Земная кора и палеонтологическая летопись

Геология ‑ наука о Земле ‑ изучает происхождение нашей планеты и ее развитие, в особенности развитие ее твердой оболочки ‑ земной коры и проявлений на ней жизни с ее геологической деятельностью.

Геология ‑ наука историческая. Геологическая наука в настоящее время сильно разветвилась, превратившись в комплекс наук. Это: историческая геология, изучающая историю Земли; физическая геология, изучающая геологические процессы на Земле и их влияние на строение земной коры; палеонтология ‑ учение об ископаемых организмах, об их морфологии и развитии; биостратиграфия ‑ наука о руководящих ископаемых организмах, как вехах геологического времени, помогающих расчленять вмещающие отложения на относительно маломощные серии, свиты и горизонты, а также сопоставлять отложения разных районов; учение о фациях ‑ наука об условиях формирования осадочных горных пород и полезных ископаемых; петрография ‑ учение о минеральном составе, структуре и сложении горных пород изверженного происхождения; литология ‑ учение об осадочных горных породах, их составе и свойствах; наука о рудных и нерудных полезных ископаемых; гидрогеология ‑ учение о подземных водах, их составе, движении и геологической деятельности; инженерная геология и гидрогеология ‑ наука о грунтах, горных породах и подземных водах, связанная с задачами строительства; минералогия ‑ наука о минералах, их составе, свойствах и практическом применении; кристаллография ‑ наука о кристаллах; геофизика ‑ учение о физических явлениях Земли, о методах поисков полезных ископаемых и изучении геологических структур; геотектоника ‑ учение о движениях земной коры и их результатах; геохимия ‑ учение о химическом составе геологических образований, о поведении химических элементов и их изотопов в земной коре во времени и пространстве; абсолютная геохронология ‑ наука, имеющая целью определение абсолютного возраста горных пород и минералов на основе изучения продуктов распада радиоактивных элементов, включенных в минералы и горные породы при их образовании.

Все эти науки характеризуются своими особыми объектами и методами исследования. При этом геологический цикл наук теснейшим образом связан, с одной стороны, с циклом наук химических, изучающих химические элементы, их изотопы и их поведение в различных соединениях и процессах, с другой стороны ‑ с циклом наук физических, изучающих явления внутри Земли, на ее поверхности и в окружающем космическом пространстве; и с третьей ‑ с циклом биологических наук благодаря палеонтологическим материалам, часто находимым в слоях осадочных пород.

Для успеха палеонтологических исследований оказываются часто очень важными следующие науки: физиология животных и растений, микробиология (бактериология), биохимия, биогеохимия (учение о геохимической роли организмов), сравнительная остеология и т. д. Можно добавить, что и сама палеонтологическая наука разветвляется на эволюционную теоретическую и прикладную. Кроме того, она делится соответственно группам ископаемых организмов на палеоботанику и палеозоологию (или более подробно ‑ археоциатологию), палеоконхиологию (учение об ископаемых моллюсках), палеоэнтомологию (учение об ископаемых насекомых) и т. д. При этом выделилась специальная отрасль палеонтологической науки ‑ палеоэкология, изучающая условия обитания ископаемых организмов.

Земная кора имеет весьма сложное строение. Она образована породами различного происхождения, различного минерального состава и различного геологического возраста в самых разнообразных соотношениях составляющих их химических элементов. Распространение же различных типов пород обычно подчиняется определенным закономерностям.

Основу земной коры составляют породы магматические, т. е. некогда образовавшиеся из расплавленных масс, застывших на глубинах близ земной поверхности или излившихся на нее. В последних случаях образовывались лавовые потоки и отлагались иногда большие массы пепла, превращавшегося в вулканические туфы. Выветривание пород на суше приводило к образованию огромных масс мелкозема ‑ измельченного каменного материала, который под действием воды, ветра и силы тяжести перемещался и отлагался в виде слоев так называемых осадочных пород, к которым добавлялись в тех или иных количествах осадки самих водных бассейнов. В одних случаях это были известковые илы бактериального или химического происхождения, превращавшиеся со временем в твердые известняки. В других случаях, если воды бассейнов были сильно минерализованы или если испарение вод превышало их приток, выпадали различные соли кальция, магния, натрия, калия и других металлов, иногда с образованием соляных залежей. В определенных условиях при смешивании вод, стекавших с континентов, с водами древних морей создавались местные скопления глин (монтмориллониты, бентониты), фосфороносных и алюминиеносных минералов (фосфориты и бокситы), к которым в том или ином количестве подмешивался обломочный материал, приносимый реками с суши.

Мощная водная оболочка, покрывающая более двух третей поверхности Земли, является местообитанием огромного количества разнообразных живых организмов, которые тоже участвуют в процессе образования донных осадков и осадочных пород. Они обладают способностью накапливать минеральные вещества, играющие роль опоры для их мягких тканей. Многие организмы в процессе жизнедеятельности непрерывно выделяют твердые минеральные массы, в частности углекислый кальций, фосфорнокислый кальций, кремнезем и другие вещества.

В наше время созидающая геологическая деятельность свойственна бесконечному множеству морских животных и большим группам водорослей, живущих как в верхних слоях воды, так и на глубинах. Организмы в истории Земли издавна были активными геологическими агентами и выполняли огромную работу по формированию осадочных пород.

Создававшиеся в водных бассейнах геологического прошлого разнообразные минеральные, минерально‑органические и органические осадки уплотнялись и преобразовывались в различные типы осадочных пород. В сложной геологической жизни земной коры с ее магматическими и вулканическими явлениями, с опусканиями и поднятиями, с образованием впадин и выступов и формированием складчатых горных сооружений, первичные "нормальные" горные породы претерпевают те или иные вторичные изменения. Подвергаясь давлению, они превращались в слоистые сланцеватые породы. При воздействии на исходное вещество пород, поднимавшихся из глубин нагретых минерализованных вод и паров, преобразовывался их минеральный состав, создавались новые минералы. Такие породы называют метаморфическими ‑ измененными. Чем глубже залегали породы в земной коре, тем сильнее они изменялись под воздействием поднимавшихся из земных недр эманации, тем больше они отличались от первичных нормальных пород.

Исследователи природы давно заметили, что один слой осадочной породы лежит на другом. Это привело к появлению понятия более "молодой" и более "древней" породы. Постепенно накапливались описания выходов пород на дневную поверхность (по берегам рек, на склонах гор или в искусственных выработках ‑ каналах, ямах, колодцах, каменных, песчаных или глинистых карьерах. Были выделены серии слоев ‑ свиты, образование которых связывалось с более или менее длительными этапами прошлого геологического времени. Формирование каждого слоя, несомненно, было теснейшим образом связано со средой (вода или воздух суши), с окружающей частью земной поверхности (ландшафт), с климатическими особенностями. Каждая смена слоев обусловливалась изменениями этих или каких‑либо других факторов. При этом могли проявляться и деятельность ветра и течений, та или иная роль живых организмов. Сама последовательность слоев, отличающихся друг от друга, отражала историю водного бассейна или впадины на поверхности континента за соответствующий отрезок геологического времени.

Наблюдение свит помогало ученым представить себе этапы геологического прошлого, но не давало понятия общей меры времени в каких‑либо единицах. Впервые вопрос о времени образования осадочных пород был решен, когда геологи стали использовать для этого остатки животных и растений или их отпечатки, находимые на поверхности наслоения древних осадков, а также следы жизнедеятельности организмов. Постепенно опыт изучения осадочных пород в разных районах мира и на разных этапах геологического времени привел геологов к представлению, что каждому пласту осадочной породы соответствует как свидетель определенный состав остатков живых организмов. Наблюдавшееся при этом различие состава "окаменелостей" в отдельных слоях, последовательно налегающих друг на друга, первоначально объяснялось "катастрофами" на Земле. Но со времени работ Ж. Б. Ламарка (1744‑1829) и Ч. Дарвина (1809‑1882) это стало бесспорным доказательством эволюции животных и растений на нашей планете.

Палеонтологическая наука, выросшая на основе изучения органических остатков в горных породах и специальных исследований геологических разрезов, раскрыла грандиозную картину непрерывной смены в ходе эволюции жизни на Земле.

Уже на ранних этапах развития палеонтологии в отдельных слоях были обнаружены скопления остатков каких‑либо определенных видов организмов, групп видов, родов, которые, несомненно, были особенно приспособлены к существовавшей тогда обстановке. Поскольку в соседних слоях наблюдались остатки уже других организмов, то отсюда возникло представление о "руководящих" формах ‑ об организмах, указывающих на определенное время образования данного слоя и, таким образом, служащих "вехами" геологического времени, своего рода "часами".

Палеонтологические "часы" верно служат всему геологическому циклу наук. Они дали возможность построить схему истории геологического развития земной коры с делением ее на отдельные этапы. При этом геологические единицы времени непосредственно связывались с соответствующими геологическими образованиями. Так возникло представление об эрах, периодах, эпохах и геологических "веках", а также о группах, геологических системах, их отделах, ярусах и горизонтах.