Под ногами у нас находится не просто почва и камни, а настоящий архив истории Земли. Каждый слой горных пород хранит сведения о том, каким был климат, где плескалось море, когда происходили извержения вулканов и как менялась жизнь на планете. Именно поэтому геологи могут рассказывать о событиях, случившихся миллионы лет назад, изучая обычный карьер, речной берег или горный склон.
Чтобы разобраться в геологических слоях, достаточно понять, как образуются разные породы, почему нижние слои обычно старше верхних и как учёные определяют их возраст. Тогда любой обрыв станет страницей огромной книги, которую Земля пишет уже более 4,5 миллиарда лет.
Как геологи читают историю Земли
Геологические слои Земли формируются постепенно, и каждый из них хранит информацию о своём времени. В одних слоях сохранились следы древних морей, в других — последствия вулканических извержений, в третьих — остатки растений и животных, живших миллионы лет назад.
Изучением этой природной летописи занимается стратиграфия — раздел геологии, который помогает понять, в каком порядке образовались горные породы и какие из них старше. Благодаря этому учёные могут восстановить историю отдельных мест и даже целых континентов.
С ней тесно связана геохронология. Если стратиграфия помогает разобраться, что произошло раньше, а что позже, то геохронология определяет возраст горных пород и геологических событий.
Из чего состоит земная кора
Земная кора состоит из разных горных пород. Одни находятся у самой поверхности, другие — гораздо глубже: они образовались миллионы или даже миллиарды лет назад. По происхождению их делят на три группы:
- осадочные;
- магматические;
- метаморфические.
Каждая из них образуется по-своему и помогает учёным узнать больше об истории Земли.
Осадочные породы
Большинство ископаемых находят именно в осадочных породах. По ним учёные могут определить возраст слоя, узнать, какие организмы жили в то время и какими были условия окружающей среды.
Осадочные породы сильно отличаются по составу. Одни состоят в основном из кварца, другие — из известняка, третьи — из глины или органического вещества. Всё зависит от того, где и как они образовались.
Состав породы тоже может многое рассказать о прошлом. Например, залежи каменной соли и гипса часто указывают на древние пересыхающие водоёмы, а большие пласты угля — на заболоченные территории с густой растительностью.
Но одного состава недостаточно, чтобы точно восстановить климат или природные условия прошлого. Геологи всегда изучают сразу несколько признаков: строение породы, ископаемые, состав минералов и положение слоя среди других пород. Только вместе эти данные позволяют понять, какой была Земля миллионы лет назад.
Магматические и метаморфические породы
Если осадочные породы рассказывают о том, что происходило на поверхности Земли, то магматические и метаморфические помогают узнать, какие процессы шли в её глубинах.
Магматические породы образуются при остывании магмы. Иногда она застывает глубоко под землёй, а иногда выходит на поверхность во время извержения вулкана. Такие породы помогают изучать древний вулканизм. Например, слой вулканического пепла может помочь определить возраст окружающих пород.
Метаморфические породы появляются, когда уже существующие осадочные или магматические породы долгое время находятся под высоким давлением и при высокой температуре. Из-за этого они постепенно меняют своё строение и состав.
Например:
- известняк превращается в мрамор;
- кварцевый песчаник — в кварцит;
- некоторые глинистые породы — в сланцы и гнейсы.
Все они образуются глубоко под землёй. Если сегодня они оказались на поверхности, значит, когда-то земная кора подняла их вверх во время образования гор.
От песчинки до камня: как образуются осадочные породы
Осадочные породы образуются и сегодня — на дне морей и озёр, в дельтах рек, болотах и даже в пустынях. Всё начинается с разрушения горных пород. Вода, ветер, ледники и перепады температур дробят их на мелкие частицы, которые затем переносятся и откладываются в новых местах. Вместе с песком и глиной здесь накапливаются остатки растений и животных.
Со временем новые слои придавливают более старые. Осадки уплотняются, а минералы постепенно «склеивают» отдельные зёрна. Этот процесс называется литификацией. Так рыхлый песок превращается в песчаник, а известковый ил — в известняк.
Образование большинства осадочных пород занимает очень много времени — тысячи, а чаще миллионы лет.
Цвет слоя: что он может рассказать
Цвет — один из первых признаков, на который обращают внимание геологи. Он помогает сделать первые предположения о происхождении породы.
- Красные и бурые оттенки обычно связаны с соединениями железа — они часто встречаются в древних континентальных отложениях и могут указывать на засушливые условия.
- Очень тёмные, почти чёрные породы нередко содержат много органического вещества. Они могли образоваться в древних болотах или на морском дне, где остатки организмов накапливались в условиях недостатка кислорода.
- Белые и светло-серые породы часто состоят из известняка или мела, которые образовались из раковин и скелетов морских организмов.
- Зеленоватый оттенок иногда связан с минералом глауконитом, характерным для некоторых морских осадков.
Как читать геологический разрез
Основой стратиграфии считается закон суперпозиции.
Чтобы определить возраст слоя, геологи изучают не только его положение, но и состав, строение и содержащиеся в нём ископаемые.
Возраст пород определяют двумя способами:
- Относительный возраст устанавливают по расположению слоёв и остаткам организмов, которые жили в определённый период и были широко распространены.
- Абсолютный возраст определяют с помощью радиометрического датирования. Учёные измеряют содержание радиоактивных изотопов в минералах и рассчитывают, сколько времени прошло с момента образования породы.
Для самых молодых природных объектов используют и другие методы. Например, по годичным кольцам деревьев можно датировать события последних тысячелетий, а ледяные керны помогают изучать изменения климата за сотни тысяч лет.
Когда слои оказываются нарушены
Не всегда слои лежат ровно друг над другом. Из-за движения литосферных плит они могут смещаться, изгибаться и даже переворачиваться. Так появляются разломы, когда породы разрываются и смещаются, и складки, при которых слои изгибаются под большим давлением.
В районах, где образовывались горы, древние породы иногда оказываются выше молодых. Поэтому одного закона суперпозиции бывает недостаточно. В таких случаях геологи изучают строение пород, их состав, ископаемые и другие признаки, чтобы правильно восстановить последовательность событий.
Такие нарушения — не помеха для исследования, а ещё одна подсказка. Они помогают понять, как менялась земная кора и когда происходили крупные тектонические процессы.
Окаменелости: как они помогают определить возраст пород
Ископаемые тоже помогают геологам понять, когда образовался тот или иной слой. Но для этого подходят не все древние организмы.
Например, трилобиты — древние морские членистоногие — встречаются только в палеозойских породах. Они исчезли около 252 миллионов лет назад во время крупнейшего массового вымирания в истории Земли. Аммониты — вымершие головоногие моллюски с закрученной раковиной — помогают датировать породы мезозоя. А белемниты — древние родственники современных кальмаров — чаще всего встречаются в юрских и меловых отложениях. Если в слое обнаружены кости нептичьего динозавра, значит, он образовался в мезозойскую эру.
Изучением ископаемых занимается палеонтология. Вместе со стратиграфией она помогает восстанавливать историю жизни на Земле и определять возраст горных пород.
Геохронологическая шкала времени: календарь планеты
Чтобы сравнивать возраст горных пород из разных уголков планеты, геологи используют геохронологическую шкалу. Она делит историю Земли на крупные этапы и помогает понять, к какому времени относится тот или иной слой. Возраст Земли составляет около 4,54 миллиарда лет. За это время на планете не раз менялись климат, материки и живые организмы.
Самые древние этапы истории Земли относятся к архею и протерозою. Вместе они входят в докембрий — самый продолжительный период истории планеты, который занимает около 88% её существования. Именно тогда сформировалась значительная часть земной коры, появились первые микроорганизмы и в атмосфере начал накапливаться кислород.
Около 541 миллиона лет назад начался фанерозой. Его делят на три эры.
- Палеозойская эра — время бурного развития жизни в морях, появления первых позвоночных, а затем растений и животных на суше.
- Мезозойская эра известна как эпоха динозавров. В конце этой эры, в меловом периоде, появились первые цветковые растения.
- Кайнозойская эра продолжается и сегодня. После вымирания нептичьих динозавров быстро распространились млекопитающие, а значительно позже появился человек.
Где можно увидеть геологические слои в России
Чтобы увидеть геологические слои своими глазами, не обязательно отправляться в научную экспедицию. Во многих регионах России есть места, где горные породы выходят на поверхность.
Одни из самых доступных — речные обрывы. Размывая берег, река постепенно открывает слои, которые формировались тысячи и миллионы лет назад. Хорошо видны геологические разрезы и в карьерах, где добывают известняк, песчаник или глину. Правда, посещать действующие карьеры можно только с разрешения и соблюдая правила безопасности.
Вот несколько мест, где можно увидеть геологические обнажения:
- Жигулёвские горы в Самарской области;
- скальные выходы древних пород на Урале;
- обнажения докембрийских пород в Карелии;
- известняковые карьеры Подмосковья.
В таких местах особенно хорошо видно, как слой за слоем формировалась история Земли.
Заключение
Изучая горные породы, ископаемые и возраст геологических слоёв, учёные восстанавливают историю Земли — от древних морей и вулканов до появления первых растений, животных и человека. Даже обычный речной обрыв или карьер могут стать страницей этой истории. Нужно лишь знать, на что обратить внимание.
