Геологическая история и эволюция жизни на Земле

Хозяйственная деятельность, связанная с использованием водных ресурсов в промышленном и сельскохозяйственном производстве, а также защитой от негативных воздействий природных вод на процессы жизнедеятельности человека, общества и природной среды, протекает в пространственных пределах локальных участков земной поверхности, которые входят в состав бассейновых геосистем.

Хозяйственная деятельность человека, связанная с целенаправленным обустройством локальных участков земной поверхности, в той или иной мере вносит определенные изменения в естественные циклы движения вещества, энергии и информации, что обуславливает необходимость в системном подходе изучения этих изменений.

Системный методологический подход изучения изменений в окружающей среде как на локальном уровне, в пределах бассейновых геосистем, так и на планетарном уровне, в пределах биосферы Земли, требует иметь общие представления о строении мира на Земле и биосферы Земли как космопланетарной системе.

На основании изучения горных пород, слагающих земную кору, создана геологическая история Земли. Абсолютный возраст самых древ них из известных в настоящее время горных пород составляет около млрд лет, а возраст Земли как планеты оценивается 4,5 млрд лет. Образование Земли и начальный этап её развития относятся к догеологической истории. Принято считать, что геологическая история Земли делится на два неравных этапа: докембрий, занимающий около 3 млрд лет, и фанерозой, охватывающий последние 570 млн лет.

В определении возраста Земли и слагающих её горных пород используют относительную и абсолютную (или ядерную) шкалу.

Относительная геохронологическая шкала возраста горных пород характеризуется тем, что даёт представление о том, какие отложения в земной коре являются более молодыми, а какие более древними, без оценки длительности времени, протекающего с момента их образования.

Абсолютная геохронологическая шкала устанавливает абсолютный возраст горных пород, выраженный в единицах времени — млн лет. Абсолютный возраст часто заменяют названием изотопный и радиологический.

Верхняя часть земной коры, расположенная над докембрийскими слоями, сформировалась в фанерозойский период, который включает в себя палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры, т. е. состоит из трёх групп. Каждая группа делится на системы, а каждая система подразделяется на 2—3 отдела. Отделы в свою очередь делятся на ярусы и подчинённые им зоны. Такая установленная последовательность накопления слоёв в земной коре получила название стратиграфическая шкала.

Стратиграфическая шкала является основой для создания соответствующей геохронологической шкалы, которая отражает последовательность времени, в течение которых формировались те или иные толщи пород. Так, время, в течение которого отложились породы любой из систем, называется периодом. Отделам, ярусам и зонам отвечают промежутки времени, которые носят название: эпоха, век. Группам соответствуют эры.

К более древнему периоду формирования земной коры относится докембрий, который составляет около 5/6 всей геологической истории Земли. Геохронологическая шкала докембрия из-за отсутствия остатков скелетной фауны в горных породах, построена главным образом по абсолютному возрасту магматических пород, образцы которых брались на различных материках суши. В настоящее время принято считать, что докембрий делится на архей и протерозой. Протерозой подразделяется на три части — нижний, средний, верхний (рифей). Геохронологическая шкала докембрия представлена в таблице 1.9.

Геохронологическая шкала докембрия

Таблица 1.9

Геохронологическая шкала фанерозоя включает в себя три группы (палеозой, мезозой, кайнозой) и двенадцать систем (периодов), которые представлены в таблице 1.10.

Антропогенная (четвертичная) система, соответствующая времени существования человека, занимает самый короткий период в геохронологической шкале, в сравнении с другими периодами. Антропогенный период, в отличие от других, имеет внутреннее расчленение по фауне наземных млекопитающих, которая эволюционирует гораздо быстрее, чем морская фауна, а также на основе изучения ледниковых отложений, характеризующих эпохи всеобщего похолодания.

Геохронологическая шкала фанерозоя

Таблица 1.10

В настоящее время наиболее изучена история материковой части земной коры, в пределах которой около 1500—1600 млн лет тому назад закончилось в основном образование древних платформ, которые составляют массивы современных материков. В состав древних платформ входят: Восточно-Европейская (Русская) в Европе, Сибирская, Китайско-Корейская, Южно-Китайская и Индийская в Азии; Африканская, Австралийская, Южно-Американская, Северо-Американская (Канадская) и Антарктическая.

Геологическая история земной коры материков в значительной степени определяется развитием её геосинклинальных поясов, состоящих из отдельных геосинклинальных систем.

Геосинклиналь — это длинный протягивающийся на многие десятки и сотни километров, относительно узкий и глубокий прогиб земной коры в пределах геосинклинального пояса, возникающий на дне морского бассейна. В результате длительных интенсивных тектонических деформаций превращается в сложную складчатую структуру, представляющую собой часть горного сооружения (А. Д. Архангельский, Н. С. Шатский идр.).

Геосинклииальный пояс — это обширный линейно вытянутый тектонически-высокоподвижный пояс земной коры, который располагается либо между континентальными платформами, либо между платформами и ложем океана. В течение новейшей истории Земли (неогея) или последние 1,6 млрд лет развивались пять главных геосинклиналь- ных поясов — Тихоокеанский, Средиземноморский, Урало-Монгольский, Атлантический и Арктический.

Геосинклпнальная система — это высокоподвижный, линейно-вытянутый и резко расчлененный на продольные прогибы и поднятия участок земной коры, в пределах которого в результате длительного развития кора океанического типа преобразуется в континентальную.

Эволюционное развитие геосинклинальных систем определяется длительным этапом заложения и развития глубоких субпараллельных прогибов, или геосинклиналей, разделенных поднятиями (геоантиклиналями), которые были заполнены морем, в водах которого отлагались толщи осадочных и вулканических пород. После этапа заложения и развития глубоких прогибов (геосинклиналей) геосинклинальная система претерпевала интенсивную складчатость, которая преобразовывала её в складчатую систему и вступала в стадию горнообразования (орогенеза) и высоко поднимались над уровнем моря в виде горной страны. На этом заключительном этапе развития геосинклинальных систем (оро- генном этапе) в новообразованных внутренних (межгорных) впадинах и формирующихся вдоль окраин соседних платформ прогибах накапливались грубообломочные отложения и на обширных площадях, развивался связанный с разломами земной коры орогенный вулканизм.

Эволюционное развитие фанерозойских геосинклинальных систем определяется рамками обобщённых тектонических циклов планетарного значения, которые являются естественными стадиями общей эволюции структуры материковой земной коры. Два из них — каледонский и герцинский — приходятся на палеозойскую эру (570-230 млн лет назад). Калидонская и герцинская складчатости сформировали фундамен-

Рис. 1.5. Геосинклиналъные пояса и древние татформы Неогея

ты самых обширных молодых платформ. Всю последующую тектоническую историю рассматривают как единый альпийский цикл, который включает в себя и частные циклы. Первый из которых относится к концу палеозойской эры — пермскому периоду и совпадает по времени с завершающими этапами герцинского цикла в других областях земной коры. Другой, собственно альпийский цикл развития, приходится на ранний мезозой, а окончание — на разные периоды последней кайнозойской эры. В современный геологический период развития земной коры лишь в немногих альпийских геосинклинальных системах имеются развивающиеся геосинклинали. Значительное большинство геосинклинальных систем в настоящий период переживает орогенный этап и на их месте расположены высокие и интенсивно растущие горные системы — альпийской складчатости. Современные геосинклинальные системы (или области) сосредоточены преимущественно по западной периферии Тихого океана, в меньшей мере — в других приокеанских районах.

После окончания цикла геосинклинальное развитие может повториться, но какая-то часть геосинклинальных областей в конце очередного цикла превращается в молодую платформу. В связи с этим в течение геологической истории земной коры площадь, занятая геосинклиналями, уменьшалась, а площадь платформ увеличивалась.

В течение тектонического цикла наблюдаются характерные вертикальные движения, опускание в начале и поднятие в конце цикла, которые вносят соответствующие изменения в рельеф поверхности, к смене трансгрессий (наступление) и регрессии (отступление) моря.

Периодичность движения в земной коре оказывала влияние на характер отложившихся осадочных пород, на климат, который испытывал периодические изменения. Уже в докембрий тёплые эпохи сменялись на ледниковые периоды. В палеозое оледенение охватывало по временам Бразилию, Южную Африку, Индию и Австралию. Последнее оледенение в Северном полушарии было в антропогене, которое охватило большие территории Северной Америки (современные территории Канады, США) и Северной части Евро-Азиатского континента.

По характеру, первая половина каждого тектонического цикла проходила на материках с наступлением моря на сушу, которое заливало обширные площади в геосинклиналях. В каледонском цикле наступление моря продолжалось в течение кехМбрийского и ордовиковского периодов (таблица 1.10). В герцинском цикле наступление моря продолжалось в течение второй половины девонского периода и в начале ка

менноугольного и в течение триасового и начале юрского периодов. В альпийском цикле наступление моря продолжалось в течение юрского, мелового и палеогенового периодов. В начале цикла в морях сначала преобладало отложение песчано-глинистых осадков, которые по мере увеличения площади морей, уступали своё место известнякам. В середине тектонического цикла, когда поднятие земной коры становилось преобладающим, начинался этап отступления моря, и площадь суши увеличивалась, и в геосинклиналях возникали горы. К концу тектонического цикла материки практически полностью освобождались от моря и соответственно менялся характер возникающих во впадинах осадочных пород. В начале это были ещё хМорские осадки — реки и глины, а концу тектонического цикла морские осадки сменялись континентальными, в которых породы становились грубозернистыми. Такой процесс изменения осадков в сторону более грубых континентальных происходил в силурийском периоде (440 млн лет назад) и вначале девонского (410 млн лет назад). В герцинском тектоническом цикле процесс изменения осадков наблюдался в конце каменноугольного (350 млн лет назад) , в пермском (285 млн лет назад) и в начале триасового (230 млн лет назад) периода. В альпийском тектоническом цикле процесс перехода осадков в континентальные происходил в течение кайнозоя — в меловом (137 млн лет назад) и неогеновом (25 млн лет назад) периодах. В конце этого цикла образовались лагунные отложения (соль, гипс), являвшиеся продуктом выпаривания солей из воды замкнутых и мелководных морских бассейнов.

Периодические изменения условий образования осадков вели к определённому сходству между осадочными формациями, принадлежащими одинаковым стадиям разных тектонических циклов, что определяло повторное возникновение залежей полезных ископаемых осадочного происхождения.

В качестве примера могут служить наибольшие залежи углей герцин - ского и альпийского тектонических циклов, когда преобладание от опускания земной коры перешло к поднятию — середина и конец каменноугольного периода (325—290 млн лет назад) в герцинском цикле и палеогеновый период (67 млн лет назад) в альпийском цикле. Образование больших залежей каледонского тектонического цикла — силурийский (440 млн лет назад) и начало девонского (410 млн лет назад) периодов. В герцинском тектоническом цикле — пермский (285 млн лет назад) и начало триасового (230 млн лет назад) периодов. В альпийском тектоническом цикле — неогеновый (25 млн лет назад) и антропогено- вый (1,5 млн лет назад) периоды.

Процессы тектонической активизации не однократно на протяжении геологической истории земной коры охватывали платформы. Особенно ярко они проявились в конце неогена (5—1,5 млн лет назад), когда на платформах снова поднялись горы, которые образовались ещё в конце каледонского или герцинского тектонических циклов (570—230 млн лет назад) и с тех пор выровненные стоят до настоящего времени — горы Тянь-Шань, Алтай, Саяны и многие другие. Тогда же на платформах образовались крупные системы грабенов-рифгов, которые свидетельствуют о процессах глубокого раскалывания земной коры. В качестве примера могут быть взяты — Байкальская система рифтов, Восточно-Африканская зона разломов.

Процесс сокращения площади, занятой геосинклиналями и, соответственно, увеличения площади платформ, подчиняется определенной закономерности. Под влиянием взаимодействия внутренних и внешних сил природы земной поверхности претерпевала эволюционные изменения на протяжении всей геологической истории. Эти изменения за-трагивали рельеф земной поверхности, очертания материков и океанов, климата на Земле, растительность и животный мир. Эволюционное развитие органического мира было тесно связано с основными этапами развития Земли, среди которых наблюдались длительные периоды относительно спокойного развития и периоды сравнительно кратковременных перестроек земной коры, сопровождаемых изменениями физико-географических условий на её поверхности и в Мировом океане.