В.О. Соловьев, Э.С. Тхоржевский
ИСТОРИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
Аннотация. Соловьев В.О., Тхоржевский Э.С. Историческая геология. Учебное пособие. -Х.: __, 2012. -Ок. 200 с.
Краткое учебно-справочное издание, в котором охарактеризованы методы исторической геологии, этапы геологической истории. Основное внимание уделено синтезу историко-геологического развития: рассмотрению проявления тектонических движений, осадконакопления и магматизма во времени, формированию органического мира, воздействию космоса на природные процессы, соотношению понятий эволюция и катастрофы. Особый акцент сделан на существование ритмов в развитии земной коры и природы, что позволяет прогнозировать возможные природные катастрофы.
Рецензенты:
_____/ ХНУ им. В.Н. Каразина/ Матвеев, Смыслова, Космачев/
В.Г. Суярко, докт. г.-м.н., проф. Полтавского нац. ун-та им. Ю. Кондратюка
Решение об издании ___
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВОДНЫЙ РАЗДЕЛ
Вступление
История формирования науки
Методы исторической геологии
ЭТАПЫГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИСТОРИИ 28
Ранняя история Земли
Поздняя история Земли /дополнить и расшифровать!/
СИНТЕЗ ИСТОРИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ 48
Материки и океаны прошлого
Геосинклинали и горообразование, геотектонические циклы
Развитие тектонических движений во времени 60
Климаты и оледенения в истории Земли
Осадконакопление в истории развития земной коры
Магматизм /пространственно-временное развитие/ 85
Образование и эволюция гидросферы
Развитие органического мира
История геологического развития Украины
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ102
Периодизация геологической истории
Взаимосвязанность развития
Эволюция и катастрофы
ПРОБЛЕМЫИСТОРИЧЕСКОЙ ГЕОЛОГИИ 111
Воздействие космоса на развитие Земли
Ритмы в развитии природы
Великие и малые вымирания, их причины
Прогнозирование природных катастроф
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА 129
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВОДНЫЙ РАЗДЕЛ
Предлагаемая работа представляет собой краткое учебно-справочное издание, дающее самое общее представление о том направлении наук о Земле, которое получило название историческая геология. Основной акцент здесь сделан на рассмотрение разнообразных ее методов, а также выявление общих закономерностей развития земной коры и тех проблем, что лежат в основе данной науки. Очень кратко охарактеризованы этапы геологической истории, что обычно составляет основу соответствующих учебных курсов. Еще одной важной особенностью этой работы следует считать то, что историко-геологическая периодизация здесь существенно отличается от обычно принятой, когда для этой цели используются подразделения геохронологической или точнее даже стратиграфической шкалы – ее периоды, эпохи или эры. В этом вводом разделе очень кратко охарактеризованы основные принципы исторической геологии, история формирования данной науки, и достаточно подробно рассмотрены ее методы.
Вступление
Историческая геология представляет собой раздел наук о Земле, изучающий историю и закономерности развития земной коры, основные геологические процессы и события прошлого, используя для этого методы, которые позволяют их восстанавливать. Основными направлениями ее исследования и изучаемыми вопросами являются палеогеографические обстановки, тектонические движения, осадконакопление, магматизм, развитие органического мира, а соответствующие науки или их разделы (палеогеография, историческая геотектоника, литология, стратиграфия) могут рассматриваться как составная часть исторической геологии.
Цели и задачи данной работы – дать общие представления об истории формирования земной коры в целом и основных ее элементов (материков, континентов и др.), расшифровать закономерности историко-геологического процесса, освоить или понять методы исторической геологии главным образом для решения конкретных региональных вопросов. В том числе, регионального историко-геологического анализа отдельных геологических структур или стран. В данном случае акцент будет сделан на историю геологического развития Украины.
Геология изучает процессы, формирующие земную кору, ее состав, структуру и вещество, в том числе полезные ископаемые, геологическое строение отдельных площадей. Все эти вопросы являются предметом изучения также исторической геологии, но в плане расшифровки их проявления во времени и пространстве. Следовательно, предметом исследований рассматриваемой науки является пространственно-временное формирование вещества и структур земной коры, процессы прошлого, характер историко-геологического развития отдельных площадей, закономерности образования полезных ископаемых и развития органического мира. Этим определяются взаимоотношения и связи исторической геологии с геотектоникой, литологией, петрологией, стратиграфией, региональной геологией, учением о полезных ископаемых, а также науками, формирующимися на стыке геологии с другими отраслями естествознания: планетологией, палеонтологией, палеоэкологией, геодинамикой.
Обоснование места исторической геологии в науках о Земле требует уточнения ее структуры, связи с другими научными направлениями геологии или даже естествознания. Это, в первую очередь, тектонические движения, которые формируют рельеф и строение земной коры, и которые в последнее время называют исторической геотектоникой. Определенные формы тектонических движений рождают магматизм, вулканические извержения и образование крупных магматических тел на глубине, что вносит коррективы в особенности строения и развития земной коры. Важным фактором историко-геологического развития является размещение материков прошлого, а также изменение климатов, которое зачастую бывает причиной разного типа осадконакопления. И соответственно определяет условия и особенности развития органического мира. Этими вопросами занимается палеогеография, которая может рассматриваться как составная часть исторической геологии.
Важным вопросом и направлением исследований, интересующим ученых и человечество в целом, является история развития органического мира. Формально эти вопросы находятся в сфере биологии; этим занимается специальная наука, получившая название палеонтологии. Однако основным направлением биологии является комплекс знаний о жизни, изучение всего живого (Реймерс, 1990). Система биологических наук изучает структуру и систематизацию живого, условия современной жизни и взаимоотношения живых организмов и многие другие вопросы. А вот этапы развития биоты и эволюционная направленность – это предмет палеонтологии. Различного рода воздействия на органический мир прошлого изучает палеоэкология. Все эти процессы и явления интересуют историческую геологию с точки зрения развития во времени, становятся предметом самостоятельных научных направлений и исследований; они могут рассматриваться как составная часть исторической геологии.
Геология в целом и историко-геологическое направление в частности тесно связана с другими науками естествознания. Методы геофизики лежат в основе определения абсолютного возраста горных пород, без которого сейчас невозможно представить историческую геологию. И соответственно геофизика дает возможность расшифровывать глубинное строение Земли, изучать структуру земной коры. На стыке геологии и биологии формируется палеонтология и палеоэкология, которые занимаются изучением органического мира прошлого, выявляют этапы их развития и разного рода природные катастрофы. Данные астрономии позволяют определять характер и масштабы космического воздействия на развитие Земли, формулировать представления о ее происхождении. Мы хорошо представляем, что наша планета является составным элементом Вселенной, и изучение истории развития земной коры позволяет расшифровывать какие-то закономерности данного процесса.
Как всякая наука или даже крупное научное направление историческая геология имеет свои принципы, основополагающие идеи, правила, положения, на которых она базируется. Среди них: 1) сформировавшиеся геологические структуры и тела являются исходным документом, позволяющим расшифровывать историю развития земной коры, ее прошлое; 2) неполнота геологической летописи, определяемая тем, что какие-то «документы» земной истории утеряны, разрушены, недоступны для изучения и требуют определенных допущений и гипотез; 3) актуализм, или расшифровка прошлого развития по аналогии с современными наблюдениями, которые являются ведущими; 4) основу общих историко-геологических представлений составляют регионально-геологические исследования или выявление частных положений на конкретных площадях; 5) развитие земной коры и происходившие на поверхности и в недрах процессы есть результат сложных взаимодействий, многообразных внешних и внутренних, региональных и планетарных, а также воздействия космических процессов. Следовательно, такие ведущие положения естествознания как взаимосвязанность и взаимообусловленность (принцип детерминизма), историзм, унаследованность (принцип непрерывности), эволюция, цикличность и многие другие находят наиболее полное подтверждение и выражение именно в исторической геологии или даже рождены ею.
Историческая геология занимает особое положение в науках о Земле и даже естествознании в целом. Это основное или даже единственное научное направление, изучающее историю развития живой и неживой природы, формирующее и развивающее положения историзма, эволюционизма, катастрофизма и многие другие течения современной науки. Оно же, в значительной степени, определяет наше мировоззрение, показывая длительное развитие жизни на Земле, формирует наши взгляды на соотношение эволюционного развития и воздействие на него каких-то катаклизмов, переворотов, революций, катастроф. На примере прошлого историческая геология устанавливает взаимосвязь между разными факторами и природными процессами, последовательность образование структурных элементов земной коры, появление определенных формаций, разных групп органического мира, объясняет причины вымирания и эволюционных взрывов, их соотношения.
Следует подчеркнуть еще одну особенность исторической геологии. Это активно развивавшееся в течение последних веков и даже десятилетий научное направление, которое базируется на вновь формирующихся методах и идеях, имеет много проблем, требующих разрешения. Какие-то положения ученых древнего мира, высказывавших предположения о воздействии небесных сил на проявление или формирование земных процессов прошлого находят современные подтверждения. Долгое время продолжавшиеся споры об эволюции и катастрофах, происхождении каких-то пород в результате магматизма или накопления в морских условиях (плутонизм и нептунизм) сейчас успешно решены. Это позволяет рекомендовать не только дальнейшее активное развитие данной науки, но и необходимость знакомить с полученными результатами широкий круг пользователей – учителей, школьников, ученых многих других направлений естествознания.
История формирования науки
История формирования этой науки достаточно сложна и длительна. В ней можно выделить несколько самостоятельных этапов. Предысторией науки необходимо считать первые представления ученых Древнего Египта, Индии, Китая, Греции и Рима об отдельных физико–географических событиях, которые могли происходить и в прошлом: трансгрессиях и регрессиях, землетрясениях, вулканизме и их причинах, месте Земли во Вселенной, происхождении на ней жизни. В значительной степени на таких наблюдениях базировались библейские представления о Всемирном потопе и других катастрофах, кратковременности творений и этапах развития земной истории, последовательности формирования групп органического мира.
К периоду классической древности относятся первые представления о длительности истории Земли. Такие мысли содержатся в некоторых восточных философских и космогонических гипотезах. На бесконечность и вечность Вселенной, миллионы лет существования Земли указывали Аристотель, Полибий из Мегаполиса, Гераклит, Демокрит, Геродот. История ее развития, по Аристотелю, сопровождалась периодическими затоплениями и осушениями земных площадей; он же формулировал мысль о цикличности геологических явлений. Еще раньше ее в общей форме формулировал Гераклит, говоривший о «мировом годе». Ряд исследователей (Аристотель, Страбон, Лукреций, Сенека и др.) сравнивали Землю с живым существом, проходившим стадии юности, зрелости, старости.
В средние века историко-геологические взгляды в Европе строго подгонялись под каноны христианской религии. Систематизация знаний и попытки объяснения явлений природы после крушения Римской империи имели место на Арабском Востоке, в Средней и Малой Азии, в Китае и Армении. Основным предметом геологических исследований этого времени было изучение вещества земной коры, лечебных свойств минералов, горное дело. Вместе с тем, даже библейские представления о семи днях творения подразумевали определенную периодичность, этапность образования Земли, биосферы и даже Вселенной.
Начальный этап развития исторической геологии уже как самостоятельной науки может быть назван стратиграфическим. Он базируется на результатах исследований Н. Стено (1669), космогонических построениях Ф.Р. Декарта, Лейбница, И. Ньютона (1687); начало его может быть отнесено ко второй половине XVIII века. В течение этого времени формулируются космогонические и историко-геологические представления Ж. Бюффона (1749, 1779), которые нашли отображение в его «Естественной истории», «Эпохах природы» и других работах. И. Кантом (1754) и П.С. Лапласом (1796) разработаны гипотезы происхождения Земли и Солнечной системы. Были проведены первые регионально-геологические исследования, на базе которых восстановлена история развития отдельных площадей и даже Земли в целом (И.Г. Леман, 1756; Г.Х. Фюксель, 1762), сформулированы геологические взгляды М.В. Ломоносова (1757, 1763).
Были разработаны первые биостратиграфические схемы (Сулави. 1780-1784; Ж. Кювье и А. Броньяр); У. Смитом сформулирован и использован биостратиграфический принцип корреляции разрезов, при котором отложения в разных районах Земли датируются и сопоставляются по содержащимся в них палеонтологическим остаткам. В течение 20-40-х годов XIX ст. установлены почти все системы общей стратиграфической шкалы фанерозоя, что фактически завершило оформление учение об относительном возрасте. Дж. Геттоном (1788) и А. Вернером (1791) изложены представления о плутонизме и нептунизме, которые стали основой для длительных споров. Ж. Ламарк (1809) предложил свою теорию эволюции развития органического мира, Ж. Кювье (1812) теорию катастроф; Ч. Лайель (1830-1834), считающийся основателем геологии, формулирует принцип униформизма, положенный позднее в основу метода актуализма.
Середина XIX ст. может рассматриваться как палеогеографический этап развития исторической геологии, в течение которого было введено понятие о фациальном анализе (А. Грессли, 1838; Оппель, 1856; Н.А. /М.О./ Головкинский, 1868; Э. Реневье, 1884), обоснованы положения о существовании в прошлом материковых оледенений (И. Венетц, 1829; Ж. Агассис, 1840; П.А. /П.О./ Кропоткин). Эли де Бомон (1852) предложил контракционную гипотезу, по которой земная кора состоит из жестких глыб, испытывающих горизонтальные перемещения. Делались также попытки реконструировать физико-географические условия прошлого для отдельных площадей, крупных участков суши, строились первые палеогеографические карты для определенных интервалов времени.
Последняя треть XIX ст. и первая половина XX ст. может быть названа тектоническим этапом развития ИГ. В это время обосновываются представления о геосинклиналях (Д. Холл, 1857; Д. Дэна, 1873), а затем и о платформах (Э. Зюсс, Г. Ог и др.). Эли де Бомон разработал методику определения возраста деформированных отложений на основании стратиграфических перерывов и угловых несогласий. Сформированы были взгляды об эпохах складчатости (М. Бертран, 1886-1887), которые позднее положены в основу построений о геотектонических циклах и этапах геологической истории, а затем и построения тектонических карт.
Их дальнейшим развитием стал «Орогенный закон времени» Г. Штилле (1924), положившим начало учению о тектонических фазах. А. Вегенер (1912) и Тейлор предложили гипотезу дрейфа материков, ставшую основой идеи и учения мобилизма. Д.Н. /Д.М./ Соболев (1914, 1926) разрабатывает учение о геологической периодичности или цикличности, лежавшей в основе тектогенеза, осадконакопления и всех других природных процессов. В.А. Обручев вводит понятие о неотектонике, или новейших тектонических движениях, методы которой отличаются от изучения древнего тектогенеза. Появляется ряд гипотез пульсационного развития Земли (В. Бухер, 1933, 1939; М.А. Усов, 1940; В.А. Обручев, 1934, 1940 и др.), в соответствии с которыми планета испытывает перодические сжатия и расширения.
40-60-е годы XX ст., следует считать литологическим этапом развития исторической геологии, в течение которого делается попытка сформировать закон периодичности осадконакопления (Л.В. Пустовалов, 1940). Активно разрабатываются учения о фациях, геологических формациях, теория литогенеза (Н.М. /М.М./ Страхов), учение о седиментационной цикличности. Дается качественная характеристика и выполняется большой объем количественных подсчетов формаций в истории Земли (А.Б. /О.Б./ Ронов, В.Е. /В.Ю./ Хаин и др.), появляются учебники по литологии и палеогеографии (М.С. Швецов, Л.Б. Рухин и др.).
С 60-х годов XX ст. начинается современный этап развития исторической геологии, который можно определять как время глобального синтеза обширных и разнообразных материалов по истории формирования земной коры. Особенностью его является активное изучение океанов и разработка положений новой глобальной тектоники (НГТ), или учения о литосферных плитах, а также формирование альтернативных ей представлений – о пульсации Земли, расслоении литосферы, блоковом строении земной коры (В.П. Казаринов, Е.Е. Милановский, А.В. /О.В./ Пейве, Л.И. Красный). Проведен огромный объем геологосъемочных, картосоставительских работ и различных обобщений, в результате чего получена обильная историко-геологическая информация.
Начинается широкое использование методов изотопной датировки, разрабатываются методы палеомагнитных исследований и палинспастических реконструкций, выявляется большое количество разнородных кольцевых структур и расшифровывается их природа, проводятся обширные геодинамические расчеты и построения, которые выявляли размещение материков прошлого. Как самостоятельное научное направление оформляется геодинамика – наука о глубинных силах и процессах, возникающих в Земле и обусловливающих движение масс вещества. Резко активизируется международное сотрудничество в разработке различных геологических программ – Международная геологическая корреляционная программа (МГКП), «Литосфера» и др., регулярно проводятся Международные Геологические Конгрессы.
Историческая геология из описательной и узкоспециализированной науки становится крупным научным направлением, базирующимся на многообразных принципах, эволюционирующих парадигмах, разнообразных методах, в том числе с количественными расчетами, выполняющим синтез разнородных материалов и решающим большой круг геологических вопросов и проблем. В последнее время делаются попытки использования историко-геологических данных для прогноза природных катастроф. Вместо существовавших жарких и не всегда продуктивных споров о плутонизме и нептунизме, или ведущей роли гидросферы или вулканизма в развитии земной коры, кажущейся несовместимости идей о катастрофах и эволюции, нецелесообразности дальнейшего развития учения о геосинклиналях в условиях господства представлений о литосферных плитах, делаются попытки формулировать унифицированные положения.
Большое внимание в новейший этап уделяется обоснованию роли космоса в развитии земной коры и биосферы, в частности. Это находит отражение в выявлении связи метеоритной бомбардировки Земли с вымираниями в органическом мире. А.Н. Павлов формулирует положение об эпизодичном энергетическом воздействии на нашу планету (квантовая парадигма геологии). На смену эпизодичным исследованиям в области геокосмологии (Н.А. Морозов, 1932; Б.Л. Личков, 1927 и др.), направление это начинает активно развиваться В.М. Букановским (1960), Г.Н. Каттерфельдом (1966), В.В. Ламакиным (1968), И.В. Крутем (1973) и др. В.О. Соловьев (2008) формулирует представления о четко проявленных и точно датированных ритмах разного порядка в развитии земной коры, которые обусловлены воздействием космоса.