Болдушевская Л.Н. Литология и историческая геология
Подождите немного. Документ загружается.
141
продольные ребра. У древних форм ребра на стеблях в месте узлов не меняли
направление и были сквозными, у более поздних – меняли направление. В
этом случае соединение борозд в узле выглядит как поперечная
зигзагообразная линия.
Листья на стебле хвощовых располагаются мутовками. Они
различны: узкие, почти нитевидные, до удлиненных ланцетовидных,
клиновидные, перистые. Размеры
– от несколько мм до несколько см в
длину. Некоторые листья вытянуты вверх по направлению к верхушке. У
других расходятся по радиусу от стебля в одной плоскости, создавая розетку.
Листья могут расти свободно или срастались основаниями, образуя у ствола
обвертку.
Корневища (подземные горизонтальные побеги) также членисты. Они
прикреплены к узлам и
сильно разветвлены.
Споры заключены в спорангии, которые собраны в спороносные
колоски, расположенные на вершине стебля.
В ископаемом состоянии встречаются слепки внутренней полости
стволов и отпечатки стволов, отпечатки листьев, побегов, иногда органы
спороношения.
Первые хвощовые появились в девоне, расцвет их приходится на
карбон-триас. В современной флоре они представлены одним родом
Equisetum,
который объединяет несколько десятков видов. Это травянистое
многолетнее растение.
Происхождение хвощевых неясно.
Хвощевые обильны в угленосных толщах. Широко используются в
стратиграфии континентальных отложений верхнего палеозоя. Вместе с
другими растениями являются породообразователями.
Растения класса Папоротники (Filicopsida) и в современной, и
ископаемой флоре достаточно многочисленны. Они представлены и
крупными древовидными формами до 20-30 м
в высоту, и кустарниками, и
травянистыми формами. Встречаются лианоподобные папоротники.
Стебель растения (рахис) бывает простым и разветвленным. Иногда он
неразвит и является подземным.
Листья называются вайей. Размеры их различны – от несколько мм до
несколько метров. Листья могут быть цельными или сложнорассеченными.
Лист состоит из черешка и листовой пластинки, пронизанной жилками. У
прапапоротников, от которых вероятно произошли другие папоротники,
листовых пластинок не было, вместо них были уплощенные голые
ветвящиеся жилки.
По форме вайи бывают цельными, рассеченными, пальчатыми,
простоперистыми и сложноперистыми. Последние по степени сложности
различаются. У единождыперисторассеченных по бокам рахиса находятся
142
сегменты – перья. У дваждыперисторассеченных листьев от главного рахиса
отходят вторичные оси, к которым прикрепляются сегменты (перышки).
Перышки разнообразны по форме, краям, прикреплению, жилкованию,
типу прикрепления.
Выделяется четыре типа прикрепления перышек.
Пекоптеридное прикрепление осуществляется широким основанием
перышка, сфеноптеридное – клиновидным основанием, невроптеридное –
прикрепление небольшим участком основания с образованием «ушек»,
ангароптеридное – с помощью шипа
.
Жилкование бывает параллельным, дихотомическим, просто- и
сложноперистым, сетчатым.
Споры папоротников находятся в спорангиях, которые располагаются
преимущественно на нижней стороне листа или по его краю. Как у
плауновидных и хвощевидных, у папоротников спорофит (бесполое
поколение) доминирует над гаметофитом (половое поколение).
Некоторые голосеменные имеют листья такой же формы, что и
папоротниковидные, поэтому
не всегда можно уверенно определить
принадлежность стерильных (т.е. без органов спороношения) листьев даже к
отделам. Поэтому для стерильных листьев папоротниковидных и некоторых
голосеменных была разработана единая искусственная классификация, в
основу которой положены тип прикрепления, рассеченность и жилкование
перышек. Таким образом, одним и тем же названием, например, Pecopteris,
может быть назван представитель
и папоротниковидных, и голосеменных.
Первые папоротники появились в среднем девоне. Широкого
распространения достигли в карбоне и перми. Ископаемые папоротники
росли во влажных лесах умеренных и тропических поясов, но древовидные
папоротники обитали преимущественно в тропических лесах. Сейчас
папоротники также распространены и приспособились к различным
условиям: они могут жить даже в сухих
обстановках с дефицитом влаги,
вблизи ледников, а некоторые, являясь водными, в мангровых зарослях.
Папоротники используются в стратиграфии континентальных, в
основном угленосных) отложений верхнего палеозоя. По составу
папоротников можно узнать климат. Вместе с другими растениями они
являются породообразователями.
Основные признаки семенных растений:
- размножение осуществляется с помощью семян,
- мегаспоры созревают на
спорофите и не покидают его,
- гаметофит не существует как самостоятельное растение,
- появляется сосудистая система.
Растения отдела Голосеменные (Gymnospermae) (греч. gymnos –
голый, sperma – семя) отличаются от споровых наличием семени. Но у них
отсутствует завязь, семя голое, отсюда и название. Этот способ размножения
143
является более совершенным. Смена поколений как у споровых растений
отсутствует. Прорастание спор и развитие гаметофитов у них происходит
непосредственно в спорангиях, таким образом гаметофиты являются частью
спорофита.
У голосеменных имеются микроспорангии, где имеются микроспоры, и
мегаспорангии с мегаспорами. Микроспора в микроспорангиях дважды
делится и превращается в микрогаметофит, который становится пыльцевым
зерном
. После созревания пыльца высыпается из микроспорангия и
разносится ветром.
В мегаспорангиях прорастает мегаспора до многоклеточного
гаметофита, который содержит женские половые клетки. Пыльца попадает в
мегаспорангий, длительное время находится в нем и прорастает. После чего
взаимодействует с мегагаметофитом. Происходит процесс оплодотворения.
Образовавшийся зародыш развивается до определенного предела и
превращается в семя.
Семя состоит из зародыша, запаса питательных
веществ и кожуры.
По сравнению со споровыми, семенные растения имеют более шансов
на выживание. Семя благодаря кожуре может долго сохраняться
жизнеспособным в неблагоприятных условиях, а молодое растение на
первых порах имеет необходимый запас питательных веществ.
Голосеменные представлены деревьями (до 112 м), кустарниками и
иногда лианами. Наблюдается
резкая дифференциация на стебель и листья. У
современных голосеменных листья в большинстве игольчатые. У
ископаемых же они более разнообразны: округлые, языковидные,
стреловидные, лопастные, перистые, чешуевидные, игольчатые.
Семена голосеменных находятся в шишках. Шишки бывают
женскими и мужскими, пыльца находится в пыльниках, пыльцевые зерна – с
воздушными мешками. У современных голосеменных шишки могут
быть
деревянистыми (сосна, кедр) и ягодообразными (можжевельник).
Голосеменные появились в позднем девоне, расцвет приходится на мезозой.
Представители отдела Покрытосеменные (Angiospermae) (греч.
angeion – сосуд, sperma – семя) являются самыми высокоорганизованными
растениями из известных. Для них характерно наличие цветка, плода и
сосудов, поэтому для этих растений предложено несколько названий:
цветковые, покрытосеменные и сосудистые.
Процесс размножения близок как у голосеменных, но имеет и
существенные отличия. Для размножения у покрытосеменных появляется
цветок с завязью
, из которой формируется плод, а в полости завязи
созревают семена. В зависимости от числа семядолей в зародыше
покрытосеменные делятся на двудольные и однодольные.
144
Размеры покрытосеменных составляют от несколько см до 50 м
(эвкалипты). Среди них есть листопадные и вечнозеленые травы, кустарники,
лианы и деревья.
Покрытосеменные встречаются в различных условиях и
географически широко распространены. Кроме суши они обитают в пресных
водоемах (кувшинка) и в мелководной зоне морей (Зостера). Могут вести
паразитический образ жизни. Так, раффлезия,
не имеющая стебля и листьев,
проникает в корни лиан и таким образом питается от другого растения. Она
образует самый крупный в мире цветок с диаметром около метра.
Внешне покрытосеменные очень разнообразны. Листья отличаются по
форме (от пластин до колючек) и строению, по жилкованию, по
расположению на стеблях и по строению устьиц
. Для цветковых весьма
характерно сетчатое жилкование. Также весьма многообразны цветки и
плоды. Ксилема состоит преимущественно из сосудов, а не из трахеид.
Покрытосеменные появились в мелу (с баррема) и широко
распространены в кайнозое, поэтому кайнозой называют эрой
покрытосеменных (или кайнофитом). Произошли они от голосеменных,
вероятно, от беннеттитовых.
В ископаемом состоянии встречаются
листья, древесина, семена, плоды
и пыльца покрытосеменных. Они используются в стратиграфических целях.
В палеогене и неогене покрытосеменные принимали участие в образовании
бурых и каменных углей, а в четвертичное время – торфяников.
Современные покрытосеменные широко используются в народном
хозяйстве. Они играют большую роль в очистке атмосферы.
Изучением современных спор и пыльцы занимается наука
палинология, а их древних форм – палеопалинология. В ископаемом
состоянии обычно сохраняются оболочки спор и пыльцы. Они широко
используются в стратиграфии фанерозоя, в основном с девона. Благодаря
тому, что споры переносятся на огромные расстояния, их можно
использовать для корреляции отложений разного происхождения –
континентальных, лагунных, морских.
Существует несколько методик извлечения спор и
пыльцы из пород.
Процесс их выделения называется мацерацией. Породу первоначально
измельчают, затем подвергают воздействию химических соединений (кислот,
щелочей и др.). Чтобы отделить органические остатки от минеральной массы
применяют тяжелые жидкости и центрифугирование. Из выделенного из
породы органического вещества изготавливают препараты. Споры и пыльцу
изучают при больших увеличениях под микроскопом.
2.1.5.3
Царство Бактерии (Bacteria)
(греч. bacterion – палочка)
145
Бактерии относятся к прокариотам, т.е. безядерным организмам. В
целом они являются микроскопическими организмами, обычно их размер не
превышает 10 мкм, однако в районах «черных» и «белых» курильщиков
обнаружены их гигантские представители – до 1 см в поперечнике.
Форма бактерий разнообразна: округленные, прямые,
звездообразные, зонтиковидные и др. Они могут быть неподвижными или со
жгутиками.
Скопления бактерий образуют пленки, которые различимы
невооруженным глазом. Встречаются повсеместно и иногда в условиях, в
которых другие организмы существовать не могут. Например, их находят в
горячих источниках до 110-140о, в соленых водах до 32 % концентрации
NaCl.
В процессе жизнедеятельности бактерий накапливаются полезные
ископаемые: графит, карбонаты, фосфориты, нефть, газ, сера, пирит, селитра
.
Бактерии активно участвуют в круговороте веществ в природе. В
настоящее время каждый день они перерабатывают около 5 млн. тонн
сульфатов и производят в этом процессе 1.5 млн. тонн сероводорода.
К прокариотам относятся не все бактерии, а только та их часть,
которые не имели ядра в клетке - архебактерии. В палеонтологической
литературе обычно архебактерии
называют также бактериями.
Бактерии (архебактерии) известны из пород, возраст которых
составляет 3.8 млрд. лет. В отложения формации Фиг-Три (Южная Африка)
(3.2 млрд. лет) и серии Ганфлинт (Канада) (1.9млрд.) встречены органические
остатки, часть которых рассматривается также как бактерии.
2.1.5.4 Царство Цианобионты (Cyanobionta)
(греч. kyanos – синий, biontos – живущий)
Ранее цианобиотны относились к водорослям и назывались
«синезелеными водорослями», но когда выяснилось, что у них нет ядра в
клетках, их стали рассматривать среди прокариотов и дали другое название.
Иногда их называют «цианобактерии».
От бактерий цианобионты отличаются более сложной структурой,
наличием красящего пигмента и способностью выделять молекулярный
кислород при фотосинтезе.
Форма цианобионтов различна: округлая, эллиптическая,
цилиндрическая, яйцевидная и
др. Размеры их обычно микроскопические.
146
Они могут быть одиночными и колониальными, а также образовывать
многоклеточные нити, которые могут ветвиться.
Цианобионты выделяют слизь, которая окружает клетку или
скопление клеток. Красящие пигменты (каротин, хлорофил и др.) определяют
их розоватую, желтоватую, сине-зеленую и почти черную окраску.
Современные цианобионты существуют в разнообразных условиях,
но основная масса населяет пресноводные бассейны
. Они также могут жить в
условиях колебания солености и температур. Имеются цианобионты,
окисляющие сероводород до элементарной серы, которая откладывается на
поверхности их клеток. Кроме того, имеются известьвыделяющие
цианофиты.
В ископаемом состоянии цианобионты или продукты их
жизнедеятельности встречаются часто.
Известьвыделяющие цианобионты вместе с бактериями приняли
участие в создании строматолитов и онколитов.
Строматолиты – прикрепленные известковые слоистые постройки
разнообразной формы: пластовой, желваковой и столбчатой. Их образование,
точнее слоев, которые их создают, связано с сезонностью роста
цианобионтов и сопутствующих организмов.
Онколиты – круглые слоистые образования. Образуются при
перекатывании частиц (песчинки и др.), на которых нарастают цианобионты,
в неспокойной части моря.
И те, и другие не являются
окаменевшими организмами как
таковыми, все они - лишь результат жизнедеятельности организмов и
процессов осадконакопления.
Исследователь строматолитов И.Н.Крылов писал, что «строматолиты
относятся к водорослям как болотные моховые кочки к растениям,
образовавшим их». Однако это не помешало использовать строматолиты в
стратиграфии докембрийских отложений. Считают, что их разнообразие
связано со систематическим составом
организмов, их образующих.
Организмы в процессе эволюции изменяются, изменяются и строматолиты,
ими созданные. Следовательно, они могут быть использованы не только для
расчленения толщ, в которых встречаются, но и определения возраста.
Ранее строматолиты использовались широко. Сейчас значение их
уменьшилось, т.к. в сферу стратиграфии вовлекаются все более остатки
самих ископаемых организмов.
Ранее
в стратиграфии использовались и онколиты, пока не было
выяснено, что эти желвачки одной и той же формы могут встречаться на
разных стратиграфических уровнях и для определения возраста бесполезны.
Цианобионты являются первыми организмами в истории Земли,
продуцирующими свободный кислород. Биогенный кислород в атмосфере
появился около 3.7-3.5 млрд. лет и его появление связывают
именно с ними.
147
Самые древние цианобионты обнаружены (вместе с архебактериями)
в строматолитах, слагающих серию Ганфлинт (1.9 млрд. лет). В более
молодых породах их остатки обычны и часто многочисленны.
Бактерии и цианобионты дали начало эвкариотным клеткам, а
впоследствии и всем эвкариотным организмам. Считают, что современные
эвкариотные клетки животных, грибов и растений возникли в результате
сложного и
многократного слияния (эндосимбиоза, симбиогенеза) бактерий и
цианобионтов с первичной эвкариотной клеткой, которую сами же перед
этим образовали. В формировании эвкариотной клетки животных принимали
участие различные бактерии. Растительные клетки образовались в результате
слияния различных фотосинтезирующих бактерий (пурпурных и др.) и
цианобионтов, давших начало хлоропластам, осуществляющим фотосинтез.
2.2 СТРАТИГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД
2.2.1
Предмет и задачи стратиграфии
Чтобы рассказать геологическую историю Земли, нужно первоначально восстановить последовательность геологических событий.
Эту, и многие другие задачи, выполняет стратиграфический метод.
Стратиграфия – геологическая дисциплина, изучающая
последовательность формирования комплексов пород в земной коре,
первичные их взаимоотношения в пространстве и периодизацию
геологической истории. Название происходит от stratum (лат.) – пласт и
(греч.) – пишу, т.е. буквально переводится как описание пластов.
Объектом стратиграфии является не вся земная кора, а только
нормально пластующиеся геологические тела, т.
е. осадочные, вулканогенные
и метаморфические породы.
Основные задачи стратиграфии:
- расчленение разрезов,
- корреляция (сопоставление) разрезов,
- определение возраста горных пород.
Расчленение разрезов. Стратиграфическим расчленением называется
деление конкретного разреза на отдельные слои и толщи по определенным
признакам (обычно литологическим) и выяснение последовательности их
залегания.
Стратиграфическая корреляция. Это сопоставление более или
менее
удаленных друг от друга разрезов. Включает два этапа: выявление в
коррелируемых разрезах одновозрастных частей (слоев, толщ), например, с
помощью палеонтологического метода, и собственно корреляция. На
148
небольших территориях эта процедура может быть проведена методами
непосредственного прослеживания слоев, что возможно только в условиях
хорошей обнаженности. Обычно же используют косвенные методы
корреляции (литологический, палеонтологический и др.).
Определение возраста. В стратиграфии определяют относительный и
абсолютный возраст. Под геологическим относительным возрастом горных
пород понимается время какого-либо события в истории
Земли по
отношению ко времени другого геологического события. Относительный
возраст определяется с помощью различных методов, в первую очередь
палеонтологическим. Абсолютный возраст измеряется конкретно в цифрах.
Для его установления используются изотопные методы.
В итоге выполнения всех этих задач создаются стратиграфические
схемы (шкалы) разных рангов.
2.2.2 Стратиграфические шкалы и стратиграфические
подразделения
В стратиграфических шкалах графически изображается последовательность
стратиграфических подразделений, развитых в данном районе.
Стратиграфические подразделения (или стратоны)– это
совокупности горных пород, образовавшиеся в течение определенного
интервала геологического времени. Примерами являются слой, пласт, свита и
т.д. Стратиграфическая колонка, составленная для небольшого участка,
отражающая последовательность формирования пород в его пределах – это,
по-существу, уже стратиграфическая шкала.
Шкалы бывают местные, региональные и общие. Общая
стратиграфическая шкала
является эталоном, с которой увязываются
местные и региональные подразделения.
Наряду со стратиграфическими шкалами, как шкалами отложений,
существуют геохронологические шкалы – шкалы времени. В последних
показывается длительность и последовательность основных этапов развития
земной коры и Земли. Каждому стратиграфическому подразделению
соответствует геохронологическое. Например, кембрийская система -
стратиграфическое подразделение, а кембрийский период –
геохронологическое подразделение, т
.е. кембрийский период - это время
формирования отложений кембрийской системы.
Местные стратиграфические шкалы (МСШ). Эти шкалы
составляется для небольшой ограниченной площади, в пределах которой
последовательность отложений, их состав и другие их характеристики более
менее одинаковы и постоянны.
149
МСШ составляют местные стратиграфические подразделения:
комплексы, серии, свиты, пачки. Перечисленные подразделения являются
основными, кроме того, используются вспомогательные
стратиграфические подразделения, например, толща, слой (пласт) и его
модификации – маркирующий горизонт, линза и др.
Свита – основная единица МСШ и основная картируемая единица
при геологической съемке. Свита представляет собой совокупность развитых
в пределах какого
-либо геологического района отложений, четко
отличающихся от ниже- и вышележащих свит литологической и
палеонтологической характеристикой, внутренним вещественным
единством.
Свита должна иметь достаточно устойчивые основные признаки, по
которым она выделена, на всей территории своего распространения. Свита
имеет четкие или постепенные границы с подстилающими или
перекрывающими ее свитами. Взаимоотношения между свитами могут
быть
согласными или несогласными.
Каждая свита имеет стратотип – эталон, наиболее полный разрез, с
которым сравнивают другие разрезы. Стратотипы введены для того, чтобы
геологи однообразно понимали данное подразделение.
Геохронологический эквивалент местного подразделения – термин
«время». Например, торгашинская свита – торгашинское время. Это значит
время формирования отложений торгашинской свиты.
Совокупность двух и более свит
создает серию. Комплекс –
совокупность нескольких серий. Серия и комплекс могут не иметь
стратотипов.
Подразделения свиты: пачки, слои и т.д
Общая (международная) стратиграфическая шкала (ОСШ). Это
шкала, в которой все горные породы, слагающие земную кору, показаны в
определенной последовательности в соответствии с их относительным
возрастом.
Специфика общей шкалы заключается
в том, что она отражает
непрерывность стратиграфической последовательности и поэтому принята за
международный стандарт геологического времени.
Любая местная и региональная шкала не идеальна, вряд ли в какой-то
из них можно наблюдать всю последовательность отложений от древних до
молодых, развитых в данном изучаемом районе или участке. Разрезы могут
быть неполными по
разным причинам: из-за перерывов в осадконакоплении,
тектонических нарушений (срезаются части стратонов), из-за плохой
обнаженности и т.д. Возраст отдельных подразделений может быть не ясен, и
в стратиграфической колонке они будут иметь условное место.
В ОСШ нет перерывов, здесь представлена полная последовательность
всех отложений, развитых в осадочной оболочке Земли,
идеальная
150
последовательность, которая нигде в конкретном месте не наблюдается. В
шкалу включены наиболее полные местные (реже региональные)
стратиграфические подразделения, как правило, их стратотипы,
географически расположенные в разных точках земного шара. Общие
подразделения устанавливаются с помощью различных методов
исследований.
При установлении общих стратиграфических подразделений
докембрия используются проявления крупной этапности развития земной
коры в
избранных стратотипических местностях, а также смена комплексов
остатков организмов и продуктов их жизнедеятельности. Границы таких
подразделений определяются теми или иными геологическими событиями в
стратотипических местностях (проявления крупных тектонических движений
и процессов метаморфизма, усиление интрузивной деятельности, резкая
смена формаций и т.п.). Изотопные методы широко используются для
датирования докембрийских подразделений и
их границ и играют ведущую
роль в межрегиональном прослеживании подразделений.
Для фанерозоя ведущим методом установления общих подразделений
является биостратиграфический метод. Границы общих подразделений
фанерозоя определяются, как правило, биотическими событиями, т.е.
проводятся по изменению в составе комплексов организмов.
При установлении общих стратиграфических подразделений
четвертичной системы (раздел-ступень) наряду с биостратиграфическим
методом
ведущее значение приобретает климатостратиграфический; в ряде
случаев используются изотопный и палеомагнитный методы.
ОСШ состоит из стратиграфических единиц и соответствующих им
геохронологических единиц.
Общие стратиграфические подразделения Геохронологические
подразделения
1. Акротема 1. Акрон
2. Эонотема 2. Эон
3. Эратема 3. Эра
4. Система 4. Период
5. Отдел 5. Эпоха
6. Ярус
Раздел
6. Век
7. Хронозона 7. Фаза
8. Звено 8. Пора
9. Ступень
9. Термохрон-криохрон
Акротемы (акрон) – высшие по рангу подразделения общей шкалы. В
разрезе земной коры их выделено три (снизу вверх): архей, протерозой и