Геология это наука, изучающая состав, строение и закономерности развития Земли. Ее суть состоит в рассмотрении состава и структуры литосферы, геологических процессов различными методами с использованием способов и данных прочих дисциплин.

История науки

Существуют различные мнения о времени появления геологии как науки.

В любом случае первые наблюдения, которые можно отнести к динамической геологии , велись еще в античные времена такими учеными, как Аристотель, Пифагор, Страбон, Плиний Старший. В их работах содержится информация о катастрофических геологических процессах (землетрясениях и извержениях вулканов), а также явлениях выветривания (размывание гор) и геоморфологических процессах (изменение береговых линий).

Первые минералогические наблюдения, а именно описания минералов и классификации геологических тел содержатся в работах Аль-Бируни и Ибн-Сины X - XI веков.

Существует мнение, что современная геология появилась в средние века в исламском мире.

В эпоху возрождения основные открытия в данной сфере были совершены в Европе. В эти времена геологическими исследованиями занимались Джироламо Фракасторо и Леонардо да Винчи. Ими были сделаны предположения о большем возрасте Земли, чем данный в христианских источниках, и о том, что ископаемые раковины являются останками организмов. Нильс Стенсен сформулировал три основных принципа стратиграфии, Георгием Агриколой были заложены основы минералогии.

В конце XVII века, благодаря предложению Мартина Листера, появились первые геологические карты и геологическая съемка.

На рубеже XVII и XVIII веков была сформулирована общая теория Земли (дилювианизм), предполагающая формирование осадочных пород и окаменелостей в результате всемирного потопа.

Во второй половине XVIII века значительно возросли потребности в ресурсах. Это способствовало усиленному изучению недр, в результате чего были накоплены данные о условиях залегания горных пород и их описания, а также разработаны новые методы изучения. Одним из наиболее известных ученых тех времен является Джеймс Хаттон, создавший «Теорию Земли». Он предположил, что возраст планеты значительно больше, чем думали ранее. Его же считают первым современным геологом. Появились две теории формирования горных пород: плутоническая (вулканическое) и неплутоническая (осадочная). В тот же период в России геологическими исследованиями занимался Ломоносов.

В XVIII - XIX вв. в России появились первые геологические карты.

Основным вопросом геологии XIX века являлся возраст Земли. В 1881 г. на 2-м Международном геологическом конгрессе была принята современная стратиграфическая шкала .

В XX в. для установления возраста планеты стали использовать радиометрическое датирование.

В СССР потребность в развитии геологических знаний возникла сразу же после образования государства, так как была начата индустриализация, что требовало минерально-сырьевую базу. Поэтому начали изучать месторождения угля и углеводородов, а в 20 гг. были открыты месторождения калийных солей, апатитов и нефелинов, меди. В те же времена создали первую геологическую карту СССР.

В 1930 г. было создано Главное геологическое управление. Геологический комитет, осуществлявший руководство всеми работами, преобразовали в Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт, а затем во Всесоюзный геологический институт.

В результате проведенных работ к 1940 г. более 65% территории было геологически картографировано, Урал стал промышленно-сырьевой базой, в Башкирии и Поволжье открыли углеводородные месторождения, значительно изменились Сибирь, Кавказ, Дальний Восток, Средняя Азия, Украина и прочие районы.

В военные годы наиболее интенсивно велось геологическое изучение Казахстана под руководством К.И. Сатпаева: были открыты месторождения марганца и хрома, получила развитие редкометалльная промышленность.

В 1946 г. основали Министерство геологии СССР. Кроме того, появились новые методы исследования земной коры: аэрофотосъемка, геофизические, бурение опорных скважин. С их применением открыли месторождения цветных и редких металлов, бокситов, угля, железных руд и углеводородов в Казахстане, коксующихся углей, алмазов и железных руд в Якутии, бокситов и углеводородов в Сибири и др.

К 1967 г. вся территория СССР была геологически картографирована, разведали более 15 тыс. месторождений.

Министры геологии в СССР

• 1939—1949 — Малышев, Илья Ильич
• 1949—1953 — Захаров, Пётр Андреевич
• 1953—1962 — Антропов, Пётр Яковлевич
• 1962—1975 — Сидоренко, Александр Васильевич
• 1975—1989 — Козловский, Евгений Александрович
• 1989—1991 — Габриэлянц, Григорий Аркадьевич

Современная геология

Из данного выше определения геологии легко понять объекты изучения данной науки. Во-первых, это строение и состав природных тел и Земли, во-вторых, процессы в глубинах и на поверхности планеты, в-третьих, история ее развития, полезные ископаемые.

Изучение производится в соответствии с системой уровней организации минерального вещества: минерал, горная порода, геологическая формация, геосфера, планета.

Задачи геологии можно подразделить на фундаментальные и прикладные.

Первые следуют из определения науки. То есть это изучение строения, состава и закономерностей развития планеты. Прикладные задачи данной науки следующие: поиск различных полезных ископаемых и разработка методов их добычи, изучение геологических условий для возведения сооружений, охрана недр и рациональное их использование.

Геология характеризуется тесной связью эмпирических и теоретических методов. Основной из них — геологическая съемка. Состоит в изучении обнажений горных пород и картографировании. Многие методы заимствованы из смежных наук.

Работа геолога

Учебный план по данной специальности включает много инженерных дисциплин, а также математики и географии. Естественно основу составляет геология и смежные науки, такие как минералогия, геотектоника, петрография и т. д. Среди многих прочих специальностей геология обычно отличается полевой практикой в отдаленных районах.

Профессия геолога весьма востребована в России, учитывая ее ресурсный потенциал. Данные специалисты работают в основном в добывающей сфере. Полевая работа считается весьма сложной, учитывая что многие ресурсы разрабатываются на крайнем севере, где рабочие присутствуют вахтовым методом. Хотя существуют варианты лабораторных и камеральных работ: инженерно-геологические изыскания, 3D-моделирование, документальная работа и т. д.

Геологические науки

В настоящее время под геологией понимают не только конкретную науку, но и также раздел знаний, объединяющий множество наук о Земле. Их можно классифицировать по объекту исследования.

О земной коре:

• минералогия (изучает минералы),
• кристаллография (близкий к физическим дисциплинам раздел минералогии, рассматривающий кристаллы),
• петрография (предмет — горные породы),
• литология (изучает лишь осадочные горные породы),
• структурная геология (рассматривает формы залегания геологических тел),
• региональная геология (изучает геологическое строение отдельных участков земной коры),
• петрофизика (исследует физические особенности горных пород, взаимные связи их с физическими полями планеты и между собой),
• микроструктурная геология (рассматривает микроскопические деформации пород), геокриология (изучает многолетнемерзлые породы),
• гидрогеология (изучает подземные воды).

Исследованием Земли занимается геология и науки взаимосвязаны друг с другом. Геофизика изучает мантию, кору, внешнее жидкое и внутреннее твердое ядро. В рамках дисциплины исследуются океаны, поверхностные и подземные воды. Также эта наука изучает физику атмосферы. В частности, аэрономию, климатологию, метеорологию. Что такое геология? В рамках этой дисциплины осуществляются несколько иные исследования. Далее выясним, что изучает геология.

Общие сведения

Общая геология - это дисциплина, в рамках которой исследуется строение и закономерности развития Земли, а также других планет, относящихся к Солнечной системе. Кроме того, это применимо и к их естественным спутникам. Общая геология представляет собой комплекс наук. Исследование осуществляется с помощью физических методов.

Основные направления

Всего их три: историческая, динамическая и описательная геология. Каждое направление отличается своими основными принципами, а также методами исследования. Далее рассмотрим их подробнее.

Описательное направление

Оно изучает размещение и состав соответствующих тел. В частности, это относится к их формам, размерам, взаимоотношению и последовательности залегания. Кроме того, данное направление занимается описанием горных пород и различных минералов.

Исследование эволюции процессов

Этим занимается динамическое направление. В частности, исследуются процессы разрушения горных пород, их перемещения ветром, подземными или наземными волнами, ледниками. Также данная наука рассматривает внутренние извержения вулканов, землетрясения, движение земной коры и накопление осадков.

Хронологический порядок

Говоря о том, что изучает геология, следует сказать, что исследования распространяются не только на явления, имеющие место на Земле. Одно из направлений дисциплины анализирует и описывает хронологический порядок процессов на Земле. Эти исследования осуществляются в рамках исторической геологии. Хронологический порядок организован в специальную таблицу. Она больше известна как Она, в свою очередь, разбита на четыре интервала. Это было сделано в соответствии со стратиграфическим анализом. Первый интервал охватывает следующий период: формирование Земли - настоящее время. Последующие шкалы отражают последние сегменты предыдущих. Они отмечаются при помощи звездочек в увеличенном масштабе.

Особенности абсолютного и относительного возраста

Изучение геологии Земли имеет важнейшее значение для человечества. Благодаря исследованиям стал известен например. Геологическим событиям присваивается точная дата, относящаяся к конкретному моменту времени. В данном случае речь идет об абсолютном возрасте. Также события могут быть отнесены к определенным интервалам шкалы. Это и есть относительный возраст. Говоря о том, что такое геология, следует сказать, что в первую очередь это целый комплекс научных исследований. В рамках дисциплины применяются различные способы определения периодов, к которым привязаны конкретные события.

Метод радиоизотопного датирования

Он был открыт в начале XX века. Этот метод предоставляет возможность для определения абсолютного возраста. До его открытия геологи были сильно ограничены. В частности, использовались только относительные методы датирования для того, чтобы определить возраст соответствующих событий. Подобная система способна устанавливать только последовательный порядок последних изменений, а не дату их совершения. Тем не менее, данный метод по-прежнему остается весьма эффективным. Это относится к случаю, когда материалы, лишенные радиоактивных изотопов, имеются в наличии.

Комплексное исследование

Сопоставление определенной стратиграфической единицы с другой происходит за счет пластов. Они состоят из осадочных и горных пород, окаменелостей и поверхностных отложений. В большинстве случаев относительный возраст определяется с помощью палеонтологического метода. В то же в основном базируется на химических и физических свойствах горных пород. Как правило, данный возраст определяется радиоизотопным датированием. Имеется в виду накопление продуктов распада соответствующих элементов, которые входят в состав материала. На основе полученных данных устанавливается примерная дата возникновения каждого события. Они размещаются в определенных точках общей геологической шкалы. Для построения точной последовательности этот фактор является очень важным.

Основные разделы

Коротко ответить на вопрос о том, что такое геология, достаточно сложно. Здесь надо отметить, что наука включает в себя не только приведенные выше направления, но и различные группы дисциплин. При этом и сегодня продолжается развитие геологии: появляются новые ветви научной системы. Существовавшие ранее и формирующиеся новые группы дисциплин связаны со всеми тремя направлениями науки. Таким образом, точных границ между ними нет. То, что изучает геология, в той или иной степени исследуется и другими науками. В результате происходит соприкосновение системы с другими сферами знаний. Существует классификация следующих групп наук:

Минералогия

Что изучает геология в рамках этого раздела? Исследования касаются минералов, вопросах их генезиса, а также классификации. Литология занимается изучением пород, которые образовались в процессах, связанных с гидросферой, биосферой и атмосферой Земли. Стоит отметить, что они еще неточно называются осадочными. Геокриология занимается изучением ряда характерных особенностей и свойств, которые приобретают многолетнемерзлые горные породы. Кристаллография изначально являлась одним из направлений минералогии. В настоящее время ее можно скорее отнести к физической дисциплине.

Петрография

Данный раздел геологии изучает метаморфические и магматические породы в основном с описательной стороны. В данном случае речь идет об их генезисе, составе, текстурных особенностях и классификации.

Наиболее ранний раздел геотектоники

Существует направление, которое занимается изучением нарушений земной коры и форм залегания соответствующих тел. Его название - структурная геология. Надо сказать, что как наука геотектоника появилась еще в начале XIX века. Структурная геология исследовала тектонические дислокации среднего и мелкого масштаба. Размер - десятки-сотни километров. Данная наука окончательно сформировалась только к концу столетия. Таким образом, произошел переход к выделению тектонических единиц глобального и континентального масштаба. В дальнейшем учение постепенно переросло в геотектонику.

Тектоника

Этот раздел геологии изучает В него также включаются следующие направления:

1. Экспериментальная тектоника.
2. Неотектоника.
3. Геотектоника.

Узкие разделы

• Вулканология. Довольно узкий раздел геологии. Он занимается изучением вулканизма.
• Сейсмология. Данный раздел геологии занимается изучением геологических процессов, которые возникают во время землетрясений. Сюда также включается сейсморайонирование.
• Геокриология. Этот раздел геологии сосредоточен на изучении многолетнемерзлых пород.
• Петрология. Данный раздел геологии изучает генезис, а также условия происхождения метаморфических и магматических горных пород.

Последовательность процессов

Все, что изучает геология, способствует лучшему пониманию тех или иных процессов на земле. Например, хронология событий является важнейшим предметом. Ведь каждая геологическая наука носит исторический характер в той или иной степени. Они рассматривают существующие образования именно с этой точки зрения. Прежде всего, эти науки выясняют последовательность формирования современных структур.

Классификация периодов

Всю истории Земли разделяют на два крупнейших этапа, которые называются эонами. Классификация происходит в соответствии с появлением организмов с твердыми частями, которые оставляют следы в осадочных породах. Согласно данным палеонтологии, они позволяют определить относительный геологический возраст.

Предметы исследований

Фанерозой начался с появлением ископаемых на планете. Таким образом, развивалась открытая жизнь. Данному периоду предшествовали докембрий и криптозой. В это время существовала скрытая жизнь. Геология докембрия считается особой дисциплиной. Дело в том, что она изучает специфические, в основном многократно и сильно метаморфозные комплексы. Кроме того, для нее характерны особые методы проведения исследований. Палеонтология сосредоточена на изучении древних форм жизни. Она проводит описание ископаемых остатков и следов жизнедеятельности организмов. Стратиграфия определяет относительный геологический возраст осадочных горных пород и расчленение их толщ. Она также занимается корреляцией различных образований. Палеонтологические определения представляют собой источник данных для стратиграфии.

Что такое прикладная геология

Одни направления науки так или иначе взаимодействуют с другими. Однако существуют дисциплины, которые находятся на границе с другими ответвлениями. Например, геология полезных ископаемых. Эта дисциплина занимается методами поиска и разведки пород. Делится на следующие виды: геологию угля, газа, нефти. Также существует металлогения. Гидрогеология сосредоточена на изучении подземных вод. Дисциплин достаточно много. Все они имеют практическое значение. Например, что такое Это раздел, занимающийся исследованием взаимодействия сооружений и окружающей среды. Тесно соприкасается с ним геология грунтов, поскольку от состава почвы зависит, например, выбор материала для строительства зданий.

Прочие подтипы

• Геохимия. Этот раздел геологии сосредоточен на изучении физических свойств Земли. Также сюда включается комплекс разведочных методов, среди них электроразведка различных модификаций, магнито- , сейсмо- и гравиразведка.
• Геобаротермометрия. Данная наука занимается изучением комплекса методов определения температур и давления образования горных пород и минералов.
• Микроструктурная геология. Этот раздел занимается изучением деформации пород на микроуровне. Подразумевается масштаб агрегатов и зерен минералов.
• Геодинамика. Данная наука сосредоточена на изучении процессов в планетарных масштабах, которые происходят в результате эволюции планеты. Изучается связь механизмов в земной коре, мантии и ядре.
• Геохронология. Данный раздел занимается определением возраста минералов и пород.
• Литология. Она еще называется петрографией осадочных пород. Занимается изучением соответствующих материалов.
• История геологии. Этот раздел сосредоточен на совокупности полученных сведений и рудном деле.
• Агрогеология. Данный раздел отвечает за поиск, добычу и использование агроруд для сельскохозяйственных целей. Кроме того, он изучает минералогический состав почв.

На изучении Солнечной системы сосредоточены следующие геологические разделы:

1. Космология
2. Планетология.
3. Космическая геология.
4. Космохимия.

Горная геология

Она является дифференцированной по видам минерального сырья. Существует подразделение на геологию нерудных и рудных полезных пород. Данный раздел занимается изучением закономерности размещения соответствующих месторождений. Также устанавливается их связь со следующими процессами: метаморфизма, магматизма, тектоники, осадкообразования. Таким образом, появилась самостоятельная отрасль знаний, которая называется металлогенией. Геология нерудных полезных ископаемых также подразделяется на науки о горючих веществах и каустобиолитах. Сюда относятся сланцы, уголь, газ, нефть. Геология негорючих пород включает в себя строительные материалы, соли и многое другое. Также в этот раздел входит гидрогеология. Она посвящена подземным водам.

Экономическое направление

Представляет собой довольно специфическую дисциплину. Она появилась на стыке экономики и геологии полезных ископаемых. Данная дисциплина сосредоточена на стоимостных оценках участков недр и месторождений. Термин "полезное ископаемое", учитывая это, можно скорее отнести к экономической сфере, нежели к геологической.

Особенности разведки

Геология месторождения представляет собой обширный научный комплекс, в рамках которого проводятся мероприятия, позволяющие определить промышленное значение участков залегания пород, получивших положительную оценку по результатам поисково-оценочных действий. Во время разведки происходит установка геолого-промышленных параметров. Они, в свою очередь, необходимы для соответствующей оценки участков. Это также относится к переработке извлекаемых полезных ископаемых, обеспечению эксплуатационных мероприятий, проектированию строительства горнодобывающих предприятий. Таким образом, происходит определение морфологии тел соответствующих материалов. Это очень важно для выбора системы последующей обработки полезных ископаемых. Происходит установка контуров их тел. При этом учитываются геологические границы. В частности, это относится к поверхности разломов и контактам литологически различных пород. Также происходит учет характера распределения полезных ископаемых, наличия вредных примесей, содержания попутных и основных компонентов.

Верхние горизонты коры

Их изучением занимается инженерная геология. Сведения, которые получают в ходе изучения грунтов, предоставляют возможность определения пригодности соответствующих материалов для строительства конкретных объектов. Верхние горизонты земной коры часто называются геологической средой. Предметом изучения данного раздела являются сведения о ее региональных особенностях, динамике и морфологии. Изучается и взаимодействие с инженерными сооружениями. Последние часто именуются элементами техносферы. При этом учитывается планируемая, текущая или осуществленная хозяйственная деятельность человека. Инженерно-геологическая оценка территории предполагает выделение специального элемента, который характеризуется однородными свойствами.

Несколько основных принципов

Приведенная выше информация позволяет достаточно ясно понять, что такое геология. При этом необходимо сказать, что наука считается исторической. Она имеет множество важных задач. Прежде всего, это касается определения последовательности геологических событий. Для качественного выполнения этих задач уже давно был разработан ряд интуитивно очередных и простых признаков, относящихся к временному соотношению пород. Интрузивные взаимоотношения представляют собой контакты соответствующих пород и их толщ. Все выводы делаются на основе обнаруженных признаков. Относительный возраст позволяет определить и секущие взаимоотношения. К примеру, если разрывает горные породы, то это позволяет сделать вывод о том, что разлом был образован позже них. Принцип обеспечения непрерывности заключается в том, что строительный материал, из которого образуются слои, может быть растянут по поверхности планеты в том случае, если его не ограничивает какая-то другая масса.

Исторические сведения

Первые наблюдения принято относить к динамической геологии. В данном случае имеется в виду информация о перемещении береговых линий, размывании гор, извержении вулканов и землетрясениях. Попытки классифицировать геологические тела и описать минералы были у Авиценны и Аль-Бурини. В настоящее время некоторые ученые предполагают, что современная геология зародилась в средневековом исламском мире. Подобными исследованиями в эпоху Возрождения занимались Джироламо Фракасторо и Леонардо да Винчи. Они первыми выдвинули предположение о том, что ископаемые раковины - это остатки вымерших организмов. Также они считали, что история самой Земли гораздо длиннее, чем библейские представления об этом. В конце XVII века возникла общая теория о планете, которая стала называться дилювианизмом. Ученые того времени считали, что окаменелости и сами осадочные породы были образованы из-за всемирного потопа.

Потребности в полезных ископаемых очень быстро возросли уже ближе к концу XVIII века. Таким образом, стали изучаться недра. В основном проводилось накопление фактических материалов, описаний свойств и особенностей горных пород, а также исследования условий их залегания. Кроме того, разрабатывались приемы наблюдения. Практически весь XIX век геология всецело занималась вопросом о точном возрасте Земли. Предполагаемые оценки довольно сильно варьировались: от ста тысяч лет до миллиардов. Однако возраст планеты был первоначально определен уже в начале XX века. Во многом этому поспособствовало радиометрическое датирование. Полученная тогда оценка - около 2 миллиардов лет. В настоящее время истинный возраст Земли установлен. Он составляет примерно 4,5 миллиарда лет.

Геология — это наука о составе, строении и закономерностях развития Земли, других планет Солнечной системы и их естественных спутников.

Существует три основных направления геологических исследований: описательная, динамическая и историческая геология. У каждого направления существуют свои основные принципы и методы исследования. Описательная геология занимается изучением размещения и состава геологических тел, в том числе их форма, размер, взаимоотношение, последовательность залегания, а также описанием различных минералов и горных пород. Динамическая геология рассматривает эволюцию геологических процессов, таких как разрушение горных пород, перенос их ветром, ледниками, наземными или подземными водами, накопление осадков (внешние по отношению к земной коре) или движение земной коры, землетрясения, извержения вулканов (внутренние). Историческая геология занимается изучением последовательности геологических процессов прошлого.

Происхождение названия

Первоначально слово «геология» являлось противоположностью к слову «теология». Науке о духовной жизни противопоставлялась наука о закономерностях и правилах земного бытия. В таком контексте это слово использовал епископ Р. де Бьюри в своей книге «Philobiblon» («Любовь к книгам»), которая вышла в свет в 1473 году в Кёльне. Слово происходит от греческого γῆ, означающее «Земля» и λόγος, означающее «учение».

Мнения о первом использовании слова «геология» в современном понимании расходятся. По одним источникам, включая БСЭ, этот термин впервые использовал норвежский учёный Миккель Педерсон Эсхолт (М. П. Эшольт, Mikkel Pedersøn Escholt, 1600-1699) в своей книге «Geologica Norvegica» (1657). По другим источникам, слово «геология» было впервые использовано Улиссе Альдрованди в 1603 году, затем Жан Андре Делюк в 1778 году, закрепил термин Орасом Бенедиктом де Соссюром в 1779 году.

Исторически использовался также термин «геогнозия» (или геогностика). Такое название для науки o минералах, рудах, и горных породах было предложено немецкими геологами Г. Фюкселем (в 1761) и A. Г. Bернером (в 1780). Авторы термина обозначили им практические области геологии, изучавщие объекты, которые можно было наблюдать на поверхности, в отличие от чисто теоретической тогда геологии, которая занималась происхождением и историей Земли, её корой и внутренним строением. Термин использовался в специальной литературе в XVIII и начале XIX векa, но начал выходить из употребления уже во второй половине XIX века. В России термин сохранялся до конца XIX века в названиях учёного звания и степени «доктор минералогии и геогнозии» и «профессор минералогии и геогнозии».

Разделы геологии

Геологические дисциплины работают во всех трёх направлениях геологии и точного деления на группы не существует. Новые дисциплины появляются на стыке геологии с другими областями знаний. В БСЭ приводится следующая классификация: науки о земной коре, науки о современных геологических процессах, науки о исторической последовательности геологических процессов, прикладные дисциплины, а также региональная геология.

Минералы образуются в результате природных физико-химических процессов и обладающее определённым химическим составом и физическими свойствами.

Науки о земной коре:

• Минералогия - раздел геологии, изучающий минералы, вопросы их генезиса, квалификации. Изучением пород, образованных в процессах, связанных с атмосферой, биосферой и гидросферой Земли, занимается литология. Эти породы не совсем точно называются ещё осадочными горными породами. Многолетнемёрзлые горные породы приобретают ряд характерных свойств и особенностей, изучением которых занимается геокриология.
• Петрография - раздел геологии, изучающий магматические и метоморфические породы преимущественно с описательной стороны - их генезис, состав, текстурно-структурные особенности, а также классификацию.
• Структурная геология - раздел геологии, изучающий формы залегания геологических тел и нарушения земной коры.
• Кристаллография - первоначально одно из напралений минералогии, в настоящее время скорее физическая дисциплина.

Науки о современных геологических процессах (динамическая геология):

• Тектоника - раздел геологии, изучающий движение земной коры (геотектоника, неотектоника и экспериментальная тектоника).
• Вулканология — раздел геологии, изучающий вулканизм.
• Сейсмология — раздел геологии, изучающий геологические процессы при землетрясениях, сейсморайонирование.
• Геокриология — раздел геологии, изучающий многолетнемёрзлые породы.
• Петрология - раздел геологии, изучающий генезис и условия происхождения магматических и метаморфических горных пород.

Науки о исторической последовательности геологических процессов (историческая геология):

• Историческая геология - отрасль геологии, изучающая данные о последовательности важнейших событий в истории Земли. Все геологические науки в той или иной степени имеют исторический характер, рассматривают существующие образования в историческом аспекте и занимаются в первую очередь выяснением истории формирования современных структур. История Земли делится на два крупнейших этапа - эона, по появлению организмов с твёрдыми частями, оставляющих следы в осадочных породах и позволяющих по данным палеонтологии провести определение относительного геологического возраста. С появлением ископаемых на Земле начался фанерозой - время открытой жизни, а до этого был криптозой или докембрий - время скрытой жизни. Геология докембрия выделяется в особую дисциплину, так как занимается изучением специфических, часто сильно и многократно метаморфизованных комплексов и имеет особые методы исследования.
• Палеонтология изучает древние формы жизни и занимается описанием ископаемых остатков, а также следов жизнедеятельности организмов.
• Стратиграфия - наука об определении относительного геологического возраста осадочных горных пород, расчленении толщ пород и корреляции различных геологических образований. Одним из основных источников данных для стратиграфии является палеонтологические определения.

Прикладные дисциплины:

• Геология полезных ископаемых изучает типы месторождений, методы их поисков и разведки. Делится на геологию нефти газа, геологию угля, металлогению.
• Гидрогеология - раздел геологии, изучающий подземные воды.
• Инженерная геология - раздел геологии, изучающий взаимодействия геологической среды и инженерных сооружений.

Внизу перечислены остальные разделы геологии, в основном стоящие на стыке с другими науками:

• Геохимия - раздел геологии, изучающий химический состав Земли, процессы, концентрирующие и рассеивающие химические элементы в различных сферах Земли.
• Геофизика - раздел геологии, изучающий физические свойства Земли, включающая также комплекс разведочных методов: гравиразведка, сейсморазведка, магниторазведка, электроразведка различных модификаций и пр.
• Геобаротермометрия - наука, изучающая комплекс методов определения давления и температур образования минералов и горных пород.
• Микроструктурная геология - раздел геологии, изучающий деформацию пород на микроуровне, в масштабе зёрен минералов и агрегатов.
• Геодинамика - наука, изучающая процессы самого планетарного масштаба в результате эволюции Земли. Она изучает связь процессов в ядре, мантии и земной коре.
• Геохронология - раздел геологии, определяющий возраст пород и минералов.
• Литология (Петрография осадочных пород) - раздел геологии, изучающий Осадочные породы.

Изучением Солнечной системы занимаются следующие разделы геологии: космохимия, космология, космическая геология и планетология.

Основные принципы геологии

Геология - наука историческая, и важнейшей её задачей является определение последовательности геологических событий. Для выполнения этой задачи с давних времён разработан ряд простых и интуитивно очевидных признаков временных соотношений пород.

Интрузивные взаимоотношения представлены контактами интрузивных пород и вмещающих их толщ. Обнаружение признаков таких взаимоотношений (зоны закалки, даек и т. п.) однозначно указывает на то, что интрузия образовалась позже, чем вмещающие породы.

Секущие взаимоотношения также позволяют определить относительный возраст. Если разлом рвёт горные породы, значит он образовался позже, чем они.

Ксенолиты и обломки попадают в породы в результате разрушения своего источника, соответственно они образовались раньше вмещающих их пород, и могут быть использованы для определения относительного возраста.

Принцип актуализма постулирует, что геологические силы, действующие в наше время, аналогично работали и в прежние времена. Джеймс Хаттон сформулировал принцип актуализма фразой «Настоящее - ключ к прошлому».

Утверждение не совсем точное. Понятие «сила» - понятие не геологическое, а физическое, к геологии имеющее опосредованное отношение. Правильнее говорить о геологических процессах. Выявление сил, сопровождающих эти процессы, могло бы стать главной задачей геологии, чего, к сожалению, нет.

«Принцип актуализма» (или метод актуализма) являются синонимом метода «аналогии». Но метод аналогии не является методом доказательства, он является методом формулирования гипотез и, следовательно, все закономерности, полученные методом актуализма, должны были бы пройти процедуру доказательства их объективности.

В настоящее время принцип актуализма стал тормозом в развитии представлений о геологических процессах.

Принцип первичной горизонтальности утверждает, что морские осадки при образовании залегают горизонтально.

Принцип суперпозиции заключается в том, что породы находящиеся в не нарушенном складчатостью и разломами залегании, следуют в порядке их образования, породы залегающие выше моложе, а те которые находятся ниже по разрезу - древнее.

Принцип финальной сукцессии постулирует, что в одно и то же время в океане распространены одни и те же организмы. Из этого следует, что палеонтолог, определив набор ископаемых остатков в породе, может найти одновременно образовавшиеся породы.

История геологии

Первые геологические наблюдения относятся к динамической геологии - это информация о землетрясениях, извержениях вулканов, размывании гор, перемещении береговых линий. Подобные высказывания встречаются в работах таких учёных как Пифагор, Аристотель, Плиний Старший, Страбон. Изучение физических материалов (минералов) Земли восходит по крайней мере к древней Греции, когда Теофраст (372-287 до н. э.) написал работу «Peri Lithon» («О камнях»). В римский период Плиний Старший подробно описал многие минералы и металлы, и их практическое использование, а также правильно определил происхождение янтаря.

Описание минералов и попытки классификации геологических тел встречаются у Аль-Бируни и Ибн Сины (Авиценны) в X-XI веках. В работах Аль-Бируни содержится раннее описание геологии Индии, он предполагал, что индийский субконтинент был когда-то морем. Авиценна предложил подробное объяснение формирования гор, происхождение землетрясений и другие темы, которые являются центральными в современной геологии, и в котором содержится необходимый фундамент для дальнейшего развития науки. Некоторые современные ученые, такие как Филдинг Х. Гаррисон, считают, что современная геология началась в средневековом исламском мире.

В Китае энциклопедист Shen Kuo (1031-1095) сформулировал гипотезу о процессе формирования земли: на основе наблюдений над ископаемыми раковин животных в геологическом слое в горах в сотнях километров от океана он сделал вывод, что суша была сформирована в результате эрозии гор и осаждения ила.

В эпоху Возрождения геологические исследования проводили учёные Леонардо да Винчи и Джироламо Фракасторо. Они впервые предположили, что ископаемые раковины являются остатками вымерших организмов, а также, что история Земли длиннее библейских представлений. Нильс Стенсен дал анализ геологическому разрезу в Тоскане, он объяснил последовательность геологических событий. Ему приписывают три определяющих принципа стратиграфии: принцип суперпозиции (англ.), принцип первичной горизонтальности слоёв (англ.) и принцип последовательности образования геологических тел (англ.).

В конце XVII - начале XVIII века появилась общая теория Земли, которая получила название дилювианизма. По мнению учёных того времени осадочные породы и окаменелости в них образовались в результате всемирного потопа. Эти воззрения разделяли Роберт Гук (1688), Джон Рэй (1692), Джоэнн Вудворд (1695), И. Я. Шёйкцер (1708) и другие.

Во второй половине XVIII века резко возросли потребности в полезных ископаемых, что привело к изучению недр, в частности накоплению фактического материала, описанию свойств горных пород и услови их залегания, разработке приёмов наблюдения. В 1785 году Джеймс Хаттон представил для Королевского общества Эдинбурга документ, озаглавленный «Теория Земли». В этой статье он объяснил свою теорию о том, что Земля должна быть намного старше, чем ранее предполагалось, для того, чтобы обеспечить достаточное время для эрозии гор, и чтобы седименты (отложения) образовали новые породы на дне моря, которые, в свою очередь, были подняты чтобы стать сушей. В 1795 Хаттон опубликовал двухтомный труд, описывающий эти идеи (Vol. 1, Vol. 2). Джеймс Хаттон часто рассматривается как первый современный геолог. Последователи Хаттона были известны как плутонисты, из-за того что они считали, что некоторые породы (базальты и граниты) были сформированы в результате вулканической деятельности и являются результатом осаждения лавы из вулкана. Другой точки зрения придерживались нептунисты, во главе с Абраамом Вернером, который считал, что все породы осели из большого океана, уровень которого с течением времени постепенно снизился, а вулканическую деятельность объяснял подземным горением каменного угля. В то же время в России увидели свет геологические труды Ломоносова «Слово о рождении металлов от трясения Земли» (1757) и «О слоях земных» (1763), в которых он признавал влияние и внешних, и внутрених сил на развитие Земли.

Уильям Смит (1769-1839) нарисовал одни из первых геологических карт и начал процесс упорядочивания горных пластов, изучая содержащиеся в них окаменелости. Смит составил «шкалу осадочных образований Англии». Работы по разделению пластов продолжились учёными Жоржем Кювье и А. Броньяру. В 1822 была выделена каменноугольная и меловая системы, что положило начало стратиграфической систематике. Основные подразделения современной стратиграфической шкалы были приняты официально в 1881 году в Болонье на 2-м Международном геологическом конгрессе. Первыми геологическими картами в России были работы Д. Лебедева и М. Иванова (карта Восточного Забайкалья, 1789-1794), Н. И. Кокшарова (Европейская Россия, 1840), Г. П. Гельмерсена («Генеральная карта горных формаций Европейской России», 1841). На картах Кокшарова уже были отмечены силурийская, девонская, нижне карбонская, лиасовая и третичная формации.

Вместе с тем, методологические основы такого деления ещё уточнялись в рамках нескольких теорий. Ж. Кювье разработал теорию катастроф, утверждающую, что особенности Земли формируются в одном, катастрофическом событии и остаются неизменными в дальнейшем. Л.Бух объяснял движения земной коры вулканизмом (теория «кратеров поднятия»), Л. Эли де Бомон связывал дислокацию слоёв со сжатием земной коры при остывании центрального ядра. В 1830 году Чарлз Лайель впервые опубликовал свою знаменитую книгу «Основы геологии». Книга, которая повлияла на идеи Чарльза Дарвина, успешно способствовала распространению актуализма. Эта теория утверждает, что медленные геологические процессы имели место на протяжении истории Земли и все еще происходят сегодня. Хотя Хаттона верил в актуализм, идея не была широко принята в то время.

Большую часть XIX века геология вращалась вокруг вопроса о точном возрасте Земли. Оценки варьировались от 100 000 до нескольких миллиардов лет. В начале XX века радиометрическое датирование позволило определить возраст Земли, оценка составила два миллиарда лет. Осознание этого огромного промежутка времени открыло двери для новых теорий о процессах, которые сформировали планету. Самым значительным достижением геологии в XX веке было развитие теории тектоники плит в 1960 году и уточнение возраста планеты. Теория тектоники плит возникла из двух отдельных геологических наблюдений: спрединга морского дна и континентального дрейфа. Теория революционизировала науки о Земле. В настоящее время известно, что возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет.

В конце XIX века экономические потребности стран в отношении недр привели к изменению статуса науки. Появилось множество геологических служб, в частности геологическая служба США (1879) и геологический комитет России (1882). Была введена подготовка специалистов-геологов.

С целью пробудить интерес к геологии Организацией Объединённых Наций 2008 год провозглашён «Международным годом планеты Земля».

(Visited 406 times, 1 visits today)

ГЕОЛОГИЯ
наука о строении и истории развития Земли. Основные объекты исследований - горные породы, в которых запечатлена геологическая летопись Земли, а также современные физические процессы и механизмы, действующие как на ее поверхности, так и в недрах, изучение которых позволяет понять, каким образом происходило развитие нашей планеты в прошлом. Земля постоянно изменяется. Некоторые изменения происходят внезапно и весьма бурно (например, вулканические извержения, землетрясения или крупные наводнения), но чаще всего - медленно (за столетие сносится или накапливается слой осадков мощностью не более 30 см). Такие перемены не заметны на протяжении жизни одного человека, но накоплены некоторые сведения об изменениях за продолжительный срок, а при помощи регулярных точных измерений фиксируются даже незначительные движения земной коры. Например, таким образом установлено, что территория вокруг Великих озер (США и Канада) и Ботнического залива (Швеция) в настоящее время поднимается, а восточное побережье Великобритании - опускается и затапливается. Однако значительно более содержательная информация об этих изменениях заключается в самих горных породах, представляющих собой не просто совокупность минералов, а страницы биографии Земли, которые можно прочесть, если владеть языком, которым они написаны. Такая летопись Земли весьма продолжительна. История Земли началась одновременно с развитием Солнечной системы примерно 4,6 млрд. лет назад. Однако для геологической летописи характерны фрагментарность и неполнота, т.к. многие древние породы были разрушены или перекрыты более молодыми осадками. Пробелы должны восполняться посредством корреляции с событиями, происходившими в других местах и о которых имеется больше данных, а также методом аналогий и выдвижением гипотез. Относительный возраст пород определяется на основании комплексов содержащихся в них ископаемых остатков, а отложений, в которых такие остатки отсутствуют, - по взаимному расположению тех и других. Кроме того, абсолютный возраст почти всех пород может быть установлен геохимическими методами.
См. также РАДИОУГЛЕРОДНОЕ ДАТИРОВАНИЕ .
Геологические дисциплины. Геология выделилась в самостоятельную науку в 18 в. Современная геология подразделяется на ряд тесно взаимосвязанных отраслей. К ним относятся: геофизика, геохимия, историческая геология, минералогия, петрология, структурная геология, тектоника, стратиграфия, геоморфология, палеонтология, палеоэкология, геология полезных ископаемых. Существуют также несколько междисциплинарных областей исследований: морская геология, инженерная геология, гидрогеология, сельскохозяйственная геология и геология окружающей среды (экогеология). Геология тесно связана с такими науками, как гидродинамика, океанология, биология, физика и химия.
ПРИРОДА ЗЕМЛИ
Кора, мантия и ядро. Большая часть сведений о внутреннем строении Земли получена косвенно на основании интерпретации поведения сейсмических волн, которые регистрируются сейсмографами. В недрах Земли установлены два основных рубежа, на которых происходит резкая смена характера распространения сейсмических волн. Один из них, с сильной отражающей и преломляющей способностью, расположен на глубине 13-90 км от поверхности под материками и 4-13 км - под океанами. Он называется границей Мохоровичича, или поверхностью Мохо (М), и считается геохимической границей и зоной фазового перехода минералов под влиянием высокого давления. Эта граница разделяет земную кору и мантию. Второй рубеж находится на глубине 2900 км от поверхности Земли и соответствует границе мантии и ядра (рис. 1).

Температуры. На основании того, что из вулканов извергается расплавленная лава, сложилось представление, что недра Земли раскалены. По результатам температурных измерений в шахтах и нефтяных скважинах установлено, что с глубиной температура земной коры непрерывно повышается. Если бы такая тенденция сохранялась вплоть до ядра Земли, то его температура составила бы ок. 2925° С, т.е. значительно превышала бы точки плавления обычно встречающихся на земной поверхности пород. Однако на основании данных о распространении сейсмических волн считается, что большая часть недр Земли находится в твердом состоянии. Решение вопроса о температуре земных недр, тесно связанной с ранней историей Земли, имеет большое значение, но до сих пор он остается дискуссионным. Согласно одним теориям, Земля первоначально была раскаленной, а затем остыла, согласно другим - первоначально была холодной, а затем разогрелась под действием тепла, генерируемого в процессе распада радиоактивных элементов и высокого давления на глубине.
Земной магнетизм. Обычно считается, что магнитное поле создается внутри Земли, однако механизм его возникновения недостаточно ясен. Магнитное поле не может быть результатом постоянной намагниченности железного ядра Земли, поскольку температура уже на глубине нескольких десятков километров значительно ниже точки Кюри - температуры, при которой вещество утрачивает свои магнитные свойства. Кроме того, гипотеза постоянного магнита в фиксированном положении противоречит отмечаемым изменениям магнитного поля в настоящее время и в прошлом. Остаточная намагниченность сохраняется в осадочных и вулканических породах. Частички магнетита, осаждающиеся в спокойных водоемах, а также магнитные минералы в лавовых потоках при температуре ниже точки Кюри остывают и ориентируются по направлению силовых линий локального магнитного поля, существовавшего во время образования пород. Палеомагнитные исследования горных пород позволяют установить положение магнитных полюсов, которые существовали во время осадконакопления и оказывали воздействие на ориентировку магнитных частиц. Полученные результаты свидетельствуют о том, что либо магнитные полюса, либо участки земной коры со временем существенно меняли свое положение по отношению к оси вращения Земли (первое представляется маловероятным). Имеются также веские доказательства того, что материки перемещались относительно друг друга. Например, положения магнитного полюса, определенные по палеомагнитным данным для пород одного и того же возраста в Северной Америке, Европе и Австралии, пространственно не совпадают. Эти факты подтверждают гипотезу, согласно которой материки образовались из единого праматерика в результате его деления на отдельные части и последующего их раздвижения.
См. также ГЕОМАГНЕТИЗМ .
Гравитационное поле Земли. Гравитационными исследованиями установлено, что земная кора и мантия под воздействием дополнительных нагрузок прогибаются. Например, если земная кора всюду имела бы одинаковую мощность и плотность, то следовало бы ожидать, что в горах (где масса пород больше) действовала бы большая сила притяжения, чем на равнинах или в морях. Однако примерно с середины 18 в. было замечено, что гравитационное притяжение в горах и вблизи них меньше предполагаемого (если допустить, что горы представляют собой просто дополнительную массу земной коры). Этот факт объяснялся наличием "пустот", которые интерпретировались как разуплотнившиеся при нагревании породы или как соляное ядро гор. Такие объяснения оказались несостоятельными, и в 1850-х годах были предложены две новые гипотезы. В соответствии с первой гипотезой, земная кора состоит из блоков пород разных размеров и плотности, плавающих в более плотной среде. Основания всех блоков располагаются на одном уровне, а блоки, характеризующиеся низкой плотностью, должны быть большей высоты, чем блоки, имеющие высокую плотность. Горные сооружения принимались за блоки низкой плотности, а океанические бассейны - высокой (при одинаковой общей массе тех и других). Согласно второй гипотезе, плотность всех блоков одинакова и плавают они в более плотной среде, а различная высота поверхности объясняется их разной мощностью. Она известна как гипотеза горных корней, поскольку чем выше блок, тем глубже он погружен во вмещающую среду. В 1940-х годах были получены сейсмические данные, подтверждающие представление об утолщении земной коры в горных областях.
Изостазия. Всякий раз, когда на земную поверхность поступает дополнительная нагрузка (например, в результате осадконакопления, вулканизма или оледенения), земная кора прогибается и проседает, а когда эта нагрузка снимается (в результате денудации, таяния ледниковых покровов и пр.), земная кора поднимается. Этот компенсационный процесс, известный как изостазия, вероятно, реализуется посредством горизонтального переноса масс в пределах мантии, где может происходить периодическое расплавление материала. Установлено, что некоторые участки побережья Швеции и Финляндии за последние 9000 лет поднялись более чем на 240 м, главным образом вследствие таяния ледникового покрова. Поднятые побережья Великих озер в Северной Америке сформировались также в результате изостазии. Несмотря на действие таких компенсационных механизмов, крупные океанические впадины и некоторые дельты обнаруживают значительный дефицит массы, в то время как некоторые районы Индии и Кипр - существенный ее избыток.
Вулканизм. Происхождение лавы. В некоторых районах земного шара магма во время вулканических извержений изливается на земную поверхность в виде лавы. Многие вулканические островные дуги, по-видимому, связаны с системой глубинных разломов. Центры землетрясений располагаются примерно на глубине до 700 км от уровня земной поверхности, т.е. вулканический материал поступает из верхней мантии. На островных дугах он часто имеет андезитовый состав, а поскольку андезиты по своему составу сходны с континентальной земной корой, многие геологи считают, что континентальная кора в этих районах наращивается за счет поступления мантийного вещества. Вулканы, действующие вдоль океанических хребтов (например, Гавайского), извергают материал преимущественно базальтового состава. Эти вулканы, вероятно, сопряжены с мелкофокусными землетрясениями, глубина которых не превышает 70 км. Поскольку базальтовые лавы встречаются как на материках, так и вдоль океанических хребтов, некоторые геологи предполагают, что непосредственно под земной корой существует слой, из которого поступают базальтовые лавы.
См. также ВУЛКАНЫ . Однако неясно, почему в одних районах из мантийного вещества образуются и андезиты, и базальты, а в других - только базальты. Если, как теперь полагают, мантия действительно является ультраосновной породой (т.е. обогащена железом и магнием), то лавы, произошедшие из мантии, должны иметь базальтовый, а не андезитовый состав, поскольку минералы андезитов отсутствуют в ультраосновных породах. Это противоречие разрешает теория тектоники плит, согласно которой океаническая кора поддвигается под островные дуги и на определенной глубине плавится. Эти расплавленные породы и изливаются в виде андезитовых лав.
Источники тепла. Одной из нерешенных проблем проявления вулканической активности является определение источника тепла, необходимого для локального плавления базальтового слоя или мантии. Такое плавление должно быть узколокализованным, поскольку прохождение сейсмических волн показывает, что кора и верхняя мантия обычно находятся в твердом состоянии. Более того, тепловой энергии должно быть достаточно для плавления огромных объемов твердого материала. Например, в США в бассейне р.Колумбия (штаты Вашингтон и Орегон) объем базальтов более 820 тыс. км3; такие же крупные толщи базальтов встречаются в Аргентине (Патагония), Индии (плато Декан) и ЮАР (возвышенность Большое Кару). В настоящее время существуют три гипотезы. Одни геологи считают, что плавление обусловлено локальными высокими концентрациями радиоактивных элементов, но такие концентрации в природе кажутся маловероятными; другие предполагают, что тектонические нарушения в форме сдвигов и разломов сопровождаются выделением тепловой энергии. Существует еще одна точка зрения, согласно которой верхняя мантия в условиях высоких давлений находится в твердом состоянии, а когда вследствие трещинообразования давление падает, она плавится и по трещинам происходит излияние жидкой лавы.
Геохимия и состав Земли. Определение химического состава Земли является трудной задачей, поскольку ядро, мантия и большая часть коры недоступны для непосредственного опробования и наблюдений и делать выводы приходится на основе интерпретации косвенных данных и аналогий.
Земля как гигантский метеорит. Предполагают, что метеориты представляют собой обломки ранее существовавших планет, по своему составу и строению имевших сходство с Землей. Существует несколько типов метеоритов. Наиболее известны и довольно часто встречаются железные метеориты, состоящие из металлического железа и железо-никелевых сплавов, которые, как полагают, составляли ядра существовавших планет и по аналогии должны быть идентичны земному ядру по плотности, составу и магнитным свойствам. Второй тип - каменные метеориты, состоящие преимущественно из железо-магнезиальных силикатных минералов. Они более распространены по сравнению с железными метеоритами и по своей плотности соответствуют породам, слагающим мантию. По составу каменные метеориты очень близки к ультраосновным породам Земли. Третий тип - смешанные метеориты, имеющие в своем составе металлы и силикаты, что указывает на их генезис из переходного (от мантии к ядру) слоя ранее существовавшей планеты.
Плотность Земли. Средняя плотность Земли в 5,5 раз выше плотности воды, в 5 раз выше плотности Венеры и в 3,9 раза - Марса. Согласно оценкам, увеличение плотности с глубиной, которое хорошо согласуется с общей массой Земли, моментом инерции, сейсмическими свойствами и сжимаемостью, распределяется следующим образом. Средняя плотность земной коры (по крайней мере, в ее верхней части до глубины 32 км) составляет 3,32 г/см3, ниже поверхности Мохоровичича она непрерывно возрастает (эта закономерность несколько нарушается на уровнях 415 и 988 км). На глубине 2900 км проходит граница между мантией и внешним ядром, где прослеживается резкий скачок плотности от 5,68 до 9,57 г/см3. С этой отметки и до границы между внешним и внутренним ядром на глубине 5080 км плотность продолжает непрерывно увеличиваться (составляя 11,54 г/см3 на глубине 4830 км). Плотность внутреннего ядра оценивается от 14 до 17 г/см3.
Земля как гигантская доменная печь. Некоторые геологи полагают, что если Земля некогда находилась в расплавленном состоянии, то вполне вероятно, что этот расплавленный материал разделялся на слои разного состава подобно тому, как это происходит в доменной печи, когда на дне скапливается металл, выше - сульфиды, а еще выше - силикаты. Возможно, недра Земли делятся в такой же последовательности на металлическое ядро и сульфидную и силикатную оболочки. Однако никаких признаков сульфидного слоя не было обнаружено.
Состав земной коры. Большая часть земной коры не доступна для изучения, потому что она перекрыта более молодыми осадочными породами, скрыта водами морей и океанов и даже если где-то выходит на поверхность, отбор образцов может быть выполнен из относительно небольших толщ. Более того, разнообразие горных пород и минералов и разная степень их участия в строении Земли затрудняют или делают невозможным получение репрезентативных проб. Любые количественные показатели или осредненные данные о химическом и минералогическом составе земной коры представляют грубое приближение к истинной характеристике. С большей или меньшей степенью достоверности общее представление о химическом составе земной коры было составлено на основании анализа более 5000 проб изверженных (магматических) пород. Установлено, что на 99% она состоит из 12 элементов. Их участие в весовых процентах распределяется следующим образом: кислород (46,6), кремний (27,7), алюминий (8,1), железо (5,0), кальций (3,6), натрий (2,8), магний (2,6), титан (2,1), марганец (0,4), фосфор (0,1), сера и углерод (вместе менее 0,1). Очевидно, что в земной коре преобладает кислород, поэтому 10 наиболее распространенных металлов присутствуют в форме оксидов. Однако обычно минералы, слагающие породы, представлены не простыми, а сложными оксидами, в состав которых входят несколько металлов. Поскольку одним из самых распространенных элементов на Земле является кремний, многие минералы представляют собой разнообразные сложные силикаты. Сочетание минералов в разных количественных пропорциях формирует многообразие горных пород.
Химический состав атмосферы. Современная атмосфера представляет собой результат медленной и продолжительной утраты в ходе вулканической деятельности и других процессов первоначальной атмосферы Земли. Примерно 3,1-2,7 млрд. лет назад с началом выделения больших количеств углекислого газа и водяных паров появились условия для жизнедеятельности первых растений, осуществляющих процесс фотосинтеза. Большие количества кислорода, выделявшиеся в атмосферу растениями, сначала расходовались на окисление металлов, о чем свидетельствует широкое распространение на земном шаре докембрийских железных руд. 1,6 млрд. лет назад содержание свободного кислорода в атмосфере достигло примерно 1% его современного количества, что позволило зародиться примитивным животным организмам. По-видимому, первозданная атмосфера имела восстановительный характер, тогда как современная, вторичная, атмосфера характеризуется окислительными свойствами. Постепенно ее химический состав менялся благодаря продолжающейся вулканической деятельности и эволюции органического мира.
Химический состав океанов. Предполагают, что первоначально на Земле вода отсутствовала. По всей вероятности, современные воды на поверхности Земли имеют вторичное происхождение, т.е. высвободились в виде пара из минералов земной коры и мантии в результате вулканической деятельности, а не были образованы путем соединения свободных молекул кислорода и водорода. Если бы морская вода постепенно накапливалась, то объем Мирового океана должен был бы непрерывно увеличиваться, однако прямые геологические доказательства этого обстоятельства отсутствуют; это означает, что океаны существовали на протяжении всей геологической истории Земли. Изменение химического состава океанических вод происходило постепенно.
Сиаль и сима. Существует разница между породами коры, которые подстилают континенты, и породами, залегающими под дном океанов. Состав континентальной коры соответствует гранодиориту, т.е. породе, состоящей из калиевого и натриевого полевого шпата, кварца и небольших количеств железо-магнезиальных минералов. Океаническая кора соответствует базальтам, состоящим из кальциевого полевого шпата, оливина и пироксена. Породы континентальной коры характеризуются светлой окраской, низкой плотностью и обычно кислым составом, часто их называют сиаль (по преобладанию Si и Al). Породы океанической коры отличаются темной окраской, высокой плотностью и основным составом, их называют сима (по преобладанию Si и Mg). Считается, что породы мантии имеют ультраосновной состав и состоят из оливина и пироксена. В современной российской научной литературе термины "сиаль" и "сима" не используются, т.к. считаются устаревшими.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Геологические процессы подразделяются на экзогенные (разрушительные и аккумулятивные) и эндогенные (тектонические).
РАЗРУШИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Денудация. Действие водотоков, ветра, ледников, морских волн, морозного выветривания и химического растворения приводят к разрушению и снижению поверхности материков (рис. 2). Продукты разрушения под действием гравитационных сил сносятся в океанические впадины, где происходит их накопление. Таким образом происходит усреднение состава и плотности пород, слагающих материки и котловины океанов, и уменьшение амплитуды рельефа Земли.

Ежегодно 32,5 млрд. т обломочного материала и 4,85 млрд. т растворенных солей выносится с материков и отлагается в морях и океанах, в результате чего вытесняется примерно 13,5 км3 морской воды. Если бы такие темпы денудации сохранились и в будущем, материки (объем надводной части которых 126,6 млн. км3) через 9 млн. лет превратились бы в почти плоские равнины - пенеплены. Такая пенепленизация (выравнивание) рельефа возможна лишь теоретически. В действительности изостазические поднятия компенсируют потери за счет денудации, а некоторые породы настолько прочны, что практически не поддаются разрушению. Континентальные отложения перераспределяются в результате совместного действия выветривания (разрушения пород), денудации (механического сноса пород под воздействием текучих вод, ледников, ветра и волновых процессов) и аккумуляции (отложения рыхлого материала и образования новых пород). Все эти процессы действуют лишь до определенного уровня (обычно уровня моря), который рассматривается как базис эрозии. При транспортировке рыхлые осадки сортируются по размеру, форме и плотности. В результате кварц, содержание которого в исходной породе может составлять всего несколько процентов, образует однородную толщу кварцевых песков. Аналогичным образом частицы золота и некоторых других тяжелых минералов, содержащих, например, олово и титан, концентрируются в руслах водотоков или на отмелях и образуют россыпные месторождения, а тонкозернистый материал отлагается в виде илов и затем превращается в глинистые сланцы. Такие компоненты, как, например, магний, натрий, кальций и калий, растворяются и выносятся поверхностными и грунтовыми водами, а затем осаждаются в пещерах и других полостях или поступают в морские воды.
Стадии развития эрозионного рельефа. Рельеф служит показателем стадии выравнивания (или пенепленизации) материков. В горах и районах, испытавших интенсивное поднятие, эрозионные процессы протекают наиболее активно. Такие районы характеризуются быстрым врезанием речных долин и увеличением их длины в верхнем течении, а ландшафт соответствует молодой, или юной, стадии эрозии. В других районах, где амплитуда высот невелика и в основном прекратилась эрозия, крупные реки преимущественно переносят влекомые и взвешенные наносы. Такой рельеф присущ зрелой стадии эрозии. На участках с незначительными амплитудами высот, где поверхность суши ненамного превышает уровень моря, преобладают аккумулятивные процессы. Там река обычно течет несколько выше общего уровня низкой равнины в естественном возвышении, сложенном осадочным материалом, и образует в приустьевой зоне дельту. Это самый древний эрозионный рельеф. Однако не все районы находятся на одной и той же стадии развития эрозии и имеют одинаковый облик. Формы рельефа весьма различаются в зависимости от климатических и погодных условий, состава и строения местных пород и характера эрозионного процесса (рис. 3, 4).

Перерывы эрозионных циклов. Отмеченная последовательность эрозионных процессов справедлива в отношении материков и океанических бассейнов, находящихся в статических условиях, однако на самом деле они подвержены многим динамическим процессам. Эрозионный цикл может быть прерван под влиянием изменений уровня моря (например, в связи с таянием ледниковых покровов) и высоты материков (например, в результате горообразования, разломной тектоники и вулканической деятельности). В Иллинойсе (США) морены перекрыли зрелый доледниковый рельеф, придав ему типичный молодой облик. В Большом каньоне Колорадо перерыв эрозионного цикла был обусловлен поднятием суши до отметки 2400 м. По мере поднятия территории р.Колорадо постепенно врезалась в свою пойму и оказалась ограниченной бортами долины. В результате этого перерыва образовались наложенные меандры, свойственные древним долинам рек, существующих в условиях молодого рельефа (рис. 5). В пределах плато Колорадо меандры врезаны на глубину 1200 м. Глубокие меандры р.Саскуэханна, которые прорезают горы Аппалачи, также свидетельствуют о том, что этот район некогда представлял собой низменность, которую пересекала "дряхлая" река.

АККУМУЛЯТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Осадконакопление - один из важнейших геологических процессов, в результате которого образуются новые породы. Материал, снесенный с суши, в конечном итоге накапливается в морях и океанах, где формируются толщи песка, алевритов и глины. Обычно алевриты и глинистые отложения осаждаются на морском дне дальше от берега. При последующем поднятии этих районов они преобразуются в глинистые сланцы. Пески отлагаются преимущественно на пляжах и в конце концов преобразуются в песчаники. Если продукты разрушения не подвергаются сортировке, то со временем они превращаются в конгломераты. Химические соединения, переносимые в растворах, пополняют запасы веществ, необходимых для жизнедеятельности морских растений и животных. Например, кальций используется для построения известковых раковин и оболочек, а вместе с фосфором - для построения костей и зубов животных; железо принимает участие в кроветворении у рыб и других животных, а кобальт является компонентом витамина В12. Когда животные умирают, их раковины и скелеты, состоящие из карбоната кальция, оседают на морском дне, а при последующем поднятии территории обнажаются в виде толщ известняка. Кроме того, химические вещества могут непосредственно осаждаться при испарении морской воды. Именно таким способом образуются месторождения поваренной соли. Если органические вещества накапливаются в континентальных условиях, формируются залежи каменного угля, а в морских - образуется нефть. Большей частью такого рода осадконакопление происходит на материковых окраинах и влечет за собой увеличение их площадей за счет наращивания дельт, шельфов и рифов. Именно в этих условиях формируются биогенные карбонатные осадки. Поскольку основная часть снесенного материала оседает как раз в полосе прибрежного мелководья, эта зона при небольшом понижении уровня моря может оказаться в субаэральных условиях. Лишь незначительная часть обломочного терригенного материала выносится далеко за пределы шельфа (рис. 6).

ТЕКТОНИКА
Давно установлено, что горы формируются в результате образования складок и разломов и тектонических поднятий осадочных толщ, которые накапливались на дне моря. Кроме того, имеется много доказательств, что районы наиболее интенсивных тектонических нарушений приурочены к прибрежным зонам морей, где мощность осадков наибольшая. Горообразование (орогенез) - один из важнейших процессов формирования рельефа Земли, в результате которого осадочные толщи, снесенные с материков, вновь подвергаются тектоническим поднятиям. Наблюдения в современных горных районах свидетельствуют о том, что в развитии рельефа можно выделить несколько четких этапов.
Образование геосинклиналей. Предполагают, что горообразование начинается с накопления мощных осадочных толщ в геосинклиналях - крупных вытянутых впадинах земной коры. Большинство из них испытывало медленное длительное погружение (в течение 50-100 млн. лет) и заполнение осадками мощностью иногда до 9 км. Установлено, что масштабы и темпы этих процессов сильно различались в пределах одной впадины и даже имели разную направленность: в то время как одна ее часть активно погружалась, другая находилась в относительно стабильных условиях и там не накапливались осадки. В образовании геосинклиналей и осадконакоплении прослеживается определенная цикличность: трансгрессии морей регулярно чередовались с регрессиями. Некоторые горные страны состоят из внутренних хребтов, сложенных складчатыми осадочными толщами, и параллельных им внешних хребтов, сложенных преимущественно вулканическими породами. Не исключено, что эти хребты формировались в разных геосинклинальных впадинах, но были взаимосвязаны. Впадины с осадочными породами называют миогеосинклиналями, а с вулканическими - эвгеосинклиналями. Взаимное положение этих двух типов было постоянным: эвгеосинклинали были обращены к морю, а миогеосинклинали располагались между эвгеосинклиналями и сушей. Обычно процессы горообразования сначала охватывали эвгеосинклинали, а затем - миогеосинклинали. Береговые хребты Вашингтона и Орегона и горы Сьерра-Невада в Калифорнии соответствовали эвгеосинклинальной зоне. Такой же генезис имеют Аппалачи, горы Новой Англии (в т.ч. Уайт-Маунтинс) и Пидмонт. Напротив, с миогеосиклиналями были связаны Скалистые горы в пределах Монтаны, Вайоминга и Колорадо, а также зона Долин и Хребтов в Пенсильвании и Теннеси.
Преобразование геосинклиналей. На определенных стадиях развития в геосинклиналях происходит образование складок и разломов, а заполняющие осадки метаморфизуются под воздействием высоких температур и давлений. Проявляются процессы сжатия, направленного под прямым углом к оси впадин, что сопровождается деформациями осадочных толщ.

Современные геосинклинали - это впадины вдоль островов Ява и Суматра, желобов Тонга - Кермадек, Пуэрто-Рико и др. Возможно, их дальнейшее прогибание тоже приведет к образованию гор. По мнению многих геологов, побережье Мексиканского залива в пределах США тоже представляет собой современную геосинклиналь, хотя, судя по данным бурения, признаки горообразования там не выражены. Активные проявления современной тектоники и горообразования наиболее четко наблюдаются в молодых горных странах - Альпах, Андах, Гималаях и Скалистых горах.
Тектонические поднятия. На заключительных стадиях развития геосинклиналей, когда горообразование завершается, происходит интенсивное общее поднятие материков; в пределах горных стран на этой стадии рельефообразования происходят дизъюнктивные дислокации (смещение отдельных блоков горных пород по линиям разломов).
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ
Стратиграфическая шкала. Стандартная шкала геологического времени (или геологическая колонка) - результат систематического изучения осадочных пород в разных районах земного шара. Поскольку большинство ранних работ проводилось в Европе, стратиграфическая последовательность отложений этого региона была принята в качестве эталона и для других районов. Однако в силу различных причин эта шкала имеет недостатки и пробелы, поэтому она постоянно уточняется. Шкала очень подробна для более молодых геологических периодов, но ее детальность существенно снижается для более древних. Это неизбежно, поскольку геологическая летопись наиболее полна для событий недавнего прошлого и становится более фрагментарной с увеличением возраста отложений. Стратиграфическая шкала основана на учете ископаемых организмов, которые служат единственным надежным критерием для межрегиональных корреляций (особенно дальних). Установлено, что некоторые ископаемые соответствуют строго определенному времени и поэтому считаются руководящими. Породы, содержащие эти руководящие формы и их комплексы, занимают строго определенное стратиграфическое положение. Значительно труднее проводить корреляции для палеонтологически немых пород, не содержащих ископаемых организмов. Поскольку хорошо сохранившиеся раковины встречаются только начиная с кембрийского периода (примерно 570 млн. лет назад), докембрийское время, охватывающее ок. 85% геологической истории, нельзя изучить и подразделить столь же детально, как более молодые эпохи. Для межрегиональных корреляций палеонтологически немых пород используются геохимические методы датирования. В случае необходимости в стандартную стратиграфическую шкалу вводились изменения, отражающие региональную специфику. Например, в Европе выделяется каменноугольный период, а в США ему соответствуют два - миссисипский и пенсильванский. Повсеместно возникают трудности при корреляции местных стратиграфических схем с международной геохронологической шкалой. Международная комиссия по стратиграфии помогает решать эти проблемы и устанавливает нормативы для стратиграфической номенклатуры. Она настоятельно рекомендует использовать при геологической съемке местные стратиграфические подразделения, а для сравнения сопоставлять их с международной геохронологической шкалой. Некоторые ископаемые имеют очень широкое, почти глобальное распространение, а другие - узко региональное. Эры - самые крупные подразделения истории Земли. Каждая из них объединяет несколько периодов, характеризующихся развитием определенных классов древних организмов. Массовое вымирание различных групп организмов происходило в конце каждой эры. Например, трилобиты исчезли в конце палеозоя, а динозавры - в конце мезозоя. Причины этих катастроф еще не выяснены. Это могли быть критические стадии генетической эволюции, пики космического излучения, выбросы вулканических газов и пепла, а также очень резкие изменения климата. Имеются доводы в поддержку каждой из этих гипотез. Однако постепенное исчезновение большого числа семейств и классов животных и растений к концу каждой эры и появление новых с началом следующей эры все еще остается одной из загадок геологии. Не увенчались успехом попытки связать массовую гибель животных на завершающих этапах палеозоя и мезозоя с глобальными циклами горообразования.
Геохронология и шкала абсолютного возраста. Стратиграфическая шкала отражает лишь последовательность напластования пород и потому может использоваться только для обозначения относительного возраста различных слоев (рис. 9). Возможность установления абсолютного возраста пород появилась после открытия радиоактивности. До этого абсолютный возраст пытались оценить другими методами, например, путем анализа содержания солей в морской воде. При допущении, что оно соответствует твердому стоку рек земного шара, может быть измерен минимальный возраст морей. На основании предположения, что изначально океаническая вода не содержала примесей солей, и учета темпов их поступления возраст морей оценивался в широких пределах - от 20 млн. до 200 млн. лет. Кельвин оценил возраст слагающих Землю пород в 100 млн. лет, поскольку, по его мнению, столько времени понадобилось на то, чтобы изначально расплавленная Земля остыла до нынешней температуры ее поверхности.

Если не считать этих попыток, первые геологи довольствовались определением относительного возраста пород и геологических событий. Без всяких объяснений допускалось, что прошло довольно много времени с момента возникновения Земли до формирования различных типов отложений в результате процессов, которые действуют и поныне. И лишь когда ученые стали измерять скорости радиоактивного распада, у геологов появились "часы" для определения абсолютного и относительного возраста пород, содержащих радиоактивные элементы. Темпы радиоактивного распада некоторых элементов незначительны. Это позволяет определять возраст древних событий путем измерения содержания таких элементов и продуктов их распада в конкретном образце. Поскольку скорость радиоактивного распада не зависит от параметров окружающей среды, можно определять возраст пород, находящихся в любых геологических условиях. Наиболее часто применяются уран-свинцовый и калий-аргоновый методы. Уран-свинцовый метод позволяет произвести точное датирование на основе замеров концентрации радиоизотопов тория (232Th) и урана (235U и 238U). При радиоактивном распаде образуются изотопы свинца (208Pb, 207Pb и 206Pb). Однако породы, содержащие эти элементы в достаточных количествах, встречаются довольно редко. Калий-аргоновый метод базируется на весьма медленном радиоактивном превращении изотопа 40K в 40Ar, что позволяет датировать события, имеющие возраст в несколько миллиардов лет, по соотношению в породах этих изотопов. Значительное преимущество калий-аргонового метода заключается в том, что калий, весьма распространенный элемент, присутствует в минералах, образованных во всех геологических обстановках - вулканической, метаморфической и осадочной. Однако возникающий в результате радиоактивного распада инертный газ аргон химически не связан и происходит его утечка. Следовательно, для датирования могут быть надежно использованы только те минералы, в которых он хорошо удерживается. Несмотря на этот недостаток, калий-аргоновый метод используется весьма широко. Абсолютный возраст самых древних пород на планете составляет 3,5 млрд. лет. В земной коре всех материков представлены очень древние породы, поэтому вопрос, какой из них самый древний, даже не возникает. Возраст метеоритов, упавших на Землю, по определениям калий-аргоновым и уран-свинцовым методами, составляет примерно 4,5 млрд. лет. По оценкам геофизиков, основывающимся на данных уран-свинцового метода, Земля тоже имеет возраст ок. 4,5 млрд. лет. Если эти оценки верны, то в геологической летописи имеется пробел в 1 млрд. лет, соответствующий важному раннему этапу эволюции Земли. Возможно, самые ранние свидетельства были уничтожены или стерты каким-либо образом, когда Земля находилась в расплавленном состоянии. Вполне вероятно также, что древнейшие породы Земли были денудированы или перекристаллизовались за многие миллионы лет.
ИСТОРИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
Архейская эра. Самые древние породы, обнажающиеся на поверхности материков, образовались в архейскую эру. Распознавание этих пород затруднено, поскольку их выходы рассредоточены и в большинстве случаев перекрыты мощными толщами более молодых пород. Там, где эти породы обнажаются, они настолько метаморфизованы, что зачастую нельзя восстановить их исходный характер. Во время многочисленных продолжительных этапов денудации были разрушены мощные толщи этих пород, а сохранившиеся содержат очень мало ископаемых организмов и поэтому их корреляция затруднительна или вообще невозможна. Интересно отметить, что самые древние известные архейские породы, вероятно, представляют собой сильно метаморфизованные осадочные породы, а более древние породы, перекрытые ими, были расплавлены и разрушены в результате многочисленных магматических интрузий. Поэтому до сих пор не обнаружены следы первичной земной коры. В Северной Америке имеются два больших ареала выходов на поверхность архейских пород. Первый из них - Канадский щит - расположен в центральной Канаде по обе стороны Гудзонова залива. Хотя местами архейские породы перекрыты более молодыми, на большей части территории Канадского щита они слагают дневную поверхность. Древнейшие известные в этом районе породы представлены мраморами, аспидными и кристаллическими сланцами, переслаивающимися с лавами. Первоначально здесь были отложены известняки и глинистые сланцы, впоследствии запечатанные лавами. Затем эти породы испытали воздействие мощных тектонических движений, которые сопровождались крупными гранитными интрузиями. В конечном итоге толщи осадочных пород подверглись сильному метаморфизму. После длительного периода денудации эти сильно метаморфизованные породы местами были выведены на поверхность, но общий фон составляют граниты. Выходы архейских пород имеются также в Скалистых горах, где слагают гребни многих хребтов и отдельные вершины, например Пайкс-Пик. Более молодые породы там разрушены денудацией. В Европе архейские породы обнажаются на территории Балтийского щита в пределах Норвегии, Швеции, Финляндии и России. Они представлены гранитами и сильно метаморфизованными осадочными породами. Такие же выходы архейских пород имеются на юге и юго-востоке Сибири, в Китае, западной Австралии, Африке и на северо-востоке Южной Америки. Древнейшие следы жизнедеятельности бактерий и колоний одноклеточных сине-зеленых водорослей Collenia были обнаружены в архейских породах южной Африки (Зимбабве) и провинции Онтарио (Канада).
Протерозойская эра. В начале протерозоя после длительного периода денудации суша была в значительной степени разрушена, отдельные части материков испытали погружение и были затоплены мелководными морями, а некоторые низменные котловины начали заполняться континентальными отложениями. В Северной Америке самые значительные выходы протерозойских пород имеются в четырех районах. Первый из них приурочен к южной части Канадского щита, где мощные толщи глинистых сланцев и песчаников рассматриваемого возраста обнажаются вокруг оз. Верхнего и северо-восточнее оз. Гурон. Эти породы имеют как морское, так и континентальное происхождение. Их распределение указывает на то, что положение мелководных морей на протяжении протерозоя значительно менялось. Во многих местах морские и континентальные осадки переслаиваются с мощными лавовыми толщами. По окончании осадконакопления происходили тектонические движения земной коры, протерозойские породы претерпевали складкообразование и формировались крупные горные системы. В предгорных районах к востоку от Аппалачей имеются многочисленные выходы протерозойских пород. Первоначально они отлагались в виде пластов известняков и глинистых сланцев, а затем во время орогенеза (горообразования) метаморфизовались и превратились в мрамора, аспидные и кристаллические сланцы. В районе Большого каньона мощная толща протерозойских песчаников, глинистых сланцев и известняков несогласно перекрывает архейские породы. В северной части Скалистых гор была отложена толща протерозойских известняков мощностью ок. 4600 м. Хотя протерозойские образования в этих районах испытали воздействие тектонических движений и были смяты в складки и разбиты разломами, эти подвижки были недостаточно интенсивными и не могли привести к метаморфизации пород. Поэтому там сохранились исходные осадочные текстуры. В Европе значительные выходы протерозойских пород имеются в пределах Балтийского щита. Они представлены сильно метаморфизованными мраморами и аспидными сланцами. На северо-западе Шотландии мощная толща протерозойских песчаников перекрывает архейские граниты и кристаллические сланцы. Обширные выходы протерозойских пород встречаются на западе Китая, в центральной Австралии, южной Африке и центральной части Южной Америки. В Австралии указанные породы представлены мощной толщей неметаморфизованных песчаников и глинистых сланцев, а в восточной Бразилии и южной Венесуэле - сильно метаморфизованными аспидными и кристаллическими сланцами. Ископаемые сине-зеленые водоросли Collenia весьма широко распространены на всех материках в неметаморфизованных известняках протерозойского возраста, где также обнаружены немногочисленные обломки раковин примитивных моллюсков. Однако остатки животных очень редки, и это свидетельствует о том, что большинство организмов отличалось примитивным строением и еще не имело твердых оболочек, которые сохраняются в ископаемом состоянии. Хотя следы ледниковых периодов фиксируются для ранних этапов истории Земли, обширное оледенение, имевшее почти глобальное распространение, отмечается только в самом конце протерозоя.
Палеозойская эра. После того, как суша пережила длительный период денудации в конце протерозоя, некоторые ее территории испытали прогибание и были затоплены мелководными морями. В результате денудации возвышенных участков осадочный материал сносился водными потоками в геосинклинали, где накопились толщи палеозойских осадочных пород мощностью более 12 км. В Северной Америке в начале палеозойской эры образовались две крупные геосинклинали. Одна из них, называемая Аппалачской, протянулась от северной части Атлантического океана через юго-восточную Канаду и далее на юг к Мексиканскому заливу вдоль оси современных Аппалачей. Другая геосинклиналь соединяла Северный Ледовитый океан с Тихим, проходя несколько восточнее Аляски на юг через восточную часть Британской Колумбии и западную часть Альберты, далее через восточную Неваду, западную Юту и южную Калифорнию. Таким образом Северная Америка была разделена на три части. В отдельные периоды палеозоя ее центральные районы отчасти затоплялись и обе геосинклинали соединялись мелководными морями. В другие периоды в результате изостатических поднятий суши или колебаний уровня Мирового океана происходили морские регрессии, и тогда в геосинклиналях откладывался терригенный материал, смытый из сопредельных возвышенных районов. В палеозое сходные условия существовали и на других материках. В Европе огромные моря периодически затопляли Британские о-ва, территории Норвегии, Германии, Франции, Бельгии и Испании, а также обширную область Восточно-Европейской равнины от Балтийского моря до Уральских гор. Крупные выходы палеозойских пород имеются также в Сибири, Китае и северной Индии. Они являются коренными породами в большинстве районов восточной Австралии, северной Африки, а также в северных и центральных районах Южной Америки. Палеозойская эра делится на шесть периодов неодинаковой продолжительности, чередующихся с кратковременными этапами изостатических поднятий или морских регрессий, во время которых в пределах материков осадкообразование не происходило (рис. 9, 10).

Кембрийский период - самый ранний период палеозойской эры, названный по латинскому названию Уэльса (Камбрия), где впервые были изучены породы этого возраста. В Северной Америке в кембрии обе геосинклинали были затоплены, а во второй половине кембрия центральная часть материка занимала столь низкое положение, что оба прогиба соединялись мелководным морем и там накапливались слои песчаников, глинистых сланцев и известняков. В Европе и Азии происходила крупная морская трансгрессия. Эти части света были в значительной степени затоплены. Исключение составляли три крупных обособленных массива суши (Балтийский щит, Аравийский п-ов и южная Индия) и ряд небольших изолированных участков суши в южной Европе и южной Азии. Менее крупные морские трансгрессии происходили в Австралии и центральной части Южной Америки. Кембрий отличался довольно спокойными тектоническими обстановками. В отложениях этого периода сохранились первые многочисленные ископаемые, свидетельствующие о развитии жизни на Земле. Хотя наземные растения или животные не отмечены, мелководные эпиконтинентальные моря и затопленные геосинклинали изобиловали многочисленными беспозвоночными животными и водными растениями. Наиболее необычные и интересные животные того времени - трилобиты (рис. 11), класс вымерших примитивных членистоногих, были широко распространены в кембрийских морях. Их известково-хитиновые панцири обнаружены в породах этого возраста на всех материках. Кроме того, существовало много типов плеченогих (брахиопод), моллюсков и других беспозвоночных. Таким образом, в кембрийских морях присутствовали все основные формы беспозвоночных организмов (за исключением кораллов, мшанок и пелеципод).

В конце кембрийского периода большая часть суши испытала поднятие и произошла кратковременная морская регрессия. Ордовикский период - второй период палеозойской эры (называющийся по имени кельтского племени ордовиков, населявшего территорию Уэльса). В этот период материки снова испытали прогибание, в результате чего геосинклинали и низменные котловины превратились в мелководные моря. В конце ордовика ок. 70% территории Северной Америки было затоплено морем, в котором отложились мощные толщи известняков и глинистых сланцев. Морем были покрыты также значительные территории Европы и Азии, частично - Австралия и центральные районы Южной Америки. Все кембрийские беспозвоночные продолжали развиваться и в ордовике. Кроме того, появились кораллы, пелециподы (двустворчатые моллюски), мшанки и первые позвоночные. В Колорадо в ордовикских песчаниках обнаружены фрагменты самых примитивных позвоночных - бесчелюстных (остракодерм), у которых отсутствовали настоящие челюсти и парные конечности, а передняя часть тела была покрыта костными пластинками, образующими защитный панцирь. На основе палеомагнитного изучения пород установлено, что на протяжении большей части палеозоя Северная Америка располагалась в экваториальной зоне. Ископаемые организмы и широко распространенные известняки этого времени свидетельствуют о господстве в ордовике теплых мелководных морей. Австралия располагалась близ Южного полюса, а северо-западная Африка - в районе самого полюса, что подтверждается запечатлевшимися в ордовикских породах Африки признаками широкого распространения оледенения. В конце ордовикского периода в результате тектонических движений происходили поднятие материков и морская регрессия. Местами коренные кембрийские и ордовикские породы испытали процесс складкообразования, который сопровождался ростом гор. Этот древнейший этап орогенеза носит название каледонской складчатости.
Силурийский период. Впервые породы этого периода были изучены также в Уэльсе (название периода происходит от кельтского племени силуров, населявшего этот регион). После тектонических поднятий, ознаменовавших окончание ордовикского периода, наступил денудационный этап, а затем в начале силура материки снова испытали прогибание, а моря затопили низменные районы. В Северной Америке в раннем силуре площадь морей существенно сократилась, однако в среднем силуре они заняли почти 60% ее территории. Сформировалась мощная толща морских известняков ниагарской формации, получившей свое название от Ниагарского водопада, порог которого она слагает. В позднем силуре площади морей сильно сократились. В полосе, простирающейся от современного штата Мичиган до центральной части штата Нью-Йорк, накапливались мощные соленосные пласты. В Европе и Азии силурийские моря были широко распространены и занимали почти те же территории, что и кембрийские моря. Незатопленными оставались те же изолированные массивы, что и в кембрии, а также значительные территории северного Китая и Восточной Сибири. В Европе мощные известняковые толщи накапливались по периферии южной оконечности Балтийского щита (в настоящее время они частично затоплены Балтийским морем). Небольшие моря были распространены в восточной Австралии, северной Африке и в центральных районах Южной Америки. В силурийских породах обнаружены в общем те же основные представители органического мира, что и в ордовикских. Наземные растения в силуре еще не появились. Среди беспозвоночных гораздо более обильными стали кораллы, в результате жизнедеятельности которых во многих районах сформировались массивные коралловые рифы. Трилобиты, столь характерные для кембрийских и ордовикских пород, утрачивают свое доминирующее значение: их становится меньше как в количественном, так и видовом отношениях. В конце силура появилось множество крупных водных членистоногих, называемых эвриптеридами, или ракоскорпионами. Силурийский период в Северной Америке завершился без крупных тектонических подвижек. Однако в Западной Европе в это время образовался пояс каледонид. Эта горная цепь простиралась на территории Норвегии, Шотландии и Ирландии. Орогенез происходил также в северной Сибири, в результате чего ее территория была так высоко поднята, что больше уже никогда не затоплялась. Девонский период назван по имени графства Девон в Англии, где впервые были изучены породы этого возраста. После денудационного перерыва отдельные районы материков снова испытали погружение и были затоплены мелководными морями. В северной Англии и частично в Шотландии молодые каледониды препятствовали проникновению моря. Однако их разрушение привело к накоплению мощных толщ терригенных песчаников в долинах предгорных рек. Эта формация древних красных песчаников известна хорошо сохранившимися ископаемыми рыбами. Южная Англия в это время была покрыта морем, в котором отлагались мощные толщи известняков. Значительные территории на севере Европы были тогда затоплены морями, в которых накапливались слои глинистых сланцев и известняков. При врезании Рейна в эти толщи в районе массива Эйфель образовались живописные утесы, которые поднимаются по берегам долины. Девонские моря покрывали многие районы европейской части России, южной Сибири и южного Китая. Обширный морской бассейн затопил центральную и западную Австралию. Эта территория не покрывалась морем с кембрийского периода. В Южной Америке морская трансгрессия распространилась на некоторые центральные и западные районы. Кроме того, существовал узкий субширотный прогиб в Амазонии. В Северной Америке очень широко распространены девонские породы. На протяжении большей части этого периода существовали два крупных геосинклинальных бассейна. В среднем девоне морская трансгрессия распространилась на территорию современной долины р. Миссисипи, где накопилась многослойная толща известняков. В верхнем девоне мощные горизонты сланцев и песчаников сформировались в восточных районах Северной Америки. Эти обломочные толщи соответствуют этапу горообразования, начавшемуся в конце среднего девона и продолжавшемуся до окончания этого периода. Горы простирались вдоль восточного крыла Аппалачской геосинклинали (от современных юго-восточных районов США до юго-восточной Канады). Этот регион был сильно поднят, его северная часть претерпела складкообразование, затем там произошли обширные гранитные интрузии. Этими гранитами сложены горы Уайт-Маунтинс в Нью-Гэмпшире, Стоун-Маунтин в Джорджии и ряд других горных сооружений. Верхнедевонские, т.н. Акадские, горы были переработаны денудационными процессами. В результате к западу от Аппалачской геосинклинали накопилась слоистая толща песчаников, мощность которых местами превышает 1500 м. Они широко представлены в районе гор Кэтскилл, откуда и пошло название песчаников Кэтскилл. В меньших масштабах горообразование в это же время проявилось в некоторых районах Западной Европы. Орогенез и тектонические поднятия земной поверхности послужили причиной морской регрессии в конце девонского периода. В девоне произошли некоторые важные события в эволюции жизни на Земле. Во многих районах земного шара были обнаружены первые бесспорные находки наземных растений. Так, например, в окрестностях Гилбоа (шт. Нью-Йорк) было найдено много видов папоротникообразных, включая гигантские древовидные. Среди беспозвоночных были широко распространены губки, кораллы, мшанки, брахиоподы и моллюски (рис. 12). Существовало несколько типов трилобитов, хотя их численность и видовое разнообразие значительно сократились по сравнению с силуром. Девон часто называют "веком рыб" благодаря пышному расцвету этого класса позвоночных. Хотя еще существовали примитивные бесчелюстные, преобладать стали более совершенные формы. Акулообразные рыбы достигали в длину 6 м. В это время появились двоякодышащие рыбы, у которых плавательный пузырь трансформировался в примитивные легкие, что позволяло им существовать какое-то время на суше, а также кистеперые и лучеперые. В верхнем девоне обнаружены первые следы наземных животных - крупных саламандроподобных земноводных, называемых стегоцефалами. Особенности скелета показывают, что они развились из двоякодышащих рыб путем дальнейшего усовершенствования легких и видоизменения плавников и превращения их в конечности.

Каменноугольный период. После некоторого перерыва материки снова испытали погружение и их низменные участки превратились в мелководные моря. Так начался каменноугольный период, получивший свое название по широкому распространению угольных залежей как в Европе, так и в Северной Америке. В Америке его ранний этап, характеризовавшийся морскими обстановками, раньше называли миссисипским по мощной толще известняков, сформировавшейся в пределах современной долины р. Миссисипи, а теперь его относят к нижнему отделу каменноугольного периода. В Европе на протяжении всего каменноугольного периода территории Англии, Бельгии и северной Франции были большей частью затоплены морем, в котором сформировались мощные горизонты известняков. Затоплялись также некоторые районы южной Европы и южной Азии, где отложились мощные слои глинистых сланцев и песчаников. Некоторые из этих горизонтов имеют континентальное происхождение и содержат много ископаемых остатков наземных растений, а также вмещают угленосные пласты. Поскольку нижнекаменноугольные формации мало представлены в Африке, Австралии и Южной Америке, можно предполагать, что эти территории находились преимущественно в субаэральных условиях. Кроме того, имеются свидетельства широкого распространения там материкового оледенения. В Северной Америке Аппалачскую геосинклиналь с севера ограничивали Акадские горы, а с юга, со стороны Мексиканского залива, в нее проникало Миссисипское море, которое заливало и долину Миссисипи. Небольшие морские бассейны занимали некоторые участки на западе материка. В районе долины Миссисипи накапливалась многослойная толща известняков и сланцев. Один из этих горизонтов, т.н. индианский известняк, или спергенит, является хорошим строительным материалом. Он использовался при сооружении многих правительственных зданий в Вашингтоне. В конце каменноугольного периода в Европе широко проявилось горообразование. Цепи гор простирались от южной Ирландии через южную Англию и северную Францию в южную Германию. Этот этап орогенеза называют герцинским, или варисцийским. В Северной Америке локальные поднятия происходили в конце миссисипского периода. Эти тектонические движения сопровождались морской регрессией, развитию которой способствовали также оледенения южных материков. В целом органический мир нижнекаменноугольного (или миссисипского) времени был таким же, как и в девоне. Однако, помимо большего разнообразия типов древовидных папоротников, флора пополнилась древовидными плаунами и каламитовыми (древовидными членистостебельными класса хвощей). Беспозвоночные в основном были представлены теми же формами, что и в девоне. В миссисипское время стали более обычными морские лилии - донные животные, по форме сходные с цветком. Среди ископаемых позвоночных многочисленны акулоподобные рыбы и стегоцефалы. В начале позднекаменноугольного времени (в Северной Америке - пенсильванского) условия на материках стали быстро меняться. Как следует из значительно более широкого распространения континентальных осадков, моря занимали меньшие пространства. Северо-западная Европа большую часть этого времени находилась в субаэральных условиях. Обширное эпиконтинентальное Уральское море широко распространилось в северной и центральной России, а крупная геосинклиналь простиралась через южную Европу и южную Азию (современные Альпы, Кавказ и Гималаи расположены вдоль ее оси). Этот прогиб, именующийся геосинклиналью, или морем, Тетис, существовал на протяжении ряда последующих геологических периодов. На территории Англии, Бельгии и Германии простирались низменности. Здесь в результате небольших колебательных движений земной коры происходило чередование морских и континентальных обстановок. Когда море отступало, формировались низменные заболоченные ландшафты с лесами из древовидных папоротников, древовидных плаунов и каламитовых. При наступании морей осадочные образования перекрывали леса, уплотняя древесные остатки, которые превращались в торф, а затем в уголь. В позднекаменноугольное время на материках Южного полушария распространилось покровное оледенение. В Южной Америке в результате морской трансгрессии, проникавшей с запада, была затоплена большая часть территории современных Боливии и Перу. В раннепенсильванское время в Северной Америке Аппалачская геосинклиналь замкнулась, утратила связь с Мировым океаном, и в восточных и центральных районах США накапливались терригенные песчаники. В середине и конце этого периода во внутренних районах Северной Америки (так же, как в Западной Европе) преобладали низменности. Здесь мелководные моря периодически уступали место болотам, в которых накапливались мощные торфяные залежи, впоследствии трансформировавшиеся в крупные угольные бассейны, которые простираются от Пенсильвании до восточного Канзаса. Некоторые западные районы Северной Америки заливались морем на протяжении большей части этого периода. Там отлагались слои известняков, сланцев и песчаников. Широкое распространение субаэральных обстановок в значительной мере способствовало эволюции наземных растений и животных. Гигантские леса из древовидных папоротников и плаунов покрывали обширные заболоченные низменности. Эти леса изобиловали насекомыми и паукообразными. Один из видов насекомых, самый крупный в геологической истории, был похож на современную стрекозу, но имел размах крыльев ок. 75 см. Значительно большего видового разнообразия достигли стегоцефалы. Некоторые превышали в длину 3 м. Только в Северной Америке в болотных отложениях пенсильванского времени было обнаружено более 90 видов этих гигантских земноводных, имевших сходство с саламандрами. В этих же породах были найдены остатки древнейших пресмыкающихся. Однако из-за фрагментарности находок трудно составить полное представление о морфологии этих животных. Вероятно, эти примитивные формы были похожи на аллигаторов.
Пермский период. Изменения природных условий, начавшиеся в позднекаменноугольное время, еще больше проявились в пермском периоде, завершившем палеозойскую эру. Его название происходит от Пермской области в России. В начале этого периода море занимало Уральскую геосинклиналь - прогиб, следовавший согласно простиранию современных Уральских гор. Мелководное море периодически покрывало некоторые районы Англии, северной Франции и южной Германии, где накапливались слоистые толщи морских и континентальных осадков - песчаников, известняков, глинистых сланцев и каменной соли. Море Тетис существовало на протяжении большей части периода, и в районе северной Индии и современных Гималаев образовалась мощная толща известняков. Пермские отложения большой мощности представлены в восточной и центральной Австралии и на островах Южной и Юго-Восточной Азии. Они широко распространены в Бразилии, Боливии и Аргентине, а также в южной Африке. Многие пермские формации в северной Индии, Австралии, Африке и Южной Америке имеют континентальное происхождение. Они представлены уплотненными ледниковыми отложениями, а также широко распространенными водно-ледниковыми песками. В Центральной и Южной Африке этими породами начинается мощная толща континентальных отложений, известная как серия кару. В Северной Америке пермские моря занимали меньшую площадь по сравнению с предыдущими периодами палеозоя. Главная трансгрессия распространялась из западной части Мексиканского залива на север через территорию Мексики и проникла в южные районы центральной части США. Центр этого эпиконтинентального моря располагался в пределах современного штата Нью-Мексико, где сформировалась мощная толща известняков серии кэпитен. Благодаря деятельности подземных вод эти известняки приобрели сотовую структуру, особенно ярко выраженную в знаменитых Карлсбадских пещерах (шт. Нью-Мексико, США). Восточнее, в Канзасе и Оклахоме, отложились прибрежные фации красных глинистых сланцев. В конце перми, когда площадь, занятая морем, значительно сократилась, сформировались мощные соленосные и гипсоносные толщи. В конце палеозойской эры, отчасти в каменноугольном периоде и отчасти - в пермском, во многих районах начался орогенез. Мощные толщи осадочных пород Аппалачской геосинклинали были смяты в складки и разбиты разломами. В результате образовались горы Аппалачи. Этот этап горообразования в Европе и Азии называют герцинским, или варисцийским, а в Северной Америке - аппалачским. Растительный мир пермского периода был такой же, как и во второй половине каменноугольного. Однако растения имели меньшие размеры и не были так многочисленны. Это указывает на то, что климат пермского периода стал холоднее и суше. Беспозвоночные животные перми были унаследованы от предыдущего периода. Большой скачок произошел в эволюции позвоночных (рис. 13). На всех материках континентальные отложения пермского возраста содержат многочисленные остатки пресмыкающихся, достигавших в длину 3 м. Все эти предки мезозойских динозавров отличались примитивным строением и внешне были похожи на ящериц или аллигаторов, но иногда имели необычные особенности, например, высокий парусообразный плавник, протягивающийся от шеи до хвоста вдоль спины, у диметродона. Все еще многочисленными были стегоцефалы.

В конце пермского периода горообразование, проявившееся во многих районах земного шара на фоне общего поднятия материков, привело к столь значительным изменениям окружающей среды, что начали вымирать многие характерные представители палеозойской фауны. Пермский период был заключительной стадией существования многих беспозвоночных, особенно трилобитов. Мезозойская эра, подразделяемая на три периода, отличалась от палеозойской преобладанием континентальных обстановок над морскими, а также составом флоры и фауны. Наземные растения, многие группы беспозвоночных и особенно позвоночные животные приспособились к новым обстановкам и претерпели существенные изменения. Триасовый период открывает мезозойскую эру. Его название происходит от греч. trias (троица) в связи с четким трехчленным строением толщи отложений этого периода в северной Германии. В основании толщи залегают красноцветные песчаники, в середине - известняки, а вверху - красноцветные песчаники и глинистые сланцы. На протяжении триаса значительные территории Европы и Азии были заняты озерами и мелководными морями. Эпиконтинентальное море покрывало Западную Европу, причем его береговая линия прослеживается на территории Англии. В этом морском бассейне и накапливались вышеупомянутые стратотипические осадки. Песчаники, залегающие в нижней и верхней частях толщи, отчасти имеют континентальное происхождение. Другой триасовый морской бассейн проникал на территорию северной России и распространялся к югу по Уральскому прогибу. Огромное море Тетис тогда покрывало примерно такую же территорию, как и в позднекаменноугольное и пермское время. В этом море накопилась мощная толща доломитовых известняков, которыми сложены Доломитовые Альпы северной Италии. На юге центральной Африки триасовый возраст имеет большая часть верхней толщи континентальной серии кару. Эти горизонты известны обилием ископаемых остатков пресмыкающихся. В конце триаса на территории Колумбии, Венесуэлы и Аргентины образовались покровы алевритов и песков континентального генезиса. Пресмыкающиеся, найденные в этих слоях, обнаруживают удивительное сходство с фауной серии кару в южной Африке. В Северной Америке триасовые породы не так широко распространены, как в Европе и Азии. Продукты разрушения Аппалачей - красноцветные континентальные пески и глины - накапливались во впадинах, расположенных восточнее этих гор и испытывавших погружение. Эти отложения, переслаивающиеся с горизонтами лавы и пластовыми интрузиями, разбиты разломами и имеют падение к востоку. В Ньюаркском бассейне в Нью-Джерси и долине р.Коннектикут им соответствуют коренные породы серии ньюарк. Мелководные моря занимали некоторые западные районы Северной Америки, где накапливались известняки и глинистые сланцы. Континентальные песчаники и глинистые сланцы триаса выходят по бортам Большого каньона (шт. Аризона). Органический мир в триасовом периоде был существенно иным, чем в пермском периоде. Для этого времени характерно обилие крупных хвойных деревьев, остатки которых часто встречаются в триасовых континентальных отложениях. Глинистые сланцы формации чинл на севере Аризоны насыщены окременелыми стволами деревьев. В результате выветривания сланцев они обнажились и теперь образуют каменный лес. Широкое развитие получили саговниковые (или цикадофиты), растения с тонкими или бочонковидными стволами и свисающими с макушки рассеченными, как у пальм, листьями. Некоторые виды саговниковых существуют и в современных тропических районах. Из беспозвоночных самыми распространенными были моллюски, среди которых преобладали аммониты (рис. 14), имевшие отдаленное сходство с современными наутилусами (или корабликами) и многокамерную раковину. Существовало много видов двустворчатых моллюсков. Значительный прогресс произошел в эволюции позвоночных. Хотя стегоцефалы были еще довольно обычны, преобладать стали пресмыкающиеся, среди которых появилось множество необычных групп (например, фитозавры, форма тела которых была, как у современных крокодилов, а челюсти узкие и длинные с острыми коническими зубами). В триасе впервые появились настоящие динозавры, эволюционно более развитые, чем их примитивные предки. Конечности у них были направлены вниз, а не в стороны (как у крокодилов), что позволяло им передвигаться подобно млекопитающим и поддерживать тело над землей. Динозавры передвигались на задних ногах, удерживая равновесие при помощи длинного хвоста (как кенгуру), и отличались небольшим ростом - от 30 см до 2,5 м. Некоторые пресмыкающиеся приспособились к жизни в морской среде, например ихтиозавры, туловище которых походило на акулье, а конечности трансформировались в нечто среднее между ластами и плавниками, и плезиозавры, туловище которых стало уплощенным, шея вытянулась, а конечности превратились в ласты. Обе эти группы животных стали более многочисленными в последующие этапы мезозойской эры.

Юрский период получил свое название от гор Юра (в северо-западной Швейцарии), сложенных многослойной толщей известняков, глинистых сланцев и песчаников. В юре произошла одна из крупнейших морских трансгрессий в Западной Европе. Огромное эпиконтинентальное море распространялось на большей части Англии, Франции, Германии и проникало в некоторые западные районы европейской России. В Германии известны многочисленные выходы верхнеюрских лагунных мелкозернистых известняков, в которых были обнаружены необычные ископаемые. В Баварии, в знаменитом местечке Золенхофен, найдены остатки крылатых пресмыкающихся и оба из известных видов первых птиц. Море Тетис простиралось от Атлантики через южную часть Пиренейского п-ова вдоль Средиземного моря и через Южную и Юго-Восточную Азию выходило к Тихому океану. Большая часть северной Азии в этот период располагалась выше уровня моря, хотя эпиконтинентальные моря с севера проникали в Сибирь. Континентальные отложения юрского возраста известны в южной Сибири и северном Китае. Небольшие эпиконтинентальные моря занимали ограниченные площади вдоль побережья западной Австралии. Во внутренних районах Австралии имеются выходы юрских континентальных отложений. Большая часть Африки в юрский период располагалась выше уровня моря. Исключение составляла ее северная окраина, заливавшаяся морем Тетис. В Южной Америке вытянутое узкое море заполняло геосинклиналь, размещавшуюся примерно на месте современных Анд. В Северной Америке юрские моря занимали весьма ограниченные территории на западе материка. Мощные толщи континентальных песчаников и кроющих глинистых сланцев накопились в районе плато Колорадо, особенно к северу и востоку от Большого каньона. Песчаники образовались из песков, слагавших пустынные дюнные ландшафты котловин. В результате процессов выветривания песчаники приобрели необычные формы (как, например, живописные остроконечные пики в национальном парке Зайон или национальный памятник Рейнбоу-Бридж, представляющий собой возвышающуюся на 94 м над дном каньона арку с пролетом 85 м; эти достопримечательности находятся в штате Юта). Отложения глинистых сланцев формации моррисон знамениты находками 69 видов ископаемых динозавров. Тонкодисперсные осадки в этом районе, вероятно, накапливались в условиях заболоченной низины. Растительный мир юрского периода в общих чертах был сходен с существовавшим в триасе. Во флоре доминировали саговниковые и хвойные древесные породы. Впервые появились гинкговые - голосеменные широколиственные древесные растения с опадающей осенью листвой (вероятно, это связующее звено между голосеменными и покрытосеменными растениями). Единственный вид этого семейства - гинкго двулопастный - сохранился до настоящего времени и считается самым древним представителем древесных, поистине живым ископаемым. Юрская фауна беспозвоночных весьма сходна с триасовой. Однако более многочисленными стали кораллы-рифостроители, широко распространились морские ежи и моллюски. Появились многие двустворчатые моллюски, родственные современным устрицам. Все еще были многочисленны аммониты. Позвоночные были представлены преимущественно пресмыкающимися, поскольку стегоцефалы вымерли в конце триаса. Динозавры достигли кульминации своего развития. Такие травоядные формы, как апатозавры и диплодоки, стали передвигаться на четырех конечностях; многие имели длинные шею и хвост. Эти животные приобрели гигантские размеры (до 27 м в длину), а некоторые весили до 40 т. У отдельных представителей травоядных динозавров меньших размеров, например стегозавров, развился защитный панцирь, состоявший из пластин и шипов. У плотоядных динозавров, в частности аллозавров, сформировались крупные головы с мощными челюстями и острыми зубами, в длину они достигали 11 м и передвигались на двух конечностях. Другие группы пресмыкающихся тоже были весьма многочисленны. В юрских морях обитали плезиозавры и ихтиозавры. Впервые появились летающие пресмыкающиеся - птерозавры, у которых развились перепончатые крылья, как у летучих мышей, а масса уменьшилась за счет трубчатых костей. Появление птиц в юре - важный этап в развитии животного мира. В лагунных известняках Золенхофена были обнаружены два птичьих скелета и отпечатки перьев. Однако эти примитивные птицы еще имели много черт, общих с пресмыкающимися, включая острые зубы конической формы и длинные хвосты. Юрский период завершился интенсивной складчатостью, в результате которой на западе США сформировались горы Сьерра-Невада, которые простирались дальше на север в пределы современной западной Канады. Впоследствии южная часть этого складчатого пояса снова испытала поднятие, которое предопределило строение современных гор. На других материках проявления орогенеза в юре были незначительны.
Меловой период. В это время накапливались мощные слоистые толщи мягкого слабо уплотненного белого известняка - мела, от которого произошло название периода. Впервые такие слои были изучены в обнажениях по берегам пролива Па-де-Кале близ Дувра (Великобритания) и Кале (Франция). В других частях света отложения соответствующего возраста тоже называют меловыми, хотя там встречаются и другие типы пород. В меловой период морские трансгрессии охватывали значительные части Европы и Азии. В центральной Европе моря заливали два субширотных геосинклинальных прогиба. Один из них располагался в пределах юго-восточной Англии, северной Германии, Польши и западных районов России и на крайнем востоке достигал субмеридионального Уральского прогиба. Другая геосинклиналь, Тетис, сохраняла свое прежнее простирание в южной Европе и северной Африке и соединялась с южной оконечностью Уральского прогиба. Далее море Тетис продолжалось в Южной Азии и восточнее Индийского щита соединялось с Индийским океаном. За исключением северной и восточной окраин, территория Азии на протяжении всего мелового периода не заливалась морем, поэтому там широко распространены континентальные отложения этого времени. Мощные слои меловых известняков представлены во многих районах Западной Европы. В северных районах Африки, куда заходило море Тетис, накопились большие толщи песчаников. Пески пустыни Сахара образовались в основном за счет продуктов их разрушения. Австралия покрывалась меловыми эпиконтинентальными морями. В Южной Америке на протяжении большей части мелового периода Андский прогиб заливался морем. Восточнее его на значительной территории Бразилии отложились терригенные алевриты и пески с многочисленными остатками динозавров. В Северной Америке окраинные моря занимали береговые равнины Атлантического океана и Мексиканского залива, где накапливались пески, глины и меловые известняки. Другое окраинное море располагалось на западном побережье материка в пределах Калифорнии и доходило до южных подножий возрожденных гор Сьерра-Невада. Однако последняя самая крупная морская трансгрессия охватила западные районы центральной части Северной Америки. В это время сформировался обширный геосинклинальный прогиб Скалистых гор, и огромное море распространялось от Мексиканского залива через современные Великие равнины и Скалистые горы на север (западнее Канадского щита) вплоть до Северного Ледовитого океана. Во время этой трансгрессии была отложена мощная многослойная толща песчаников, известняков и глинистых сланцев. В конце мелового периода происходил интенсивный орогенез в Южной и Северной Америке и Восточной Азии. В Южной Америке осадочные породы, накопившиеся в Андской геосинклинали за несколько периодов, были уплотнены и смяты в складки, что привело к образованию Анд. Аналогичным образом в Северной Америке на месте геосинклинали сформировались Скалистые горы. Во многих районах мира усилилась вулканическая деятельность. Лавовые потоки покрыли всю южную часть п-ова Индостан (таким образом сформировалось обширное плато Декан), а небольшие излияния лавы имели место в Аравии и Восточной Африке. Все материки испытали значительные поднятия, и произошла регрессия всех геосинклинальных, эпиконтинентальных и окраинных морей. Меловой период ознаменовался несколькими крупными событиями в развитии органического мира. Появились первые цветковые растения. Их ископаемые остатки представлены листьями и древесиной пород, многие из которых растут и в настоящее время (например, ива, дуб, клен и вяз). Меловая фауна беспозвоночных в целом аналогична юрской. Среди позвоночных животных наступила кульминация видового разнообразия пресмыкающихся. Существовали три основные группы динозавров. Хищные с хорошо развитыми массивными задними конечностями были представлены тираннозаврами, которые в длину достигали 14 м, а в высоту - 5 м. Получила развитие группа двуногих травоядных динозавров (или траходонтов) с широкими уплощенными челюстями, напоминающими утиный клюв. Многочисленные скелеты этих животных встречаются в меловых континентальных отложениях Северной Америки. К третьей группе относятся рогатые динозавры с развитым костяным щитом, защищавшим голову и шею. Типичный представитель этой группы - трицератопс с коротким носовым и двумя длинными надглазными рогами. В меловых морях обитали плезиозавры и ихтиозавры, появились морские ящерицы мозазавры с вытянутым туловищем и сравнительно небольшими ластовидными конечностями. Птерозавры (летающие ящеры) утратили зубы и лучше передвигались в воздушном пространстве, чем их юрские предки. У одного из видов птерозавров - птеранодона - размах крыльев достигал 8 м. Известны два вида птиц мелового периода, сохранившие некоторые морфологические особенности рептилий, например размещенные в альвеолах зубы конической формы. Один из них - гесперорнис (ныряющая птица) - приспособился к жизни в море. Хотя переходные формы, больше похожие на рептилий, чем на млекопитающих, известны с триаса и юры, впервые многочисленные остатки настоящих млекопитающих были обнаружены в континентальных верхнемеловых отложениях. Примитивные млекопитающие мелового периода отличались небольшими размерами и чем-то напоминали современных землероек. Широко развитые на Земле процессы горообразования и тектонические поднятия материков в конце мелового периода привели к столь значительным изменениям природы и климата, что многие растения и животные вымерли. Из беспозвоночных исчезли господствовавшие в мезозойских морях аммониты, а из позвоночных - все динозавры, ихтиозавры, плезиозавры, мозазавры и птерозавры. Кайнозойская эра, охватывавшая последние 65 млн. лет, подразделяется на третичный (в России принято выделять два периода - палеогеновый и неогеновый) и четвертичный периоды. Хотя последний отличался малой продолжительностью (возрастные оценки его нижней границы колеблются от 1 до 2,8 млн. лет), он сыграл большое значение в истории Земли, поскольку с ним связаны неоднократные материковые оледенения и появление человека.
Третичный период. В это время многие районы Европы, Азии и Северной Африки были покрыты мелководными эпиконтинентальными и глубоководными геосинклинальными морями. В начале этого периода (в неогене) море занимало юго-восточную Англию, северо-западную Францию и Бельгию и там накопилась мощная толща песков и глин. Все еще продолжало существовать море Тетис, простиравшееся от Атлантического до Индийского океана. Его воды заливали Пиренейский и Апеннинский полуострова, северные районы Африки, юго-западную Азию и север Индостана. В этом бассейне отлагались мощные горизонты известняков. Большая часть северного Египта сложена нуммулитовыми известняками, которые использовались в качестве строительного материала при возведении пирамид. В это время почти вся юго-восточная Азия была занята морскими бассейнами и небольшое эпиконтинентальное море распространялось на юго-востоке Австралии. Третичные морские бассейны покрывали северную и южную оконечности Южной Америки, а эпиконтинентальное море проникало на территорию восточной Колумбии, северной Венесуэлы и южной Патагонии. Мощные толщи континентальных песков и алевритов накапливались в бассейне Амазонки. Окраинные моря располагались на месте современных Береговых равнин, прилегающих к Атлантическому океану и Мексиканскому заливу, а также вдоль западного побережья Северной Америки. Мощные толщи континентальных осадочных пород, образовавшихся в результате денудации возрожденных Скалистых гор, накапливались на Великих равнинах и в межгорных впадинах. Во многих районах земного шара в середине третичного периода происходил активный орогенез. В Европе образовались Альпы, Карпаты и Кавказ. В Северной Америке на заключительных этапах третичного периода сформировались Береговые хребты (в пределах современных штатов Калифорния и Орегон) и Каскадные горы (в пределах Орегона и Вашингтона). Третичный период ознаменовался существенным прогрессом в развитии органического мира. Современные растения возникли еще в меловом периоде. Большинство третичных беспозвоночных были непосредственно унаследованы от меловых форм. Многочисленнее стали современные костистые рыбы, уменьшились численность и видовое разнообразие земноводных и пресмыкающихся. Произошел скачок в развитии млекопитающих. От примитивных форм, похожих на землероек и впервые появившихся в меловом периоде, берут начало многие формы, относящиеся уже к началу третичного периода. Самые древние ископаемые остатки лошадей и слонов обнаружены в нижнетретичных породах. Появились плотоядные и парнокопытные животные. Видовое разнообразие животных сильно возросло, однако многие из них вымерли уже к концу третичного периода, а другие (подобно некоторым мезозойским пресмыкающимся) вернулись к морскому образу жизни, как, например, китообразные и морские свиньи, у которых плавники представляют собой трансформированные конечности. Летучие мыши смогли летать благодаря перепонке, соединяющей их длинные пальцы. Динозавры, вымершие в конце мезозоя, уступили место млекопитающим, которые стали доминирующим классом животных на суше в начале третичного периода. Четвертичный период подразделяется на эоплейстоцен, плейстоцен и голоцен. Последний начался всего 10 000 лет назад. Современный рельеф и ландшафты Земли в основном оформились в четвертичный период. Горообразование, которое происходило в конце третичного периода, предопределило значительное поднятие материков и регрессию морей. Четвертичный период ознаменовался существенным похолоданием климата и широким развитием покровного оледенения в Антарктиде, Гренландии, Европе и Северной Америке. В Европе центром оледенения был Балтийский щит, откуда ледниковый покров распространялся до южной Англии, средней Германии и центральных районов Восточной Европы. В Сибири покровное оледенение имело меньшие размеры, в основном ограничиваясь предгорными районами. В Северной Америке ледниковые покровы занимали громадную территорию, включая большую часть Канады и северные районы США вплоть до южного Иллинойса. В Южном полушарии четвертичный ледниковый покров характерен не только для Антарктиды, но и для Патагонии. Кроме того, на всех материках было широко распространено горное оледенение. В плейстоцене выделяют четыре основных этапа активизации оледенения, чередовавшиеся с межледниковьями, во время которых природные условия были близки современным или даже более теплыми. Последний ледниковый покров на территории Европы и Северной Америки достигал наибольших размеров 18-20 тыс. лет назад и окончательно растаял в начале голоцена. В четвертичный период вымерли многие третичные формы животных и появились новые, приспособившиеся к более холодным условиям. Особо следует отметить мамонта и шерстистого носорога, которые населяли северные области в плейстоцене. В более южных районах Северного полушария встречались мастодонты, саблезубые тигры и др. Когда ледниковые покровы растаяли, представители плейстоценовой фауны вымерли и их место заняли современные животные. Первобытные люди, в частности неандертальцы, вероятно, существовали уже во время последнего межледниковья, но человек современного типа - человек разумный (Homo sapiens) - появился лишь в последнюю ледниковую эпоху плейстоцена, а в голоцене расселился по всему земному шару.
ЛИТЕРАТУРА
Страхов Н.М. Типы литогенеза и их эволюция в истории Земли. М., 1965 Любимова Е.А. Термика Земли и Луны. М., 1968 Хаин В.Е. Региональная геотектоника. Северная и Южная Америка, Антарктида и Африка. М., 1971 Леонов Г.П. Основы стратиграфии, тт. 1-2. М., 1973-1974 Хаин В.Е. Региональная геотектоника. Внеальпийская Европа и Западная Азия. М., 1977 Энциклопедия региональной геологии мира. Западное полушарие (включая Антарктиду и Австралию). Л., 1980 Аллисон А., Палмер Д., Геология. Наука о вечно меняющейся Земле. М., 1984

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Геология изучает образование и строение каменной оболочки Земли. В отличие от наук о живой природе - зоологии и ботаники - геологию часто называют наукой о «мертвой природе». Но в сущности эта природа вовсе не мертва. Под воздействием воздуха, воды, солнечных лучей, мороза и других сил природы оболочка Земли непрерывно изменяется. Внимательный наблюдатель может уловить и проследить очень интересную жизнь «мертвой природы». Не меньше чем биологические науки, геология учит человека сознательно относиться к явлениям природы н понимать их. Не зная основ геологии, человек видит только внешнее. Он созерцает различные формы рельефа: овраги, обрывы, откосы, долины, холмы, скалы, горные цепи, снеговые вершины,- часто восхищается красотой их, но не имеет никакого понятия о том, как же они образовались.

Человек видит спокойную равнинную речку, с пологими зелеными берегами, или горный поток, скатывающийся шумными водопадами между скалистыми склонами гор; сидя на берегу моря, он любуется всплесками волн, набегающих на берег, слушает неумолчный шум прибоя, но не знает, что вся эта неустанная работа воды приводит к грандиозным изменениям поверхности Земли.

Кто не знает основ геологии, тот, заметив на склоне горной долины, как изогнуты слои пород - будто их сжимала или сдвигала рука великана,- не сможет объяснить, что это значит, какая сила и почему так исковеркала твердые каменные породы. Он не сумеет отличить кварц от мрамора, гранит от песчаника и, наверное, пройдет мимо ценной породы, если только она не бросится ему в глаза необыкновенным цветом или формой.

Земля, на которой мы живем, существует миллиарды лет. История Земли очень длинная и запутанная. Она богата разными событиями. Эта история записана в пластах земной коры, являющихся памятниками далекого прошлого. Каждый пласт - как бы страница книги истории природы. Но в этой книге многие листы от времени сильно стерлись и печать на них сделалась неразборчивой, а местами и совсем исчезла. Геология учит читать эту книгу природы, разбирать «стертые фразы», восстанавливать «текст» недостающих страниц. Неполнота «текста» истории Земли, обилие в нем загадочных мест, нерасшифрованных иероглифов (знаков) особенно привлекает к этой науке пытливый человеческий ум.

Геология рассказывает нам, как сформировалась планета, на которой мы живем, из каких горных пород она состоит и каким изменениям подвергалась в течение многих лет своего существования. Геология учит нас заглядывать вглубь времени и помогает лучше понять процессы, которые происходят на наших глазах. Тепло, которое дает нам Солнце, движение воздуха в виде ветра, капли дождя, мороз, кристаллы снега, реки и моря, даже растения и животные - все это изменяющие Землю геологические деятели, работу которых изучает геология. Лик Земли, т. е. формы поверхности, создан этими деятелями, а также и другими, скрытыми в глубине Земли. Время от времени последние обнаруживают себя в виде таких грозных явлений, как извержения вулканов или землетрясения.

Уже первобытный человек обращал внимание на окружающую его природу и на работу геологических деятелей. Но он не понимал явлений природы и потому мысленно населил небо и землю, воду и земные недра таинственными силами в виде добрых и злых духов, которые действуют на пользу или во вред человеку. В более поздние времена много ученых погибло на кострах за попытки разъяснить явления природы; немало научных трудов было сожжено за мысли, противоречившие «священному писанию».

Геология приносит огромную пользу человеческому обществу. Она исследует недра Земли и помогает извлекать из них минеральные сокровища, без которых не могут существовать люди. Что делал бы человек, если бы он не знал полезных ископаемых, не умел бы их добывать и обрабатывать, превращать в необходимые изделия! Человек очень давно научился изготовлять орудия труда из кости и камня. Много тысячелетий длился «каменный» период истории человечества. Огромный шаг вперед сделал человек, научившись выплавлять металл из руды и делать из него орудия труда. Только после этого культура двинулась вперед быстрыми шагами. За несколько тысячелетий она достигла такой высоты, когда на службу человечеству стало электричество, а скоро будет широко использована для хозяйственных целей и атомная энергия. В нашей стране, где вся земля принадлежит государству, работа геолога идет на пользу народу. Для исследователя недр Земли созданы самые благоприятные условия. Но для того, чтобы стать настоящим геологом, необходимо обладать всесторонними знаниями. Геолог должен хорошо знать минералогию - историю природных химических соединений, т. е. минералов, и геохимию - науку о развитии химических процессов в Земле и об истории атомов. Он должен иметь представление о геофизике - науке, изучающей физические свойства нашей планеты в целом и процессы, происходящие в оболочках Земли - твердой, жидкой и газообразной. Геофизические приемы, исследования очень помогают геологам в изучении недр Земли.

Даже знание ботаники облегчает труд разведчика подземных кладов. Оказывается, некоторые растения живут на почвах, содержащих определенные металлы. Так, например, на почвах, богатых металлом никелем, растут анемоны; на почвах с повышенным содержанием урана и селена растет астрагал; кустарник качим в Казахстане обычно связан с почвой, богатой медью, и т. д. В Америке были найдены крупные месторождения серебра исключительно по данным ботаники. Таких примеров можно привести много.

Легендарный исследователь и разведчик недр Федор Григорьевич Лепешкин

Профессия геолога очень интересна и разнообразна. Тот из вас, кто любит лес и горы, свежий воздух, ночлег в палатке, может выбрать себе специальность съемщика геологической карты. Такой геолог проводит все лето, а порой и часть весны и осени на полевой работе (т. е. в природе) и только на зиму возвращается в город для обработки собранных материалов. Как увлекательна и заманчива обработка материала впервые обследованного района, знает каждый геолог.

Прежде чем нанести на карту области распространения горных пород различного состава и возраста, геолог мысленно снимает слой почвы, всю растительность и все сооружения человека - здания, дороги и т. д.; ниже лежат коренные породы - так называют горные породы, слагающие земную кору,- их-то и показывает геологическая карта.

Для составления карты геолог выполняет геологическую съемку: маршрутную или подробную, в зависимости от масштаба карты и задания. При маршрутной съемке достаточно бывает пересечь всю исследуемую площадь по двум-трем направлениям, по которым и следует провести наблюдения над составом горных пород, их залеганием и границами распространения. На такой карте вне маршрутов съемки многое будет нанесено только предположительно, с большей или меньшей точностью. Для подробной же съемки местность должна быть изучена шаг за шагом по всем направлениям, и только тогда все границы и условия залегания пород будут показаны точно.

На карте геолог вычерчивает площадь, занимаемую каждой породой известного возраста и состава, и показывает, как она залегает (горизонтально, наклонена ли в какую-либо сторону или образует складки). Затем он отмечает на карте различные нарушения в породах - трещины разломов, рудные и иные жилы, изменения одних пород от соприкосновения с другими, разные полезные ископаемые.

Геологическая карта знакомит с внутренним строением данной местности. Собирая материал для карты, геолог изучает местность более или менее подробно и в отчете может уже описать состав горных пород, строение, историю развития, т. е. формирования, этого участка Земли. В осадочных горных породах геолог встретит остатки существовавших в прежние времена животных (раковины, панцири, кости, зубы) и растений (листья, кору, пыльцу, древесину). Эти остатки, называемые окаменелостями, изучают палеонтологи (палеонтология - наука о древней жизни). По окаменелостям геологи судят о последовательности событий, происходивших на Земле: наступлении морей на сушу, образовании гор и т. п. Органическая жизнь в течение многих миллионов лет, которые насчитывает история Земли, прошла очень длинный путь развития. Этот путь развития запечатлелся в слоях Земли с останками животных и растений.

Геолог-съемщик нанесет на карту также встреченные им месторождения полезных ископаемых. При съемке можно только бегло осмотреть месторождения, сделать небольшие расчистки, раскопки, удалить растительность и почву, закрывающие коренную породу, чтобы лучше рассмотреть форму залежи - пласт, жилу, вкрапления. Иногда геологу-съемщику удается даже проследить залежь на некоторое расстояние. Изучать месторождение будет уже другой специалист - геолог-разведчик. Если месторождение заслуживает подробного изучения, то будет произведена разведка канавами, шурфами (колодцами), буровыми скважинами. Если эта предварительная разведка даст благоприятный результат, на очередь станет детальная разведка в глубь и по простиранию (по длине) месторождения, чтобы можно было вычислить его запасы и выяснить его ценность и условия разработки ископаемого. Геолог-разведчик в найденном месторождении различными способами должен определить запасы полезного ископаемого.

Полезна и интересна деятельность рудничного геолога, ежедневно посещающего подземные выработки для осмотра действующих забоев . Этот геолог-опекун должен хорошо знать все особенности рудной жилы или пласта. Он не растеряется в случае, если жила исчезнет в связи с опусканием или сдвигом пород, и даст правильное указание, в какой стороне - вверху или внизу, справа или слева - нужно искать ее продолжение. А вернувшись из шахты или штольни , геолог запишет в дневнике свои наблюдения и заполнит карточки новых забоев. Разложив все карточки на столе и приставляя их друг к другу по вертикали и по горизонтали, он может восстановить полную картину выработанной части месторождения.

Обработка научных материалов, собранных в экспедициях, требует большого труда. Необходимо, например, изучить коллекции ископаемых растений, беспозвоночных или позвоночных животных, исследовать горные породы и минералы.

Все геологи должны уметь работать с микроскопом, чтобы определять шлифы (срезы) горных пород и минералов, шлифы с микрофауной и т. п.

В народном хозяйстве нашей страны геологи нужны всюду. Без геологических данных нельзя проектировать и строить прочно, с уверенностью, что не будет аварий и катастроф, с наименьшей затратой средств, труда и времени.

Строительство всякого рода крупных жилых, общественных и заводских зданий, шоссейных, автомобильных и железных дорог, аэродромов, больших мостов через реки, прорытие каналов и туннелей, сооружение больших плотин на реках - все эти работы требуют участия инженера-гидрогеолога.

Он должен еще до начала строительства исследовать грунт, на котором возводится сооружение, выяснить, на какой глубине надо заложить фундамент, узнать водонепроницаемость или водоносность пород под зданием, дорогой или в стенах туннеля.

Гидрогеологи изучают подземные воды, их состав и пути передвижения, выясняют условия вывода вод на земную поверхность для снабжения населенных пунктов или отвода воды, если она вредна для здоровья людей или может лишить устойчивости фундаменты зданий.

В районах, подверженных землетрясениям, геолог поможет строителям выбрать тип зданий, выдерживающий сотрясения земли.

Разработки крупных месторождений полезных ископаемых, особенно рудных, всегда производятся под наблюдением геолога. Он следит, как изменяется месторождение вглубь и по простиранию, дает указания, где вести разведочные работы и какие буровые скважины или подземные выработки нужны.

Теперь, юные друзья, вы имеете общее представление о геологии, и вам должно быть ясно, почему знание основ геологии необходимо всем для общего образования. Среди вас, несомненно, найдутся желающие посвятить жизнь этой интереснейшей науке и сделаться геологами. Геологические знания ценны для нас еще и потому, что вооружают нас силой и могуществом, властью над природой и над богатствами недр земли.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .