История Земли

Если мы верим в то, что круговорот вещества пород действительно происходит, мы должны поверить и в то, что в течение времени, равного возрасту самых древних из известных нам пород, который измеряется миллиардами лет, внешние и внутренние процессы создавали и разрушали горные породы точно так же, как они делают это сейчас. Если бы в течение истории Земли произошли заметные изменения в ходе процессов, то есть изменения физико-химических законов, управляющих данными процессами, то в соответствии с этим древние породы должны были бы отличаться от молодых. Однако они совершенно такие же.

На этом основывается разработанный в начале XIX в. принцип, который содержит два положения. Во-первых, законы природы оставались неизменными в течение большей части (если не всей) геологической истории. Во-вторых, в течение всей истории Земли действовали те же самые процессы, что и сейчас, и скорость их колебалась в тех же пределах, что и скорость современных процессов. Таким образом, мы изучаем настоящее, чтобы понять прошлое. Внимательно исследуя породы любого возраста, мы можем определить процессы, создавшие их, и на этом основании реконструировать существовавшие тогда условия и события, происходившие в то время и в том месте, где формировались эти породы. Таков принцип актуа-лизма. Он открывает нам путь к восстановлению истории Земли, ибо что такое история, если не картина меняющихся условий среды и событий прошлого? Пока не был понят этот принцип и концепция циклов, на которой он основан, человек не понимал истории Земли. Он принимал сверхъестественные легенды за объяснение того, что происходило в прошлом. Многие на Западе верили, что Земля была создана в точности так, как об этом написано в Ветхом Завете. На Востоке существовали другие легенды. Только в XIX в. люди поняли, что земная кора - это настоящая книга, в которой записана история Земли, а слои пород - страницы этой книги. И только в XX в. был создан календарь, соответствующий данной книге и указавший действительное время многих событий в истории Земли и живых организмов. Возникновение этого календаря стало возможным благодаря использованию радиоактивности для установления возраста пород.

Теперь мы можем начать перелистывать страницы книги по истории Земли, более пристально вглядываясь в детали. После того как мы узнаем, каким образом был установлен возраст пород, мы рассмотрим внешние процессы и характеристики пород, которые указывают на условия их накопления. С помощью этих характеристик мы сможем затем проследить эволюцию литосферы и биосферы во времени.

Литература

Pearl R. М., 1965, How to know the minerals and rocks: New American Library of

World Literature, Inc., New York. Zim H. S., Shaffer P. R., 1957, Rocks and minerals: Golden Press, New York. (Paperback.)

Глава третья. Слои и геологическое время

Изучая магматические и метаморфические породы, люди узнали многое о температурах, давлении и других условиях, существующих глубоко в толще земной коры. Однако для наших целей важнее изучение осадочных пород. Важнее потому, что структуры пород и ископаемые остатки, заключенные в них, дают нам главную информацию о жизни и условиях среды в прошлом, а история живых существ интересует многих больше, чем все остальное в истории Земли. За редкими исключениями, ископаемые остатки встречаются только в осадочных породах.

Давайте рассмотрим осадочные породы как последовательность слоев, а содержащиеся в них остатки - как ряд живых организмов, сменявших друг друга в исторической последовательности.

Слои и ископаемые остатки

Как показано на рисунке 6, большая часть наносов, которые сносятся с суши, в конце концов осаждается в бассейнах, частично в пределах суши, но главным образом вне суши - в море. Эти осадки широко распространены и образуют почти горизонтальные слои; осадки со временем постепенно переходят в осадочные породы. Впоследствии территория бассейна может претерпеть поднятие и быть прорезана реками. При этом становятся видны слои, как в ломтике слоеного пирога. Если долина глубока и не покрыта растительностью, на ее бортах можно наблюдать весьма впечатляющую последовательность слоев. Перед нами как бы предстают страницы, на которых записана большая часть истории Земли. Едва ли нужно пояснять, что залегающий в самом низу слой должен быть самым древним, так как он отлагался первым, и что выше залегают все более молодые слои.

Большая часть слоев Земли содержит ископаемые остатки, главным образом остатки морских животных. Данный факт свидетельствует о том, что значительная часть (по крайней мере три четверти) известных в настоящее время слоев имеет морское происхождение. Это едва ли удивит нас, если мы представим себе, что моря - это впадины, в которых скапливаются отложения; для осадков, отложившихся на суше, вероятность размыва гораздо больше, чем для морских отложений.

Фото 3. Слои осадочных пород, выходящие в стенке Большого каньона вблизи устья Шинумо-Крик (вид на северо-запад, вниз по течению). Расстояние по вертикали от края обрыва до русла реки Колорадо (на переднем плане) около 1600 метров

Сравнение ископаемых морских организмов с подобными же организмами, живущими сейчас, хорошо показывает, что они жили не в глубоком море, а на мелководье, глубиной около 200 метров, напоминающем современные моря континентального шельфа. Многие виды жили совсем на мелководье, у самого берега. И тут мы подходим к главному пункту в наших рассуждениях. Хотя многие организмы, найденные в ископаемом состоянии в пластах пород, напоминают современные, лишь немногие из них относятся в точности к тому же виду, что и организмы, живущие в настоящее время. Они отличаются, причем эти отличия больше всего выражены в нижних, самых древних слоях и меньше в верхних, молодых. Другими словами, ископаемые организмы постепенно изменяются при переходе от нижних слоев к верхним, а как мы помним, переход от нижних слоев к верхним соответствует движению вперед во времени. Эти различия означают, что организмы изменялись с течением времени, и мы можем проследить эти изменения по остаткам, которые сохранились в пластах. Конечно, перемены происходили очень медленно.

Как мы увидим позднее, процесс эволюционных изменений не является процессом, автоматически совершающимся в самих организмах. В своей основе этот процесс состоит из изменений, являющихся косвенной реакцией на условия среды, в которых живут эти организмы. По мере того как под влиянием медленных движений земной коры или других причин моря заливали сушу или отступали, сообщества морских организмов соответственно распространялись или смещались и при этом медленно эволюционировали, то есть изменяли форму. Скорость расселения организмов была гораздо больше, чем скорость, с которой они сами изменялись. Поэтому измененные формы легко распространялись повсеместно, так что сейчас ископаемые, совершенно одинаковые или близкие по форме, могут встретиться в приблизительно одновозрастных слоях на территории двух и более континентов.

Фото 4. Ископаемые остатки беспозвоночных, обнаруженные на поверхности слоя известняка. Этот слой когда-то был дном мелководного моря, покрывавшего часть американского континента сотни миллионов лет назад

В качестве современного примера быстрого распространения организма можно привести моллюска Littorina littorea, обычно встречающегося в прибрежном мелководье. До 1852 г. этот моллюск обитал только на побережье Европы. Между 1852 и 1857 гг. он обосновался в бухте порта Галифакса (провинция Новая Шотландия, Канада), куда он предположительно был завезен с каким-либо кораблем, прибывшим из Европы. Моллюск быстро распространился к югу и, как было установлено, к 1880г. достиг гавани Нью-Хейвен, .штат Коннектикут, США, причем на сей раз он двигался самостоятельно, не прибегая к помощи кораблей. Отсюда следует, что средняя скорость его движения составляет около 50 километров в год. При такой скорости, если бы он мог двигаться повсюду, не встречая преград, чего в действительности не было, этот моллюск распространился бы по всему земному шару менее чем за 1000 лет.