Лекція "ГЕОЛОГІЧНА ІСТОРІЯ ЗЕМЛІ"

ГЕОЛОГІЧНА ІСТОРІЯ ЗЕМЛІ. ГЕОЛОГІЧНЕ ЛІТОЧИСЛЕННЯ

План

1. Геологічний вік території. Абсолютний геологічний вік.
2. Принципи поділу геологічного часу.
3. Події основних геологічних етапів розвитку Землі.
4. Сучасний геологічний період

Геологічний вік території. Абсолютний геологічний вік

Геологічним віком території вважають послідовність геологічних подій, що на ній відбувалися. Геологи створили шкалу геологічного часу, за якою визначають відносний вік гірських порід. Відносний вік живих організмів, гірських порід, епох гороутворення встановлюють завдяки вивченню скам’янілих решток рослин і тварин, які знаходять у певних гірських породах, а також враховуючи послідовність нашарування гірських порід.

Абсолютний вік гірських порід навчилися визначати пізніше за відносний, переважно за допомогою радіологічних методів, тобто за часом розпаду радіоактивних елементів, що містяться в гірських породах, зокрема урану. За будь-яких умов уран розпадається за певний час на свинець і гелій. За масою свинцю в гірських породах можна визначити абсолютний вік (у роках), необхідний для його утворення з урану, що свідчить про вік певної гірської породи. Установлення абсолютного й відносного віку дає змогу скласти геохронологічну шкалу (таблицю геологічного літочислення), у якій геологічний час поділяють на ери й періоди, установити початок і закінчення певних епох гороутворення, час появи живих організмів тощо.

Принципи поділу геологічного часу

Геологи поділяють історію існування Землі - близько 4,6 млрд років - на часові періоди. Це складний і довготривалий час, насичений колосальним числом природних явищ, подій і процесів. Протягом геологічної історії Землі відбувалися зміни будови і складу земної кори, рельєфу її поверхні, фізико-географічних умов, органічного світу, зовнішніх і внутрішніх геологічних процесів.

У тривалій історії Землі прийнято виділяти дві стадії: догеологічну, пов'язану з формуванням Землі як окремого космічного тіла, і геологічну – по суті стадію формування земної кори. Уся геологічна історія нашої планети ділиться на чотири великих періоди, що називаються еонами: гадей (4,6 – 4 мільярдів років тому), архей (4 – 2,5 мільярди років тому), протерозой (2,5 – 0,54 мільярдів років тому) та фанерозой, що продовжується і дотепер. Перші три еони об’єднують в єдиний відрізок часу, який називають докембрієм. Докембрій включає приблизно 90% геологічного часу. Він триває від 4,6 мільярда років тому до початку кембрійського періоду.

Кожен еон, кожна ера чи період починаються з якоїсь великої події планетарного масштабу - поділу континентів, істотних кліматичних змін або навіть появи нового типу тварин або рослин. Розвиток Землі відбувався не монотонно, а циклічно. Міжнародна комісія зі стратиграфії (ICS) є офіційним хронографом геологічного часу, вона встановлює поділ геологічного часу на геостратиграфічній шкалі згідно таких циклів, і тоді цією шкалою користуються геологи всього світу.

Події основних геологічних етапів розвитку Землі

На думку вчених, геологічна історія Землі розпочалася 4,6 млрд років тому, коли навколо Сонця з газопилової туманності сформувалися планети Сонячної системи. Через обертання й безперервні зіткнення комет і метеоритів, виділення радіоактивними елементами тепла поверхня Землі почала розігріватися та перейшла в розплавлений стан. Важчі елементи концентрувались у центрі Землі, а легші підіймалися до поверхні, що зумовило виокремлення ядра та мантії.

Про найперший з еонів нам відомо замало, адже з тих часів не збереглося шарів гірських порід. Кремній, алюміній та їх сполуки осідали на поверхні, утворюючи гранітний шар, а пара й гази потрапляли в атмосферу. Перегріта вода під високим тиском виносила на поверхню розчини різних елементів. Поверхневий шар із часом охолонув, затвердів і утворив тонку базальтову кору. Це і стало кінцем гадею та початком архею.

Архейський еон є найдавнішим з геологічно зафіксованих. Континентальна земна кора була тонкою і рухалася внаслідок дії внутрішніх сил планети. Земна поверхня постійно змінювалася, за сотні мільйонів років континенти формувалися й розпадалися. Материки рухалися поверхнею Землі, часом об’єднуючись у суперконтинент. Суперконтиненти, як і звичайні материки, є тимчасовими в очах геологів. Загальновживаним визначенням суперконтиненту є те, що в ньому задіяно близько 75 відсотків існуючої континентальної кори.

Близько 200 млн. років, за часів тріасу останній зафіксований суперконтинент Пангея розпався на два дуже великі континенти - Лавразію на півночі та Гондвану на півдні, відокремлені морем Тетіс. Вони, в свою чергу, розділилися на материки, які ми маємо сьогодні. Сьогоднішні континенти - це клаптики старих континентів. Ці шматки називаються кратонами ("cray-ton"), і фахівці знайомі з ними так само, як дипломати з сучасними країнами. Наприклад, блок давньої континентальної кори під більшою частиною пустелі Мохаве відомий як Мовавія. До того, як вона стала частиною Північної Америки, вона мала свою окрему історію. Кора під більшою частиною Скандинавії відома як Балтика; докембрійським ядром Бразилії є Амазонія тощо. Африка містить кратони Каапваал, Калахарі, Сахару, Хоггар, Конго, Західну Африку та ін. Всі вони блукали протягом останніх двох-трьох мільярдів років.

Уздовж розломів проявлявся магматизм. У межах України земна кора складалася з кристалічних порід магматичного й метаморфічного походження. Архейські породи є фундаментом Східноєвропейської платформи, у межах якої розташована більша частина території України. Вони виходять на поверхню в межах Українського щита.

Дегазація та вулканічна активність створили первинну атмосферу. На початку архея виникли перші водойми, де накопичувались опади, з яких утворилися найдавніші осадові породи.

У водних басейнах з’явилися перші живі організми — прокаріоти, або без'ядерні. Але в результаті перекристалізації порід в них практично не збереглися органічні залишки.

На початку протерозою суходіл значною мірою був зруйнований, а певні частини материків затоплені мілководними морями. Літосфера розтріскалася на велетенські плити, які почали дрейфувати. Процеси вулканізму й активного горотворення локалізувалися на краях літосферних плит. На кінець протерозою припала байкальська епоха горотворення.

На півдні України на початку протерозою було мілководне море, оточене з усіх боків гірськими хребтами. Гори вивітрювались, а продукти вивітрювання відкладалися на дні моря. Наприкінці протерозою на місці моря утворюються гори, а осадові відкладення метаморфізуються.

У породах протерозою вже є залишки органічного життя. Приблизно 750 млн років тому через масштабну вулканічну діяльність суперконтинент Родинія почав розпадатися. На початку протерозою відбувалася подія, що значно змінила склад атмосфери. Вона отримала назву киснева катастрофа (або киснева революція). За відносно короткий час кількість основних парникових газів, метану та діоксиду вуглецю, різко зменшилася, а молекулярний кисень почав накопичуватися в атмосфері. Вважається, що це відбулося завдяки біологічним процесам: ціанобактерії почали виробляти кисень, і уся біосфера Землі внаслідок цього перебудувалася. Організми або підлаштувалися під ці зміни, або вимерли, а газова оболонка Землі вже ніколи не поверталася до попереднього стану. Зрештою, такі умови призвели до появи складних аеробних організмів: тварин та рослин, що потребують кисень для підтримки життєдіяльності. Крім того, киснева катастрофа зробила можливими глобальні зледеніння.

Перші відомі заледеніння відбулися під час протерозою, одне почалося незабаром після початку еону, тоді як протягом неопротерозою їх було щонайменше чотири, кульмінація яких (Земля-сніжка) – варязьке та гуронське зледеніння.

Ця найдавніша серія зледенінь тривала близько 200 мільйонів років та була пов’язана у першу чергу з підвищенням рівня атмосферного кисню. Слід враховувати ще й астрофізичний факт: тоді світність Сонця була значно нижчою за сучасний рівень, і щоб компенсувати цей ефект, був необхідний ефективний парниковий газ. Впродовж архею цю роль виконував метан, але близько 2,4 мільярдів років тому його концентрації значно знизилися, і основним парниковим газом став вуглекислий газ, що і призвело до таких глобальних та масштабних змін.

Фанерозой - це поточний eoн в геологічному масштабі часу. Він охоплює приблизно 541 мільйон років. У цей період континенти дрейфували. Згодом континенти утворили материк Пангею, який, у свою чергу, розпався майже 180 млн років тому. Океан Тетіс поділив Пангею на два материки — Лавразію на півночі й Гондвану на півдні. Пізніше відбулося руйнування Гондвани та Лавразії (розходження літосферних плит) шляхом «розкриття» Індійського й Атлантичного океанів. Приблизно 65 млн років тому обриси океанів і материків уже нагадували сучасні. Унаслідок розходження літосферних плит «омолодилася» кора Тихого океану. Більша частина еволюції багатоклітинного життя відбулася саме в цей період часу. Рослинні і тваринні організми стають важливим фактором у розвитку Землі, впливаючи на зовнішні геологічні процеси і приймаючи участь в утворенні органогенних гірських порід (вапняків). Фанерозой поділяється на три ери – палеозойську, мезозойську та кайнозойську.

Палеозойська ера розпочалася 570 млн років, а закінчилася 240 млн років тому і становить 6 % від усього геологічного часу. Про цей відрізок історії Землі нагромаджено багато знань, тому палеозойську еру поділяють на 6 геологічних періодів – кембрійський, ордовицький, силурійський, девонський, кам’яновугільний та пермський. Перші три - ранній палеозой, три наступні - пізній палеозой.

У палеозойську еру певні території зазнали прогинання й були затоплені мілководними морями. У Європі величезні моря періодично вкривали Британські острови, територію Норвегії, Німеччини, Франції, Бельгії й Іспанії, а також велику область Східноєвропейської рівнини — від Балтійського моря до Уральських гір.

У палеозойську еру розвивалася багата фауна безхребетних, з'явилися нижчі хребетні, котрі пройшли складну еволюцію. У ранньому палеозої життя вирувало лише в океані. Переважали водорості, а з тварин - медузи, губки, молюски, давні ракоподібні істоти трилобіти.

Перший період палеозойської ери відомий як кембрійський період. Багато предків видів, що ми знаємо сьогодні, вперше виникли під час кембрійського вибуху на початку тисячоліть цього періоду. Незважаючи на те, що цей «вибух» життя зайняв мільйони років, це порівняно короткий проміжок часу порівняно з усією історією Землі.

Після кембрійського періоду настав ордовикський період. Цей другий період палеозойської ери тривав близько 44 мільйонів років і бачив все більше і більше диверсифікації водного життя. Протягом ордовикського періоду відбулися численні і досить швидкі зміни навколишнього середовища. Льодовики почали висуватися з полюсів на континенти, і в результаті рівень океану значно знизився. Поєднання зміни температури і втрати води в океані призвело до масового вимирання, яке ознаменувало кінець періоду.

У силурійський період перші рослини, а також перші тварини – членистоногі, вийшли з океану на заболочені краї суходолу й наситили повітря киснем до досить таки високого рівня.

У другій половині палеозою спостерігався сильний розвиток наземної флори (розквіт папоротеподібних, поява голонасінних рослин).

Диверсифікація життя була швидкою і широко розповсюдженою протягом девонського періоду. Сухопутні рослини стали більш поширеними і включали папороті, мохи та навіть насінні рослини. Коріння цих ранніх наземних рослин допомогло уникнути вивітрюванню гірських порід у ґрунт, і це створило ще більше можливостей для рослин прижитися та рости на суші. Багато комах почали бачити і під час девону. Ближче до кінця земноводні пробралися на сушу. 

Пишний розвиток наземної флори і сприятливі умови в кам'яновугільному періоді (карбоні) сприяли могутньому вуглеутворенню. Карбоновий період - це час, коли видове різноманіття ще раз довелося відновлювати з попереднього масового вимирання. У карбоні у всіх частинах світу утворилися поклади кам'яного вугілля, які складають біля 21% світових запасів і місцями сягають величезних розмірів. До цього періоду належать також родовища вугілля в Україні в Донецькому басейні. З карбоном пов'язані родовища нафти і газу.

У пермський період утворилися поклади кам'яного вугілля, що складають біля 27% світових запасів. Протягом перших частин цього періоду життя продовжувало розвиватися, і з’явилися нові види. Рептилії були повністю сформовані, і вони навіть розкололися на гілку, яка врешті-решт породить ссавців у мезозойську еру. Риби з морських океанів також пристосувались до того, щоб мати можливість жити в прісноводних водоймах на усьому континенті.

Мезозойська ера розділяється на три періоди: тріасовий, юрський та крейдовий. Впродовж мезозою тектонічна композиція Землі докорінно змінилася порівняно з палеозоєм. На зміну давнім платформам та складчастим поясам в результаті розпаду Пангеї головними тектонічними елементами поступово стають материки та западини новоутворених Атлантичного, Індійського, Арктичного та оновленого Тихого океану. У мезозойську еру органічний світ значно змінився, з'явилися птахи і перші давні ссавці, спостерігався розквіт голонасінних рослин (хвойних та ін.), поява покритонасінних рослин, утворювалися родовища кам'яного вугілля, нафти, газу. У мезозойських відкладеннях сконцентровані основні запаси нафти.

Після того, як пермське вимирання знищило понад 95% видів, що мешкають в океані, і 70% видів суші, нова ера мезозою розпочалася близько 250 мільйонів років тому.

Перший період епохи називався тріасовим періодом. Перша велика зміна спостерігалася у видах рослин, які домінували на землі. Більшість видів рослин, які пережили пермське вимирання, були рослинами покритонасінними.

У юрський період наземна рослинність досягає пишного розквіту. Цей період характеризується значним вугленакопиченням, що відбувалося переважно в озерно-болотних умовах. На частку викопного вугілля юрського періоду припадає біля 15% світових запасів. У Росії значні запаси кам'яного і бурого вугілля, що належать до цього періоду, знаходяться в Сибіру і на Далекому Сході.

До крейдового періоду відноситься 16,7% світових запасів вугілля. На суші перші дрібні ссавці почали з’являтися під час крейдового періоду. Спершу еволюціонували сумчасті, а потім інші ссавці. Еволюціонувало більше птахів, а плазунів стало більше. Динозаври все ще були домінуючими, а м’ясоїдні динозаври були більш поширеними. Наприкінці крейдового періоду та в кінці мезозойської ери відбулося чергове масове вимирання. Це вимирання вивело з життя всіх динозаврів, крім птахів, та багатьох інших форм життя на Землі.

Кайнозойська ера охоплює 66 мільйонів років з часу крейдово-палеогенового вимирання до сьогоднішнього дня включно. До кінця мезозойської ери, континенти набули майже в їх теперішнього вигляду. Лавразія розділилася на Північну Америку і Євразію, Гондвана – на Південну Америку, Африку, Австралію, Антарктиду та Індійський субконтинент, який зіткнувся з азіатською плитою. Це зіткнення породило Гімалаї. Море Тетіс, яке відокремило північні континенти від Африки та Індії, почало закриватися, утворивши Середземне море.

Для палеогенового періоду, що розпочався 66 млн і закінчився 23 млн. років тому і містить першу частину кайнозойської ери (цей період складається з палеоцену, еоцену і олігоцену), і неогенового періодів кайнозойської ери характерні розвиток і панування ссавців, птахів, костистих риб, розквіт покритонасінних рослин (злаки, квіткові, листяні рослини).

Палеогеновий період і початок неогену характеризуються інтенсивним вугленакопиченням. На їх частку припадає 17% світових запасів вугілля, значна частина якого представлена бурими і рідше кам'яними вугіллями. Великі родовища цього вугілля є в Україні в Дніпровському басейні. У неогеновий період закінчилося формування сучасних материків і морів, а також сучасного рельєфу поверхні Землі.

Період неогену  почався з 23 млн. і закінчується 2,6 млн. років тому. Неоген складається з міоцену і пліоцену.

Сучасний геологічний період

Четвертинний період поділяється на дві епохи: плейстоцен (від 2,6 млн. років тому до 11,7 тис. років тому) та голоцен (від 11,7 тис. років тому до сьогодні). У першій половині четвертинного періоду відбувалися великі зміни клімату, у зв'язку з чим мінялися флора і фауна. Клімат переважно був помірно теплим і вологим. Рослинність і тваринний світ поступово набули сучасних рис, з’явилася людина.

В антропогені відбулося загальне охолодження й осушення клімату, що призвело до кількох льодовикових епох у Європі. Найбільше – дніпровське зледеніння – поширилося на значну частину території України. Після танення льодовика сформувався сучасний вигляд природного середовища – рельєфу, річкової мережі, ґрунтів, рослинності та тваринного світу. Північна Америка, Європа і Північна Азія пережили ряд льодовикових епох, що чергувалися з більш теплими. До цього часу належать і перші етапи розвитку людства, тому інколи четвертинний період називають антропогеновим. Друга половина цього періоду (10 – 20 тис. років) наближається до сучасних фізико-географічних умов. Але сам голоцен тепер також розділений на кілька геологічних етапів, які називаються часами, Міжнародною комісією зі стратиграфії (ICS). Саме експерти Міжнародної комісії зі стратиграфії запропонували виділити ранню, середню та пізню фазу голоцену. Кожній фазі передувала суттєва зміна клімату.

Перший етап голоцену, що наступив після закінчення льодовикового періоду, назвали гренландським часом.

Середня фаза голоцену отримала назву нортгріппського часу. Він почався 8300 років тому з різкого похолодання. Його викликало швидке та масштабне танення льодовиків на території сучасної Канади, в результаті чого в Світовий океан потрапили величезні обсяги прісної води і це змінило океанічні течії.

Сучасний мейгалейський час почався 4200 років тому з великої посухи, катастрофічні наслідки якої відчувалися протягом двох століть і завдали непоправної шкоди цивілізаціям Єгипту, Греції, Сирії, Палестини, Месопотамії, долини Інду та долини Янцзи. Від інших періодів геологічної шкали мейгалейський період відрізняє те, що його початок збігся з глобальним розвитком культури, викликаним тими ж кліматичними змінами.

Таким чином, ми живемо з вами у фанерозойському еоні, кайнозойській ері, четвертинному періоді, голоценовій епосі, мейгалейському часі.