ИСТОРИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ. Методы восстановления обстановки и событии геологического прошлого

ВОССТАНОВЛЕНИЕ УСЛОВИЙ И СПОСОБА ОБРАЗОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

ФАЦИИ И ФАЦИАЛЬНЫИ АНАЛИЗ

Изучение истории развития земной коры тесно связано с восстановлением физико-географических условий минувших эпох. Без надлежащего представления о физико-географических условиях прошлого не может быть правильного и всестороннего анализа развития земной коры и полного понимания условий образования полезных ископаемых.

Под физико-географическими условиями понимают климат, рельеф суши, характер морских бассейнов — глубину, соленость, температуру и особенности движения воды, условия обитания и состав органического мира и другие особенности обстановки земной поверхности. Состав каждой породы или толщи пород обязан определенным условиям их образования. Каждый отрезок геологического времени на разных участках земной поверхности характеризовался различными условиями, в зависимости от которых образовывались различные осадки. Горные породы и остатки ископаемых организмов служат основными документами былых физико-географических условий.

Чтобы лучше представить себе условия и явления, имевшие место на поверхности земли в прошлом, необходимо знать свойственные ей условия и явления в современную эпоху. Ч. Лайель считал, что земная кора в прошлом изменялась под влиянием тех же сил, которые действуют и в настоящее время.

Нельзя, однако, полностью отождествлять явления прошлого с явлениями современными. В процессе длительного развития земной коры изменялись не только ее строение, состав и органический мир, но изменялись также некоторые явления, свойственные Земле. Именно этот фактор и не учитывался Ч. Лайелем. Так, в докембрийское время состав атмосферы и солевой состав морских вод были существенно иными, чем в последующие исторические этапы развития Земли.

Вследствие этого состав и характер накопления химических осадков докембрийского времени существенно отличаются от состава и характера их накопления в последующие геологические периоды.

Таким образом, современные физико-географические условия далеко не полно отражают условия минувших геологических эпох. Тем не менее знание современных физико-географических условий и процессов значительно облегчает понимание прошлого Земли. Пользуясь горными породами и заключенными в них остатками древних организмов, геолог имеет возможность восстанавливать многие особенности физико-геогра- фических условий и характер геологических процессов в прошлом.

Наиболее высококачественные результаты получаются при изучении относительно более молодых по возрасту горных пород, поскольку по своим признакам они ближе к современным осадкам, а содержащиеся в них окаменелости принадлежат организмам, более или менее близким к ныне существующим.

Выяснение физико-географических условий по более древним породам вызывает ряд затруднений. Во-первых, очень древние породы обычно сильно изменены и сохранность органических остатков и первичных признаков пород в общем плохая. Во-вторых, окаменелости от носятся к вымершим организмам, часто вовсе не похожим на современные. В-третьих, наконец, условия древних эпох характеризовались некоторыми своеобразными особенностями, что иногда находит свое отражение в серьезных отличиях древних отложений от современных. Поэтому сравнение современных и древних осадков представляет сложную задачу, и упрощенный подход к ее решению может привести к неправильным представлениям.

Земную кору слагают самые различные осадочные породы. Одни из них образовались как осадки на суше, друпие — в море. В общем, наземные и морские отложения легко отличимы друг от друга, но в отдельных случаях эти различия выступают нечетко.

В качестве примера рассмотрим глины. Эти породы образуются как в море, так и на суше, причем в самых различных условиях. Иногда хорошим показателем условий их накопления служат некоторые минералы, образующиеся только в определенной обстановке. Так, наличие в глине зерен глауконита безошибочно подтверждает морское происхождение этой породы, поскольку глауконит — это минерал, возникающий только в морской воде, в основном на глубинах 50—200 м. Некоторым показателем обстановки, в которой происходило отложение, служит протяженность пласта. Пласт глины, прослеживаемый на большом пространстве (многие десятки и даже сотни километров), можно рассматривать как образование морского происхождения, так как большая протяженность пластов является характерной чертой морских отложений.

В результате анализа условий современного морского осадконакопления установлено, что обломочные осадки в зависимости от размера зерен располагаются, в общем, в следующем порядке: у берега грубо- и крупнозернистые (галька, гравий, крупный песок), а по мере удаления от берега — пески и илы. Это обстоятельство подтверждается и при анализе условий накопления древних осадков. Однако как в современную, так и в минувшие эпохи глинистые отложения связаны порой с самыми различными глубинами и нередко отлагаются непосредственно у берега, особенно в защищенных от волнений и течений мелких заливах, где тонкая глинистая муть беспрепятственно оседает на дно. Про- пластки глины, заключенные в толще грубых песков, представляют собой явно мелководные осадки. Иными словами, состав глины, взятый сам по себе, без учета состава вмещающих ее пород и других признаков, еще не является надежным показателем глубины отложения.

Кроме глауконита, для морских осадков свойственны во многих случаях и другие минеральные образования: карбонатные, железистые и марганцевые оолиты, фосфоритовые желваки, бокситовые оолиты. Изучение современных .морских осадков, а также детальный анализ ископаемых осадков показали, что карбонатные оолиты образуются на минимальных глубинах — до 10 м, все остальные перечисленные выше минеральные образования — на глубине порядка нескольких десятков метров (до 50 м). Но так же, как и в случае с глинами, эти особенности состава пород не всегда безошибочно определяют условия их накопления.

Наиболее существенным показателем обстановки образования осадочных пород служат органические остатки, так как большинство представителей животного и растительного мира обитают только в определенных условиях, благоприятных для их жизни. При отсутствии органических остатков палеогеографические реконструкции минувших эпох значительно усложняются. Для морских осадков лучшими показателями обстановки образования пород служат многочисленные беспозвоночные, выделяющие твердые минеральные скелеты, которые сравнительно надежно сохраняются в ископаемом состоянии. В континентальных отложениях чаще всего сохраняются остатки растений и позвоночных.

Современный органический мир весьма богат и разнообразен. Нет,, пожалуй, ни одной области на земной поверхности, где бы не обитали организмы. Населенная ими часть земной оболочки получила название биосферы. Она охватывает воздушную оболочку (до некоторой высоты), поверхность суши, водную оболочку и на некоторую глубину проникает в глубь литосферы. Глубина проникновения жизни в глубь литосферы небольшая и ограничивается главным образом почвенным слоем, где, в частности, весьма обилен мир бактерий.

В водной морской среде особенно разнообразен животный мир, а растительный мир более однообразен. На суше растительный мир так же разнообразен и богат, как и мир животный.

Моря и океаны занимали в прошлом и занимают в настоящее время наибольшую часть поверхности Земли.

Степень разнообразия и богатства организмов, населяющих тот или иной морской бассейн, находится в тесной связи с физико-химическими особенностями его вод, рельефом морского дна и другими особенностями.

Современная водная оболочка Земли занимает немногим более 70% ее поверхности. Она условно разделяется на четыре океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. Отдельные участки Мирового океана глубоко вдаются в сушу, образуя так называемые окраинные и внутренние моря.

Соленость воды современного Мирового океана довольно постоянная— около 3,5%. Значительные колебания солености в ту или иную сторону отмечаются в окраинных и особенно во внутренних морях. Морские организмы в подавляющем большинстве приспособлены к определенной солености воды. Наиболее разнообразен органический мир в морях с нормальной соленостью (3,5%).

Следовательно, показателем нормальной солености морских водоемов геологического прошлого может служить содержание в породах остатков многочисленной и очень разнообразной фауны, включающей группы морских организмов, которые и в современную эпоху распространены только в нормально соленых морях. Такими организмами являются, например, кораллы. Если же ископаемая фауна однообразна и в ее составе отсутствуют типичные представители нормального моря, то она служит показателем ненормальной — пониженной или повышенной— соленности былого бассейна. Точное определение характера солености бассейна является сложной задачей, разрешимой только при учете многих особенностей рассматриваемых горных пород.

Температура морской воды подвержена значительным колебаниям даже в открытых морях и океанах. Наиболее высокая температура характерна для поверхностных вод экваториальной зоны (до плюс 36°). наименьшая — для полярных областей (до минус 2°). Изменение ее происходит и в вертикальном направлении. На глубине 1000 м даже в тропиках она снижается до плюс 4—5°, а на дне — до минус 2°. Температурный режим морских вод зависит также от распределения теплых и холодных морских течений.

О температурном режиме морей прошлого отчасти удается судить также по составу ископаемых остатков организмов. Так, для теплых вод 9S тропиков и экваториальной зоны характерно изобилие животных и растений, выделяющих в ходе своей жизнедеятельности углекислый кальций с образованием многими из них известковых скелетов. Присутствие в слоях древних осадочных пород рифостроящих корралов, по аналогии с образом жизни их современных представителей, может рассматриваться как показатель возникновения их в теплом, тропическом море. Показателем теплого моря служат также организмы с мощными известковыми раковинами. В общем же находки морских организмов недостаточно отражают климатические особенности морского бассейна, поскольку на больших глубинах температурные условия в различных широтах сходны.

Огромное влияние на распределение организмов в морских водах оказывает глубина. От глубины прежде всего зависит степень освещения. Только до глубины 200 м свет проникает в морские воды в количестве, достаточном для существования большинства растений.

Главным источником питания растений, как известно, служит синтез органического вещества за счет углерода, усваиваемого ими при помощи света из углекислого газа (СОг), содержащегося в воздухе или растворенного в воде. Этот процесс так называемого фотосинтеза в морях особенно легко протекает на глубинах 30—80 м. Глубже 200 м царит полумрак, а на еще больших глубинах — полный мрак, и из растений здесь могут обитать лишь некоторые бактерии.

Растения служат основным источником питания животных, пищевые ресурсы которых с глубиной, таким образом, все более сокращаются. Кроме того, с глубиной сокращаются запасы необходимого для дыхания кислорода, заимствуемого морской водой из атмосферы и выделяемого в верхних ее слоях растениями при фотосинтезе. Поэтому с глубиной и животный мир становится все беднее, хотя в отличие о г растений многие животные обитают и на больших глубинах.