Тайны прошлого в глубинах времен - Иван Ефремов

Но земная кора не остается в покое, все время происходят небольшие колебания — материк может слегка подняться или дно моря чуть-чуть опуститься. В этом случае скорость реки снова возрастет и над глиной отложатся слои песка, над известняками — глина. Еще большее повышение материка вызовет отложение песка уже на том месте, где раньше отлагались известняки на глине, глина ляжет на последний слой известняка, а известняк отодвинется еще дальше в глубь морского бассейна.

Именно такое чередование различных слоев мы и наблюдаем в геологической летописи. Слои песчаников, глин, сланцев, известняков чередуются, свидетельствуя о вечной подвижности земной коры, о вечной смене характера осадков. По толщине (мощности) слоев мы можем судить о продолжительности тех или других условий осадкообразования. Если слой известняка более толст, чем слой глины или песчаника, мы можем сказать, что отложение при малой скорости течения и, следовательно, при низком уровне материка, продолжалось дольше, чем быстрое течение. Если вдруг над слоями глин и известняков появляются крупнозернистые пески или галечники, мы, можем определенно говорить о происшедшем в это время поднятии суши. В других случаях громадные толщи в сотни метров мощности сложены однообразными породами, представляющими по характеру осадка одни и те же глины, известняки или сланцы. Тогда мы говорим, что в этом месте существовало в течение длительного периода тектоническое равновесие, т. е. суша очень медленно и непрерывно поднималась, а дно моря с равной скоростью опускалось и поэтому разность уровней (кривая: размыва) оставалась в течение длительного времени неизменной. В первой главе мы говорили о громадных толщах осадочных пород мощностью в несколько километров. Очевидно, что для накопления таких масс пород необходимо, чтобы в этом месте происходили, с одной стороны, непрерывное поднятие суши (чтобы было откуда сносить продукты разрушения), с другой — непрерывное опускание моря или озерной впадины, чтобы эти огромные массы сносимых пород могли накапливаться, не завалив собой бассейна и тем самым не прекратив всего процесса.

Всякое отложение слоев геологической летописи является результатом двух противоречивых процессов — разрушения, или денудации, и отложения продуктов денудации или осадконакопления. Более того, всякое движение небольшого участка земной коры неизбежно приводит к созданию выступа и впадины — области разрушения и области накопления. Обе эти области одна без другой существовать не могут и лишь в единстве этих двух противоречий создается великая книга геологической летописи.

Осадочные породы — документы прошлого Земли

В предыдущей главе мы рассмотрели силы и процессы, создающие пласты осадочных пород. Эти процессы изучаются геотектоникой. Она же прослеживает дальнейшую судьбу уже отложенных пород в последующие геологические эпохи. Но любая осадочная порода своим происхождением обязана не только механическому распределению частиц в потоках по силе тяжести. В результате такого механического распределения получаются только рыхлые жидкие осадки, еще очень сильно отличающиеся от тех пород различной плотности, цвета и свойств, которые слагают слои геологической летописи. Каждая осадочная порода является результатом совокупности процессов механического осаждения и той обстановки, в которой данное отложение происходило. Если, например, в жидком песчаном осадке существовала примесь извести или кремнезема, то в конечном результате получатся плотные известковые песчаники или кремнистые песчаники — кварциты. Если в тех же песчаных осадках была примесь солей железа, то в условиях прохладного климата мы получим бурые или темно-серые песчаники, окрашенные черной закисью железа. В жарком климате с энергичным солнечным освещением закись железа превратится в красную окись железа и породы получат красную окраску. Примесь животных или растительных остатков в глинах, где нет доступа воздуху, дает в конечном результате черные, богатые неразрушенным органическим веществом глинистые сланцы.

Зависимость характера осадочной породы от условий осадкообразования очень разнообразна. Вся совокупность условий механических и физико-химических процессов, образовавших данную породу, называется фацией, или лицом осадочной породы, потому что в породе, как в зеркале, отражены условия ее образования. Поэтому при тщательном изучении осадочных пород мы можем в известной степени восстанавливать условия, в которых она образовалась, следовательно, говорить о климате и географических ландшафтах прошлых геологических эпох.

Осадочная порода, состоящая из продуктов разрушения горных пород вместе с примесями тех химических соединений, которые присущи обстановке, в которой образовался этот осадок, не может существовать в этом виде — она неустойчива. Под давлением отложенных выше слоев жидкие осадки начинают уплотняться, теряют воду. Потеря воды ведет к кристаллизации тех веществ, которые существовали в растворе в момент образования осадка. Осадок затвердевает — рыхлые обломки связываются кристаллизующимися веществами в плотную горную породу. Этот процесс представляет собой конечный этап формирования слоев геологической летописи.

Тщательное изучение осадочных пород открывает перед нами скрытые в глубинах прошедших времен условия их образования и, следовательно, воскрешает картины давно исчезнувших географических ландшафтов.

Огромные трудности стоят перед исследователями, работающими в этой области. Прежде всего фации или обстановки, в которых происходит отложение осадков, чрезвычайно разнообразны. Осадки могут быть образованы в горных, степных, лесных озерах и болотах, в долинах рек, в предгорных впадинах, в устьях рек, заливах, лагунах и бухтах, в мелком море и на разных глубинах океана.

Далее, конечные продукты этих фаций — осадочные породы — в последующие геологические эпохи претерпевают разнообразные воздействия, в результате которых первичный вид породы может быть сильно изменен. Породы, выведенные на поверхность земли и только тогда доступные нашему изучению, окисляются, выветриваются, выщелачиваются грунтовыми водами или, наоборот, обогащаются вновь принесенными в растворах минеральными веществами.

Для точного восстановления процессов образования пород необходимо подробно изучить способ образования осадков в настоящее время. Только этим путем, путем сравнения мы можем уловить те тонкие различия в составе пород, которые дадут возможность отнести ее к определенной фации. Необходимы тщательные химические анализы состава пород и подробное изучение составляющих ее компонентов.

На западном склоне Урала проходит обширная полоса медистых песчаников, залегающих среди песчаников, глин и известняков пермского времени, образовавшихся около 200 млн. лет назад. На этих песчаниках в течение XVII, XVIII и XIX веков работали тысячи медных рудников, дававших нашей стране миллионы пудов меди.

Долгое время происхождение медных руд в этих породах оставалось неясным, а следовательно, и не могла быть подведена научная база под поиски и разведку новых месторождений. Вопрос был окончательно решен только методами литологического исследования осадочных пород. Пристальное изучение состава породы показало наличие обломков минералов, свойственных изверженным породам центральной части Уральского хребта. Среди измененных позднейших медных минералов нашлись крошечные частицы халькопирита — медного колчедана, большие месторождения которого и поныне разрабатываются в той же центральной части Урала. Исследование галек конгломератов (окаменелых галечников), залегающих среди песчаников, дало возможность определить дальность их переноса, другие наблюдения установили направление. Все данные совпали и, кроме того, в гальках тех же конгломератов нашлись гальки известняков с морскими раковинками верхнекаменноугольного возраста. Так создалась законченная картина образования медистых песчаников, причем было установлено место, откуда поступали продукты разрушения, и определено время размыва древнего Урала.

На этом маленьком примере, далеко не наиболее разительном, мы видим, чего может добиться литология путем изучения осадочных пород как документов истории Земли.

Напомним, что, помимо своих собственных признаков, осадочные породы содержат еще остатки животных и растений прошлых геологических эпох, изучением которых занимается палеонтология.

Органические остатки залегают в породах в виде разной величины скоплений и состоят обычно из твердых скелетных частей — раковин, хитиновых скорлупок, зубов и костей животных, твердой ткани растений. Мягкие части живых организмов почти не сохраняются в ископаемом состоянии. Лишь в очень редких случаях мы находим отпечатки или слепки мягких частей, выполненные породой, заместившей разложившееся органическое вещество. Твердые или скелетные части переходят в минерализованное состояние, т. е. в такое, в котором органическое вещество заменено теми же самыми минеральными соединениями, образующими цемент, скрепляющий всю породу. В этом виде ископаемые остатки сохраняются миллионы лет, представляя собой, в сущности, ту же осадочную породу, сохранившую лишь форму организма в мельчайших микроскопических деталях.