Ниже изотермического горизонта температура повышается. Повышение температуры с глубиной ниже изотермического горизонта обусловлено внутренним теплом Земли. В среднем прибавка температуры на 1 С осуществляется при заглублении в земную кору на 33 м. Эта величина называется геотермической ступенью Величина, обратная геотермической ступени, называется геотермическим градиентом, т.е. градиент - это число градусов, на которое увеличивается температура на каждые 100 м глубины.. Геотермическая ступень в разных регионах Земли различна: полагают, что в зонах вулканизма она может быть около 5 м, а в спокойных платформенных областях - возрастать до 100 м.

Вместе с верхним твердым слоем мантии земная кора объединяется понятием литосфера, совокупность же коры и верхней мантии принято именовать тектоносферой (рис. III.3, а).

Земная кора и геологическое летоисчисление

При изучении истории развития земной коры важно знать время образования горных пород и минералов, хронологическую последовательность геологических событий.

Источником информации о развитии Земли во времени прежде всего являются осадочные горные породы, которые в подавляющем большинстве сформировались в водной среде и поэтому залегают слоями.

Чем глубже от земной поверхности лежит слой, тем раньше он образовался и, следовательно, является более древним по отношению к любому слою, который расположен ближе к поверхности и является более молодым. На этом простом рассуждении основывается понятие относительного возраста, которое легло в основу относительной геохронологии.

Относительный возраст пород легко устанавливается в случае горизонтального залегания слоев. Например, в береговом обрыве сверху вниз легко различаются слои песка, глины и известняка. Наиболее древней породой здесь будет известняк, затем образовался слой глины и самым молодым является слой песка Метод определения относительного возраста слоев по их взаимному расположению называют стратиграфическим, от слова “стратус” - слой. Стратиграфия - наука о последовательности накопления осадочных толщ.. Если поблизости в другом обнажении обнаруживается та же последовательность пород (снизу вверх: известняк, глина, песок), мы можем предположить, что одноименные слои одновозрастны Метод определения относительного возраста слоев на основании сходства их состава называют петрографическим, от греческого “петра” - камень. Петрография - наука, изучающая горные породы..

а

б

Рис. III.3. Строение земной коры:

а - строение земной коры по К.Буллену;

б - строение земной коры в разных геологических районах и положение отдельных сверхглубоких скважин (СГ-3 - Кольская, М - Мурунтаусская, У- Уральская, К - Кубанская, Б-Р - Берта-Роджерс, I - скважины судна “Гломар Челленджер”, II - глубокие скважины на шельфе);1 - гидросфера, 2 - осадочный слой океанов, 3 - осадочный слой континентов, 4 - складчатые области фанерозоя, 5 - вулканогенные образования, 6 - кристаллические породы докембрия, 7 - базальтовый слой континентов, 8 - базальтовый слой океанов, 9 - верхняя мантия, 10 - глубинные разломы

а

б

Рис. III.4. Формы залегания осадочных образований

а - складчатые, б - разрывные

Однако сопоставление пород по составу эффективно только для увязки пород на небольших расстояниях. Многие породы, разные по возрасту, имеют сходный состав, и напротив, одновозрастные, но образовавшиеся в различных условиях породы будут отличаться по составу. Поэтому наиболее достоверно определение относительного возраста по остаткам растительных и животных организмов - окаменелостям, сохранившимся в породах. Отложения одного возраста, если они сформировались в сходных условиях, содержат сходные или одинаковые окаменелости. Это позволяет сопоставлять одновозрастные толщи, если они имеют разный состав и расположены в разных регионах Земли Метод определения относительного возраста пород по содержащимся в них окаменелостям (руководящим ископаемым) называют палеонтологическим, от греческого “палео” - древний. Палеонтология - наука, изучающая ископаемые остатки организмов и воссоздающая органический мир прошлого..

Самые длительные временные интервалы в относительной геохронологии - эоны; эоны делятся на эры, эры - на периоды, периоды - на эпохи, эпохи - на века и т.д. За отрезок времени, равный эону, накопилась толща осадочных пород, соответствующая эонотеме, за эру - эратеме, за период - системе, за эпоху - отделу, за век - ярусу и т.д.

В отличие от относительной абсолютная геохронология призвана измерить геологическое время в астрономических единицах - годах. Существуют две группы методов определения абсолютного возраста: сезонно-климатические и радиологические. Сезонно-климатические методы применимы к породам, имеющим сезонную слоистость, и сводится к подсчету сезонных слоев. Радиологические (изотопные) методы основываются на определении возраста минералов по распаду радиоактивных изотопов, которые в малых количествах входят в кристаллическую решетку многих минералов. Так как процесс распада осуществляется с постоянной скоростью, результаты определений являются независимыми от тех или иных условий среды. Наиболее часто для абсолютных датировок используют 235U, 40K, 87Rb, 147Sm, 14C. Кроме того, дополнительным методом геохронологического расчленения пород является изучение палеомагнетизма, на основе чего составлена палеомагнитная шкала времени. Изотопные и палеомагнитный методы особенно важны для определения возраста магматических и метаморфических пород.

Геохронологическая шкала

В итоге кропотливой многолетней работы постепенно создавалась геохронологическая шкала. Ее первый вариант был утвержден в 1881 г. на II Международном геологическом конгрессе, а затем дополнен определениями абсолютного возраста всех геологических эр и периодов (табл. III.2).

В шкале выделены три эона: архейский, протерозойский и фанерозойский. Фанерозойский эон включает палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры и состоит из 12 периодов. Периоды обычно носят название местности, где они впервые были выделены и наиболее полно описаны. Индексы (символы) периодов (систем) обозначаются первыми буквами их латинских названий. Каждой системе присвоен определенный цвет, что очень удобно для прочтения геологических карт и разрезов. Продолжительность периодов различна: 20-100 млн. лет, а незавершенного четвертичного - 1,7 - 1,8 млн. лет.

Периоды подразделяются на 2 или 3 эпохи, которые именуются: ранняя, средняя и поздняя. Их индексы такие же, как у соответствующих периодов, но справа внизу добавляется цифра 1, 2 или 3. Например, Р1 - раннепермская эпоха, а Р2 - позднепермская эпоха. Цветовое обозначение соответствует принятому для периода, но для ранних эпох используются более темные оттенки, нежели для более молодых. Например, Р1 должна быть темнее, чем Р2.

Таблица III.2 Геохронологическая (стратиграфическая) шкала

Более дробными единицами шкалы являются века (ярусы). Продолжительность веков 2-10 млн. лет (на порядок меньше, чем периодов). Индексация и раскраска их на графике выполняются по этому же принципу. Например, обозначение Р12 читается как средний век ранней перми, а Р13 как поздний век ранней перми, и отложения последнего на картах должны быть светлее, чем отложения, датируемые как Р12. Кроме того, эти подразделения имеют географические названия: Р12 - артинский ярус, Р13 - кунгурский ярус.

Четвертичный период единственный включает 4 эпохи: раннюю (Q1), среднюю (Q2), позднюю (Q3) и голоценовую (Q4).

Геохронологическая шкала позволяет классифицировать и сопоставлять геологические явления и процессы. Она упорядочила установление их последовательности, позволила оценить хронологию событий, и в этом ее огромное значение для всего комплекса наук о Земле.

Процессы, формирующие земную кору

Литосфера, атмосфера, гидросфера контактируют в зоне верхней границы земной коры, где вместе с биосферой формируют наиболее сложную и активную реакционную сферу Земли. Именно здесь и в тектоносфере осуществляются процессы, создающие земную кору и изменяющие ее строение и состав. Эти процессы называются геологическими. Геологические процессы, энергетически связанные с тектоносферой, называют эндогенными (внутренними), с верхней реакционной сферой - экзогенными (внешними).

Экзогенные процессы развиваются на поверхности Земли и в приповерхностных слоях земной коры. Главными причинами, вызывающими эти процессы, являются: лучистая энергия Солнца, притяжение Солнца и Луны, поступление вещества из Космоса. Важнейшими экзогенными процессами являются выветривание и круговорот воды. Выветривание заключается в разрушении горных пород и минералов под действием физических и химических факторов. Прежде всего, это нагревание и охлаждение, химическое воздействие на горные породы кислорода, углекислого газа, водяных паров и водных растворов. Физическое и химическое выветривание производят и представители биосферы.

Воды, выпавшие в виде атмосферных осадков на континент, частично испаряются. Часть их формирует ручьи, реки, накапливается в виде льда и снега в зонах сурового климата, фильтруется в землю, образуя ниже земной поверхности залежи подземных вод. И вода, и снег, и лед выполняют огромную разрушительную работу, в результате которой горные породы измельчаются и испытывают глубокое преобразование изначального минерального и химического состава. И твердые обломки, и растворенное вещество транспортируются к месту их накопления (аккумуляции). Таким образом, все экзогенные процессы осуществляются по схеме: разрушение транспортировка аккумуляция. Основными экзогенными процессами являются геологическая деятельность ветра, рек, дождевых, талых и подземных вод, морей, океанов, озер, болот, ледников, а также процессы, осуществляющиеся в мерзлых породах. В разрушительную стадию всех перечисленных процессов создается осадочный материал, который накапливается как на суше, так и в водоемах, причем в водоемах аккумулируется большая его часть. Осаждаясь на дне водоемов, осадочный материал формирует осадочную толщу. Это процесс осадконакопления, или седиментации. В составе осадочной толщи различаются отдельные слои. Каждый слой фиксирует какие-либо изменения в условиях накопления осадочной толщи.

Как уже говорилось, в экзогенных процессах важную роль играет биосфера. В хлорофилле зеленых растений, в том числе и водорослей, путем фотосинтеза и при участии углекислого газа и воды образуются углеводы и свободный кислород. Кислород поступает в атмосферу и обеспечивает жизнь в Мировом океане. Продукты же жизнедеятельности организмов образуют такие органогенные образования, как торф, сапропель, бурый уголь в континентальных водоемах и органогенные илы на дне морей и океанов.

По мере того как мощность осадочной толщи возрастает, нижние ее слои уплотняются и осадок литифицируется - превращается в осадочную горную породу. Совокупность процессов образования осадков и преобразования их в осадочные горные породы называется литогенезом.

Осадочные горные породы залегают слоями. Слой - это геологическое тело, ограниченное примерно параллельными плоскостями, верхняя из которых именуется кровлей, нижняя - подошвой. Следовательно, мощность слоя на всем его протяжении примерно одинакова. Протяженность слоя всегда много больше его мощности.

Эндогенные процессы, охватывающие тектоносферу, часто именуются тектоническими. Тектонические процессы связаны с внутренней активностью Земли. Их движущей силой является огненно-жидкий расплав - магма. Этот поток материи и тепла, периодически устремляющийся к поверхности из недр планеты, обеспечивает геологический процесс, называемый магматизмом. В результате застывания магмы на глубине (интрузивный магматизм) возникают интрузивные тела - батолиты, штоки, пластовые интрузии, дайки и т.д. Застывшая на поверхности Земли магма образует лавовые потоки и покровы. Это эффузивный тип магматизма. Современный эффузивный магматизм именуют вулканизмом (рис. III.5).

Рис. III.5. Формы залегания магматических пород

С магматизмом связано извержение вулканов, возникновение землетрясений, складкообразование, разрыв слоев, поднятие и опускание территорий.

Подъем и опускание земной коры обусловлены проявлением тектонических движений. На разных временных отрезках развития Земли направленность этих движений может быть различной, но результирующая их составляющая направлена либо вниз, либо вверх. Движения, направленные вниз и ведущие к опусканию земной коры, именуются нисходящими, или отрицательными; движения, направленные вверх и ведущие к подъему, - восходящими, или положительными. Совокупность тектонических движений и процессов, под воздействием которых формируется структура земной коры, именуется тектогенезом. В результате тектогенеза одни территории воздымаются, другие - опускаются. Воздымание земной коры влечет за собой перемещение береговой линии в сторону суши - трансгрессию, или наступление моря. При опускании, когда море отступает, говорят о его регрессии. В результате тектогенеза поверхность Земли может пересекать нулевой уровень, т.е. морские условия могут сменяться континентальными и наоборот.

Тектонические движения сминают и разламывают слои осадочных пород. Движения, ведущие к образованию складок, называются складкообразовательными. Такие движения не нарушают сплошности слоев, а лишь изгибают их. Простейшими складками являются антиклинали и синклинали. (Выпуклая складка, в ядре которой залегают наиболее древние породы, именуется антиклинальной, а вогнутая с молодым ядром - синклинальной.) В земной коре антиклинали всегда переходят в синклинали, и поэтому эти складки всегда имеют общее крыло. В этом крыле все слои примерно одинаково наклонены к горизонту. Это моноклинальное окончание складок (рис. III.4). Складки образуются в породах, обладающих некоторой пластичностью.

Если породы потеряли пластичность (приобрели жесткость), слои разламываются, а их части смещаются по плоскости разлома. При смещении вниз говорят о сбросе, вверх - о взбросе. При смещении под очень малым углом наклона к горизонту - о поддвиге и надвиге. В потерявших пластичность жестких породах тектонические движения создают разрывные (глыбовые, тектонические) структуры, простейшими из которых являются горсты и грабены (рис. III.4).

Складчатые структуры после потери пластичности слагающими их горными породами могут быть разорваны сбросами (взбросами). В результате в земной коре возникают антиклинальные и синклинальные нарушенные структуры.

Тектонические движения, ведущие к образованию гор, именуются орогеническими (горообразовательными), а сам процесс горообразования - орогенезом. В истории развития Земли выделяют несколько орогенических фаз. Самые древние структуры сформированы в каледонскую фазу складчатости, которая завершилась в силурийском периоде. Девонский, каменноугольный и пермский периоды примечательны герцинским (варисским) орогенезом, на смену которому пришли альпийские горообразовательные движения. Кайнозойские подвижки именуют новейшими и современными (табл. III.2).

Эндогенные и экзогенные процессы действуют противонаправленно: эндогенные создают тектонические поднятия и прогибы, экзогенные разрушают поднятия, а материал разрушения транспортируют в понижения, в том числе и в океаны и моря. Скорость этих деяний природы достаточно велика - самые высокие на Земле горы за несколько миллионов лет оказываются выровненными.

Литература

1. Саушкин Ю.Г. Географическая наука в прошлом, настоящем, будущем: Пособие для учителей. М.: Просвещение, 1980. 269 с.

2. Энциклопедия для детей. Т. 3. География. 2-е изд., перераб. и доп. / Глав. ред. М.Д. Аксенова. М.: Аванта+, 1997. 704 с.

Страницы: 1, 2