Страница 22 из 47
Время и место действия
Со времени возникновения на Земле биосферы у ее поверхности сталкивались три потока частиц — обломочных, органогенных и вулканических. Сочетание этих трех начал определяло облик будущей породы. На суше всегда господствовал обломочный материал, в водной среде — органогенный. Вулканические частицы в большинстве случаев оставались экзотической «приправой» к основному «блюду» из терригенных или карбонатных зерен и лишь в областях с высокой тектонической активностью, а таковые, как правило, расположены на границе континента и океана (точнее, на конвергентных границах литосферных плит), начинали играть заметную, иногда ведущую роль.
Жизнь изначально возникла в океане, а уж потом через многие сотни миллионов лет завоевала сушу. Эволюция живых существ шла в основном неспешно, лишь на определенных рубежах совершая драматические скачки. Многие из живших на том или ином этапе развития жизни организмов вообще исчезли бесследно. Сведения о других, а таких большинство, мы черпаем, изучая отпечатки, раковины и другие форменные элементы, а если говорить о колониальных формах — то органогенные постройки, конструкция которых менялась по мере исчезновения одних видов и распространения других. Среди обитавших давным-давно организмов встречаются виды, существующие и сегодня. Это геологические «долгожители». В целом же в калейдоскопе сменявших друг друга форм исследователь находит не так уж много тех, что сохранились и в современную эпоху. Каждый геологический век был отмечен определенным набором ископаемых форм организмов, и, чем больше вымерших видов с ним связано, тем точнее палеонтологи могут датировать вмещающие эти формы слои. Таким образом, когда вместе с обломочными частицами на дно поступают органические остатки, сформированные из них отложения оказываются как бы мечеными. Осадки, содержащие подобные маркеры, получают своего рода удостоверение личности. Сопоставляя подобные данные, геологи могут определить возраст отложений.
Узнаваемые органические формы, по которым можно датировать осадки, появились на поверхности планеты с геологической точки зрения не так уж давно, всего 1,2–1 млрд лет назад. Поистине разнообразным органический мир стал в более поздние геологические эры, например палеозойскую, начало которой относится к рубежу 0,6 млрд лет назад. Более древние, докембрийскис образования почти не содержат надежных биологических маркеров, и расчленять их по возрасту по-прежнему чрезвычайно трудно. Надо сказать, что далеко не все молодые осадочные толщи удастся датировать палеонтологическими методами.
В разрезах земной коры много так называемых немых слоев, лишенных палеонтологических остатков. Их возраст определяется по сопоставлению с ниже- и вышележащими отложениями, имеющими «визитную карточку», если под таковой понимать заключенную в них фауну или флору.
Подобно тому как по лицу человека можно определить его возраст, так и по внешнему облику породы можно составить самое общее представление о времени, прошедшем с момента ее образования. Есть целый ряд таких признаков: высокая плотность, неспособность размокать в воде, трещиноватость, сливная структура и др. Породы относительно молодые по возрасту в некоторых ситуациях имеют все признаки очень древних образований. Чаще всего это наблюдается в областях тектонического сжатия, где гигантские массы осадков скучиваются, деформируясь и образуя складки. Огромные давления, а нередко и температуры, существующие в недрах Земли, способны трансформировать облик относительно молодых отложений почти до неузнаваемости. Напротив, древние осадки, не погружавшиеся глубоко, сохраняют большую часть первичных характеристических черт.
Частично проблему определения возраста пород удалось решить за счет радиоизотопов. Периоды полураспада радиоактивных элементов хорошо известны. Поэтому если в осадок при его формировании попало достаточное количество радиоактивных элементов, то, установив содержание этих последних и продуктов их распада в породе, можно с достаточной точностью рассчитать длительность того промежутка времени, в течение которого происходил распад того или иного элемента. Это и будет та величина, которая принимается за абсолютный возраст вмещающей породы.
Наиболее универсальными для датировки древних осадочных образований считаются калий-аргоновый, рубидий-стронциевый и уран-свинцовый методы. Радиоактивный 40К попадает в осадок в составе вулканического пепла, который уже после захоронения обычно раскристаллизовывается в слоистые силикаты глин — К-бентонит, феррисмектит и другие минералы. Он входит в кристаллическую решетку и при образовании калийсодержащих минералов in situ. Если аргон, возникающий в процессе распада 40К, остается в их кристаллической решетке, то, установив величину K/Ar, можно рассчитать возраст породы. Одним из минералов, пригодных, помимо калиевых полевых шпатов, для определения абсолютного возраста калий-аргоновым методом, является глауконит. В его составе довольно много калия. К тому же он формируется на морском дне в условиях, как правило исключающих массовое переотложение. По глаукониту, лишенному признаков разрушения в процессе вторичного перемыва, удается получить довольно точные возрастные определения.
Возраст многих древних пород, содержащих минералы урана или тория, устанавливают, исследуя соотношения радиоактивных изотопов 238U, 235U и 232Th и стабильных изотопов свинца — продуктов их распада. Период полураспада 238U составляет 4,5·109 лет, a 232Th — 14·109 лет, поэтому, применяя свинцовый метод определения абсолютного возраста, можно, казалось бы, охватить практически всю геологическую историю Земли. Беда, однако, в том, что в большинстве пород осадочного генезиса торий и уран находятся в ничтожных количествах. К тому же различные вторичные процессы, протекающие в недрах, зачастую искажают реальную картину распределения радиоактивных элементов и производных от них изотопов свинца.
Для датирования совсем молодых осадков используется радиоуглеродный метод, основанный на определении 14С. Этот изотоп содержится в растительных органических остатках, например в древесине, в определенной пропорции с другими, стабильными изотопами углерода. Период полураспада 14С относительно невелик, поэтому радиоуглеродный метод применяется для датирования молодых отложений, с возрастом до 40 тыс. лет, если в них находятся кусочки древесины или прослойки торфа.
В последнее время разработаны и другие радиоизотопные методы, базирующиеся на определении более редких радиоизотопов, например 10Ве. Последний используется для оценки интервалов времени небольшой длительности — первые тысячи лет. Эти методы анализа требуют привлечения дорогостоящей аппаратуры и применяются для изучения относительно быстротекущих процессов и решения экологических проблем.
Если с определением возраста осадков дело в настоящее время обстоит более или менее благополучно, то установить место прошедшего геологического действия зачастую очень сложно. Здесь, к сожалению, почти неприменимы какие-либо геохимические показатели, необходимо выявить сложный комплекс признаков, которые отражают как внешнюю, так и внутренние особенности строения осадка или породы. Эти исследования находятся в компетенции литологов — специалистов по изучению осадочных пород.
Любое место на земном шаре, кроме разве что крутых и отвесных склонов гор или жерла огнедышащего вулкана, пригодно для седиментации (осадкообразования). Собственно, оно и осуществляется на любом участке земной поверхности, под водой (в том числе в глубоководных впадинах океана), в пещерах и даже подо льдами Антарктиды, сползающими на шельф и перекрывающими здесь огромные площади. Процессы накопления и аутигенеза (формирования in situ) осадков чрезвычайно многообразны и определяются той средой, в которой они реализуются. Осадки же обычно хранят память о той обстановке, где произошло их образование. Она запечатлена в мельчайших деталях внутреннего строения и во многих внешних признаках. Их совокупность именуется текстурой осадка или породы. Как у взрослого человека сохраняются черты, присущие ему в детстве, так по прошествии десятков и сотен миллионов лет в осадочной породе можно найти признаки, которые сложились на стадии осадка. Подобные сравнения можно продолжить. Каждому человеку присущи конкретные генетические особенности, по которым можно судить о его национальности. Так и осадочные породы. Те, что отложены в океане, ничего общего не имеют с речными или болотными осадками, а ледниковые наносы, громоздящиеся в конечных моренах Русской равнины, выглядят совершенно иначе, нежели барханные пески в пустыне. Ни один специалист по осадочным породам не даст ответа на вопрос: сколько разновидностей осадочных пород существует на Земле? Дело не только в том, что литология как наука находится в постоянном развитии и чуть ли не каждый год открывается какое-нибудь новое осадочное образование. Основная сложность заключается в различии подходов к выделению и классификации осадочных пород. В данной области знания еще не сложилась такая система, которую разработал Карл Линней в отношении животного и растительного мира, выделив типы, классы, отряды, роды, виды и подвиды.