Геологические часы - Александр Олейников

В последние десятилетия в арсенале науки об относительном возрасте Земли появился еще один метод, получивший название спорово-пыльцевого. При спорово-пыльцевом анализе исследуют ископаемые остатки пыльцы семенных растений и спор, принадлежащих древним споровым, таким как мхи, плауны, папоротники. Ветер и водные потоки разносят мириады этих частиц по поверхности Земли. Одни из них захороняются на суше, другие попадают на дно водных бассейнов. Внутренние оболочки пыльцы и спор со временем разрушаются. Зато плотные внешние их покровы превосходно сохраняются в ископаемом состоянии. Достаточно сказать, что ископаемые споры известны по меньшей мере с кембрия. Впервые примененный для уточнения истории современных лесов и торфяников спорово-пыльцевой метод занял ныне видное место в ряду исследований, позволяющих устанавливать возраст осадочных пород.

Иногда, чаще всего в морских отложениях, вместе со спорами и пыльцой растений встречаются микроскопические организмы — перидинеи и акритархи. Установлено, что пери-динеи представляют собой ископаемые остатки динофлагеллят (или жгутиковых) — одноклеточных существ, имеющих признаки как растений, так и животных. Что же такое акритархи — пока не вполне выяснено. Одни исследователи считают их мелкими колониальными животными, другие — яйцами ракообразных, водорослями или даже динофлагеллятами, облеченными в цисту (оболочка, которой окружают себя некоторые организмы, попадая в неблагоприятные условия). Но хотя природа этих микрофоссилий продолжает еще оставаться неясной, их обилие и широкое распространение заставили ученых взять на вооружение и эту группу, которая также помогает решать вопрос о возрасте пород и условиях их образования.

Вместе с акритархами и динофлагеллятами предметом стратиграфических исследований стали диатомовые и золотистые водоросли. Все эти четыре группы палеонтологических объектов объединяются под общим названием «нанопланктон».

В ряду новых направлений исследований растет значение палеокарпологии (от латинского «карпус» — семя) — отрасли палеонтологии, занимающейся изучением ископаемых плодов, семян и мегаспор папоротникообразных. Судя по успехам, достигнутым при определении возраста кайнозойских отложений, можно надеяться, что палеокарпологические методы окажутся полезными и для стратиграфии более древних образований.

Возникла и развивается еще одна палеонтологическая дисциплина — палеомикология, предметом изучения которой являются ископаемые грибы. Остатки грибов в неисчислимом множестве можно обнаружить в древних осадочных породах, погребенных почвах, углях, горючих сланцах и торфе. Водные грибы-паразиты поражали водоросли, чешую рыб и скелетные образования беспозвоночных. А среди наземных отложений грибы можно найти в окаменелой древесине, в янтаре, на отпечатках листьев и на костях вымерших животных. Столь широкое распространение представителей грибного царства позволяет привлекать палеомикологические данные для восстановления условий обитания организмов, а при изучении докембрийских образований — и для расчленения осадочных толщ.

В стратиграфических целях могут быть использованы не только сами остатки живых существ, но даже свидетельства их жизнедеятельности: ходы роющих и сверлящих животных, следы ползания червей и пресмыкающихся, отпечатки на мягком грунте лап позвоночных, разнообразные жилищные постройки, следы линьки и остатки физиологических отправлений древних животных. Этот класс объектов изучает палео-ихнология (от греческого «ихнос»—след).

Представители того или иного вымершего вида могут встречаться в различных по своей протяженности интервалах разреза осадочных отложений, что косвенным образом указывает на продолжительность существования этого вида. Сравнивая закономерности распределения различных организмов во времени, удается установить стратиграфическую ценность каждого из них и обосновать точность, с которой можно измерить продолжительность геологических событий.

Трудом многих поколений палеонтологов создается шкала относительного времени — геологический календарь фанеро-зоя. В несколько упрощенном виде календарь этот показан в табл. 2.

Ископаемые остатки древних растений и животных позволяют выяснить последовательность залегания земных слоев и достаточно точно сопоставить пласты, заключающие окаменелости. По ним можно судить, древнее или моложе тот или иной пласт по сравнению с другим. Остатки организмов укажут, на каком этапе истории Земли образовались изучаемые отложения, позволят соотнести их с определенной строкой геохронологической шкалы. Но если породы «немые», т. е. не содержат ископаемых организмов, этот вопрос решить невозможно. А между тем многокилометровые толщи докембрийских образований лишены окаменелостей. Стало быть, чтобы определить возраст древнейших слоев Земли, необходимы какие-то иные методы, принципиально отличающиеся от традиционных приемов, взятых на вооружение палеонтологией.

ЛЕТОПИСЬ ДРЕВНИХ СКАЛ

О разрушении горных пород и директоре Королевского ботанического сада

Во второй половине XVIII столетия директор Королевского ботанического сада, французский естествоиспытатель Жорж Бюффон попытался определить возраст Земли. Бюффон предполагал, что Земля первоначально была раскаленным шаром, оторвавшимся от Солнца при столкновении его с большой кометой, и поставил такой опыт. Он добела раскалял в кузнечном горне каменные пушечные ядра и записывал, за сколько времени они успевали полностью охладиться на воздухе. Земля, рассуждал Бюффон, представляет собой огромный каменный шар, и если она была некогда раскаленной, то и остывать должна во столько раз медленнее, во сколько раз она больше пушечного ядра. Расчеты Бюффона показали, что время, необходимое для полного остывания земного шара, составило бы 75 тыс. лет.

Эта цифра, в 15 раз состарившая Землю по сравнению с традиционными библейскими представлениями, вызвала недовольство в церковных кругах. Но Жорж Луи Леклерк, граф де Бюффон — известный ботаник и зоолог, автор знаменитой 36-томной «Естественной истории» — мог не опасаться нападок духовенства. Значительно серьезнее для него была критика со стороны ученых, которые тоже не могли принять новую датировку: ведь если говорить строго, то мы и сегодня достоверно не знаем, остывает ли Земля или, наоборот, разогревается.

Смелые вычисления Бюффона стали достоянием научных архивов. И только почти полстолетия спустя,в 1833 г., искания возобновились.

Во французском городе Лиможе высится старинный собор, сложенный из гранитных глыб. От времени стены его стали понемногу разрушаться и к началу прошлого века покрылись тонкой рыхлой корочкой. Естествоиспытатель Антуан-Сезар Беккерель (дед знаменитого физика) измерил толщину разложившегося слоя гранита и сравнил ее с толщиной такой же корочки на скалах, откуда был взят камень для постройки собора. Зная по историческим документам, в каком году был построен собор, Беккерель вычислил скорость разрушения гранита. Если эта скорость была постоянной, то по ней можно было судить и о том, сколько лет потребовалось для образования коры выветривания на окрестных скалах, не тронутых человеком.

Простой и наглядный метод определения продолжительности разрушения скал заинтересовал геологов и заставил подумать, нельзя ли попытаться подобным образом выяснить возраст и других геологических событий. Подходящее для эксперимента место было найдено в окрестностях Женевского озера.

Еще сравнительно недавно значительная часть европейского материка была покрыта ледниками. Один из ледников, двигаясь, отполировал поверхность известняковых холмов в Савойе. Со временем ледник отступил, и под действием солнца и дождей известняк стал постепенно разрушаться или, как говорят геологи, выветриваться.

Проходили тысячелетия. Территория нынешней Савойи была захвачена римлянами. Завоеватели стали возводить крепости и устроили в известняковой горе каменоломни. За 18 столетий, минувших со времени римского нашествия, стены у входа в каменоломни успели покрыться слоем выветривания, толщина которого достигла 3 мм. Сравнив толщину этой корочки, образовавшейся за 1800 лет, с 35-сантиметровой корой выветривания, покрывающей поверхность отполированных ледником холмов, можно предположить, что оледенение покинуло здешние края около 210 тыс. лет назад. За этими первыми попытками определить истинный возраст геологических событии последовали более точные опыты.

В 1870 г. Фридрих Пфафф, профессор университета в Эрлангене (Швейцария), взвесил на аптекарских весах и положил на пень в своем саду две отполированные пластинки. Одна из них была изготовлена из известняка, другая из кристаллической горной породы — сиенита. Два года пролежали пластинки под открытым небом. Поверхность известняковой плитки сделалась матовой. Потускнела и сиенитовая дощечка. Тогда Пфафф снова взвесил обе пластинки и установил, что они стали легче. Вычислив, сколько каждый образец ежегодно терял в массе, исследователь рассчитал, что известняковые скалы должны разрушаться атмосферными явлениями на 1 м за 72 тыс. лет, а сиенитовые почти в 10 раз медленнее — за 731 тыс. лет.