Ковалёв С.Г. (и др.) Общая геология с основами гидрогеологии и гидрологии

Подождите немного. Документ загружается.

371

зуются профили выветривания.

В экваториально-влажных лесах формируется следующий профиль

выветривания (снизу вверх, рис. 137):

– на свежих малоизмененных коренных породах располагается зона

дезинтеграции (зона дресвы);

– выше она сменяется гидрослюдисто-монтмориллонитово-бейдел-

литовой зоной;

– над ней располагается каолинитовая зона, и заканчивается полный

профиль коры выветривания латеритной или гиббсит-гематит-гётитовой

зоной.

Рис. 137. Схема образования кор выветривания (1–неизмененная порода, 2–

зона дресвы, химически малоизмененной, 3–гидрослюдисто-монтмо-

риллонитово-бейделлитовая зона, 4–каолинитовая зона, 5–охры (Al

), 6–

панцирь (Fe

+Al

), I–осадки, II–испарение, III–температура, IV– расти-

тельный опад; по Н.М.Страхову)

В самой верхней зоне развиваются латериты. Иногда над латеритной

зоной возникает своеобразный железоалюминиевый панцирь, который

именуется кирасой. Из-за своей устойчивости в гипергенных условиях

кираса бронирует рыхлый латеритный покров и предохраняет его от бы-

строго размыва. Латеритные покровы с кирасой сохранились в современ-

ных экваториальных и тропических областях. Зональность кор выветри-

372

вания можно установить по преобладающим процессам, минералообразо-

ванию или по физическому состоянию продуктов выветривания. Идеали-

зированный профиль выветривания, составленный Н.М.Страховым, пред-

ставлен на рис. 137.

Выше отмечалось, что существует два основных морфогенетических

типа кор выветривания: площадной и линейный.

Площадные коры вывет-

ривания развиваются в виде покрова плащеобразно, перекрывая обшир-

ные площади в десятки и сотни квадратных километров.

Линейные коры

выветривания имеют в плане линейное расположение и приурочены к

зонам разломов, к контактам разных по текстурно-структурным особен-

ностям и вещественному составу пород, зонам трещиноватости. В такие

зоны легче проникает вода и вследствие этого более интенсивно протека-

ет процесс преобразования горных пород, чем на соседних площадях.

Органическое (биологическое) выветривание. Разрушение горных

пород организмами осуществляется физическим или химическим путем.

Простейшие растения – лишайники – способны селиться на любой горной

породе и извлекать из нее питательные вещества с помощью выделяемых

ими органических кислот; это подтверждается опытами посадки лишай-

ников на гладкое стекло. Через известный промежуток времени на по-

верхности стекла под лишайниками появляется помутнение, свидетельст-

вующее о его частичном растворении. Простейшие растения подготавли-

вают почву для поселения на поверхности горных пород более высокоор-

ганизованных растений. Древесная растительность иногда поселяется и на

поверхности горных пород, не имеющей рыхлого почвенного покрова.

Корни растений используют при этом трещины, постепенно их расширяя.

Они способны разорвать даже очень плотную породу, так как давление,

развивающееся в клетках тканей корней, достигает 60 и даже 100 атм.

Значительную роль в разрушении земной коры в ее верхней части играют

земляные черви и особенно муравьи и термиты. Они проделывают незна-

чительные по диаметру, но многочисленные и длинные подземные ходы,

способствуя проникновению в глубь почвы атмосферного воздуха, содер-

жащего влагу и углекислый газ – мощные факторы химического выветри-

вания. Кроме того, они механически перемешивают разрыхленные вывет-

риванием массы. Но наиболее важным видом органического выветрива-

ния горных пород является почвообразование.

Почвообразование – это сложный процесс преобразования горных по-

род под влиянием органических веществ, образующихся при участии

микроорганизмов из отмирающих наземных растений (рис. 138). Расти-

тельное вещество поступает в почву, внося в нее такие элементы, как уг-

лерод, водород и кислород. Наиболее распространена в составе расти-

тельной массы клетчатка, имеющая состав С

, а также азотные со-

373

единения, содержащие до 10% азота, серу, фосфор, железо и др. Преобра-

зование органического вещества в почве происходит в форме тления или

перегнивания и зависит от доступа к нему кислорода.

Рис. 138. Схема образования почв (слева направо) бурых, подзолистых и

красноцветных в различных географических условиях (А–элювиальный го-

ризонт, В–иллювиальный горизонт)

Тление осуществляется при свободном доступе кислорода в почву. При

этом происходит полное сгорание органического вещества с образовани-

ем конечных неорганических продуктов распада, устойчивых в условиях

атмосферы. Такими устойчивыми продуктами являются вода, углекислый

газ и кислоты – серная (Н

SО

), азотная (HNO

) и фосфорная (Н

РО

Гниение – противоположный тлению процесс разложения органиче-

ского вещества, происходящий или при слабом доступе кислорода, или

без его участия (анаэробная среда). При этом образуются другие конеч-

ные продукты – метан (СН

), аммиак (NН

) и сернистый газ (Н

S).

Гумификация представляет собой как бы промежуточный тип разло-

жения органического вещества, осуществляющийся при недостаточном

доступе кислорода. Этот процесс ведет к образованию перегноя, или гу-

муса.

Гумус – это сложное вещество, представляющее собой смесь орга-

нических соединений коллоидной природы и непостоянного состава, сре-

ди которых преобладают гуминовые кислоты. Гумус образуется при уча-

стии микроорганизмов и состав его различается в зависимости от клима-

тических условий (температура, влажность), влияющих на жизнедеятель-

ность почвенных микроорганизмов (см. рис. 138).

Открытие зависимости процессов, происходящих в почве, от климати-

ческих условий принадлежит русским ученым, положившим начало науч-

ному почвоведению. Зависимость эта заключается в следующем. Гумино-

вые кислоты являются химически активными веществами, играющими

главную роль в процессе химического выветривания минералов почвы.

374

При этом образуются их соединения с отщепляемыми от минералов ще-

лочными и щелочноземельными металлами, железом и другими – так на-

зываемые гуматы. В виде коллоидных растворов они вместе с обычными

продуктами выветривания выщелачиваются из верхней части почвы, про-

сачивающейся через нее дождевой и снеговой водой и часть их вновь

осаждается в нижней части. В связи с этим почва подразделяется на два

горизонта: верхний – элювиальный, или горизонт вымывания (горизонт

А), и нижний – иллювиальный, или горизонт вымывания (горизонт В). Во

влажном климате, где через почву просачивается много воды, а образую-

щийся гумус имеет резко кислотные свойства, указанный процесс идет

особенно интенсивно. В сухом климате, где воды мало, а гумус менее

кислый, этот процесс протекает значительно слабее. Поэтому и почвы

образуются разной мощности, состава и строения.

Характер материнской породы, за счет которой образуется почва, также

влияет на ее облик, но в гораздо меньшей степени. Поэтому в одной и той

же климатической зоне почвы, развитые даже на таких резко различных

породах, как, например, гранит и суглинок, похожи друг на друга в главных

своих чертах. В разных же климатических зонах почвы всегда различны,

даже если они образовались по совершенно одинаковым породам.

Рис. 139. Схема строения почв (1–

маломощный подзол, 2–мощный подзол,

3–дерново-сильноподзолистая почва, 4–

дерново-слабоподзолистая почва; по

М.М.Жукову и др.)

_______________________________

Рассмотрим в качестве примера

почвообразования разрез почв Под-

московья (рис. 139). В этой области

преобладают так называемые подзо-

листые почвы, характерные для лес-

ной зоны умеренного пояса, с пре-

красно выраженными элювиальным и иллювиальным горизонтами. Элю-

виальный горизонт А ясно подразделяется на два подгоризонта – А

и А

Подгоризонт А

представляет собой рыхлую сероокрашенную, иногда

темно-серую землистую массу и достигает мощности 20–30 см. В него

просачивается с поверхности земли образовавшийся при разложении рас-

тительных остатков гумус. Однако он не накапливается в большом коли-

честве, так как и сами гуминовые кислоты и образующиеся при их взаи-

375

модействии с минералами почвы – гуматы, растворимы в воде, и в усло-

виях влажного климата Подмосковья быстро выносятся грунтовыми во-

дами в более низкие горизонты почвы. При этом в раствор переходят в

первую очередь карбонаты, а также свободные окислы железа и марганца.

То же происходит в еще большей степени в ниже лежащей части горизон-

та А, полностью выщелачиваемого настолько, что он теряет бурую окра-

ску, характерную для материнских пород, представленных разными суг-

линками. Возникает подгоризонт А

– обесцвеченная пепельно-серая сы-

пучая масса кварцевой пыли, похожая на золу, откуда и происходит ее

название – подзол. Подзол представляет собой бесплодный горизонт поч-

вы, лишенный всех растворимых солей и железа. Мощность этого гори-

зонта достигает нескольких сантиметров.

Коллоидные растворы, проникающие в более низкие горизонты почвы,

начинают коагулировать, осаждаясь между частицами песка и глины, сла-

гающими материнскую породу, цементируя их. Образуется характерный

иллювиальный горизонт В. Цементация обусловлена главным образом

гидроокислами железа, превращающими породу в очень плотную красно-

бурую массу. Ниже горизонта В располагается мало измененная материн-

ская порода, обозначаемая почвоведами индексом С.

В условиях степной зоны, где увлажнение умеренное и почва слабо

промывается, процесс почвообразования происходит по-другому и приво-

дит к образованию черноземов. Черноземные почвы, очень типичные для

Украины, достигают мощности 1 м. В них интенсивно накапливается гу-

мус, составляющий до 6–12%, а иногда даже до 25% от веса верхнего

элювиального горизонта и обуславливающий его черную окраску. Гори-

зонта А

здесь нет, так как выщелачивание почвы очень слабое. Атмо-

сферные воды, проникающие в нее, растворяют лишь карбонаты кальция

и переносят их в основание чернозема, где они образуют отложения из-

вести в виде примазок по трещинам и порам, округлых конкреций или

сплошь цементируют породу. Это и есть иллювиальный горизонт В, но в

отличие от подзолистых почв не железистый, а карбонатный, очень светло

окрашенный благодаря углекислой извести.

В области распространения лесных подзолистых почв, вплоть до зоны

тундр, на особенно сильно увлажненных участках широко распространены

болотные почвы. Они почти круглый год насыщены водой. Избыток влаги

создает затрудненный доступ кислорода к разлагающемуся органическому

веществу. В связи с этим, вместо гумификации, часть его подвергается

обугливанию и превращается в торф. Под поверхностным торфянистым

слоем располагается упоминавшийся уже выше зеленоватый глей или глее-

вый горизонт, связанный с выветриванием материнской породы в восстано-

вительной среде и окрашенный в голубовато-серые тона, что обусловлено

376

присутствием в нем закисного железа. При высыхании и растрескивании

такого глея в него проникает кислород воздуха, и в результате перехода

закисных соединений железа в окисные появляются ржавые пятна.

Резко противоположного типа почвы возникают в зоне полупустынь и

пустынь, в понижениях рельефа, где временно скапливается вода. После

краткого периода дождей наступает длительный период засухи. Почва

разогревается, и почвенная влага начинает по капиллярам подниматься к

поверхности земли вместе с растворенными в ней солями. Среди послед-

них наиболее частыми являются сульфаты кальция, натрия, хлориды на-

трия. Это вызывает засолонение почв, возникновение солончаков, в сухое

время сплошь покрытых белой корочкой соли.

377

Часть IV

Геологическая летопись Земли

Глава 7

ВРЕМЯ В ГЕОЛОГИИ

§50. Относительное и абсолютное летоисчисления.

Изучая современное строение Земли, геологи сталкиваются с ее про-

шлым, с разнообразными по масштабам и формам проявления геологиче-

скими событиями. Но в первую очередь геологи сталкиваются с пробле-

мой геологического времени. Когда, каким образом и в каких масштабах

происходили в прошлом те или иные события, нередко охватывающие

всю планету – перемещения материков, рождение океанов, наступления

(трансгрессии) и отступления (регрессии) моря, землетрясения, изверже-

ния вулканов? Как возникали, жили, расселялись и вымирали организмы,

которые сегодня находятся в окаменевшем состоянии в толщах горных

пород? Все эти и многие другие вопросы всегда волновали ученых.

Правильное представление об огромной длительности геологического

времени укоренилось в научной литературе далеко не сразу. Продолжи-

тельное время господствовал религиозный догмат о божественном акте

творения Земли и существовало представление о том, что наша планета

очень молода. Безоговорочно принималось, что Земля и вся Вселенная

возникли в течение нескольких дней около 6000 лет назад. Однако пере-

довые мыслители и естествоиспытатели античности, а затем и ученые

эпохи Возрождения стали высказывать мнения о большой длительности

истории Земли, о многогранности и огромной масштабности происхо-

дивших на ее поверхности и в недрах геологических процессов.

Развитие точных наук – механики и астрономии, химии и физики – да-

ли возможность по-новому подойти к проблеме происхождения Земли и

возрасту слагающих земную кору горных пород. Однако библейские тек-

сты еще долгое время сдерживали прогрессивные и в целом правильные

представления. Даже такой знаменитый естествоиспытатель, как

И.Ньютон, с именем которого связана целая эпоха в физике и механике,

признавал авторитет Священного Писания и на основе библейского текста

вычислил, что Земля будто бы существует всего 6030 лет.

Ж.Бюффон, автор многотомной «Естественной истории», к оценке

возраста Земли подошел довольно оригинально. Он был автором космо-

гонической гипотезы о происхождении Земли как обломка Солнца, ото-

378

рванного ударом гигантской кометы. Эта гипотеза в свое время была об-

щепризнанной и получила широкое распространение. Он считал, что воз-

раст Земли можно определить опытным путем на основании вычисления

времени остывания гигантского раскаленного шара. Ведь в то время счи-

талось, что Земля вначале была огненным шаром. На основании этого

Ж.Бюффон оценил продолжительность истории Земли в 775 тыс. лет.

К вопросу о возрасте Земли и о геологическом времени ученые подхо-

дили с разных позиций – от вычисления скорости осадконакопления до

продолжительности жизни отдельных особей, видов, родов, сообществ,

семейств и отрядов животного и растительного царств.

В настоящее время на основании определений возраста образования

минералов, слагающих горные породы, установлено, что самые древние

горные породы на Земле возникли около 4 млрд. лет назад, а образование

планеты Земля произошло 4,66 млрд. лет назад.

Любые геологические исследования начинаются с определения соста-

ва отложений, с последовательности их образования, взаимного располо-

жения слоев и напластований. Все это необходимо для того, чтобы с мак-

симальной достоверностью показать распространенность, реконструиро-

вать условия образования осадков и пластов, раскрыть геологическую

историю развития региона и расшифровать характер событий, которые

оказались запечатленными в толщах горных пород, а также определить,

происходили ли все эти события в одно и то же время либо в разное, а

затем оценить, какое событие произошло раньше, а какое позже.

Раздел геологической науки, изучающей слои земной коры, их взаим-

ное расположение и последовательность возникновения, называют

стра-

тиграфией

(от лат. «стратум» – слой, «графо» – пишу, описываю). В зада-

чу этой науки входят расчленение осадочных и вулканогенных пород на

отдельные слои или пачки, определение содержащихся в них остатков

ископаемой фауны и флоры, установление возраста слоев или пачек, со-

поставление выделенных слоев в одном разрезе с соседними, составление

сводного разреза отложений региона, а также разработка региональных

стратиграфических шкал и определение их соотношения с существующей

единой или Международной стратиграфической шкалой. Но для того что-

бы решить все поставленные выше задачи, необходимо в первую очередь

установить возраст слагающих толщи пород.

Давно было замечено, что нижележащие слои горных пород в своем

ненарушенном состоянии всегда древнее вышележащих. В 1669 году

Н.Стено установил закон, который носит название «закон последователь-

ности напластований». Это положение дает возможность провести лишь

относительную датировку слоев и событий (один моложе или древнее

другого), но не позволяет оценить количественно продолжительность гео-

379

логического времени, даже если в слоях земной коры встречаются иско-

паемые остатки организмов.

Современные представления о геологическом времени и возрасте Зем-

ли сложились на основе почти 300-летнего исследования. По взаимному

залеганию слоев горных пород различного состава еще в XVIII в. были

предприняты попытки установить временную последовательность осад-

конакопления. Итальянский геолог Дж.Ардуино во время работы на севе-

ре Апеннин предложил различать четыре типа гор: примитивные или ми-

неральные, сложенные кристаллическими породами без органических

остатков; вторичные, состоящие из мраморов и слоистых известняков с

морскими ископаемыми; третичные – низкие горы и холмы, сложенные

гравием, глинами, мергелями с обильными остатками морских животных,

и четвертичные – земляные и каменные выносы горных потоков. Эту тер-

минологию использовали в других районах Европы, а названия «третич-

ные» и «четвертичные» сохранились до наших дней.

По напластованиям осадочных горных пород, особенно тогда, когда

слои располагаются горизонтально, можно отчетливо установить относи-

тельную геологическую хронологию, т.е. временную последовательность.

После того как установлено взаимное расположение пластов по особенно-

стям их строения, происходит прослеживание однородных пластов на

расстоянии, даже если они находятся на разных уровнях (рис. 140). В ка-

ждом природном обнажении, если мы точно знаем, что пласты находятся

в ненарушенном состоянии, более глубокие (нижележащие) слои всегда

древнее перекрывающих. Изучение относительной возрастной последова-

тельности осадочных пород по условиям взаимного залегания пластов

позволяет построить стратиграфическую колонку .

Рис. 140. Схема стратиграфического сопоставления пород в различных разрезах

Установление возрастной последовательности напластований в одном

обнажении не представляет особой трудности. Каким же образом можно

сравнивать между собой довольно далеко отстоящие друг от друга обна-

жения? Еще в XVIII в. естествоиспытатели обратили внимание на то, что

380

слои осадочных пород содержат ископаемые остатки животных в виде

раковин и скелетов, а также отпечатки растений.

Ископаемые остатки в нижележащих пластах отличались от более мо-

лодых, и тем сильнее были эти отличия, чем древнее оказывались слои,

содержащие остатки ископаемых организмов. Было замечено, что пласты

морских осадочных пород одного и того же возраста содержат одинако-

вые остатки древних организмов. Это дало возможность геологам разра-

ботать один из важнейших методов расчленения и сопоставления разре-

зов. Здесь на помощь пришел палеонтологический метод.

Палеонтология занимается изучением ископаемых остатков животных

и растений, определением их систематической принадлежности в общей

иерархии и их строения, которые в целом способствуют установлению

закономерностей эволюционного развития органического мира.

В начале XIX веке возникла реальная возможность построения свод-

ной геологической шкалы относительной хронологии. Ее относительность

вытекает из того, что анализ и определение видовой или родовой принад-

лежности ископаемых остатков не могут точно указать время образования

горных пород, их заключающих, и продолжительность существования

самих организмов, но позволяют определить относительную древность,

молодость или одновозрастность напластований относительно какого-то

заранее взятого слоя и провести сопоставления.

На основе этапности развития органического мира и минерального со-

става вмещающих их осадочных образований в течение XIX веке были ус-

тановлены все известные в настоящее время и широко применяемые стра-

тиграфические единицы – эратемы, системы, отделы и ярусы. Самой круп-

ной стратиграфической единицей является эратема, в состав которой вхо-

дит несколько систем. В свою очередь системы состоят из отделов и ярусов.

Каждой стратиграфической единице присвоены собственные названия.

В начале XIX века В.Смит предложил палеонтологический метод, кото-

рый был затем детально разработан Ж.Кювье и А.Броньяром. Важную роль

в этом методе играют те группы организмов, которые существовали в тече-

ние короткого времени и были распространены во всех морях и океанах и

на многих континентах. Такие роды и виды организмов оказались своеоб-

разными реперами в геологической истории и получили название руково-

дящих ископаемых. Руководящими формами ископаемых организмов в

континентальных отложениях являются скелеты динозавров или их фраг-

менты, скелеты птиц, приматов, лошадей и следы их жизнедеятельности

(отпечатки следов, кладки яиц), а также остатки растений (отпечатки листо-

вой флоры, остатки фрагментов веток, стволов, побегов, минерализованные

окремненные либо известковые остатки). Среди морских организмов руко-

водящими являются граптолиты, трилобиты, брахиоподы, мшанки, голово-