Выбор методов для решения геоморфологических проблем

Методы изучения древнего рельефа суши. Формы рельефа относительно редко сохраняются в ископаемом состоянии. Среди таких чаще встречаются речные долины, озерные котловины, конусы вулканов, дюны, горные хребты и пр. Реконструкция древнего рельефа производится на основе анализа фаций и формаций с помощью общих и частных методов палеогеографии.

Прежде всего устанавливается область сноса материала, т. е. область активной денудации отложений. С помощью гранулометрического анализа изучается смена фаций по площади; чем ближе к области сноса, тем более механический состав породы становится грубым и хуже отсортированным. Осадки глинистые, сменяются песчаными, галечными, валунистыми, обломочными. Окатанность их уменьшается. Иногда изменяется степень окраски. Меняется состав фауны – глубоводные, мелководные, прибрежные, наземные виды. По этим признакам реконструируется береговая линия, характер рельефа – горный или равнинный. Горный рельеф имеет большую мощность отложений во впадинах, часто грубообломочный и с быстрой сменой фаций. Равнинный рельеф характеризуется малыми мощностями, однородным составом фаций, постепенной их сменой.

О высоте древнего рельефа судят по уклонам аллювиальных отложений. Современные равнинные реки имеют уклон 0,4–4 м, горные – 1–10 м и до 100 м на один километр длины. Зная площадь распространения древнего аллювия (длина), можно примерно оценить высоту рельефа по формуле: Δh = , т. е. уклоны (Δh) равны высоте, делимой на длину. Отсюда h = Δh х L. Но всегда нужно иметь в виду еще два положения – палеотектонику и палеоклимат, т. е. нужно взглянуть на логическую модель палеофации. Палеогеоморфология очень тесно связана с практикой поиска россыпных полезных ископаемых – золота, платины, алмазов, полиметаллов.

Методы изучения древних водоемов.В основном используются органические и геохимические методы в сочетании с литологическими. Изучаются моря и озера.

Береговая линия реконструируется с помощью фациального анализа, а также характерных для побережий форм рельефа – береговые валы, дюны, остатки волнобойных уступов.

Рельеф дна древних водоемов можно оценить по наличию рифовых комплексов, подводных оползней, изменению гранулометрического состава донных осадков, изменению площадей органических остатков (ареалов).

Данные о глубине водоема (до 10–15 м) дает гранулометрия. Там, где прибрежная зона подвержена воздействию прибоя, формируются грубозернистые, галечные, плохо сортированные материалы. На литорали (глубиной менее 30 м), где наблюдаются приливы и отливы, характерны знаки ряби и песчаные волны. В этих же глубинах можно наблюдать и вынос реками илистого и песчаного материала. Более глубокие места водоемов (> 30–100 м) сложены глинистыми и кремнистыми породами, неслоистыми с остатками планктонных организмов (живших в толще воды – акул, рачков, аммонитов, белемнитов и пр.). Глубоководные однотипные осадки встречаются на разных глубинах, это зависит от размеров водоема. По данным Страхова Н. М. (1963), алевриты в океанах формируются с глубины 75–100 м, в Черном море – 15–25 м, а в Балхаше – всего с 2–3 м. Геохимия и минералогия железистых (аутигенных и глинистых) минералов позволяет определить относительные глубины. Так, у самого берега образуется детритовый гетит, а с удалением от него – шамозит, глауконит.

Однако наиболее точно относительные глубины определяются палеоонтологическими материалами. Так, наличие в геологических отложениях остатков донных водорослей является показателем мелководья, не превышающего глубину 50–70 м, так как на большей глубине не возможен фотосинтез. Коралловые постройки формируются на глубине 40–60 м. На мелководье живут моллюски с массивными раковинами. С глубиной увеличивается количество планктонных форм и сокращается количество донных, скелет которых становится хрупким. В отложениях сохраняются зубы акул, скатов, рыб, рачков, аммонитов и пр.

Определение солености производится по составу хемогенных осадков и органическим остаткам. По мере увеличения солености вод в морях происходит последовательное выпадение хемогенных осадков: карбонат кальция – карбонат магния – сульфаты – галиты. В морях с нормальной соленостью (около 35⁰/₀₀) обитали кораллы, радиолярии, головоногие моллюски, морские ежи и лилии, большинство фораминифер. В бассейнах с пониженной соленостью (20–25⁰/₀₀) широко распространялись брахиоподы, гастроподы, остракоды и харовые водоросли.

О газовом режиме вод судят по присутствию соединений железа и марганца, которые имеют переменную валентность. Окислительная среда дает наличие гематита и фосфатов, а восстановительная – присутствие сульфидов железа, марганца, цинка и свинца.

Температурный режим вод определяют по фациям-индикаторам, остаткам организмов и с помощью изотопно-кислородного анализа.

Признаками теплых водоемов служат: мощные толщи известняков, доломитов, железа, марганца, соленосные фации, остатки кораллов и граптолитов. В холодных водоемах отлагались кремнистые и гляциально-морские осадки с комплексами холодолюбивых морских организмов (фораминиферы, моллюски,остракоды, диатомовые водоросли). Бентосные фораминиферы и двустворки имеют крупные раковины в холодных условиях.

Особенно достоверные данные о древних водоемах дают диатомовые водоросли, которые освоили все экологические ниши в водоемах Земли.

Методы восстановления климатов прошлого.Показателями теплого и влажного климата служат: высокая степень выветрелости континентальных отложений и глубокое их химическое разложение; образование красноцветной коры выветривания; ископаемые почвы (красноцветы, желтоземы, красноземы); преобладание биогенного карбонатонакопления перед хемогенным в водоемах; месторождения бокситов, каолинов, каменных углей.

Признаками холодного климата являются: малая мощность коры выветривания; слабая степень химического разложения отложений; присутствие ледниковых и водно-ледниковых отложений.

О засушливом (аридном) климате свидетельствуют: известковистость всех континентальных фаций; преобладание в водоемах хемогенного карбонатонакопления; континентальное и лагунное соленакопление; широкое развитие эоловых фаций; пестроцветность.

Сезонная слоистость фаций (ленточные глины, соленосные толщи) позволяет судить о наличии и характере климатических сезонов.

Качественную оценку палеоклиматов дают остатки растений и животных. Среди них есть очень четкие индикаторы. Например, вечнозеленые растения, кораллы. Важным является видовой состав растений и животных. Чем хуже условия (холодный климат), тем беднее видовой состав. Аналогичная зависимость характерна и для морских организмов: у берегов Индонезии обитает 40 000 видов морских животных, в Средиземном море их более 6 000, а в высоких широтах – около 400 видов.

Количественную характеристику древних климатов получают по изотопному составу ископаемых организмов. Метод разработан американским ученым лауреатом Нобелевской премии Г. Юри. В скелетах живых организмов накапливаются изотопы ¹⁸О и ¹⁶О. Их соотношение в организмах меняется в зависимости от температуры окружающей среды. Соотношение ¹⁸О/¹⁶О позволяет получать количественные показатели палеоклиматов, судить о простирании климатических зон и о сезонных колебаниях. Так, изотопный метод показал, что в плейстоцене поверхностные воды Тихого океана на экваторе имели температуру на 6ºС ниже современной.

Особенно хорошие показатели климатов прошлого дает сопряженный метод исследования – спорово-пыльцевой, диатомовый, изотопный и ядерной хронологии.

Методы изучения древних ландшафтов.Древние ландшафты характеризуются особенностями геомы и биоты. О геоме мы уже упоминали, а что касается палеобиот, то восстанавливаются они с помощью палеоботанических и палеозоологических методов. Решаются следующие задачи:

1) определяется систематический состав флоры и фауны;

2) прослеживается эволюция флоры, фауны и физико-географических условий;

3) исследуются палеобиогеоценозы и их распространение;

4) проводятся палеоэкологические исследования, т. е. реконструкция жизнедеятельности организмов.

Палинологический (спорово-пыльцевой) анализ дает возможность реконструировать растительность прошлых эпох. Анализ выполняется более чем в 150 лабораториях в России и около 20 специалистами в Беларуси. Объектами изучения метода являются зерна цветочной пыльцы и спор наземных растений. Развиваясь в огромных количествах в тычинках и спорангиях (1 экземпляр щавеля продуцирует около 400 млн пыльцевых зерен), пыльца и споры высыпаются наружу и рассеиваются на обширной площади в виде пыльцевого дождя. Попадая в почву или водоемы, пыльца и споры захороняются. Их оболочка, состоящая из пробкоподобной целлюлозы и спорополленина, прочная и стойкая, что дает им возможность сохраняться очень длительное время.

Палеокарпологический анализ (изучение плодов, семян и шишек) хорошо характеризует палеофлору.

Ботанический анализ торфяников (погребенных и современных) дает возможность определить состав растений и тип торфонакопления.

Дополнительные сведения о флоре и условиях ее обитания получают другими видами анализов.

— С помощью органографического анализа исследуют отпечатки растений и их морфологию.

— Палеоксилологический анализ дает возможность изучить структуры ископаемой древесины.

— Дендрохронологический анализ применяют при изучении годичных колец и климатических сезонов.

— Диатомовый анализ позволяет изучить флору водной среды – диатомовые водоросли.

— Флорогенетический анализ используется при изучении современной флоры и определении возраста ее элементов.

— Ареалогический анализ (анализ современных ареалов) дает возможность получить информацию об их размещении, целостности и т. д.

Палеозоологические методы, как и палеоботанические, изучают отдельные группы животных, так как они характеризуют разные ландшафты и имеют разную морфологию. Кроме того, в истории Земли разные группы животных играли главные роли, поэтому они имеют свою специфику и в палеогеографии имеют собственное значение. Структура палеозоологических методов была дана выше.

С помощью палеоонтологических материалов можно получить палеоклиматические характеристики – температуру января, июля, среднегодовую, годовое количество атмосферных осадков. С помощью ареалогического метода, разработанного Иверсеном (Iversen, 1944), можно найти для каждой точки современного ареала растения и животного климатические характеристики и построить климатограммы парной корреляции для нескольких видов, которые в настоящее время редко встречаются между собой. Площадь на графике, где пересекаются все ареалы, и должна характеризовать климатические показатели прошлого той территории, где был найден подобный состав растений или животных.

Математическим методом были рассчитаны зависимости между климатическими характеристиками и структурой современных спорово-пыльцевых спектров в различных условиях. Например, для ландшафтов степей и полупустынь:

1. Средняя годовая температура = 18, 67 – (0,11 TR + 0,02 SP + 0,001 Chen).

2. Средняя температура июля = 15,8 + 0,09 TR + 0,26 Eph + 0,002 Chen + 0,013 Art + 0,065 Wodn.

3. Средняя температура января = (2,5 средняя годовая температура + 0,023 Chen + 0,13 Brya) – (20,61 + 0, 11 TR).

4. Годовая сумма осадков = 989,6 + 2,17 Pin – (8,92 Gram + 7,9 Chen + 10,9 Art + 16,11 Wodn),

где: TR – общее количество пыльцы (травянистых растений), Art – (полыней), Chen – (мариевых), Eph – (эфедры), Wodn – (водных), Pin – (сосны), Gram – (злаков), SP – (спор), Brya – (спор зеленых мхов).

Методы определения абсолютного возраста.Возраст отложений определяется по содержанию радиоактивных элементов и продуктов их распада. Во многих минералах есть радиоактивные изотопы, которые используются для датирования. Среди многих методов наиболее часто используются следующие:

1) гелиевый метод, свинцово-изотопный, где используется процесс распада урана и тория:

²³⁸U ® 8 He + ²⁰⁶Pb

²³⁵U ® 7 He + ²⁰⁷Pb

²³² Th ® 6 He + ²⁰⁸Pb;

2) калий-аргоновый:

⁴⁰K + e ® ⁴⁰ Ar;

3) рубидиево-стронциевый:

⁸⁷Rb ® b + ⁸⁷ Sr;

4) самарий-неодимовый:

¹⁴⁷ Sm ® a + ¹⁴³ Nd;

5) рений-осмиевый:

¹⁸⁷ Re ® b + ¹⁸⁷ Os;

6) радиоуглеродный:

¹⁴ C ® b + ¹⁴ N;

7) термолюминисцентный: аккумуляция энергии радиационного поля минералами.

Наиболее древние породы Земли – комплекс метаморфических и интрузивных пород района Исуа в Западной Гренландии. По данным рубидиево-стронциевого и свинцово-изотопного методов их возраст 3,8 млрд лет. Возраст метеоритов при этом составляет 4,5–4,6 млрд лет. Земля, соответственно, не может быть моложе этой цифры, т. к. произошла из метеоритный пыли.

Академик Ферсман А. Е. отметил: «...смерть атома человек сумел превратить в орудие познания мира и сделать из нее эталон времени».

Палеомагнитный методизучает остаточную намагниченность минералов, которая дает сведения о древнем магнитном поле (направление, напряженности) и об условиях, в которых происходило формирование горных пород.

Антропологический и археологический методыреконструируют особенности развития человека, хозяйственной деятельности и формирования антропогенных ландшафтов.

Исторические методы применяются в экономико-географических исследованиях и при историко-географических реконструкциях.

ОСНОВНЫЕ

ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИЕ

ФАКТОРЫ

Гипотезы о причинах изменений природных условий в прошлом разделяются на две группы – астрономо-физическую и геолого-географическую.

Астрономо-физические (космические) палеогеографические факторы.Среди космических палеогеографических факторов (причин) основным является солнечная радиация (количество и качество солнечной радиации), которую получала Земля. При этом в одних высказываниях фигурирует, что поток солнечных лучей был постоянен, но изменялось положение Земли по отношению к Солнцу. В других основное значение придается изменениям самой излучающей способности Солнца, как переменной звезды.

На изменение элементов земной орбиты в прошлом указал английский астроном Кролл в 1875 г. Принципы этого явления были математически обоснованы М. Миланковичем. Изменение солнечной радиации по планете связывали с изменением положения Земли в Солнечной системе.

1. Изменялся наклон земной оси по отношению к современному (23°24'). Более отвесное положение земной оси (<23°24') выравнивало годичное распределение солнечной радиации по широте – исчезали зимние и летние контрасты, а более пологое положение (>23°24'), наоборот, усиливало контрасты. Продолжительность таких периодов была 40 тыс. лет для плейстоцена.

На изменение наклона земной оси указывают и палеомагнитные исследования. Движение географического полюса происходило по сложной траектории от экваториальной зоны Центральной Америки до современного его положения. Полученные данные на разных материках повторяют схему движения полюсов, но фиксируют их в разных точках Земли, что говорит о движении материков.

Геологи утверждают, что экватор в докембрии был наклонен по отношению к современному под углом » 70°, а в палеозое – 45°.

2. Изменялась фигура земной орбиты. Более круглая орбита приближала Землю к Солнцу, а эллиптическая – удаляла, что сокращало или увеличивало потерю солнечной радиации за счет расстояний. Периодичность таких явлений равна 92 тыс. лет.

3. Изменение времени наступления осеннего и весеннего равноденствия, т. е. перехода Солнца через экватор, осуществляется с периодом в 21 тыс. лет.

Излучающей способности Солнца и влиянию ее на палеогеографические процессы Земли посвящены несколько гипотез. Гипотеза Эпика утверждает, что солнечная активность в результате превращения водорода в гелий временами ослабевала и потом восстанавливалась до современного уровня, что приводило к чередованию гумидных и аридных условий. Гипотеза Симсона связана с ростом активности солнечной радиации по сравнению с современной. При этом увеличивается испарение, количество облаков и осадков. Снижается температура воздуха и образуются ледники. Гипотеза Предтеченского говорит об ослаблении межзонального обмена воздушных масс в периоды активности Солнца. Гипотеза советских ученых основывается на том, что существуют долгопериодические изменения всех групп природных процессов (общая структура и рельеф материков, вулканизм и плутонизм, климат, седиментация, типы ландшафтов, эволюция флоры и фауны). По этой гипотезе выделены два типа развития природы – геократический и талассократический.

Геократический тип характеризуется широким развитием суши, резко выраженным аридным климатом, общим ослаблением осадкообразования, усилением гранитообразования, кризисом флоры, почти полным прекращением угленакопления и бокситообразования.

Талассократический тип отличают большие трансгрессии моря, гумидный климат с плотной облачностью, увеличение объемов терригенного осадконакопления, пышное развитие растительности (полихронные флоры), интенсивное накопление растительного углерода и углей.

Переходный тип связан с бурным вулканизмом, динамичной структурой ландшафтов, контрастным климатом, четкой географической зональностью, усложнением процессов осадконакопления.

В связи с этими палеогеографическими особенностями предполагается, что Солнечная система, совершая свой путь вокруг центра Галактики, проходила пространства, различно насыщенные космической материей. Так, прохождение Солнечной системы сквозь поглощающие галактические туманности могло вызывать периодические ослабления солнечной радиации, что сказывалось на климате, экзогенных процессах и условиях развития органического мира. В другом случае Солнечная система могла проходить через насыщенную космической материей туманность Галактики, которая могла явиться дополнительным фактором гравитационного воздействия, по-разному возбуждавшего земную кору, в одних случаях вызывая всплывания сиалических блоков и гранитный плутонизм (геократические фазы), в других – частичное погружение сиаля и внедрения в земную кору основного материала (талассократические фазы). Так, например, кульминационные эпохи орогенеза Г. Ф. Лунгерсгаузен и Г. П. Тамразян связывали с моментом пересечения Солнечной системой плоскости Галактики, при котором развивается максимальная скорость движения, вызываемая наибольшим сгущением масс в зоне галактического экватора. Такое одновременное и одинаково направленное воздействие меняющейся космической среды на верхние оболочки планеты (литосферу, атмосферу и гидросферу) и определило совпадение долгопериодических изменений всех основных групп экзогенных и эндогенных процессов.

Геолого-географические (планетарные) палеогеографические факторы.Тектонические и орографические факторы влияли на соотношение суши и океана, что приводило к изменению палеогеографических процессов. Если площади океана превышали площади суши, наблюдалось развитие на больших площадях однородных ландшафтов. Климат Земли становился равномерным, и циркуляционные процессы ослабевали. Это происходило в связи с тем, что большой объем воды аккумулировал тепло и долго его удерживал. Наличие больших площадей суши делает процессы более контрастными, сложнее становится зональность, климат делается более континентальным с отчетливыми межзональными контрастами и большим температурным градиентом «экватор – полюс»; усиливается атмосферная циркуляция.

Палеогеографическое значение имело географическое местоположение суши. Если площадь суши больше в высоких широтах, природа будет более контрастна, а климат более континентальным, чем в случае, когда площадь суши больше в низких широтах. Внутренние части континетов получают больше тепла и света, но меньше влаги, поэтому здесь формируются зоны степей, полупустынь и пустынь и зональность сдвигается к северу. По мере увеличения суши развивается антициклональная циркуляция атмосферы, а с ней и выхолаживание суши.

Большое значение имел гипсометрический уровень суши. Чем выше среднее значение уровня суши, тем ниже температура воздуха, меньше атмосферное давление, больше испарение. С понижением среднего уровня климат становился более теплым и влажным. Значительна также роль горных барьеров, которые влияют на формирование палеоландшафтов.

Вулканические факторы. Извержение вулканов влияет на газовый состав атмосферы и на литологические особенности отложений – пеплы, лавы, брекчии. Пылевые частицы в атмосфере являются ядрами конденсации и способствуют увеличению облачности. Частицы могут отражать солнечные лучи и снижать уровень радиации на 10 – 20%, что понижает температуру воздуха на 0,5–0,7°C. Вулканическая деятельность влияет на содержание СО₂, которое колебалось от 0,3% в раннем карбоне до 0,03% в настоящее время, что составляло разницу в температуре воздуха от «парникового эффекта» в 20°.

Океанические факторы. Л. Б. Рухин, автор монографии «Основы общей палеогеографии», отметил, что тектоника дна океана влияла на динамику вод океана. Неоднократно происходила изоляция полярных бассейнов из-за тектонических поднятий гряды Томсона, которая протянулась по дну Атлантического океана от Шотландии, через Исландию до Гренландии. В период поднятий гряды Гольфстрим не попадал в Северный Ледовитый океан, происходило охлаждение вод и оледенение океана, а за ним и материковое оледенение Евразии и Северной Америки.

Вторая особенность океанических вод – глубинная циркуляция вод, которая происходит из-за различий в их плотности. В периоды похолоданий более тяжелые холодные воды северных широт устремляются к экватору и охлаждают водную массу в районе экватора. В периоды потеплений испарение вод с океана на экваторе увеличивает соленость и плотность вод в океане. Воды экватора устремляются на север, повышая температуру океанических вод.

Соленость вод океанов является важным палеогеографическим фактором, т. к. она влияет на испарение с поверхности океанов и содержание водяных паров в атмосфере. Невысокая соленость вод древних океанов способствовала высокой влажности атмосферы. С увеличением солености в океанах увеличивалось давление водяных паров и ослаблялось испарение; понижалось содержание паров в атмосфере и увеличивалась континентальность климата.

Палеогеографический фактор состава атмосферы. Лучистая энергия Солнца на Земле превращается в тепловую, т. е. Земной шар перерабатывает волны коротких длин в длинноволновые.

Современная атмосфера пропускает 48 % солнечных лучей и задерживает 93 % длинноволнового излучения.

Водяной пар является самым хорошим регулятором соотношения коротковолнового и длинноволнового излучения, т. к. хорошо пропускает солнечную радиацию и идеально задерживает тепловое излучение. Особое значение имеют облака. В истории Земли континентальные и океанические условия сменяли друг друга, увеличивая и уменьшая испарение.

Но для образования облаков нужны ядра конденсации в виде вулканической пыли, дыма, кристалликов льда и др. В геологической истории происходило уменьшение облачности и увеличение солнечности климата.

Абсолютно непроницаемым для теплового излучения Земли является СО₂ , которого в современной атмосфере всего 0,03 % объема ее. Если бы СО₂ не было бы совсем, то среднегодовая температура воздуха Земли была бы ниже на 21°С и составляла бы –7°С. Изначально в атмосфере было 98 % СО₂, но постепенно СО₂ был связан карбонатами, а 1,5 % растворено в водах океана. Сейчас существует равновесие СО₂ в океанах и атмосфере. Ежегодно в одну и другую сторону проходит 200 млрд т СО₂. Увеличение тока СО₂ с атмосферы в океан выхолаживает Землю, образуются ледники и лед в океане. Увеличение объема океанических льдов увеличивает концентрацию СО₂ в водах, т. к. во льдах содержание СО₂ небольшое. Лишний СО₂ из океанических вод постепенно перемещается в атмосферу и поднимает температуру воздуха, исчезают льды, увеличивается объем вод океана, где уже наблюдается недостаток насыщения СО₂.

Поступление СО₂ в атмосферу связано также с извержениями вулканов, с дыханием живых организмов, минерализацией растительных и животных остатков, сжиганием органики.

Озон (О+О₂=О₃) (атом + молекула) также удерживает длинноволновое излучение и повышает температуру воздуха.

Палеоландшафтные факторы влияют на характер осадконакопления и захоронение палогеографической информации.

Антропогенные факторы преобразуют природу и создают основу для возникновения экологических проблем.

4. ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИЕ КАРТЫ____

Конечным итогом палеогеографических исследований является составление карт.

В зависимости от степени обоснованности выделяются:

– палеогеографические карты;

– схематические карты;

– схемы;

– экскизные зарисовки.

На первых двух типах карт обязательно должен быть показан фактический материал, положенный в основу выделения тех или иных палеогеографических элементов.

В зависимости от масштаба, охваченной территории и задач палеогеографические карты могут быть глобальными, обзорными, региональными и детальными. Нужно помнить, что на любой палеогеографической карте показывается обобщенная географическая ситуация на протяжении длительного времени. Временные периоды увеличиваются с древностью отложений.

Существуют специальные палеогеографические карты, на которых изображают определенный процесс, компонент природы или связи элементов (объектов). К ним относятся: палеолитологические, палеотектонические, палеогеоморфологические, палеоботанические и флористические, палеоклиматологические, палеофаунистические, палеолимнологические. Составляются карты палеогеографических условий формирования полезных ископаемых. Палеогеографические карты дополняются литолого-фациальными профилями, по которым можно проследить изменение палеогеографической ситуации во времени и пространстве.

Разработка палеогеографической карты включает в себя следующие этапы:

1. Составляется описание разрезов и скважин (вещественный состав).

2. Выделяются временные интервалы, которые интересуют исследователя.

3. По выбранному временному интервалу в пространстве изучают литологию фаций и в масштабе наносят на карту. Получается литолого-фациальная карта.

4. Строится литолого-фациальный профиль.

5. Устанавливаются условия среды осадконакопления (палеоэкологические).

6. Проводится палеогеоморфологический анализ, где определяется рельеф, области сноса и особенности континентального осадконакопления.

7. Цветом показывается палеогеографическая обстановка – водные бассейны с нормальной соленостью даются тонами синего цвета (в зависимости от глубины), с повышенной соленостью лагуны и моря – лиловым, а с пониженной соленостью и пресные – зеленым.

Денудационные низменности даются желтым цветом, а более возвышенные участки – розовыми и коричневыми цветами.

Динамика процессов показывается стрелками – снос терригенного материала, направление течения рек.

Особыми значками даются месторождения полезных ископаемых.

Для детализаций отдельных палеогеографических элементов могут быть добавлены этапы картосоставления. Например, карты условий обитания организмов, образования осадков, рудных и аутигенных минералов и т. д. требуют дополнительно разработок палеоклиматических характеристик и комплексного анализа палеогеографических карт. Получается ландшафтно-климатическая карта. На ней отображены: а) денудационные и аккумулятивные ландшафты; б) области развития зоо- и фитоценозов; в) зональные характеристики климата и их провинциальные особенности; г) количество атмосферных осадков и особенности их распределения.

С возрождением идей мобилизма А. Вегенера, которые были трансформированы в учение о тектонике литосферных плит, и развитием палеомагнитных исследований палеогеографические карты стали строиться на основе былого распределения географических полюсов, суши и океана. Эти карты называются палинспастическими. Они довольно схематичны и составляются в глобальном или региональном масштабе.

В последнее время академиком К. К. Марковым разработан метод палеогеографического сопряженного анализа опорных разрезов. Опорный разрез – это одно или несколько наиболее представленных естественных обнажений (или скважин) в конкретном районе (участке, регионе), дополняющих друг друга и несущих полную информацию о составе осадков, их стратификации и палеогеографии территории расположения районов. Основное требование, предъявляемое к опорному разрезу, – максимально высокая стратопалеогеографическая информативность, реализуемая в процессе его изучения. На основании этих материалов составляются карты палеогеографического районирования.

5.ЭТАПЫ

ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКОГО

РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ ____________

ПАЛЕОГЕОГРАФИЯ

ДОКЕМБРИЯ

Докембрий продолжался 3 млрд 950 млн лет. Разделен на три части (эры). Гадейский – доархейский этап развития Земли был длительностью 600 млн лет. Архейский этап длился 1 500 млн лет («археос» – древний). Протерозойский этап («протерос» – первичный, «зоэ» – жизнь) длился 1 850 млн лет. За отмеченное время прошло 7/8 истории Земли.

Жизнь Земли началась с момента формирования ее геосфер – оболочек Земли. Вначале образовалось ядро из железистых планетезималей (оторванных от Солнца кусочков, межзвездной пыли), не содержащих радиоактивных элементов на фазе высоких температур газово-пылевой туманности. По мере охлаждения туманности и расхода железистых соединений к ядру стали притягиваться алюмосиликаты. И чем больше становился объем ядра, тем больше формировалось в их массах алюмосиликатов с радиоактивными элементами. Постепенно ядро окружалось мантией. Мантия была хорошим теплоизолятором, отчего ядро стало пластичным. Передвижение металлической и аллюмосиликатной фаз происходило и в дальнейшем за счет кинетической энергии от бомбардировки метеоритами.

Постепенно формировалась протомантия и протокора, которые благодаря радиоактивному распаду могли неоднократно переплавлять и метаморфизировать свое вещество.

Что происходило на Земле в эти первые 500–600 млн лет, названных гадейским этапом? Следов пока не найдено, т. к. самые древние породы имеют возраст 3,96 млрд лет. Об этом можно судить по материалам с Луны и других планет.

Поверхность Земли, вероятно, была покрыта мощной толщей «насыпного» материала (до нескольких десятков метров) типа лунного реголита, который служил хорошим экраном для теплового излучения Земли. В результате радиоактивного распада кора разогревалась. Дополнительная энергия приходила в результате ударов о Землю планетезималий крупных размеров. Особенно интенсивная бомбардировка имела место около 4,0 млрд лет назад. В местах ударов образовывались кратеры с расплавленной лавой. Еще одним источником энергии явился процесс дифференциации химических элементов внутри Земли на ядро и сиалевую кору.

Бомбардировка метеоритами в верхней оболочке приводила обширные участки к плавлению и образованию пород, близких к базальтам. Внутриземного плавления еще не было, т. к. температуры земных слоев были низкими.

Таким образом, две земные оболочки уже наметились в развитии – протоядро и протомантия. Были ли в это время атмосфера и гидросфера? Этот процесс был связан с освобождением химических элементов из твердого первичного вещества Земли. Только начавшееся плавление верхней оболочки (коры) и появление базальтовых магм привело к образованию водяных паров и газов. В это время вещество атмосферы и гидросферы не было достаточно разделено и представляло смешанную парогазовую массу, окутывавшую мощным и плотным слоем всю планету. Проницаемость для солнечных лучей была очень слабой, поэтому на поверхности Земли царил мрак. Неразделенная парогазовая оболочка состояла из паров воды и некоторого количества кислых дымов: H₂O, CO₂, CH₄, CO, H₂S, SO₂ HСl, HВr, HF, Ar, H и другие газы и соединения. Часть пара конденсировалась в жидкую воду и составляла мелководные протоокеаны, воды которого были насыщены анионами от дегазации мантии и представляли собой довольно крепкий раствор HCl и H₃BO₃ c pH = 1–2. Катионы в воду не поступали, т. к. снос с суши был незначительным из-за плоского рельефа.

Архейский этап проходил в три фазы по 0,5 млрд лет – раннюю, среднюю и позднюю. Характерно наличие горных пород этого времени, что позволяет более уверенно говорить о палеогеографии ранних этапов Земной истории. Это так называемые «серые гнейсы», найденные на Канадском, Балтийском, Украинском, Алданском щитах, на востоке Южной Америки и Африки, на западе Австралии. В них большое количество Na, Ni, V и Cr и низкое K, U, Th, Rb, Ti и особенно низкое соотношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, равное 0,699–0,701 (т. е. < 1). По химическому составу это были известково-щелочные породы с высоким содержанием Na₂O, K₂O, CaO и низким – Al₂O_3. Кварца (SiO₂) в них было более 65%.

При соприкосновении с атмосферой происходило разрушение пород и вынос химических элементов, в основном катионов Na⁺, K⁺, Ca⁺⁺, Al⁺⁺⁺, Fe⁺⁺⁺, Fe⁺⁺ и других в воды океана, где формировались хлориды и фториды и постепенно раскислялся океан. Атмосфера в результате охлаждения и выветривания теряла свои кислотные дымы и конденсировала часть водяных паров. В результате этого состав атмосферы изменился и содержал: 98 % CO₂, 1,5 % N₂, 0,19 % Ar, примесей H₂O, NH₃, CH₄, H₂S. Температура была высокой, но ниже точки кипения воды (< 100^о С). Атмосфера становится прозрачнее и вместо мрака на Земле образовалась глубокая тень. Дегазация Земли продолжалась и летучие вещества H₂O, CO₂, Cl, N₂, S₂, Ar, F₂, H₂, B, Br насыщали атмосферу и океаны.

Как полагают ученые, в среднем архее вследствие неравномерности развития ядра на поверхности Земли начинают проявляться зоны постоянных лавоизлияний и постепенно базальтовая кора из «серых