Реферат
Методы исторической геологии и строение земной коры
1. Методы восстановления геологического прошлого
Историческая геология — наука о геологической истории нашей планеты. Она рассказывает о самых существенных событиях, которые происходили на Земле: об особенностях формирования горных пород в различные периоды геологической истории, об органическом мире и его изменениях, о тектонических движениях и магматизме, об изменениях очертаний материков и океанов, о непрерывно менявшейся физико-географической обстановке, климате и о многих других событиях в длительной и сложной геологической истории Земли. Повествуя о геологическом прошлом, историческая геология помогает делать вывод о закономерностях развития Земли, о структуре земной коры и о размещении в ней полезных ископаемых.
Много задач решает историческая геология, главными из них являются следующие: определение возраста горных пород, восстановление физико-географических условий прошлых эпох, восстановление движений земной коры и истории развития ее структуры, установление закономерностей геологического развития Земли и земной коры в особенности. Эти задачи решаются при помощи различных методов, основные из них описаны ниже.
Определение возраста горных пород — важнейшая задача исторической геологии. Без установления возраста горных пород невозможно восстановить геологическую историю, нельзя правильно составить геологическую карту и по-научному вести поиски и разведку полезных ископаемых. Поэтому определению возраста пород в геологии придают особое значение.
Большинство горных пород, слагающих земную кору, состоит из слоев. Определением возраста слоев, установлением последовательности их формирования, сопоставлением и прослеживанием одновозрастных слоев на больших расстояниях занимается стратиграфия. Стратиграфия является основой, на которую опирается вся историческая геология. В результате долголетних стратиграфических и палеонтологических исследований была разработана геохронологическая шкала, единая для геологов всех стран.
Существуют два понятия о геологическом возрасте горных пород: относительный возраст и абсолютный возраст. Относительный — это возраст одних горных пород по отношению к другим (одни старше, другие моложе); абсолютный — это возраст в единицах летосчисления (обычно — миллионы, десятки и сотни миллионов лет). Методы исторической геологии позволяют определить относительный возраст; абсолютный возраст устанавливается радиометрическими методами.
Все методы определения относительного возраста объединяются в две группы: методы палеонтологические и непалеонтологические. Основную роль играют палеонтологические методы. Они являются универсальными, так как позволяют решать все задачи, поставленные перед стратиграфией.
2. Палеонтологические методы
Сущность палеонтологических методов заключается в определении относительного возраста слоев горных пород по содержащимся в них окаменелым органическим остаткам. Палеонтологические методы позволяют не только определить возраст, но и проследить и сопоставить слои на огромных расстояниях.
В основе этих методов лежит закон о необратимости эволюции органического мира (закон Долло), согласно которому организм никогда не может вернуться точно к прежнему состоянию, пройденному его предками. Иначе говоря, в историческом развитии организмов не может повториться один и тот же вид или целый комплекс видов. Поэтому каждому слою соответствует определенный комплекс окаменелостей, который в других слоях не встречается.
Известно, что процесс широкого географического расселения организмов идет чрезвычайно быстро по сравнению с масштабами геологического времени. Поэтому слои одного и того же возраста даже в удаленных друг от друга местах содержат одинаковый комплекс окаменелостей.
Рассмотрим сущность основных палеонтологических методов.
Метод руководящих ископаемых. Этот метод является наиболее простым, он был разработан в первой половине XIX в. Применяя этот метод, геологи стараются найти в слоях осадочных горных пород так называемые руководящие ископаемые — окаменелости, свойственные определенному слою и за пределами его не встречающиеся. Руководящими ископаемыми являются только те вымершие организмы, которые жили недолго и поэтому имеют ограниченное вертикальное распространение. Кроме того, они должны иметь широкое географическое распространение, хорошую сохранность в ископаемом состоянии, ясные отличительные признаки и встречаться в породе достаточно часто, чтобы их было легко найти и легко определить. Руководящими ископаемыми обычно являются виды и роды вымерших организмов. Каждый слой содержит одно или два, реже несколько руководящих ископаемых (если, конечно, окаменелости встречаются в породе).
Метод руководящих ископаемых долгое время был основным в стратиграфии и позволял легко определять возраст слоев по отдельным видам или родам. Однако в настоящее время применение этого метода ограничено из-за ряда его недостатков. Главный его недостаток заключается в том, что многие виды или роды, являющиеся руководящими в определенном районе, нередко теряют свое значение за его пределами и могут иметь иное вертикальное распространение или вовсе отсутствовать в другом, далеко отстоящем районе. Метод руководящих ископаемых используют в наше время для предварительного определения возраста, но при детальных стратиграфических исследованиях и при сопоставлении слоев на больших расстояниях его применение может привести к грубым ошибкам.
Метод анализа комплекса ископаемых. Этот метод более надежен, чем метод руководящих ископаемых, так как он учитывает результаты изучения всех окаменелостей, найденных в слое, а не отдельных, иногда случайно выбранных видов и родов. Каждый слой содержит определенный комплекс окаменелостей, который не повторяется в других слоях согласно закону необратимости эволюции органического мира. Этот метод используется в наше время для определения относительного возраста слоев горных пород наряду с другими палеонтологическими методами.
Процентно-статистический метод был введен в стратиграфию Ч. Лайелем в середине прошлого столетия и долгое время являлся одним из основных. Сущность его заключается в следующем: в изучаемом разрезе выделяются слои и в каждом из них определяется весь комплекс окаменелостей. Относительный возраст выделенных слоев устанавливается путем сравнения комплекса окаменелостей каждого слоя с эталонным, хорошо изученным разрезом. Возраст каждого слоя эталонного разреза известен, и все окаменелости послойно описаны. Одновозрастными в эталонном разрезе и в изучаемом разрезе считаются те слои, в которых содержится наибольший процент общих видов.
Этот метод является по существу формальным, его применение нередко приводило к ошибкам в определении возраста. В настоящее время он употребляется только в качестве вспомогательного вместе с другими методами.
Филогенетический метод является основным в современной биостратиграфии. Этот метод основан на изучении филогенеза — эволюции органического мира, отсюда его название. Основоположником филогенетического метода является выдающийся русский ученый В. О. Ковалевский. Этот метод широко использовался русскими учеными начиная с последней трети XIX в.
Применяя этот метод, специалисты-палеонтологи делают выводы об относительном возрасте слоев при помощи изучения какой-либо группы родственных организмов (обычно рода, семейства или отряда). Из всего комплекса собранных послойно окаменелостей выбирают представителей определенной группы родственных организмов и их передают специалисту-палеонтологу. Если эти окаменелости собраны в одном разрезе, то они являются звеньями единого эволюционного древа, причем предковые формы располагаются в основании этого древа, а потомки — в более молодых его ответвлениях. Естественно, что предковые формы будут встречаться в более низких слоях разреза, а потомки — в более высоких, т. е. в более молодых. Таким образом филогенетический метод основан на том, что потомки находятся на более высокой ступени эволюционного развития, чем предки; они не могли существовать до предков и, следовательно, всегда будут встречаться в более молодых слоях.
Филогенетический метод не лишен недостатков. Во-первых, он применим не для всех групп организмов. Во-вторых, он сложен из-за неполноты палеонтологической летописи (отсутствие окаменелостей в отдельных слоях). В-третьих, в слоях совместно с потомковыми формами нередко встречаются доживающие предковые формы. Опытный специалист может избежать ошибок, зная эти недостатки. Особенно надежные результаты приносит филогенетический метод, при параллельном изучении нескольких групп родственных организмов.
Микропалеонтологический метод. Этот метод начали применять в биостратиграфии в 20-х годах 20 столетия в связи с быстрым развитием нефтяной геологии. Объектами сборов и изучения являются микроорганизмы, принадлежащие главным образом к типу простейших (фораминиферы, радиолярии), микроскопические водоросли (кокколитофориды, диатомовые) и др. Все эти микроорганизмы обычно называют микрофауной. Как и другие организмы, микрофауна испытала эволюцию, поэтому современный микропалеонтологический метод очень близок к филогенетическому. Главное его отличие заключается в том, что изучение микрофауны проводят под микроскопом.
Большая ценность этого метода заключается в возможности устанавливать возраст пород в небольших обломках, поднятых наверх из буровых скважин, а затем прослеживать одновозрастные слои в других скважинах на больших расстояниях. Поэтому этот метод является основным при поисках и разведке нефти и газа.
Спорово-пыльцевой анализ. Как и микропалеонтологический, этот метод начали недавно применять в практике геологических исследований для установления возраста континентальных отложений.