История Земли
Шрифт:
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,
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).
Геохронологическая шкала
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
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.
Главная причина, по которой геологическая шкала представляет собой идеализированный, а не реально существующий объект, заключается в том, что ни в одной части континента не встречаются отложения всех крупных и мелких подразделений шкалы, образующие непрерывную последовательность. Это происходит потому, что все слои ограничены в своем распространении. Площадь, на которой встречается какой-либо слой осадочных пород, не превышает площадь соответствующего морского бассейна, в котором отлагались эти осадки. Правда, некоторые мелководные моря были очень обширными. Около 100 миллионов лет назад один из таких бассейнов простирался от южной Мексики к северу через всю Северную Америку до Северного Ледовитого океана, разделяя континент на два отдельных массива суши. Однако большинство морских бассейнов были меньших размеров, и ни один из них не занимал в какой-либо момент времени целый континент. Таким образом, каждый слой первоначально занимал ограниченную площадь. Площадь многих слоев далее еще более уменьшалась в результате эрозии, которая во многих бассейнах уничтожала часть - и даже, большую часть - слоя до того, как этот слой перекрывался следующим. Обычно следы эрозионной деятельности сохраняются на поверхности, разделяющей верхнюю часть эродированного слоя и основание вышележащего (рис. 8).
Рис. 8. Две серии морских слоев, обнажающиеся на склоне современной долины. После того как была отложена более древняя серия А, мелководное море отступило, и поверхность П подверглась размыву. Реки прорезали долины Д. Позднее море вторглось на эту территорию и затопило размытую поверхность Я, которая постепенно оказалась погребенной под новой серией осадков Б. Затем море снова отступило, и осушенная поверхность подверглась расчленению современными долинами СД. Серии А и Б залегают несогласно (с перерывом) по отношению друг к другу, что можно видеть на поверхности раздела П
Таким образом, геологическая шкала представляет собой одновременно схему и каталог. К началу XX в. были уже известны основные подразделения шкалы, показанные в таблице 1, а также характерные для каждого из них ископаемые. Не хватало только временных характеристик, для которых требовалось определение возраста.
Геологическое летоисчисление
Потребность в надежных способах определения времени стала ощущаться задолго до того, как были выделены основные подразделения геохронологической шкалы. Были сделаны попытки определить возраст наиболее древних осадочных пород. Пытались, например, разделить суммарную мощность морских осадочных пород на континентах на толщину слоя осадков, ежегодно выносимого с континентов реками. Считалось, что полученный результат представляет минимальное время, за которое могла накопиться толща осадочных пород. Но этот простой расчет включал некоторые неизвестные факторы, которые поэтому должны были оцениваться произвольно. Наиболее ошибочные выводы влекло за собой предположение о том, что скорость поступления осадков всегда была одинаковой; сейчас мы знаем, что это не так. Величины, полученные с помощью этого расчета - от 100 до 300 миллионов лет - не удовлетворяли большинство ученых, которые полагали, что наиболее древние осадочные пласты должны быть гораздо старше.