76
Земля 1 1 1 5,52 0,36
Марс 1,534 0,1074 0,528 3,94 0,16
Луна 1 0,0123 0,273 3,34 0,067
Астероиды
Хондритовые тела 2,3 — 3,2 -0,00013 2,2 — 3,5
Внешние планеты
Юпитер 5,203 317,9 10,97 1,314 0,67
Сатурн 9.539 92,2 9,03 0,69 0,69
Уран 19,18 14,6 3,72 1,19 0,93
Нептун 30,06 17,2 3,38 1,66 0,84
Плутон 39,44 -0,0023 0,24 -1,0 0,5

1Г.В.Войткевич Рождение Земли. Ростов-на-Дону: Феникс, 1996.

2Астрономическая единица — среднее расстояние от Земли до Солнца, равное 149,6 млн км.

3Величина, характеризующая способность поверхности тел отражать световые лучи; равна отношению отраженного потока к падающему.

 

Общие особенности Солнечной системы

Вопрос о строении Солнечной системы и имеет для человечества огромное познавательно-мировоззренческое и практическое значение. Первый выдающийся вклад решение этой задачи сделало величайшее творение польского ученого Николая Коперника (1473-1543) «Об обращении небесных  кругов». Коперник первый установил, что Земля является не неподвижным центром Вселенной, как это считалось до него, а  всего лишь небольшой и постоянно движущейся вокруг Солнца планетой. В  начале 17 в. Немецкий ученый Иоганн Кеплер сформулировал законы движения планет и их спутников. А в конце 17 в. Исаак Ньютон вывел закон всемирного тяготения, который лежит в основе обнаруженных Кеплером законов жвижения планет м спутников.

В течение всего 19 века в космогонии  господствовали близкие гипотезы немецкого философа Иммануила Канта (1724-1804) и французского математика Пьера Симона Лапласа (1749-1827). Но они вошли в противоречие с вновь полученными фактами и не могли объяснить необычайное распределение момента количества движения (меры вращательных движений) в Солнечной системе между Солнцем и планетами. В современной Солнечной системе  наблюдается парадоксальное распределение момента количества движения. В Солнце сосредоточено более 99% всей массы Солнечной системы, но на него приходится менее 2% момента количества движения. А остальные 98% принадлежат планетам. Проблема эта решалась и решается многими учеными. Рамки настоящей книги не позволяют описывать взгляды  современных ученых. Но можно утверждать, что и они до сих пор не вышли за пределы более или менее оригинальных гипотез.

Изучение других планет Солнечной системы базируется на знании  вещественного состава, строения и истории развития Земли. Планеты Солнечной системы находятся на разных ступенях развития. Земля опередила другие планеты в своей эволюции. Но они, так же как и Солнце, расположенное в центре Солнечной системы, оказывают непосредственное влияние на протекающие на Земле геологические процессы. Поэтому правильно понять историю происхождения Земли и восстановить ранние стадии ее развития можно лишь с учетом строения всей Солнечной системы. В частности, в последние годы земляне озабочены вопросом: грозит ли Земле столкновение с блуждающими астероидами, метеоритами и кометами. И каковыми могут оказаться последствия такой «встречи».

Метеорное тело, имеющее небольшие размеры, иногда целиком испаряется в атмосфере Земли. Остатки метеорных тел, упавшие на Землю, называются метеоритами.

Метеориты рассматриваются как обломки малых планет, обращающихся вокруг Солнца по пересекающимся эллиптическим орбитам. Кометы (греч. «косматое светило») – также обращаются вокруг Солнца небольшие тела, окруженные обширной оболочкой из разреженного газа. Большинство из них имеет эллиптические орбиты, выходящие за орбиту Плутона.

С падением метеоритов связано образование ударных кратеров на земной поверхности. Ежегодно на поверхность Земли падает до 1000 метеоритов общей массой 1500 – 2000 тонн (5-6 тонн за они сутки). При падении крупных метеоритов выделяется огромное количество энергии. Палеонтологи установили, что 247, 220 и 65 млн. лет назад на Земле погибло около 95% всего живого. Ряд ученых связывает это с падением на поверхность Земли крупных фрагментов метеоритов и т.п.

Основным источником падающих на Землю метеоритов служит пояс астероидов, которые обращаются по гелиоцентрической орбите между Марсом и Юпитером. Общее число сближающихся с Землей малых планет достигает 1000. Первое зафиксированное китайскими астрономами в хрониках появление кометы относится  к 2296 году до н. За всю историю человечества  до наших дней наблюдалось всего около 2000  кометных появлений. Иногда астероиды приближаются к Земле. Так, в 1993 г. астероид Икар прошел в опасной близости от Земли.

Солнце является гигантским источником столь необходимой люям энергии. И человек давно приступил к практическому использованию солнечной энергии. Грандиозный экологически чистый проект перекачки энергии Солнца на Землю хочет осуществить в XXI веке Япония. В стране начаты научные работы по созданию первой в истории космической электростанции мощностью в миллион киловат. Планируется запустить в космос на 36 тыс. км от Земли спутник весом 20 тыс. тонн с двумя солнечными батареями. Каждая из них будет иметь по 1 км в ширину и по 3 км в длину. Эта конструкция будет передавать собранную энергию наземной антенне.

 

Глава 5.  ВЕЛИКИЕ И МАЛЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СПОРЫ

…последующим  поколениям,  которые

пользуются  апробированными ответами

на  все   вопросы,  часто  нелегко оценить,

каких  трудностей это стоило.их предшественникам

***

Фантазии легко разгуляться, когда имеешь дело

с массами огромных размеров и

периодами времени почти бесконечными.

Чарлз Дарвин

О Геологии можно сказать стихотворной строкой: “В ней — страсть веков, следы стихий, победы, грёзы и дерзания…” Геология помнит многие малые и “великие” споры,  переходящие подчас в нелицеприятную и жестокую борьбу. Геология не раз вторгалась в область господствующей идеологии. История Геологии — это гонения мужественных ученых и трагедии великих личностей.

В этой главе рассказывается о том, как зарождались и развивались некоторые идеи и гипотезы в Геологии. За каждой из них стоит личность ученого — одновременно и пытливая, и дерзкая по мысли, и объективно ограниченная рамками научных, официальных  и моральных воззрений своего времени.

Д о г а д к и   а н т и ч н ы х   н а т у р ф и л о с о ф о в

Зачатки геологических знаний появились в глубокой древности.  Человек всегда стремился познать окружающий его мир,  осмыслить геологические  явления. Об этом свидетельствуют  интуитивные догадки и обобщения древних натуралистов,  их  первые космогонические и геологические концепции.

Двенадцать столетий — с VII в.  до н.э. до V в. н.э. — длился период, получивший в истории науки название «античного» (лат. «антиквус» — древний).  Нерасчлененная наука этого периода называлась «натурфилософией». У любознательных натурфилософов  античности  было  достаточно свободного времени для вдумчивого созерцания природы и глубоких раздумий о ее сущности.

Среди вопросов, волновавших умы древних мыслителей, особое место занимали форма Земли, ее взаимоотношение с Солнцем, строение недр, происхождение окаменелостей, содержащихся в горных породах, и др.

В представлениях наших предков об окружающем их материальном мире было немало фантазии. Так,  вавилоняне изображали Землю в виде круглой горы, окруженной морем, на которое опрокинутой чашей опирается небо. Древние греки считали, Землю выпуклым диском, обтекаемым со всех сторон рекой — Океаном. Над Океаном, по их представлениям, расположен  медный небосвод.  По нему движется Солнце, поднимающееся ежедневно из вод Океана на востоке и погружающееся в них  на  западе.

Однако, в Древней Греции высказывались идеи, достоверность которых была подтверждена в более позднее время. Так, Анаксимандр (ок. 610-после 547 г. до н.э.) —  автор первой географической карты и книги «О природе», утверждал, что

Земля — шар.

Некоторые древние ученые при этом опирались не на наблюдения, а на абстрактные умозаключения. Например, идеалист Платон (428?-348?  гг.  до н.э.), основатель знаменитой школы “Академия”,  считал, что Земля имеет форму куба. А математик Пифагор Самосский (около 580-500 гг.  до  н.э.) был уверен, что Земля должна быть шаром потому, что является идеальным телом.

Первые научные доказательства шарообразности Земли привел ученик Платона Аристотель(384-322 гг.  до н.э.). Это он сказал однажды: “Платон мне друг, но истина дороже”. Наблюдая лунные затмения, Аристотель обратил внимание на то,  что тень,  отбрасываемая Землей на Луну, всегда круглая. Этого не было бы, утверждал Аристотель, если бы Земля не имела форму шара.

Архимед (ок. 287-212 гг. до н.э.) указал, что Земля не может быть идеальным шаром, т.к. на ней есть высокие горы, равнины и глубокие провалы.  Для  обозначения  фигуры Земли Архимед предложил термин «сфероид»  (греч. «сфероидес» — шароподобный).

Аристарх Самосский (конец IV-первая половина III в. до н.э.), видимо, первым измерил диаметр земного шара. Сравнительно точно определил средний радиус земного шара хранитель крупнейшей в античном мире Александрийской библиотеки в Египте древнегреческий ученый Эратосфен Киренский (около  276-194  гг. до н.э.)

Анаксимандр придерживался геоцентрической (греч. «ге» — Земля, лат. «сентрум» — центр круга) модели космоса. По его представлениям, шарообразная Земля является центром  мироздания. И Анаксагор (около 500-428 гг. до н.э.) также считал Землю центром мироздания, вокруг которого вращается Солнце.

Но Аристарх Самосский, в противовес Анаксимандру и Анаксагору, выдвинул первую гелиоцентрическую (греч. «гелиос» — солнце,  лат. «сентрум» — центр круга) гипотезу строения Солнечной системы. Он высказал идею о том, что Земля движется вокруг неподвижного Солнца и вокруг собственной оси.

В VI-IV вв.  до н.э. впервые были высказаны правильные взгляды о причинах изменения поверхности Земли, ее возрасте и внутреннем состоянии.

Анаксимандр считал,  что Земля возникла очень давно и медленно изменялась. Ксенофан из Колофана (ок. 570-после 478 гг. до н.э.) связывал изменения поверхности Земли с движением ее недр. Он полагал, что морские раковины, содержащиеся в горных породах на суше вдали от берега, свидетельствуют  о том, что раньше эти участки находились ниже уровня моря.

Эмпедокл из Агригента (ок.  490-ок.  430 гг. до н.э.) высказал  догадку,  что  внутри  земного шара находится огненно-жидкая масса. Она и порождает такие грозные явления, как вулканические извержения и горячие источники, вытекающие из недр Земли. Признавая окаменелости,  встречающиеся в горных породах, остатками вымерших животных, Эмпедокл вместе с тем рисовал фантастическую картину их зарождения. По Эмпедоклу, на первом  этапе  во влажном илу зарождались различные по форме и размерам разрозненные органы будущих животных (головы,  конечности,  глаза, уши и т.п.). Затем при движении в воде отдельные органы произвольно соединялись, образуя разнообразных уродов. На  третьем этапе  происходила массовая гибель этих несовершенных существ.

Аристотель указывал,  что распределение суши и моря не всегда остается одинаковым: море приходит туда, где была суша, суша возвращается туда,  где теперь мы видим море.  Но эти изменения так  медленны  в сравнении с краткостью человеческой жизни, что на них не обращают внимания.  Образование гор Аристотель связывал с землетрясениями. А в изменении рельефа большую роль отводил воде, отмечая ее огромную разрушительную работу.

Сведения геологического характера о вулканах, размывающей работе рек, колебаниях  моря и др. содержатся в произведениях античных географов Геродота (490-480 — ок.  425 г. до н.э.) и Страбона (64-63 г. до н.э.  — 23-24 г. н.э.). Геродот, в частности, основываясь на найденных в осадочных породах морских раковинах, считал Египет осушившимся заливом Средиземного  моря.  Страбон попытался выявить причины присутствия во многих местах современной суши,  удаленных от берегов  морей, раковин морских животных.  Он допускал,  что одни участки земной поверхности могут подниматься относительно  других  под действием напора подземных газов.  Отмечая существование периодических колебаний поверхности Земли, Страбон подразделял их на очень  медленные, охватывающие огромные пространства,  и быстрые, но локальные (при землетрясениях).

Высказанные  античными учеными прогрессивные геологические идеи  в свое время не получили достойного развития и были на долгое время забыты. Некоторые их озарения и идеи стали предметом серьезного изучения геологии,  лишь много  веков спустя.

Со  II в.н.э.  в Европе на целых полторы тысячи лет утвердилось поддерживаемое религиозной догмой геоцентрическое учение Клавдия Птолемея (ок. 90 — ок. 160).  Автор «Альмагеста» и «Географии» — энциклопедий древних  астрономических и географических знаний, Птолемей считал, что плоская Земля является центром Вселенной. Птолемей также утверждал,  что Земля и весь населяющий ее органический мир неизменны «от создания». И единственным событием, нарушившим однажды покой Земли, был «всемирный потоп».

П л о с к а я   и л и   к р у г л а я ?

К непреложной истине, что Земля имеет форму шара, наши предки шли долгим путем догадок, споров и борьбы. В Европе в V в. христианская церковь объявила идею шарообразности Земли “ересью”. Инакомыслящие жестоко преследовались и наказывались.

Но в этот период Геология успешно развивалась в Средней Азии. Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмед аль Бируни (973 — ок.1050), энциклопедист из  Хорезма, не сомневался в шарообразности Земли. Он впервые на Среднем Востоке  высказал мысль о движении  Земли  вокруг Солнца. По расчетам Бируни, земной радиус равнялся 1081,66 фарсаха (около 6490  км).  По  современным  данным  экваториальный  радиус Земли равен 6378 км.  Длина окружности Земли,  по Бируни, равнялась 5600 фарсахов (41550 км).

В Европе споры о форме Земли возобновились в конце ХV в.  В 1490 г. немецкий  географ Мартин Бехайм (1459-1507) изготовил первый земной глобус. Но его осмеяли за нехристианскую идею. Однако истина в конце концов восторжествовала.  В 1519-1522  гг. шарообразность Земли была окончательно установлена кругосветной морской экспедицией Фернана Магеллана. Спустя почти 4,5 века после нее, немецкий писатель Стефан Цвейг написал об этом так: «В один прекрасный день всё,  до сих пор определённое, оказалось под вопросом, всё

вчерашнее  —  устаревшим на тысячу лет и изжившим себя;  птолемеевские карты Земли,  непререкаемая святыня для двадцати поколений,  после Колумба и Магеллана стали посмешищем для детей».

12 апреля 1961 г. Юрий Гагарин совершил еще одно знаменательное “кругосветное путешествие”,  впервые облетев земной шар на космическом корабле.  Известный писатель и ученый Артур Кларк писал о полете Гагарина:  «Шар,  вокруг которого можно облететь за 90 минут, уже никогда не будет для людей тем, чем он был для наших предков».

В конце  ХVII  вв.  англичанин  Исаак Ньютон  (1643 — 1727) и голландец Христиан Гюйгенс (1629 — 1695) доказали, что Земля не может иметь форму правильного шара. Они полагали: раз тело Земли долго и быстро вращается вокруг своей оси,  то центробежные силы на экваторе действуют сильнее, чем у полюсов.  Вследствие этого расстояние между полюсами должно быть короче, чем  диаметр Земли в плоскости экватора.  В 1680 г.  Ньютон подсчитал, что Земля сплющена вдоль оси вращения на 1/230 долю этой оси.

В о к р у г   З е м л и   и л и   в о к р у г   С о л н ц а ?

Cегодня правильный ответ на этот вопрос содержится в школьных учебниках младших  классов. Но ученые шли к нему долго и трудно. Геоцентрическая концепция Птолемея господствовала в науке 15 веков.

Во второй половине ХV в. кардинал Николай Кузанус (1401-1464) высказал мысль, что Земля движется и  вокруг  своей оси,  и вокруг некоторой точки в пространстве.  За центр вращения Земли и других планет Кузанус  принимал  не  Солнце,  а особый полюс мира.  Труды Кузануса были изданы в Риме в 1501 г., почти через 40 лет после смерти их автора и за 40 лет  до  издания  великого труда Н.Коперника.

Польский священник и математик Николай Коперник (1473-1543) в  начале ХVI в.  научно  опроверг учение Птолемея. Основные выводы были получены Коперником еще в 1507 г. Но книгу «Об обращениях небесных сфер” ему удалось напечатать лишь в самом конце его  жизни в 1543 г.  Первый экземпляр книги, по преданию, пришел к автору в день его смерти — 24 мая 1543 г. Коперник  доказал,  что Земля — не центр Вселенной, а всего лишь небольшая постоянно движущаяся вокруг Солнца планета.

Коперник нанес  окончательный удар геоцентрической системе Птолемея. Но в 1616 г. его сочинение было объявлено церковью“еретическим” и запрещено. Еще спустя сто лет после  выхода  в свет труда Коперника,  гелиоцентрическая система мира не была включена в курсы астрономии западноевропейских университетов. Обучение в них по прежнему шло по Птолемею. Вращение Земли вокруг Солнца было признано окончательно русской православной церковью в 1756 г., а римской католической — в 1822-1835 гг.

«Н е п т у н и с т ы»   и л и   «п л у т о н и с т ы» ?

Знаменитый спор «нептунистов» и «плутонистов» широко обсуждался учеными  и прогремел на  весь  мир во  второй половине ХVIII — первой половине ХIХ в. Его изобразил В. Гёте во второй части «Фауста» («Вальпургиева ночь»),  где в образах  греческих мудрецов Анаксагора и Фалеса вывел «плутониста» и «нептуниста».

Своё название они получили по имени римского бога морей — Нептуна и бога  подземного царства у древних греков — Плутона.  «Нептунисты» считали воду главным агентом,  преобразующим лик  Земли, и утверждали,  что все горные породы, включая гранит и базальт,  образовались путем осаждения из морской воды. «Плутонисты»  связывали возникновение гранита и базальта и преобразование  лика  Земли с «подземным огнем».

“Отцом нептунистов» был выдающийся немецкий геолог,  профессор Фрейбергской горной академии Абраам Готтлоб Вернер (1749-1817). По Вернеру, поверхность Земли изначально была сильно расчленена и покрыта океаном.  В первичной «хаотической жидкости» содержались все  вещества,  из которых  ныне образована земная кора.  Последовательно  выпадая в осадок, эти вещества образовали различные осадочные породы. Первыми на дно океана выпали в осадок граниты. Затем таким же путем отложились другие породы, в том числе базальты. «Нептунисты» утверждали, что базальты — продукты химического осаждения из вод Океана и отвергали их магматическое происхождение.

Глава «плутонистов», шотландский ученый Джеймс Геттон  (1726-1797), автор книги «Теория Земли», подразделял горные породы на изверженные и осадочные. В отличие от “нептунистов”, он ограничивал роль воды только ее способностью к разрушению горных пород и считал граниты и базальты  изверженными породами, образовавшимися из расплавленных магм.

Происхождение базальтов стало главной темой в споре двух научных течений. В первой половине ХIХ в.  «нептунисты» потерпели жестокое поражение. Ученик Вернера — Леопольд Бух посетил вулкан Везувий, Альпы и Канарские острова. После этого он резко изменил свои воззрения и перешел  в  стан «плутонистов».  Такую же идейную эволюцию пережил и другой талантивый ученик Вернера — Александр Гумбольдт. Во время своего путешествия  по Америке он убедился в мощности и грандиозности вулканических явлений.

О к а м е н е л о с т и   и л и   «и г р а   п р и р о д ы»?

Со времен античных натурфилософов ученые многие века спорили  о природе окаменелостей,  в изобилии попадавшихся им в осадочных слоях на суше. Одни принимали их за «игру природы». Другие считали остатками некогда обитавших в морях животных — вспомним Ксенофана Колофанского.

В эпоху Возрождения были заново высказаны некоторые идеи ученых античного периода. Леонардо да Винчи (1452-1519) участвовал в строительстве каналов и крепостей в Северной Италии. Он исследовал горные породы и содержащиеся в них  окаменелости.  Последние  встречались на больших расстояниях от моря. Леонардо да Винчи (1517 г.) пришел к выводу, что окаменелости принадлежат животным, оставленным здесь морем в те далекие времена,  когда оно простиралось за пределы своих  современных границ.

В 1553 г. подобным образом трактовал происхождение окаменелостей и   другой   итальянский   ученый   —  Джироламо  Фракастро (1478-1553). Однако, выводы Леонардо да Винчи и Фракастро были надолго забыты. Потребовалось еще  почти  полтора столетия,  чтобы содержащиеся в осадочных пластах окаменелости перестали рассматриваться как «игра природы».

В 1669 г. Николаус Стенон (1638-1686) писал: «Если в определенном слое обнаруживаем следы морской соли, панцири морских животных… то несомненно в этом месте в некую эпоху было море…».

О   п р и ч и н а х   и з м е н е н и я   л и к а   З е м л и

Многие века учение Птолемея утверждало, что Земля оставалась неизменной «от создания». Однако то, что лик Земли не был постоянным,  отмечали не только отдельные древнегреческие натурфилософы.  На  это указал,  например,  и среднеазиатский ученый Омар Аалем в Х в. в своем сочинении «Отступление моря». Сравнив морские карты своего времени с картами индийских и персидских астрономов двухтысячелетней давности,  Аалем установил серьезные изменения  в очертаниях азиатских берегов.  Оказалось, что прежде море было гораздо пространнее.

Другой  ученый из Средней Азии — Аль Бируни писал,  что временами море перемещается на место суши, а суша — на место моря.  Отмечая находки плавников рыб в осадочных пластах под Хорезмом,  он  делал вывод,  что эти пространства песчаных пустынь некогда представляли собой дно обширного водоема.

В Европе в конце ХV в. Леонардо да Винчи обобщил свои наблюдения,  полученные  в процессе строительства каналов и крепостей.  И пришел к выводу, что любая часть земли, которая обнажается при размыве реками, уже была земной поверхностью, видимой Солнцу.

Спустя полтора века, Николаус Стенон также утверждал,  что очертания суши  и  моря меняются во времени.  «Все теперешние горы,  — писал Стенон, — не существовали от начала мира». Причиной образования гор он считал  прежде  всего «изменившееся положение слоев».  В этих вопросах Леонардо да Винчи и Стенон далеко опередили свое время. «Нептунисты» и через сто лет после Стенона, в конце ХVIII в., считали, что наклонные и изогнутые слои находились в таком состоянии с самого начала своего образования, и воды Океана покрывали горы до самых вершин.

В 1705 г.  была опубликована посмертно работа английского ученого Роберта  Гука  (1636-1703) «Лекции  и  рассуждения о землетрясениях». Главной ее целью было объяснение, каким образом раковины были занесены на вершины «Альпийских, Аппенинских и Пиренейских гор и вобще во внутренность материков».  Эти и подобные явления,  по мнению  Гука,  могли произойти от землетрясений, «которые превращали равнины в горы, а горы в равнины, моря в сушу, а сушу в моря, образовали они реки там, где их прежде не было…». «Землетрясения, — писал Гук, — со времени сотворения мира произвели много больших перемен на  поверхностных  частях земли, и служили орудиями к перемещению раковин, костей, растений, рыб и тому подобного в такие места,  где мы теперь встречаем их  к  своему немалому удивлению».  Значительную роль в этом процессе Гук приписывал внутреннему «огню» Земли.

В 1755  г. произошло сильное Лиссабонское  землетрясение. Под его впечатлением 6 сентября 1757 г.  в Санкт-Петербурге на общем заседании Академии наук с речью «Слово о рождении металлов от трясения земли» выступил М.В.Ломоносов.  Этот труд был затем опубликован.  Ломоносов доказывает в нем,  что к изменению рельефа земли и образованию щелей, в которые проникают минеральные растворы, отлагающие там минералы и руды, ведут расколы и смещения частей  земной  коры, сопровождаемые землетрясениями и вулканическими извержениями. «Таковые частые в подсолнечной перемены, — пишет М.В.Ломоносов, — объявляют нам, что земная поверхность ныне совсем иной вид имеет, нежели каково было издревле».

В 1763  г. М.В.Ломоносов опубликовал свой главный геологический труд «О слоях земных».  Он писал: «И во первых, твердо помнить должно, что видимые телесные на земле вещи и весь мир не в таком состоянии были с начала от создания,  как ныне находим,  но великие происходили  в нем перемены,  что показывает история и древняя география,  с нынешней снесенная и случающиеся в наши веки перемены земной поверхности. Когда и  главные величайшие тела мира,  планеты,  и самые неподвижные звезды изменяются, теряются в небе, показываются вновь, то в рассуждении оных малого  нашего шара земного малейшие частицы,  то есть горы (ужасные в глазах наших громады), могут ли от перемен быть свободны?». И завершает эту важнейшую мысль М.В.Ломоносов утверждением:  «Итак,  напрасно многие думают,  что все,  как видим,  с начала творцом  создано, будто не токмо горы, долы и воды, но и разные роды минералов произошли вместе со всем светом и потому де не надобно исследовать  причин,  для чего  они  внутренними  свойствами и положением мест разнятся».

З а р о ж д е н и е   с т р а т и г р а ф и и

Немецкий естествоиспытатель Александр Гумбольдт (1769- 1859) назвал Николауса Стенона «отцом новой геологии».  В 1666 г. судьба занесла молодого датского врача-анатома Стенона во Флоренцию. Здесь он неожиданно увлекся геологическими исследованиями. Около  года занимался Стенон геологией.  Но этого было достаточно, чтобы имя 30-летнего натуралиста навсегда вошло в историю геологической науки.

Непосредственные  полевые наблюдения над осадочными пластами Тосканской области привели Стенона к  важным  обобщениям.  Он сформулировал основные положения стратиграфии — науки о последовательности напластования горных пород. Свои наблюдения и  выводы Стенон изложил на латыни в сочинении «О твердом,  естественно содержащемся в твердом» (1669 г.).

Стенон различал  две  главные  группы горных пород — «первичные», или «скалистые»,  слои, которые отложились до появления на Земле организмов, и слои «вторичные», или «слоистые», с органическими остатками, менее плотные и лежащие более полого.

Подразделив тосканские  пласты  по  характеру  содержащихся в них

окаменелостей,  Стенон пришел к выводу, что эти пласты залегали первоначально горизонтально. В Аппенинских горах те же осадочные пласты залегают наклонно, потому что были выведены из горизонтального положения действием подземных паров, огня или провалов.

Основные выводы Стенона сводятся к следующему:

1) каждый слой образовался в результате осаждения в воде;

2) слой,  заключающий в себе обломки другого слоя,  образуется после него;

3) всякий слой отложился после того, на котором он залегает, и ранее того, который его покрывает;

4) слой должен иметь  определенную протяженность.

Стенон первый связал происхождение складчатых гор с изменением первоначально горизонтального положения осадочных пластов в наклонное и вертикальное.  В основном разделе своего трактата, названном «Слои Земли», Стенон отмечает, что земные слои «принадлежат осадкам из жидкостей»,  которые “возникают,  когда содержимое в жидкости в силу собственной тяжести оседает на дно».

Вскоре после написания этого трактата Стенон  отошел от науки и  полностью отдался деятельности католического миссионера.  Результаты его геологических исследований были преданы забвению.  Лишь в начале ХIХ в. сочинение Стенона было вновь открыто А.Гумбольдтом. А в 1832 г.  геолог Эли де Бомон перевел с латинского на французский язык геологическую часть сочинения «О твердом, естественно содержащемся в твердом». Благодаря этому переводу идеи Стенона пополнили сокровищницу геологической  науки.  Метод  Стенона  получил   название «принципа последовательности напластования». На нем основывается современная методика изучения геологической структуры земной коры.

Прах Стенона захоронен во Флоренции. На  его  могиле  была  установлена  мраморная плита с надписью: «Здесь покоится то,  что было земным в Нильсе Стеноне, епископе Титиополиса, — человеке, полном стремления к божеству…» Современники знали Стенона в основном как выдающегося анатома.  Потомки чтут его как «отца новой геологии». В 1881 г. в Италии состоялся Международный геологический конгресс.  Его участники пришли к могиле Стенона и  установили мемориальную доску со словами: «Муж между геологами и анатомами превосходнейший».

В середине ХVIII столетия идеи  Стенона получили дальнейшее развитие во взглядах И.Ардуино, горного директора Тосканы и Виченцы. Ардуино разделил осадочные слои Северной Италии на три последовательно образовавшихся комплекса. И назвал их соответственно «первичными», «вторичными» и «третичными».  Первый комплекс включал лишенные ископаемых стекловидные, слюдистые,  пронизанные кварцевыми жилами интенсивно складчатые сланцевые породы. Второй — менее складчатые плотные слоистые известняки, мергели и глинистые породы с многочисленными остатками морских ископаемых. Третий комплекс представлен слабо складчатыми слоистыми  известняками, мергелями, глинами и песками, содержащими обломки пород «вторичного» комплекса и обильные остатки животных и растений.

Работы Стенона и Ардуино заложили основы стратиграфии. Следующим выдающимся достижением геологической мысли явилась разработка общей для земного шара стратиграфической шкалы.

Одну из первых шкал последовательности образования горных пород построил в Германии Абрахам Готлоб Вернер.  По Вернеру, сменяющие друг друга в разрезе толщи осадков отличаются только вещественным составом. Считая воду главным геологическим агентом, А.Г.Вернер утверждал, что все горные породы образовались из вод первичного океана,  покрывавшего всю Землю.  Он выделил  в качестве  «первозданных»  пород  такие магматические и метаморфические горные породы,  как граниты, кварцевые порфиры, а также гнейсы и кристаллические сланцы. В группу «переходных» пород (ныне их относят к палеозою) Вернер включил известняки,  диабазы, грауваки и др. Затем следовала группа «флёцовых» (слоистых) пород,  содержащих в большом количестве окаменелости.

«Первозданные», «переходные» и «флёцовые» слои,  по Вернеру, покрывали сплошными  оболочками  земной шар.  А в пониженных участках его осаждались аллювиальные отложения — «новейшие наносы»,  представленные конгломертами, песками, глинами и др. Они образовались главным образом за счет механического разрушения более древних пород.

В 1799 г.  английский землемер Уильям Смит  (1769-1839)  принимал участие в  работах  при  прокладке каналов в Южной Англии.  Он обратил внимание на то,  что далеко отстоящие друг от друга пласты горных  пород, содержат одинаковые окаменелости.  Это натолкнуло Смита на мысль, что слои, содержащие один и тот же комплекс окаменелостей, могут рассматриваться как одновозрастные.

Так возникла идея сопоставления осадочных толщ без непосредственного прослеживания их по протяженности — только на основании сравнения заключенных в них окаменелостей.

К подобным  выводам  пришел  во  Франции  палеонтолог  Жорж Кювье

(1769-1832),  проводивший в 1808 г.  геологические исследования в  окрестностях Парижа. Метод В.Смита и Ж.Кювье получил впоследствии название «принципа фаунистической последовательности».

Изучение  ископаемых остатков фауны позволило Ж.Кювье создать новую науку — палеонтологию (греч. «палайос» — древний, «онтос» — существо, «логос» — учение). Принцип последовательности напластования пород, принцип фаунистической последовательности и данные палеонтологии сыграли решающую роль в быстром развитии геологических знаний.  Они содействовали возникновению и становлению стратиграфии (лат.  «стратум» — слой,  «графо» — пишу) — науки  о последовательности  залегания  и  относительном геологическом возрасте горных пород.

Палеонтологический и стратиграфический методы дали геологам возможность определять относительное положение слоев в разрезе,  устанавливать, какие из них являются более древними или более молодыми по отношению друг  к  другу.  Это  привело затем к созданию местных (локальных) стратиграфических шкал и единой для всего земного шара стратиграфической шкалы.

«К а т а с т р о ф и с т ы»   и л и   «э в о л ю ц и о н и с т ы»?

В спорах и жестокой борьбе решалась проблема развития Земли и биологических видов.  К середине ХVIII в. утвердилась идея о том, что биологические виды извечны и неизменны со дня своего «создания». Шведский естествоиспытатель Карл Линней (1707-1778) утверждал в книге «Система природы» (1735 г.), что на Земле существуют только те виды, какие были созданы первоначально “творцом”.

Другой взгляд отстаивал Жорж Луи Леклерк Бюффон (1707-1788). В противоположность Линнею он признавал изменяемость видов  под  влиянием условий  cреды.  В 1749-1788 гг. Бюффон выпустил в свет 36  томов «Всеобщей и частной естественной истории». Классифицируя окаменелости, он установил полное исчезновение в разрезе некоторых форм.

Дальнейшее развитие идей Линнея и Бюффона привело к появлению в биологии и геологии двух противоборствующих направлений — “катастрофизма» и «эволюционизма». Между их приверженцами возник многолетний ожесточенный спор, оставивший глубокий след в истории геологии.

Главой «катастрофистов» был Жорж Кювье (1769-1823) — крупнейший  зоолог и палеонтолог, основоположник сравнительной  анатомии  позвоночных. Он описал и реставрировал около 150 видов ископаемых млекопитающих и пресмыкающихся. Кювье приписывают крылатую фразу:  «Дайте мне одну кость,  и я восстановлю животное».

В начале ХIХ в. Кювье изучал в  окрестностях  Парижа фауну третичных отложений и последовательность их напластования.  Установив  существенные

различия между окаменелостями смежных слоев, Кювье задался вопросом о причинах этих  различий.  В  1812  г.  он  опубликовал «Предварительные рассуждения» к труду «Об ископаемых костях». В последующих изданиях «Предварительные рассуждения» получили название  «Рассуждения о  переворотах  на  поверхности земного шара».  В этой работе Кювье, опираясь на идею неизменности видов,  обосновывает теорию «катастрофизма». По его мнению, различия видов животных, содержащихся в различных слоях Земли, обусловлены периодически совершавшимися  на поверхности Земли «переворотами» («катастрофами»). Они, по Кювье, уничтожали почти все живое. И после каждого такого «переворота», новые «акты творения» создавали новые виды животных и растений.  Наиболее ортодоксальный из последователей  Кювье  —  Альсид Дессалин  Орбиньи  (1802-1857),  описавший  свыше 100 тысяч ископаемых окаменелостей, считал, что во время катастроф погибал весь органический мир предшествующей эпохи.

Благодаря огромному научному авторитету  Кювье, его теория «катастроф» стала господствующей в то время. Всякое несогласие с нею считалось еретическим. Тем не менее, с представлениями «катастрофистов» боролись «эволюционисты». Их лидером  был   француский   естествоиспытатель   Жан Батист Ламарк (1744-1829), предшественник Ч.Дарвина,  создавший целостное учение об эволюции живой природы.

Будучи  крупнейшим авторитетом в области биологии, Ламарк изучал и геологические разрезы,  собирал горные породы и минералы.  Свои геологические взгляды  он изложил в 1802 г.  в книге «Гидрогеология». Этот термин Ламарк  использовал для обозначения науки, изучающей влияние воды на поверхность Земли.

Ламарк отвергал концепцию неизменяемости видов. Он считал,  что виды постепенно изменяются в результате появления у организмов новых функций и органов. Главной причиной изменения видов,  по Ламарку,  является действие на живые организмы факторов среды (климат,  почва,  пища, свет, теплота, атмосферные влияния и т.д.). Ламарк отвергал и учение Ж.Кювье о мировых геологических катастрофах. Он утверждал, что изменение видов в результате реакции на воздействия меняющихся условий внешней среды происходит медленно, без скачков.

Ламарку было нелегко отстаивать свои воззрения в условиях господства идей Кювье. Но он  мужественно переносил несправедливые нападки и насмешки «катастрофистов» и продолжал  свои  исследования. С 1815 по 1822 г. Ламарк опубликовал семь томов «Естественной истории беспозвоночных животных». В  них обобщены результаты огромного труда по систематике беспозвоночных и содержится описание всех известных в  то время родов и видов беспозвоночных животных.  В 1818 г. Ламарк потерял зрение. Но продолжал работу над двумя последними томами  «Естественной истории беспозвоночных» и своей последней книгой «Аналитическая система положительных знаний человека».

В спор катастрофистов и эволюционистов были вовлечены научные круги всей Европы.  Но высшего накала он достиг во Франции. В 1830 г.,  на следующий год после смерти Ламарка, в стенах Парижского университета несколько дней происходила открытая дискуссия. Против Кювье выступал друг его юности Сент-Илер, главный последователь Ламарка. Тогда ламаркисты потерпели поражение. После этого их стали официально преследовать, в частности, и в России. Но история рассудила иначе.

В первой половине ХIХ в. идеи катастрофизма сомкнулись в геологии с «плутонизмом». Л.Бух и А.Гумбольдт выделяли эпохи интенсивной вулканической деятельности. Они считали, что эти короткие по времени катастрофические  эпохи сменяли эпохи покоя,  не несущие с собой никаких существенных изменений земной поверхности.

Идею вулканических катастроф оспаривал другой приверженец теории Ж.Кювье. Это был автор  контракционной гипотезы Эли де Бомон,  издавший  в 1852 г. «Замечание о системе  гор» как часть «Всеобщего словаря натуральной истории».  По мнению Эли де Бомона,  в истории Земли существовали длинные  периоды  сравнительного покоя, в течение которых в морях происходило нормальное осадконакопление. Эти периоды покоя прерывались короткими эпохами тектонических  катастроф,  производивших  глубочайший  переворот в состоянии земной поверхности. Во время тектонических катастроф на поверхности Земли «внезапно» образовывались параллельные друг другу горные цепи. Катастрофы уничтожали животную и растительную жизнь на Земле.  Затем наступал новый период покоя, и органическая жизнь обновлялась. Согласно представлениям Эли де Бомона,  тектонические катастрофы неоднократно  повторялись, начиная с самых древних геологических периодов.

Против идей катастрофизма и концепции Эли де Бомона о всемирной

одновременности горообразования  активно  выступил английский геолог Чарлз Лайель (1797-1875).  Он окончательно закрепил развивавшиеся ранее древнегреческим натурфилософом Анаксимандром, Леонардо да Винчи,  М.В.Ломоносовым, А.Г.Вернером, Д.Геттоном идеи о постепенном преобразовании поверхности Земли в течение длительного времени.

Ч.Лайель опубликовал в 1830-1833  гг. трехтомный труд «Основы геологии», выдержавший 11 прижизненных изданий и переведенный на многие иностранные языки. В русском переводе он вышел в 1866 г. под названием «Основные начала геологии,  или  новейшие  изменения  Земли  и  ее обитателей». Труд Ч.Лайеля вызвал сенсацию. Он защищал идею медленных геологических преобразований — без катастроф, приводящих к гибели органического мира.  Тектонические деформации, считал Лайель, могут происходить в любое время в течение интервала,  представленного  несогласием  между  пластами  горных пород.

Рассматривая те же,  что и Ж.Кювье, комплексы осадочных пород и заключенные в них окаменелости, Лайель доказал, что геологическая история

Земли характеризуется большой длительностью и непрерывностью  геологических явлений. А эпохи, выделенные Кювье, не так резко отличаются одна от другой, как это считали «катастрофисты». Учение Лайеля утверждало  медленное  и непрерывное изменение земной поверхности под влиянием постоянных геологических факторов. К ним относятся атмосферные осадки,  текучие воды, извержения вулканов и др. Эти малозаметные изменения, суммируясь, привели к грандиозным преобразованиям на Земле.

Лайель опирался на метод актуализма: «настоящее есть ключ к познанию прошлого», — писал он. На многочисленных примерах Лайель показал, что события геологического прошлого можно легко объяснить обычными  природными явлениями,  действующими и в современную эпоху.

В 30-е  годы ХIХ столетия дискуссии между катастрофистами и эволюционистами происходили на заседаниях Лондонского геологического общества. Здесь катастрофисты потерпели поражение. К концу 30-х годов ХIХ в. концепция Лайеля получила широкое признание.  Она сыграла прогрессивную роль в  естествознании, явившись главной предпосылкой дарвинизма.

В 1859 г.  Чарлз Дарвин  (1809-1882),  называвший  себя  учеником Ч.Лайеля,  опубликовал «Происхождение видов путем естественного отбора…». В нем впервые убедительно доказывалось, что всё живое на  Земле  —  растения,  животные и сам человек — появилось в процессе длительного, непрерывного и направленного эволюционного развития организмов от простого к сложному,  от низшего к высшему, в тесной связи с изменениями геологической среды.

Широкое распространение  эволюционных идей Ч.Дарвина содействовало тому,  что в 80-е годы ХIХ в., спустя почти полвека после смерти Ламарка, пришло запоздалое признание и его великих заслуг. В 1909 г. мировая наука отмечала 100-летнюю годовщину выхода в свет «Философии зоологии» Ламарка.  По  международной  подписке были собраны средства на памятник автору.  Памятник, открытый в Парижском ботаническом саду, изображал фигуру сидящего в задумчивой позе Ламарка.  А рядом помещен барельеф, изображающий его в глубокой старости,  слепого, рядом с дочерью, которая обращается к Ламарку со словами:  «Потомство будет восхищаться Вами, оно отомстит за Вас, мой отец».

О   в о з р а с т е   З е м л и

Еще Анаксимандр высказал мысль, что Земля возникла очень давно. В 1654  г.  ирландский епископ Ашер «точно» рассчитал, что Земля была создана ровно в 9 ч. утра 26 октября 4004 г.  до Рождества Христова.

В начале ХVI в. Леонардо да Винчи и затем на рубеже 70-х годов ХVII в. Николаус Стено высказали идею о том,  что геологическая  история  намного  продолжительнее библейских 6000 лет.

Жорж Бюффон определял общую продолжительность существования нашей планеты,  включая стадию раскаленной звезды,  в 74 тысячи лет. А М.В.Ломоносов оценил в 399 тысяч лет время, прошедшее только с момента существования в северных странах мамонтов.

В середине ХVIII в. немецкий философ И.Кант, писал, что процесс образования небесных тел и создания современной картины мира из первоначально рассеянной материи протекал миллионы лет.

По мере  накопления  новых  данных все более и более отодвигалась нижняя граница геологического возраста Земли.  В 1802 г.  Жан  Батист Ламарк  в книге «Гидрогеология» писал:  «Натуралист и геолог…  имеют очень много случаев убедиться в том,  что древность земного шара  настолько велика, что попытки определения ее каким бы то ни было способом выходят за пределы возможностей человека».

В 1859  г.  в первом издании книги «Происхождение видов» Ч.Дарвин определил в 300 млн. лет время, за которое, по его расчетам, был  размыт  эрозией  свод  антиклинальной  складки  в  районе  Вельда (юго-восток Англии).  Но это вызвало ожесточенную критику  оппонентов. Основным противником Дарвина в этом вопросе был знаменитый  английский физик Уильям  Томсон,  автор  абсолютной шкалы температур,  получивший позднее (1892 г.) за научные заслуги титул барона Кельвина. Отвергая подсчеты Дарвина, он определял лишь в 98 млн. лет возраст Земли. На защиту Дарвина встал видный биолог (будущий президент Лондонского королевского  общества) Томас  Генри  Гексли.  Он  ответил У.Томсону (Кельвину):  «Математику можно сравнить с мельницей, которая перемелет ваш материал сколь угодно тонко; но будьте уверены — то, что вы получите, целиком зависит от того, что вы заложили; и как самая великолепная мельница в мире не сможет извлечь пшеничную муку из гороха, так и страницы формул не дадут правильного ответа,  исходя из неточных данных».

Впрочем, неточное определение возраста Земли было не единственной ошибкой барона Кельвина. На  рубеже ХХ в. знаменитый физик объявил рентгеновские лучи тщательно разработанной мистификацией. Вместе с тем, открытие  в 1896 г.  французским ученым Антуаном Анри Беккерелем естественной радиоактивности солей урана предопределило ряд других важнейших открытий в области физики и геологии.

В 1898  г.  французский физик Пьер Кюри,  автор термина «радиоактивность», совместно со своей женой Марией Склодовской, открыл радиоактивные  элементы — полоний и радий.  А в 1902 г. П.Кюри на заседании Парижского физического общества впервые высказал мысль  о  возможности использования скорости  радиоактивного распада в качестве меры времени для определения возраста минералов и горных пород.  Эта же  идея  была высказана в 1904 г. в Англии Эрнестом Резерфордом.

Э.Резерфорд пришел к выводу, что захваченный радиоактивными минералами гелий (постоянно образующийся при распаде радиоактивных элементов) может служить средством определения геологического возраста.

Б.Болтвуд заметил,  что  в  урановых рудах неизменно присутствует свинец. Это наблюдение навело его на мысль,  что свинец — это стабильный конечный продукт распада урана. 1906 г. Болтвуд высказал мнение, что отмеченный  факт может быть использован для определения геологического возраста.

Физики установили, что скорость радиоактивного распада не зависит от окружающей обстановки. Это открытие подарило геологам «эталон времени». Радиоактивный распад стал рассматриваться как  надежный геологический хронометр.  В радиактивных породах и изотопах радиоактивных элементов оказалось запечатленным геологическое время.  Его  можно  «улавливать» путем химического анализа радиоактивных пород и определения содержания в них радиоактивных  изотопов. Длительность геологических периодов стало возможным определять в «абсолютных» единицах времени — годах.  Начиная  с 20-х гг., в разных странах создаются специальные подразделения для радиологического исследования горных пород.

Английский петрограф Артур Холмс,  основываясь на радиоактивном распаде горных пород,  разработал в 1947 г.  первую геохронологическую шкалу  фанерозоя и определил возраст Земли в 1460-3000 млн. лет.

Сегодня ученые утверждают, что Земля, как планета, образовалась 4,6 млрд. лет назад. И это, видимо, удивляет немногих.

Х о л о д н о е   и л и   г о р я ч е е ?

Во второй половине ХVIII в. появились важные космогонические работы. В частности, Жорж Бюффон в книгах «Теория Земли» (1749)  и «Эпохи природы» (1778) доказывал,  что Земля и другие планеты Солнечной системы образовались несколько  десятков  тысяч  лет назад из сгустков раскаленного солнечного вещества,  захваченного кометой, столкнувшейся с Солнцем. Вследствие малых размеров, планеты впоследствии стали постепенно остывать.

В 1755 г. немецкий философ Иммануил  Кант  (1724-1804) опубликовал труд под названием «Общая  естественная история и теория неба, или опыт об устройстве и механическом происхождении всего мироздания на основании ньютоновских законов».  В отличие от Бюффона, Кант считал, что Вселенная состояла первоначально из холодных неподвижных твердых частиц различной величины и плотности.  В результате взаимного притяжения частицы приобрели движение. Их столкновение  вызывало вращение и разогрев всей системы.

Не ведая о книге Канта, близкую гипотезу о происхождении Земли и других планет Солнечной системы разработал в 1796 г.  французский математик Пьер Симон Лаплас (1749-1827). Наполеон Бонапарт дал Лапласу должность министра, звание графа и орден Почетного Легиона.

По Лапласу, Земля произошла не из холодных твердых частиц, которые, по утверждению Канта,  вскоре разогрелись, а из раскалённых газов. Впоследствии об их гипотезах стали говорить, как  о единой «гипотезе  Канта — Лапласа». Эта гипотеза внесла в Геологию представление  о Земле, как  о планете, разогретой на начальном этапе своей эволюции и впоследствии подвергшейся медленному охлаждению.

Согласно гипотезе Канта — Лапласа, внутри остывающей Земли сохранились запасы тепла, связанные с ее происхождением. Но открытие через сто лет после выхода в свет работы Лапласа явления естественной радиоактивности побудило ученых пересмотреть вопрос о главных источниках земного тепла.

В 1903 г.  П.Кюри установил,  что соли радия  постоянно  выделяют значительное количество тепла. 1 г радия в течение 1 часа выделяет 140 калорий

тепла (1 кал = 4,1868 Дж).  При  полном распаде 1 г  радия  до свинца (это длится 20000 лет) выделяется 3 млн. калорий тепла.

Э.Резерфорд и Ф.Содди также обнаружили,  что огромное количество энергии  выделяется в процессе излучения радиоактивными веществами альфа-частиц (ядро атома гелия, содержащее 2 протона и 2 нейтрона), открытых Резерфордом в 1899 г.

В 1903 г. английский геолог Джон Джоли впервые указал на то, что радиоактивные элементы могут быть источником земной теплоты. В 1904 г. и Э.Резерфорд высказался за то, что Землю нельзя рассматривать как остывающее тело, этому противоречит выделение  огромного количества энергии при распаде содержащихся в недрах радиоактивных элементов.

Английский физик Джон Уильям Стретт (известный, как  барон Рэлей) доказал,  что выделяемое при  радиоактивном распаде огромное количество тепла достаточно для объяснения всех явлений, связывавшихся с существованием космической теплоты планеты.

С открытием радиогенного источника тепла внутри Земли космогоническая гипотеза Канта-Лапласа  потерпела  крах.  Ее сменили представления об образовании Земли путем холодной аккреции (лат.  «аккрецио» — приращение) из газово-пылевого облака и последующего постепенного разогрева земного вещества. Эту гипотезу в середине ХХ в. выдвинул, в частности, советский академик О.Ю.Шмидт. Но в последние годы в ней обнаружены существенные космогонические и геологические противоречия.

И з о с т а з и я

На рубеже ХV — ХVI вв. Леонардо да Винчи указал на существование равновесия между массой Земли и поднятиями (или опусканиями) земной поверхности. Он

писал: «Суша нашего полушария поднялась настолько выше обычного, насколько она облегчилась от воды, ушедшей от нее по лощине Кальпе и Абила».

Это стремление земной коры к достижению гидростатического равновесия американский геолог Деттон в 1892 г. назвал «изостазией» (греч. «исос» — равный, «стасис» — состояние).

Экспериментально явление  изостазии  было обнаружено раньше.  В 1855 г.  английский ученый Дж. Пратт пытался измерить с помощью отвеса силу тяжести в Гималаях.  Отвес — простейший гравиметрический прибор состоит из груза, подвешенного на тонкой гибкой нити.  Под действием силы тяжести груза нить  принимает  вертикальное направление. Дж.Пратт считал, что обладающий огромной массой горный массив вызовет значительное отклонение отвеса в свою сторону. Но фактическое отклонение отвеса оказалось более чем в пять раз меньше ожидаемого расчетного.

В связи с этим Дж. Пратт предположил, что земная кора разделена на “глыбы” различной плотности.  И высота глыб обратно пропорциональна их плотности.  То есть, чем плотнее “глыба” земной коры, тем она ниже. Это уравновешивает “глыбы” на подкоровом мантийном субстрате (рис. 16).

В том же году английский астроном Дж. Эри дал иное объяснение гималайскому феномену.  По Дж.Эри, Гималаи сложены менее плотными породами,  чем подкоровое вещество. В условиях длительного давления со стороны горного массива плотные породы мантии приобретают свойства жидкости. Благодаря этому «корни» Гималаев погрузились в мантию (рис. 16).

Изучение сейсмограмм  землетрясений  позволило  установить,  что земная кора толще всего там, где вздымаются высокие горные хребты. Это принимается за подтверждение того,  что горы имеют «корни», уходящие в глубь мантии.  Чем выше гора, тем глубже погружаются ее «корни» в мантию. Поэтому горные массивы не имеют избытка массы по сравнению с соседними  участками коры. Поэтому и не отклонился отвес в сторону Гималаев в опыте Дж.Пратта.

Но, если земная кора становится тоньше  (например,  в  результате эрозии горных массивов или таяния покровов льда),  в действие вступает механизм изостазии — компенсационного поднятия соответствующего участка коры.

Отмеченное Леонардо да Винчи стремление земной коры к состоянию изостатического  (гравитационного) равновесия подтверждается рядом примеров.  Так, в Скандинавии во время оледенения в антропогеновый период земная  кора  прогнулась  под тяжестью  льда.  Но когда лёд расстаял, она начала подниматься. Остатки последнего  ледникового покрова расстаяли около 8 тыс.  лет назад. А поднятие продолжается и в наши дни. Земная кора там еще стремится  к  достижению  равновесия  и продолжает «всплывать» со скоростью 1 см в год.

Ныне явление изостазии объясняется погружением блоков твердой литосферы в размягченную астеносферу.

В 1899 г.  немецкий геолог А.Пенк задался вопросом, могут ли когда-нибудь на Земле прекратиться процессы изостазии? И ответил, что это возможно в том случае, если конечным состоянием земной поверхности будет ее выравнивание в результате эрозии.

Г е о с и н к л и н а л и

Глядя на величественные горные цепи, простирающиеся на сотни и тысячи километров, невольно задумываешься об их происхождении.

Геологи давно обратили внимание на то, что в горно-складчатых областях толщина (мощность) смятых в складки осадочных  толщ  во много раз больше, чем в соседних областях с горизонтальным залеганием пластов.

В 30-е — 50-е  гг. ХIХ в. была высказана мысль, что возникновение мощных, смятых в складки осадочных толщ обусловлено глубоким прогибанием земной коры и последующим их поднятием.

В 1873 г. американский  ученый Джемс Дэна ввел термин «геосинклиналь» (греч. «ге» — земля, «син» — вместе, «клино» — наклоняю). Так он называл заполненные мощными осадочными толщами удлиненные прогибы, длительное время прогибавшиеся под тяжестью накапливающихся осадков. Затем боковое сжатие привело к смятию слоев и выжиманию их в виде горных возвышенностей.

В последующем под “геосинклиналью” стали понимать высоко подвижную зону земной коры, характеризующуюся проявлением интенсивных тектонических деформаций и магматизма.  В ее развитии выделяются две стадии.  На первой, собственно геосинклинальной, преобладают погружение  и  накопление  мощных толщ осадков. Затем (орогенная стадия) под воздействием бокового сжатия следует поднятие и горообразование. В  итоге  геосинклиналь превращается в горно-складчатую структуру.

Австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831-1914) опубликовал в 1883-1909 гг. фундаментальный трехтомный труд «Лик Земли».  Подобного  ему,  по  словам русского академика В.А.Обручева,  «не было и нет в литературе о нашей планете». А академик В.И.Вернадский назвал  этот  труд  Зюсса  «первым крупным синтезом» в геологии. Зюсс обобщил все геологические сведения,  накопленные к концу ХIХ в.  Кроме «неустойчивых» участков, он выделял в  земной коре и «устойчивые». К первым Зюсс относил складчатые  зоны, или орогены (греч. «орос» — гора, «генесис»- происхождение). Ко вторым -“платформы”.

Платформы(фр.  «плат»  —  плоский,  лат.  «форма» — форма) — это крупные относительно  устойчивые блоки континентальной земной коры. Они характеризуются плоским рельефом, малой тектонической и магматической активностью. Платформы ограничены по краям складчатыми горными поясами.

Участки платформ, имеющие двухъярусное строение, называются “плитами”. Верхний ярус плит — платформенный чехол сложен преимущественно осадочными толщами и залегает несогласно на интенсивно деформированном и  метаморфизованном складчатом фундаменте.

Начальная стадия развития платформ прежде называлась «геосинклинальной «. Учение о геосинклиналях прослужило Геологии более ста лет — до 80-х годов ХХ в. и внесло огромный вклад в развитие наук о Земле.  Но после уникальных открытий в области геологии океанского дна геосинклинальная гипотеза подверглась резкой  критике со стороны неомобилизма. Современная концепция тектоники  плит объясняет происхождение горно-складчатых систем  с иных, чем прежде, позиций.

И из привычной триады «геосинклиналь — складчатая система (ороген) — платформа» выпал ее исходный, еще недавно “классический” элемент.

С ж а т и е   и л и   р а с ш и р е н и е ?

В 1829-1852 гг. французский геолог Жан Батист Арман Луи Леонс Эли де Бомон (1798-1874) разработал «контракционную» (лат.  «контракцио» — стяжение) гипотезу.  Он опирался на космогоническую гипотезу Канта-Лапласа и объяснял возникновение горно-складчатых  цепей, океанических впадин и разрывных нарушений земной коры действием сил контракции (стяжения). ПоЭли де Бомону, охлаждение Земли приводит к уменьшению объема ее внутренней части и образованию земной коры. Последняя, приспособливаясь к сокращающемуся объёму подкоровой части Земли, обрушалась, оседала и коробилась.

Боковое (горизонтальное) давление приводило к выдавливанию складок  в виде вытянутых горных цепей.  При этом возникали многочисленные трещины,  через которые на поверхность Земли  изливалась расплавленная магма.

В качестве примера,  иллюстрирущего суть контракционной гипотезы, нередко проводят аналогию с усыхающим яблоком. Его  поверхность покрывается морщинами и бороздами.

Гипотеза Эли де Бомона стала на долгие годы общей теорией Земли. Однако крах гипотезы Канта — Лапласа вызвал  кризис и контракционной гипотезы. Ее отвергают,  прежде всего,  сторонники гипотезы расширяющейся Земли.

Возможность расширения Земли допускалась учеными ХVIII в. В 1933 г. идею быстрого расширения Земли выдвинул Хильберг. Позднее ее разрабатывали И.В.Кириллов (1949 г.) в России и Л.Эдьед (1956 г.) в Венгрии.

Приверженцы этой идеи считают, что первоначально объем земного шара поверхность Земли были намного меньшими, чем сейчас. Радиус составлял 3500-4000 км. Океанов еще не существовало, и материковая кора в тот период покрывала сплошной оболочкой весь земной шар. Расширение началось с растрескивания коры, наметившего контуры современных континентов. По мере расширения Земли, континенты все дальше отодвиигались друг от  друга. Между ними появились океаны.

По мнению одних сторонников гипотезы, расширение Земли началось с конца палеозойской эры.  Ее радиус увеличивался со средней скоростью 0,6 мм  в  год. Другие считают,  что это произошло в меловом периоде.

Причины, вызвавшие  расширение Земли,  объясняются по-разному. Одни связывают  их  с  уменьшением во времени гравитационной постоянной и, следовательно,  силы тяжести.  Другие видят основную причину возрастания массы Земли в разуплотнении  земного  вещества, перехода его от более плотных фаз к менее плотным.  Существует мнение,  что средняя плотность Земли до расширения  достигала  15,5 г/см 3 , а ускорение силы тяжести на поверхности Земли вдвое превышало современное. Возможно, в ядре плотность вещества соответствует первоначальным давлениям. И поэтому в недрах Земли непрерывно происходит процесс разуплотнения вещества с увеличением его объёма.

Противники гипотезы указывают на то, что на Земле преобладает меридиональная ориентация  срединно-океанических  хребтов. Следовательно, в рифтовых трещинах океанская кора нарастает в широтном направлении быстрее,  чем в меридиональном. Поэтому расширение Земли должно происходить с разной скоростью в разных направлениях. Но в этом случае Земля потеряет свою сферическую форму. С другой стороны, на Земле широко развиты складчатые  деформации и надвиги.  Согласно контракционной гипотезе, они возникают в обстановке сжатия.

Д р е й ф   м а т е р и к о в.

Ученые давно обратили внимание на совпадение очертаний противоположных берегов Атлантического океана. Одним из первых это отметил в  начале ХVII в. английский философ Френсис Бэкон.

В  ХVIII в. немецкий теолог — комментатор Библии Т.Лилиенталь утверждал,что до Великого потопа существовал единый материк. Это подтверждается подобием  очертаний противоположных берегов  многих континентов,  отделенных друг от друга морскими просторами. После потопа единый материк раздробился.

В середине ХIХ в. итальянский ученый Антонио Снидер (Пеллегрини) высказал идею, что в прошлом Северная Америка составляла единое целое с Европой. Он

основывался на сходстве ископаемых растений в пластах  каменного  угля

Северной Америки и Европы.

В 1912  г.  немецкий геофизик Альфред Лотар Вегенер обнародовал гипотезу горизонтального дрейфа материков. Он считал,  что поверхность Земли первоначально была покрыта сплошным тонким гранитным слоем.  В палеозойскую эру весь гранитный слой собрался в единый праматерик Пангея (греч.  «пан» — всеобщий, «ге”- земля). К концу  каменноугольного  периода этот суперконтинент начал раскалываться.  А с юрского периода отдельные его крупные  глыбы  —  континенты стали отплывать друг от друга.

На гипсографической кривой земного шара (см. рис. 1)  поверхность континентов и океанского дна представляется в  качестве различных ступеней в рельефе Земли. Это привело Вегенера к выводу об отсутствии гранитного слоя в составе океанской коры. Породы  гранитного слоя имеют меньшую плотность,  чем породы базальтового слоя. Опираясь  на  гипотезу изостазии, А.Вегенер предположил, что континенты, словно айсберги, «плавают» на подстилающей их твердо-вязкой базальтовой «постели» и сдвигаются на запад и к экватору. Причиной этого могло явиться воздействие приливных сил, связанных с притяжением Солнца и Луны и действующих на земной поверхности с востока на запад, и центробежных сил, вызванных вращением Земли и направленных от полюсов к экватору.

После отделения Америки от Европы и Африки в промежутке между ними возник Атлантический океан. В результате перемещения Антарктиды к югу, Австралии к юго-востоку, а Индостана к северо-востоку между ними образовался Индийский океан. Согласно гипотезе Вегенера, Атлантический и Индийский океаны являются вторичными. АТихий океан — рассматривается, как остаток первичного океана, площадь которого последовательно уменьшалась в результате надвигания на него со всех сторон материков.

По А.Вегенеру,  материки Южного полушария первоначально входили в состав Гондваны. Русский геолог В.С.Васильев (1925 г.) и южно-африканский геолог Алекс Дю Тойт (1937 г.) допускали существование  в  докембрийское время  не одного праматерика «Пангеи»,  а двух самостоятельных суперматериков.  Один из них — «Лавразия» располагался в Северном полушарии,  другой — «Гондвана» — в Южном. Начиная с позднего палеозоя, они были разделены широтным морским бассейном, которому еще Э.Зюсс дал имя «Тетис».

В 1910 г.  американский ученый Ф.Тейлор высказал идею, что Альпийско-Гималайский складчатый пояс образовался вследствие столкновения континентов.  А.Вегенер использовал эту идею.  Он считал, что передние края дрейфующих “гранитных” материков испытывали на своем пути сопротивление нижнего «базальтового» слоя. Это приводило к смятию “гранитного слоя” в складки. Таким образом, например, образовались Кордильеры и Анды вдоль переднего края Северной и Южной Америки. Гималаи возникли вследствие надвигания Индостана с юга на Азию. Ново-Гвинейские горы сформировались на переднем крае Австралии при ее продвижении на  восток.  Некоторые островные дуги — Алеутская, Курильская, Японская, Индонезийская и др.  — рассматриваются Вегенером как  отставшие  обломки материков.

Гипотеза дрейфа материков была популярна среди геологов в 20-е — 30-е годы. После гибели Вегенера в 1930 г. во время экспедиции в Гренландии  она была предана забвению.

Т е т о н и к а   п л и т

Одним из  центров оппозиции гипотезе дрейфа материков в первой трети ХХ в. являлись США.  Но в 60-е гг. именно в США возродились идеи  неомобилизма.  Научный мир стал на новой фактографической основе широко обсуждать гипотезу движения литосферных плит. Неомобилизм выступил под названием  «глобальная  тектоника»,  или «тектоника плит».

Что же послужило основанием для возрождения идей мобилизма? Прежде всего,  — открытие пластичной астеносферы в верхней мантии, а также — открытия в области геологии океанов.

На  океанском  дне с помощью эхолотов  и  сейсмических волн были выявлены глубоководные желоба, срединно-океанические хребты и секущие их продольные центральные рифтовые расселины. По обе стороны от срединно-океанических хребтов были обнаружены параллельные им полосовые магнитные аномалии (см. рис. 2).

Результаты палеомагнитных исследований, глубоководного бурения, непосредственных наблюдений в океанах с подводных спускаемых аппаратов позволили разработать ряд новых гипотез. Это — гипотезы раздвигания океанского дна,  дрейфа литосферных плит, погружения их в мантию в области глубоководных желобов  и др. В совокупности они составили концепцию “глобальной  тектоники»,  или «тектоники плит».

В 1961-1962 гг.  геолог Принстонского университета  (США)  Гарри Хесс выдвинул  оригинальную идею,  возродившую интерес к мобилизму.  В небольшом сочинении «Эволюция бассейнов океанов» Г.Хесс доказывал, что в рифтовых трещинах срединно-океанических хребтов образуется новая литосфера. Сюда из  астеносферы периодически проникают базальтовые лавы. На это указывают, в частности, высокий тепловой поток и вулканизм, приуроченные к осевым зонам срединных хребтов. Изливаясь через рифтовые трещины, базальтовые лавы остывают и образуют по обе стороны от срединно-океанических хребтов новый слой  океанской коры.

В самой  рифтовой трещине каждая новая порция лавы, остывая и твердея, раздвигает в противоположные стороны примыкающие плиты литосферы.  Благодаря этому вновь образованная за пределами рифта океанская кора отодвигается от  срединно-океанических  хребтов, подобно огромному конвейеру. Подобное раздвигание жестких литосферных плит в области срединно-океанических  хребтов называется «спредингом» (англ.  «spreading» — растягивание, расширение).

Гипотезу А.Вегенера  критиковали за то, что она  предполагала скольжение твердого гранитного слоя по твердому и более плотному базальтовому слою.  В новой концепции это противоречие устранено. В 1965 г. канадский ученый Дж. Тюзо Уилсон предположил, что несколько гигантских жестких плит литосферы плавают по поверхности размягченной астеносферы.

Идеи Г.Хесса получили широкое признание. Этому содействовала выдвинутая в 1963 г.  геофизиками из Кембриджского университета Фредом Вайном и Драммондом Мэтьюзом гипотеза соответствия полосовых магнитных аномалий (см. рис. 2) раздвигам океанского дна. Эти аномалии имеют переменную полярность, что принимается за  свидетельство  импульсивного  раздвижения  коры от оси срединных хребтов.  С помощью полосовых магнитных аномалий вычислены скорости разрастания океанского дна для последних 4,5-5 млн.  лет. Эти данные экстраполировали на отрезок геологического времени в 200 млн. лет.

Крупные плиты литосферы — это Тихоокеанская,  Евразиатская,  Северо-Американская,  Южно-Американская, Африканская,  Индо-Австралийская,  Антарктическая.  В некоторые литосферные плиты «впаяны» материки. Сторонники концепции тектоники плит утверждают, что в течение последних 80 млн. лет сформировалось почти 2/3 поверхности океанского дна.

Подсчитано, что в зонах спрединга вдоль осей срединно-океанических хребтов ежегодно рождается около 2,6 км2 поверхности новой океанской литосферы. Это должно было бы вызвать расширение Земли. Но неомобилисты считают, что плита молодой океанской литосферы, двигаясь от срединно-океанических хребтов в сторону глубоководных желобов, погружается там в мантию под углом 45° на глубину до 700 км. Этот процесс называется «субдукцией» (англ.  «subduction» — подныривание).

Таким образом, нарастание океанской коры у срединно-океанических хребтов компенсируется их погружением в мантию в глубоководных желобах. Главным взаимодействием литосферных плит является и столкновение их в  местах  соприкосновения континентальных окраин литосферных плит.

Там, где сближаются краевые части  двух континентов, входящих в состав литосферных плит, происходит их сталкивание, наползание друг на друга и наращивание континентальной литосферы. Неомобилисты утверждают, что это  является причиной образования  молодых  складчатых гор.  Столкновением континентальных масс в области океана Тетис, разделявшего Лавразию и Гондвану,  объясняется возникновение Альпийско-Гималайского складчатого пояса. В частности, образование Гималаев связывают со столкновением отколовшейся от Африки и движущейся на северо-восток Индостанской плиты с Азиатской плитой.  Индостанская  плита  погрузилась под Азиатскую. Благодаря этому здесь возникла область сдвоенной толщины литосферы.  Происхождение молодой горно-складчатой цепи  Перуанских Анд, а также Каскадных и Скалистых гор представляется следствием одностороннего давления с запада океанской коры на  Южно-Американский материк.

Границами плит являются рифты срединно-океанических хребтов, глубинные разломы,  глубоководные желоба и молодые складчатые горы по окраинам континентов. Океанские края расходящихся плит разбиты многочисленными трещинами,  ориентированными в направлении движения.  Эти зоны дробления называются «трансформными разломами».

На границах мобильных литосферных плит наблюдается сгущение очагов землетрясений.  Это принимается за свидетельство того,  что здесь накапливаются напряжения и происходит смещение одной плиты относительно другой.

В начале 60-х гг. были получены новые данные о палеомагнетизме и магнитных свойствах пород океанского дна. В частности, образцы пород, взятые из одновозрастных отложений одного и того же континента, указывали сходное направление на древний магнитный полюс. А образцы разного возраста — давали значительное расхождение.  Оно было тем больше, чем большим был  возраст исследуемых отложений. Ученые установили изменение со временем положения Северного полюса,  начиная с позднего докембрия. Они сместили материки таким образом, чтобы магнитные полюсы,  определенные для позднепалеозойской эпохи по разным континентам,  совпали.  В результате материки вплотную приблизились друг к другу и образовали контуры Пангеи — гипотетической суши Вегенера.

Дрейф литосферных плит подкрепляется рядом наблюдений. Так, измерения методами космической геодезии на разных материках  подтверждают перемещение  литосферных плит со скоростью до десятков  сантиметров в год.  За миллионы лет даже такое медленное постоянное продвижение  в одном направлении может иметь заметные конечные результаты. На  географической карте мира,  составленной через 50 млн. лет, Австралия может располагаться намного севернее  своего  нынешнего положения, Атлантический  и  Индийский  океаны разрастутся,  Средиземное море сожмется.  А Калифорния, оторвавшись от Американского материка, отплывет на северо-запад.

Концепция тектоники плит увязала многие глобальные геологические факты  и благодаря этому обрела широкое признание среди геологов. Однако, описывая лишь кинематически процессы, происходящие в верхних оболочках Земли, она не называет достоверно движущие силы этого процесса.

П а р а д и г м а   Х Х I   в е к а ?

Наиболее популярная в научном мире гипотеза называется «парадигмой» (греч. «парадеигма» —  пример, образец). За 200-летнюю историюГеологии в ней сменилось немало глобальных концепций — парадигм своего времени. Таковой, например, во второй половине ХIХ-начале ХХ в. была контракционная гипотеза, согласно которой Земля по мере ее охлаждения, «коробясь», уменьшалась в объёме. «Эпохальной»  называют геосинклинальную гипотезу, более ста лет успешно служившую Геологии. С 30-х гг.  ХХ в.  господствовала концепция «фиксизма». Признавая вертикальные движения земной коры ведущими, «фиксисты»  утверждают, что взаимное расположение материков сохранялось неизменным (фиксированным) в течение всей геологической истории Земли. Океаны образовались на месте участков континентов, опустившихся вдоль глубинных разломов. Так, Эдуард Зюсс в своем классическом труде «Лик Земли» писал, что современный  Атлантический  океан  возник  в результате опускания огромного участка Гондваны. Другое крупное опускание земной коры привело, по Зюссу,  к  образованию Индийского океана.

Последние три десятилетия парадигмой современной Геологии являлась концепция тектоники литосферных плит. Но и у нее было немало критиков.

В 1986 г.  японский ученый Акихо Миясуро  писал в книге «Развитие идей и методов в Геологии» следующее: «В начале 1970-х годов новые революционные представления в геологии и геофизике,  основанные на тектонике плит, породили в умах некоторых людей иллюзии, что почти все крупные проблемы этих наук уже решены или находятся на пороге своего решения. Однако это было не так. За десятилетие, прошедшее после появления новых теорий,.. система геологических взглядов, основанная на тектонике плит, постепенно потеряла свою первоначальную простоту и стала все более и более усложняться».

Строгих оппонентов имеет гипотеза тектоники плит и среди российских геологов. Например, ленинградский  ученый Я.А.Драновский отметил в 1987 г., что спустя четверть столетия, многие теоретические положения неомобилизма так и не  получили  сколько-нибудь серьезного подтверждения. По его мнению, гипотеза тектоники плит, «несмотря на огромное число публикаций в  ее  поддержку, все  еще не выглядит вполне доказанной и подтвержденной геологическими фактами».

Ныне в Геологии утверждается мнение, что на смену гипотезе тектоники плит должна придти новая, более общая теория Земли. По мнению академика В.Е.Хаина, «момент очередной смены парадигм уже наступил  или,  во  всяком случае,  наступает»(«Природа», 1/1995, с.44). В.Е.Хаин имеет в виду оригинальный вариант новой геодинамической модели Земли, предложенный С.Маруяма, М.Кумадзава и С.Каваками. Они изложили его в статьях «К новой парадигме динамики Земли» и «Глобальная тектоника», опубликованных в 1994 г. в 100-м томе журнала Японского геологического общества.

Японские ученые выделяют в развитии Земли три этапа: 1) рост ядра,

2) начало процессов плюмтектоники, 3) начало процессов плитотектоники.

1. Рост ядра.

Земля возникла в результате аккреционного (лат. «аккрецио» — приращение) захвата частиц протопланетного газово-пылевого облака. В определенный момент она достигла размеров, достаточных для удерживания первичной атмосферы, образованной газами, выделившимися из земных недр. Соударения мелких  тел  и частиц  обусловили выделение гравитационной энергии и разогрев  Земли.

Разогревание недр привело к образованию магматического океана и концентрации в  центре планеты расплавленного железного ядра. Железо вытесняло в мантию менее плотный протопланетный (хондритовый) материал.

Под влиянием охлаждения и возрастания давления осаждались железо-никелевые  кристаллы, сформировавшие внутреннее ядро. Процесс разрастания твердого, железо-никелевого внутреннего ядра за счет жидкого внешнего назван «тектоникой роста».

2. Начало процессов плюмтектоники.

На самой ранней стадии эволюции Земли в магматическом океане преобладала турбулентная (лат. «турбулентус» — беспорядочный) конвекция. Постепенно она стала более упорядоченной. Появились колонны восходящего (от ядра) разогретого вещества и нисходящего (к ядру) охлажденного вещества. Началось проявление плюмтектоники (англ.  «plume» — струйка) , или «тектоники мантийных струй». Областью проявления плюмтектоники является нижняя мантия. Таким образом, начиная с рубежа 4,6 млрд. лет назад, развитие Земли шло от тектоники роста ядра к плюмтектонике в нижней мантии.

Первоначально (примерно до 4 млрд. лет назад) из-за отсутствия литосферы плюмтектоника господствовала во всем объёме земного шара от границы ядра до поверхности Земли. С замедлением процесса аккреции и роста массы Земли излучение ею тепла в космическое пространство стало превышать аккреционный разогрев. Начавшееся вследствие этого охлаждение магматического океана привело к образованию двух оболочек. Верхняя — базальтовая оболочка дала начало литосфере. Нижняя оболочка (на глубине 400-700 км), обогащенная магнием и железом и состоящая из минералов оливина и пироксена, соответствует верхней мантии.

3. Начало процессов плитотектоники.

Эволюция Земли шла от тектоники роста ядра к плюмтектонике в нижней мантии и через нее — к господству тектоники плит в земной коре и верхней мантии.

Действие механизма  плитотектоники началось,  возможно,  уже в начале архея 3,9 млрд. лет назад, когда появилась литосфера. В архее молодые литосферные плиты были более тонкими и менее жесткими, чем современные.  Они быстрее погружались в мантию, но проникали на относительно небольшую глубину.

Механизм тектоники плит объясняется японскими учеными следующим образом.

Холодные литосферные  плиты погружаются в зонах субдукции сначала до границы верхней и нижней мантии (670 км).  Здесь они в течение 100- 400 млн.  лет находятся в состоянии неподвижности.  В определенный момент в результате катастрофически быстрого сжатия вещества  под  действием гравитационных сил наступает  гравитационный коллапс (лат. «коллапсус» — упавший).  Следствием его является дальнейшее погружение литосферных плит — уже до границы мантии  и ядра.  Здесь холодные литосферные плиты охлаждают внешнее ядро.  Возникающий при этом  нисходящий вихрь,  уносит  железо и никель во внутреннее ядро.  Последнее за счет этого разрастается. На границе ядро — мантия возникает компенсационное восходящее течение. Оно порождает «плюм» — струю, поднимающуюся до границы нижней и верхней мантии. Здесь горячий плюм, так же как  и  холодный плюм, испытывает задержку, а затем прорывается вверх.

По представлениям авторов концепции, в настоящее время  в нижней мантии на определенном расстоянии друг от друга движутся навстречу один крупный нисходящий холодный суперплюмом (под Центральной Азией) и  два восходящих суперплюма (под южной частью Тихого океана и Африкой).  Циркуляция холодных и горячих «струй» (плюмов) в мантии индуцирует на поверхности Земли процессы плито-тектоники.

Такова предложенная  японскими учеными новая концепция эволюции Земли. Примет ли ее научное сообщество в  качестве  парадигмы Геологии ХХI века? В.Е.Хаин оценивает ее так: «не следует, однако,  заключать, что японская модель вполне совершенна и не нуждается в дальнейшей доработке, а в будущем не претерпит существенных изменений, подобно тому, как это произошло с тектоникой плит. Уже сейчас можно указать на некоторые ее недоработки и пробелы. Главным из них представляется то обстоятельство,  что Земля в рассмотренной модели трактуется,  по существу,  как  замкнутая система,  в то время как в действительности она является открытой,  непрерывно взаимодействующей с окружающим космосом» («Природа», 1/1995, с. 51).

Академик Ю.М.Пущаровский утверждает: «новая гипотеза вряд ли станет новой парадигмой. Её схема динамики и кинематики слишком упрощена, и это в первую очередь относится к процессам в мантии. Свести их только к плюмтектонике — это то же самое, что центром всего сделать плейттектонику» (Там же, с. 42).

История геологии знает немало примеров,  когда однажды отвергнутые идеи и гипотезы возвращались через определенное время и находили всеобщее признание.  Например, проведенное в последние  годы изучение  ранних этапов

формирования Луны и древнейших событий геологической истории Земли дало основание предполагать горячее состояние земной коры на ранних этапах ее  существования.  Именно  этот вариант начальной стадии эволюции Земли используют и японские исследователи в своей концепции. Это возвращает нас к идеям И.Канта. После установления возможного столкновения 65 млн. лет назад Земли с астероидом,  в результате которого вымерли динозавры, получили новое обоснование отвергнутые ранее идеи катастрофизма.

 

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Несмотря на крупные достижения современной геологии, Земля хранит еще множество загадок. Наши представления о составе, свойствах, основных закономерностях строения глубинных недр и развития Земли еще во  многом  умозрительны, противоречивы и не выходят за рамки гипотез.  Поэтому  центральной проблемой всего комплекса наук о Земле является разработка достоверной единой теории Земли — ее строения,  истории развития и происхождения. Автор привел минимальные сведения о Геологии,  с которыми должен ознакомиться эколог. Многие факты, идеи и гипотезы, составляющие содержание геологии,  по объективным причинам не описаны  в настоящей книге. Пытливый читатель может познакомиться с ними в других изданиях.

Недра Земли являются природным базисом общества. Люди получают от Земли все, что нужно для жизни и прогресса общества. Развитие материальной  культуры,  рост общественного производства теснейшим образом связаны с всесторонним изучением и освоением  Земли. Интенсивное развитие общественного производства сделало геологическим фактором хозяйственную  деятельность человека. «Человечество,  взятое в целом, становится  могучей  геологической  силой»,  —  это завещание современникам и потомкам академика  В.И.Вернадского.  Но общество по-прежнему безответственно нарушает равновесное состояние геологической  среды, неуёмно перекраивает ее на свой лад.

В 1875 г. Э.Зюсс ввел термин «биосфера», под которым понимал оболочку жизни на поверхности материков. В.И.Вернадский расширил это понятие и включил в биосферу верхнюю часть литосферы, гидросферу и нижнюю часть атмосферы. С развитием научно-технического прогресса и возрастанием  хозяйственной  деятельности  человека возросло значение проблемы охраны биосферы. Поэтому в последнее время активно развивается новое — геоэкологическое направление.  Его цель — изучение негативного воздействия на геологическую среду и биосферу природных геологических катастроф и хозяйственной деятельности  человека. Одним из направлений геологии становится  прогнозирование геологических процессов,  возникающих в земной коре с развитием хозяйственной и инженерно-технической деятельности.

Знание основ Геологии поможет экологам более профессионально заниматься проблемами охраны природной среды и минеральных ресурсов. Эта проблема

становится первоочередной задачей человечества. Впрочем, это уже из области геоэкологии. И об этом — в следующей книге…

 

Краткий словарь терминов

Абсолютный геологический возраст — возраст минералов и горных пород (в млн. и тыс. лет), определяемый радиологическими методами по накоплению в них продуктов распада радиоактивных изотопов.

Актуализм (лат. “актуалис” — современное, настоящее) — метод познания прошлого путем изучения современных геологических процессов (“настоящее — ключ к познанию прошлого”).

Альпиды — складчатые горные сооружения (Альп, Кавказа, Памира, Гималаев и др.), образовавшиеся в результате проявления альпийской складчатости.

Альпийская складчатость — складчатость, проявивашаяся в кайнозойскую эру.

Ангарида — гипотетический материк, существовавший во второй половине палеозоя и в мезозое в северном полушарии на месте Северной Азии.

Андезит — эффузивная средняя магматическая горная порода, состоящая из плагиоклаза, авгита, др. минералов и вулканического стекла.

Антиклиналь — тектоническая складка слоев горных пород, обращенная выпуклостью вверх, в ядре которой находятся более древние пласты, чем на крыльях.

Архейская (археозойская эра) (греч. “архео” — древний; “зоэ” — жизнь) — самая древняя эра геологической истории Земли.

Астеносфера (греч. “астенес” — слабый; “сфера” — шар) область верхней мантии под литосферой на глубинах 50-400 км, в пределах которой вещество обладает пластичностью и пониженной вязкостью.

Астроблема (греч. “астрон” — звезда; “блема” — рана) — метеоритный кратер, образовавшийся при столкновении крупных метеоритов с поверхностью Земли.

Базальт — эффузивная основная магматическая горная порода черного или темно-зеленого цвета, состоящая главным образом из основного плагиоклаза и пироксенов.

Базальтовый слой — нижний слой земной коры, скорость прохождения через который сейсмических волн соответствует скорости упругих колебаний, полученной экспериментальным путем для базальтов.

Базис эрозии (греч. “эродо” — размываю) — поверхность моря (озера), ниже которой река не может углубить свое ложе.

Байкалиды — древние складчатые горные сооружения (Восточных Саян, Прибайкалья, Северо-Восточной Африки и др.), образовавшиеся в результате проявления байкальской складчатости.

Байкальская складчатость — складчатость, проявившаяся в конце протерозойской и начале палеозойской эры.

Батолит (греч. “батос” — глубина) — крупный массив гранитоидных горных пород площадью во многие сотни квадратных километров, залегающий среди осадочных пород.

Взброс — крутопадающий разлом, по которому один блок горных пород смещен вверх относительно пород лежачего крыла.

Габбро (по названию местности в Италии)эффузивная основная магматическая горная порода, состоящая из основного плагиоклаза и пироксенов; глубинный аналог базальтов.

Геоид (греч. “ге” — земля, “эйдос”- вид) — фигура Земли, ограниченная поверхностью Мирового океана, мысленно продолженной под континенты.

Геосинклиналь — длинный, узкий и глубокий прогиб земной коры, характеризующийся на первом этапе развития накоплением значительных толщ горных пород, а на втором этапе — превращением в горно-складчатую страну.

Геохронологическая шкала — шкала геологического времени, отражающая хронологическую последовательность геологических событий и продолжительность подразделений стратиграфической шкалы.

Герциниды — древние складчатые горные сооружения (Западной Европы, Урала, Тянь-Шаня, Алтая, Куньлуня и др.), образовавшиеся в результате проявления герцинской складчатости.

Герцинская складчатость — складчатость, проявившаяся во второй половине палеозойской эры, начиная с девонского периода.

Гипоцентр (греч. “гипо” — под, внизу; лат. “сентрум” — центр круга) — определенный объем горных пород, очаг землетрясения, где внезапно освобождается значительное количество энергии.

Глубоководный желоб — длинное узкое и глубокое (7 — 11 км) понижение океанского дна в переходной зоне между материком и океаном.

Гондвана (по племени гондов в Индии) — гипотетический сверхматерик, существовавший в южном полушарии с конца протерорзойской и до конца мезозойской эры; объединял территорию Бразилии, значительную часть Африки, Аравии, Индии, Австралии, Антарктиды.

Горст (нем. “Horst” — возвышенность) — блок земной коры, приподнятый по разломам относительно прилегающих участков.

Грабен  (“нем. “‘Graben” — ров) — блок земной коры, опущенный по разломам относительно прилегающих участков.

Гравитационная дифференциация — разделение неоднородного магматического расплава под влиянием гравитации.

Гранит (итал. “гранито” — зернистый) — интрузивная кислая магматическая горная порода, состоящая из кварца, калиевого полевого шпата (ортоклаз, микроклин), кислого плагиоклаза и слюды (биотит, муск овит).

Гранитный слой — средний слой земной коры, скорость прохождения через который сейсмических волн совпадает со скоростью упругих колебаний, полученной экспериментальным путем для гранитов.

Граница Мохо — сейсмическая граница раздела между земной корой и мантией Земли; выявлена в 1909 г. А.Мохоровичичем.

Группа — подразделение общей стратиграфической шкалы, объединяющее горные породы, сформировавшиеся в течение одной эры.

Дайка (англ. “dike” — преграда) — пластинообразное магматическое тело, ограниченное параллельными плоскостями и секущее вмещающие горные породы.

Дельта (по сходству с заглавной буквой греческого алфавита D — “дельта”) образованная речными отложениями низменность в низовьях крупных рек, впадающих в мелководные участки моря (озера).

Делювий ( лат. “делюо” — смываю) — скопление продуктов выветривания горных пород на склонах  и у подошвы возвышенностей.

Денудация (лат. “денудатио” — обнажение) — совокупность процессов сноса и удаления с возвышенностей продуктов выветривания горных пород с последующим их накоплением в понижениях рельефа.

Дефляция (лат. “дефлятио” — сдувание)  — разрушение и выдувание горных пород и почв под действием ветра.

Древняя складчатость — первая крупнейшая складчатость в истории Земли, проявившаяся в архейскую эру.

Дюны — песчаные холмы, возникающие в результате деятельности ветра на песчаных берегах берегах морей, озер и рек.

Земная кора — наружная твердая оболочка Земли, состоящая из осадочного, гранитного и базальтового “слоев”.

Изостазия (греч. “исос” — равный, “стасис” — состояние) — равновесное состояние земной коры и мантии, при котором блоки литосферы погружаются в пластичную астеносферу в соответствии с законом Архимеда.

Интрузив (лат.интрусио” — внедрение) — внедрившееся в коренные горные породы магматическое тело, образующееся при застывании магмы на глубине.

Кайнозойская эра (греч. “кайнос” — новый; “зоэ” — жизнь) — последняя эра геологической истории Земли, продолжающаяся поныне.

Каледониды (по древнему названию Шотландии — Каледонии) — древние складчатые горные сооружения (Британских островов, северо-западной части Скандинавии, западной части Центрального Казахстана и др.) образовавшиеся в результате проявления каледонской складчатости.

Каледонская складчатость — складчатость, проявившаяся в первой половине палеозойской эры.

Кимберлит (по г. Кимберли в Южной Африке) — глубинная ультраосновная магматическая горная порода брекчиевидного строения, выполняющая трубки взрыва.

Кислые магматические породы — магматические породы, содержащие более 52% кремнезема (SiO2).

Контракция — уменьшение объёма (сжимание) подкоровых масс мантийного вещества Земли вследствие ее охлаждения.

Кора выветривания — остаточные продукты выветривания (разложения) коренных горных пород, накопившиеся на поверхности Земли после выноса щелочей и кремнезема.

Корразия (лат. “коррадо” — соскребаю) — механическое истирание горных пород обломочным материалом, перемещаемым водой, льдом, ветром по поверхности Земли.

Криолитозона (греч. “криос” — холод; “литос” — камень) — верхняя часть земной коры, характеризующаяся наличием отрицательных температур и подземных льдов.

Криптозой (греч. “криптос” — явный; “зоэ” — жизнь) — крупнейший этап геологической истории Земли, охватывающий длительный интервал времени, в течение которого сформировались докембрийские толщи горных пород, лишенные явных остатков скелетной фауны.

Лава (итал. “лава” — затопляю) — раскаленный жидкий магматический расплав, изливающийся на поверхность Земли.

Лавразия (по реке Св. Лаврентий в Северной Америке и Азии) — гипотетический сверхматерик Северного полушария, объединявший материки с середины палеозойской эры или с мезозойской эры.

Лакколит (греч. “лаккос” — яма; “литос” — камень) — караваеобразный интрузив, кровля которого имеет выпуклую форму типа свода, а подошва почти горизонтальная.

Лапилли (лат.”лапиллус” — камешек) — округлые твердые обломки вулканической лавы размером от 2 до 50 мм.

Ледники — скопления льда атмосферного происхождения, движущиеся по земной поверхности.

Ледниковая эпоха — отрезок времени в геологической истории Земли, характеризующийся сильным похолоданием климата и развитием обширных материковых льдов не только в полярных, но и в умеренных широтах.

Литораль (лат. “литоралис” — береговой) — зона морского дна, затопляемая во время прилива и осушаемая при отливе.

Литосфера — наружная твердая оболочка Земли, объединяющая земную кору и твердую надастеносферную часть мантии.

Лополит (греч. “лопас” —  миска; “литос” — камень) — полого залегающий линзовидный магматический интрузив, вогнутый в центральной части наподобие блюдца.

Магма (греч. “магма” — густая грязь) — расплавленная масса земного вещества сложного состава, образующаяся в глубоких недрах.

Магматизм — процессы внутренней динамики Земли, связанные с выплавлением и продвижением магмы к земной поверхности.

Магматические породы — интрузивные и эффузивные горные породы, образующиеся при застывании и кристаллизации магмы.

Магнитуда (лат. “магнитудо”- величина) — условная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясениями; определяется как логарифм отношения максимальных амплитуд волн данного землетрясения к амплитудам таких же волн некоторого стандартного землетрясения.

Мантия Земли— промежуточная между земной корой и ядром оболочка Земли.

Каледониды (по древнему названию Шотландии — Каледонии) — древние горные сооружения (Британских островов, северо-западной части Скандинавии, западной части Центрального Казахстана и др.) образовавшиеся в результате проявления каледонской складчатости.

Мезозоиды — древние складчатые горные сооружения (Крыма, Северо-Востока России, Северной и Южной Америки), образовавшиеся в результате проявления мезозойской складчатости.

Мезозойская складчатость — складчатость, проявившаяся в мезозойскую эру.

Мезозойская эра (греч. “месос” — средний; “зоэ” — жизнь) — четвертая эра геологической истории Земли.

Метаморфизм (греч. “мета” — между, после; “морфэ” — форма) — процесс существенного изменения текстуры, структуры и минерального состава горных пород под воздействием температуры, давления и химической активности глубинных растворов.

Метаморфические горные породы — горные породы, образовавшиеся под воздействием процессов метаморфизма.

Мобилизм — глобальная научная концепция, предполагающая горизонтальное перемещение плит литосферы относительно друг друга.

Морена — отложения, накопленные непосредственно ледниками (галька, валуны) при их движении и выпахивании ложа.

Неолит (греч. “неос” — новый; “литос” — камень) — новый каменный век; позднейший этап развития культуры человека каменного века (около 8 — 3 тыс. до н.э.).

Несогласие — залегание более молодых отложений на более древних, разделенных поверхностью размыва или перерыва в осадконакоплении.

Оливин — магниево-железистый силикат, являющийся главным минералом ультраосновных пород мантии Земли.

Оползни  — скользящее смещение масс горных пород вниз по склону под влиянием силы тяжести вследствие подмыва склона, переувлажнения, сейсмических толчков и т.п.

Ороген (греч. “орос” — гора; “генос” — происхождение) — горно-складчатое сооружение.

Осадочные породы — горные породы, образовавшиеся в результате разрушения и переотложения коренных горных пород.

Осадочный слой — верхний слой земной коры, сложенный в основном продуктами разрушения коренных магматических, метаморфических и осадочных пород.

Основные магматические горные породы — магматические породы, содержащие 40-52% кремнезема (SiO2).

Ось складки — линия пересечения осевой поверхности складки  с горизонтальной плоскостью или поверхностью Земли.

Отдел — подразделение общей стратиграфической шкалы, составляющее часть системы.

Относительный геологический возраст — время какого-либо события в истории Земли по отношению ко времени другого геологического события.

Палеозойская эра (греч. “палайос” — древний;“зоэ” — жизнь) — третья эра геологической истории Земли.

Палеолит (греч. “палайос” — древний; “литос” — камень) — первый период каменного века, продолжавшийся с возникновения человека (свыше 2 млн. лет) примерно до 10-го тыс. до н.э.

Пангея (греч. “пан” — все; “ге” — Земля) — гипотетический праматерик, объединявший в начальные этапы развития Земли все современные континенты.

Пепел вулканический — вулканические частицы пыли и песка диаметром до 2 мм.

Период — крупный интервал геологического времени, в течение которого  образовались горные породы, составляющие систему.

Пироксен — магниево-железистый силикат, являющийся вторым по значению минералом ультраосновных пород мантии Земли.

Платформа — область земной коры, характеризующаяся слабой тектонической и магматической активностью.

Плита — часть платформы, имеющая двухъярусное строение (складчатый фундамент и осадочный чехол).

Плиты литосферы — огромные блоки литосферы, совершающие горизонтальный дрейф по поверхности пластичной астеносферы.

Пролювий (лат. “пролюо” — выношу течением) — продукты разрушения коренных горных пород, выносимые водными потоками к подножиям возвышенностей.

Протерозойская эра (греч. “протерос” — более ранний; “зоэ” — жизнь) вторая эра геологической  истории Земли.

Пульсация — попеременное сжатие и расширение Земли.

Регрессия (лат. “регрессус” — обратное движение) — медленное отступание моря от берегов.

Рифт (англ. “rift”- расселина, ущелье) — глубокая линейно вытянутая расщелина, ограниченная разломами.

Руководящие ископаемые — окаменелости, наиболее типичные для определенного слоя, яруса или системы.

Сброс — смещение блоков горных пород друг относительно друга по вертикальной или наклонной поверхности тектонического разрыва.

Свод складки  — наиболее высокая часть антиклинальной складки.

Сдвиг разрыв со смещением вдоль вертикальной или наклонной поверхности.

Сейсмическая модель Земли — график, отражающий изменение с глубиной скорости распространения в недрах сейсмических волн.

Сейсмические волны (греч. “сейсмос” — колебание) — упругие колебания, распространяющиеся в недрах от очагов землетрясений, взрывов и др. источников.

Сейсмограмма (греч. “сейсмос” — колебание; “грамма” — написание) непрерывная запись упругих колебаний Земли, вызванных землетрясениями или взрывами.

Серия — подразделение общей стратиграфической шкалы, включающее  отложения горных пород, составлящих часть системы.

Силл  — пластообразный (залежеобразный) интрузив, застывший в толщах горизонтально лежащих горных пород.

Синклиналь (греч. “син” — вместе; “клино” — наклоняю) — тектоническая складка, расположенная выпуклостью вниз, в ядре которой находятся более молодые пласты, чем на крыльях.

Синклинорий — крупная геологическая структура в целом синклинального строения, состоящая из более мелких антиклинальных и синклинальных складок.

Система (греч. “система” — целое) подразделение общей стратиграфической шкалы, включающее  отложения горных пород, образовавшихся в течение периода.

Складки — нарушенные изогнутые стуктуры земной коры, ограниченные плавными контурами.

Складчатость — процесс изменения залегания горных пород, проявляющийся в изгибании стратифицированных тел.

Солифлюкция (лат. “солюм” — почва, грунт; “флюктио” — истечение) — медленное передвижение почв и рыхлых грунтов под влиянием попеременного промерзания и протаивания и силы тяжести.

Сольфатары (итал. “цольфо”- сера) —  источники пара, содержащего сернистый и сероводородный газы с температурой от 100 до 300° С, широко распространенные в вулканических районах.

Спрединг (англ.  “spreading” — растягивание) процесс расхождения литосферных плит в стороны от срединно-океанических хребтов.

Срединно-океанический хребет — цепь горных хребтов, возвышающися над дном

океанов и осложненных центральной рифтовой расщелиной, через которую изливаются базальтовые лавы.

Средние магматические породы — магматические породы, содержащие 52-65% кремнезема (SiO2).

Субдукция (англ. “subduction” — подныривание) процесс подныривания одной литосферной плиты под другую в районе глубоководных желобов.

Суффозия (лат. “суффосио” — подкапывание) — выщелачивание и вынос мелких минеральных частиц и растворенных веществ водой, фильтрующейся в толще горных пород.

Термокарст — вытаивание подземных льдов, сопровождающееся проседанием поверхности Земли.

Тетис (по имени древне-греческой богини моря) — древний океан, разделявший сверхматерики Лавразию и Гондвану.

Трансгрессия (лат. “трансгрессио” — переход)  — медленное наступление моря на берег.

Ультраосновные магматические породы — глубинные магматические горные породы, слагающие мантию Земли и содержащие менее 40% кремнезема (SiO2).

Фанерозой (греч. “фанерос” — явный; “зоэ” — жизнь) — крупнейший этап геологической истории Земли, охватывающий палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры.

Фиксизм — научная концепция, утверждающая, что взаимное расположение материков сохранялось неизменным (фиксированным) в течение всей геологической истории Земли.

Фумаролы (итал. “фумаре” — дымиться) — выходы горячего вулканического газа и пара в виде струй или спокойно парящих масс из трещин или каналов на поверхности вулкана или из неостывших лавовых потоков.

Цунами — огромные разрушительные волны, возникающие во время подводных землетрясений.

Шток  — относительно небольшое крутопадающее интрузивное магматическое тело неправильной формы.

Щит  — участок платформы, в пределах которого складчатый фундамент выступает на поверхность.

Эклогит — основная магматическая горная порода, по составу сходная с базальтами и габбро, но отличающаяся от них большей плотностью.

Элювий (лат. “элюо” — вымываю) — продукты выветривания коренных горных пород, остающиеся на месте своего образования.

Эпицентр (греч. “эпи” — на, над; “сентрум” — центр круга) — проекция центральной точки очага землетрясения (гипоцентра) на земную поверхность.

Эра  — промежуток времени геологической истории Земли, в течение которого сформировались горные  породы, составляющие группу.

Эффузия (лат. “эффусио” — разлитие) — излияние жидкой лавы из недр Земли.

Ядро Земли — центральная часть земного шара, состоящая из жидкого внешнего и твердого внутреннего ядра.

Ярус  — подразделение общей стратиграфической шкалы, объединяющее отложения, образовавшиеся в течение одного геологического века.

 

 

 

Л и т е р а т у р а

Аллисон А., Палмер Д.   Геология. — М.: Мир, 1984.

Белоусов В.В.  Основы геотектоники.М., 1976.

Беляевский Н.А.   Строение земной коры континентов по геолого-геофизическим данным. М., 1981.

Брэдшоу М. Дж.    Современная геология. Л.: Недра, 1977.

Вегенер А.    Возникновение материков и океанов. 1925.

Вернадский В.И.  Избранные труды по истории науки. М.: Наука, 1981.

Вернадский В.И.  Очерки геохимии. М.: Наука, 1983.

Вернадский В.И.    Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М.: Наука, 1987. 2-е изд.

Войткевич Г.В.    Геологическая хронология Земли. М., 1984.

Геология дна океанов по данным глубоководного бурения. М.: Наука, 1984.

Гораи М.   Эволюция расширяющейся Земли. М.: Мир, 1984.

Гутенберг Б.   Физика земных недр. М.: ИЛ, 1963.

2 7-й Международный геологический конгресс.   М.: Внешторгиздат, 1987.

Драновский Я.А.    Спрединг и субдукция: миф или реальность?  Бюлл. Моск. об-ва  испытателей природы. Отдел геологический. 1987, т. 62. вып. 6.

Жарков В.Н.    Внутреннее строение Земли и планет. М.: Наука, 1983. 2-е изд.

Земная кора и верхняя мантия.   М.: Мир, 1972.

Кольская сверхглубокая.   М.: Недра, 1984.

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

Косыгин Ю.А.   Тектоника. М.: Наука, 1988. 3-е изд.

Ламарк Ж.Б.    Избранные произведения. М.: Изд-во АН СССР.(Т. 1, 1955; т. 2, 1959).

Лебедева Н.Б.    Пособие к практическим занятиям по общей геологии. — М., 1986.

Леонов Г.П.    Основы стратиграфии. М.: Изд-во МГУ, 1973-1974. Т. 1, т. 2.

Леонов Г.П.    Историческая геология. М.: Изд-во МГУ, 1980.

Ляйэль Ч.     Основные начала геологии или новейшие изменения Земли и ее обитателей. М., 1866.

Миясиро А., Аки К., Шенгер А.    Орогенез. М.: Мир, 1985.

Новая глобальная тектоника (тектоника плит). М.: Мир, 1974.

Обручев В.А.    Основы геологии. М.: Изд-во АН СССР, 1956.

Озима М.    История Земли. М.: Знание, 1983. Пер. с япон.

Природа.     1995. № 1.

Проблема расширения и пульсации Земли. — М., 1984.

Проблемы расширения и пульсации Земли. М.: Наука, 1984.

Пущаровский Ю.М.   Парадигмы  в  геологии. «Природа». 1995, № 1.

Развитие идей и методов в геологии. М.: Наука, 1986.

Резанов И.А.    Происхождение океанов. М.: Наука, 1979.

Рингвуд А.Е.    Состав и происхождение Земли. М., 1981.

Сафронов В.С.   Происхождение Земли. М.: Знание, 1987.

Современные идеи теоретической геологии. Л.: Недра, 1984.

Стенон Н.     О твердом, естественно содержащемся в твердом. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1957.

Судо М.М.    Основные концепции строения и развития Земли. М.: Знание, 1974.

Судо М.М.    Современная геология. М.: Знание, 1981.

Унксов В.А.   Новое о происхождении материков и океанов. Л.: Знание, 1985.

Ф л и н т  Р. Ф.  История Земли. М.: Прогресс, 1978.

Хаин В.Е.  Общая геотектоника. М.: Недра, 1973.

Хаин В.Е., Михайлов А.Е.    Общая геотектоника. М., 1985.

Хэллем Э.    Великие геологические споры.  М.: Мир, 1985.

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

J. of the Geol. Soc. of Japan. — 1994, V. 100, ¹ 1.