Теперь мы можем начать перелистывать страницы книги по истории Земли, более пристально вглядываясь в детали. После того как мы узнаем, каким образом был установлен возраст пород, мы рассмотрим внешние процессы и характеристики пород, которые указывают на условия их накопления. С помощью этих характеристик мы сможем затем проследить эволюцию литосферы и биосферы во времени.
Pearl R. М., 1965, How to know the minerals and rocks: New American Library of
World Literature, Inc., New York. Zim H. S., Shaffer P. R., 1957, Rocks and minerals: Golden Press, New York. (Paperback.)
Глава третья. Слои и геологическое время
Изучая магматические и метаморфические породы, люди узнали многое о температурах, давлении и других условиях, существующих глубоко в толще земной коры. Однако для наших целей важнее изучение осадочных пород. Важнее потому, что структуры пород и ископаемые остатки, заключенные в них, дают нам главную информацию о жизни и условиях среды в прошлом, а история живых существ интересует многих больше, чем все остальное в истории Земли. За редкими исключениями, ископаемые остатки встречаются только в осадочных породах.
Давайте рассмотрим осадочные породы как последовательность слоев, а содержащиеся в них остатки - как ряд живых организмов, сменявших друг друга в исторической последовательности.
Слои и ископаемые остатки
Как показано на рисунке 6, большая часть наносов, которые сносятся с суши, в конце концов осаждается в бассейнах, частично в пределах суши, но главным образом вне суши - в море. Эти осадки широко распространены и образуют почти горизонтальные слои; осадки со временем постепенно переходят в осадочные породы. Впоследствии территория бассейна может претерпеть поднятие и быть прорезана реками. При этом становятся видны слои, как в ломтике слоеного пирога. Если долина глубока и не покрыта растительностью, на ее бортах можно наблюдать весьма впечатляющую последовательность слоев. Перед нами как бы предстают страницы, на которых записана большая часть истории Земли. Едва ли нужно пояснять, что залегающий в самом низу слой должен быть самым древним, так как он отлагался первым, и что выше залегают все более молодые слои.
Большая часть слоев Земли содержит ископаемые остатки, главным образом остатки морских животных. Данный факт свидетельствует о том, что значительная часть (по крайней мере три четверти) известных в настоящее время слоев имеет морское происхождение. Это едва ли удивит нас, если мы представим себе, что моря - это впадины, в которых скапливаются отложения; для осадков, отложившихся на суше, вероятность размыва гораздо больше, чем для морских отложений.
Фото 3. Слои осадочных пород, выходящие в стенке Большого каньона вблизи устья Шинумо-Крик (вид на северо-запад, вниз по течению). Расстояние по вертикали от края обрыва до русла реки Колорадо (на переднем плане) около 1600 метров
Сравнение ископаемых морских организмов с подобными же организмами, живущими сейчас, хорошо показывает, что они жили не в глубоком море, а на мелководье, глубиной около 200 метров, напоминающем современные моря континентального шельфа. Многие виды жили совсем на мелководье, у самого берега. И тут мы подходим к главному пункту в наших рассуждениях. Хотя многие организмы, найденные в ископаемом состоянии в пластах пород, напоминают современные, лишь немногие из них относятся в точности к тому же виду, что и организмы, живущие в настоящее время. Они отличаются, причем эти отличия больше всего выражены в нижних, самых древних слоях и меньше в верхних, молодых. Другими словами, ископаемые организмы постепенно изменяются при переходе от нижних слоев к верхним, а как мы помним, переход от нижних слоев к верхним соответствует движению вперед во времени. Эти различия означают, что организмы изменялись с течением времени, и мы можем проследить эти изменения по остаткам, которые сохранились в пластах. Конечно, перемены происходили очень медленно.
Как мы увидим позднее, процесс эволюционных изменений не является процессом, автоматически совершающимся в самих организмах. В своей основе этот процесс состоит из изменений, являющихся косвенной реакцией на условия среды, в которых живут эти организмы. По мере того как под влиянием медленных движений земной коры или других причин моря заливали сушу или отступали, сообщества морских организмов соответственно распространялись или смещались и при этом медленно эволюционировали, то есть изменяли форму. Скорость расселения организмов была гораздо больше, чем скорость, с которой они сами изменялись. Поэтому измененные формы легко распространялись повсеместно, так что сейчас ископаемые, совершенно одинаковые или близкие по форме, могут встретиться в приблизительно одновозрастных слоях на территории двух и более континентов.
Фото 4. Ископаемые остатки беспозвоночных, обнаруженные на поверхности слоя известняка. Этот слой когда-то был дном мелководного моря, покрывавшего часть американского континента сотни миллионов лет назад
В качестве современного примера быстрого распространения организма можно привести моллюска Littorina littorea, обычно встречающегося в прибрежном мелководье. До 1852 г. этот моллюск обитал только на побережье Европы. Между 1852 и 1857 гг. он обосновался в бухте порта Галифакса (провинция Новая Шотландия, Канада), куда он предположительно был завезен с каким-либо кораблем, прибывшим из Европы. Моллюск быстро распространился к югу и, как было установлено, к 1880г. достиг гавани Нью-Хейвен, .штат Коннектикут, США, причем на сей раз он двигался самостоятельно, не прибегая к помощи кораблей. Отсюда следует, что средняя скорость его движения составляет около 50 километров в год. При такой скорости, если бы он мог двигаться повсюду, не встречая преград, чего в действительности не было, этот моллюск распространился бы по всему земному шару менее чем за 1000 лет.
Сходство эволюционного процесса, которое прослеживается в общих чертах во всем мире, имеет большое значение. Мы можем сказать, что два пласта, встреченные на двух разных континентах, но содержащие близкий комплекс ископаемых, должны быть близки по возрасту. Справедливость этого заключения стала очевидной за сто лет до того, как оно было подтверждено измерениями возраста, основанными на радиоактивности. Благодаря этому соответствию возможно сопоставление или корреляция пространственно разобщенных пластов в различных частях одного и того же континента или на различных континентах (Это утверждение только приблизительно правильно. Земная поверхность своим разнообразием влияет на эволюцию организмов и их расселение. Поэтому одновозрастные слои могут содержать в разных местах и существенно различные ископаемые остатки организмов. - Прим. ред).
Корреляция, осуществленная на основе ископаемых остатков, сделала возможным составление стандартного перечня слоев, имеющего форму диаграммы, называемой геохронологической шкалой. Эта шкала составляет основное содержание стратиграфии - науки о слоях. Она является той основой, к которой мы пытаемся привязать большую часть накопленной нами информации о Земле. В ней объединены все известные слои, согласно тому положению, которое они занимают друг относительно друга. Таким образом, получается график, имеющий вид колонки, состоящей из слоев. Простейшая форма его дана в таблице 1, где показаны наиболее крупные единицы стратиграфической шкалы, без многочисленных подразделений. Основные единицы шкалы названы по названиям слоев пород, содержащих характерные ископаемые. Эти единицы группируются в системы, отделы и т. д., как показано на схеме. Названия их обозначают также и соответствующие промежутки времени. Таким образом, мы можем сказать, что слои, составляющие девонскую систему (или просто девонские слои), отлагались в течение девонского периода. Этот период, как показывает таблица, длился от 415 до 360 миллионов лет назад, то есть приблизительно 55 миллионов лет.
В деталях геологическая шкала представляет собой систему, подобную системе расстановки книг на полках большой библиотеки. Новые книги, поступающие в библиотеку, зандсятся в каталог и затем расставляются на полках в соответствии с их положением в системе. Таким образом, библиотека постоянно пополняется. Подобным же образом поступают и с вновь открытыми слоями. В конце 50-х годов двадцатого века, когда геологи начали изучать горные породы Антарктиды на основе имевшейся системы, они нашли в почти неизвестных слоях этого континента характерные ископаемые, по которым смогли выделить в различных районах отложения, относящиеся ко многим крупным подразделениям геологической шкалы. Это один из примеров постоянно происходящего пополнения стратиграфической колонки.
