Геологическая история Земли как история биосферы.
12. Основные геологические и биологические особенности протерозоя и фанерозоя.
ГЕОХРОНОЛОГИЯ (геологическое летосчисление), учение о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору. Различают:
· Относительная геохронология использует принцип последовательности напластования горных пород; устанавливается т. н. стратиграфическая шкала с подразделениями — эонотема, эратема и т. д., которая служит основой для создания геохронологической шкалы (последовательности отрезков времени) с соответствующими подразделениями — эон, эра, период и т. д. (см. таблицу).
· Для абсолютной геохронологии, исчисляемой в тысячах и миллионах лет и устанавливающей радиометрический возраст, используется радиоактивный распад ряда элементов, который идет с постоянной скоростью и не меняется под воздействием внешних условий. Абсолютная геохронология предложена в начало 20 в. П. Кюри и Э. Резерфордом. В зависимости от конечных продуктов распада выделяют свинцовый, гелиевый, аргоновый, кальциевый, стронциевый и другие методы абсолютной геохронологии, а также радиоуглеродный (по 14С). Кроме того, в кач-ве методов абсолютной геохронологии используют термолюминесцентный (изм-е физических свойств некоторых кристаллов, позволяет датировать время > 60 тыс. лет) и палеомагнитный методы.
Криптозойский эон
ДОКЕМБРИЙ, древнейшие толщи земной коры, образование которых предшествовало кембрийскому периоду, и соответствующий им промежуток времени, составляющий 6/7 геологической истории Земли. Продолжительность св. 3,5 млрд. лет. Подразделяется на архей и протерозой с границей между ними 2600 млн. лет назад. В докембрий зародилась жизнь, возникла кислородная атмосфера, но отсутствовала скелетная фауна. О растительности раннего докембрия свидетельствуют остатки водорослевых построек (в виде строматолитов, онколитов и др.), органический углерод в карбонатных отложениях (3,5-4 млрд. лет назад). На уровне 2-2,5 млрд. лет появляются следы жизнедеятельности животных, а в позднем докембрии — первые их остатки. В докембрии установлено несколько эпох повышенной тектоно-магматической активности. С отложениями докембрия связаны богатейшие месторождения железных, медных и марганцевых руд, золота, урана, полиметаллов.
Архейская эра (>3500 - 2600 млн. лет)
Приблизительно 3,5 млрд. лет назад заканчивается формирование первичной континентальной коры, 4- 3,5 млрд. лет возникает горный рельеф вулканического происхождения. Суша представлена Гондваной и Лавразией. Атмосфера имеет значительно меньшую плотность, чем современная, и состоит в основном из метана, аммиака, водорода, паров воды, сероводорода, окиси и двуокиси углерода, кислород практически отсутствует. Вода в океане, вероятно, была слабо солоноватой с преобладанием SiO2, Fe, Mn, HCO3-, CO2, вымываемых из гранитного слоя коры и накапливающиеся на дне океана в виде кварцита, джеспелита (железистый кварцит), известняки, доломиты. Существует климатическая зональность.
К началу архея заканчивается химический и начинается биологический этап эволюции биосферы. Остатки бактерий и водорослей (2,7-3,5 млрд. лет) обнаружены в сланцах Сев. Америка, Центр. Африка, Австралии, в еще более древних породах Зап. Австралии (3,5млрд. лет) обнаружены строматолиты (остатки деятельности цианобактерий).
Протерозойская эра (2600-570 млн. лет)
Ранний (2600-1650 млн. лет): активно развиваются цианобактерии, благодаря жизнедеятельности которых начинает формироваться кислородная среда. Появляются первые многоклеточные водоросли.
Поздний (1650-570 млн. лет): появление свободного кислорода в атмосфере, начало формирования озонового экрана. Повышается соленость океанических вод, достигая современной. Появляются первые многоклеточные животные (губки, медузы, черви, археоциаты), обнаруженные в Юж. Австралии.
рифей (1650-680 млн. лет): сохраняется климатическая зональность, наметившаяся ранее. Океаны относительно мелководны, преобладание суши над морем, органическая жизнь концентрируется в воде (на суше отдельные колонии бактерий и грибов).
Венд (680-570 млн. лет)
ФАНЕРОЗОЙСКИЙ ЭОН
(фанерозой) (от греч. phaneros — явный и zoe — жизнь), крупнейший этап геологической истории, охватывающий палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры, продолжительность 570 млн. лет. Выделен в 1930 американским геологом Дж. Чедвиком наряду с криптозойским эоном.
ПАЛЕОЗОЙСКАЯ ЭРАТЕМА (ЭРА) (палеозой) (от палео... и греч. zoe — жизнь) Начало 570±20 млн. лет назад, продолжительность 340±5 млн. лет. Включает 6 геологических систем. Характеризуется 2 главными эпохами складчатости: каледонской (Великобритания, Скандинавский п-ов, Шпицберген, Казахстан и др.) и герцинской (Центральная Европа, Урал, Аппалачи). В начале палеозойской эратемы произошло быстрое расселение организмов с твердым скелетом, ранее не встречавшихся (хиолиты, гастроподы, брахиоподы, археоциаты, трилобиты и др.). Из позвоночных появляются рыбы, земноводные, пресмыкающиеся. Растительный мир в начале палеозойской эратемы был представлен главным образом водорослями, псилофитами и позже — плауновыми, членисто-стебельными и др. Из полезных ископаемых главную роль играют каменные угли, нефть, горючие сланцы, фосфориты, соли, медистые песчаники и др.
Раннепалеозойский этап (кембрий, ордовик, силур) – каледонская складчатость, в результате которой возникли горные сооружения большей части Британских островов, северо-западной части Скандинавии, западной части Центр. Казахстана и др. Климат характеризуется преобладанием теплых условий. Выход живых организмов на сушу сдерживается недостатком кислорода в атмосфере (1/3 современного количества)
КЕМБРИЙСКАЯ СИСТЕМА (ПЕРИОД) (от Камбрия, Cambria — латинское название Уэльса) Кембрийский период начался 570 млн. лет назад, длительность 80 млн. лет. Широко распространены морские отложения нижнего кембрия — результат обширных трансгрессий моря; в среднем кембрии до начала позднего кембрия во многих местах происходила регрессия. В верхнем кембрии впервые установлены лагунные красноцветные породы. Главные тектонические структуры сформированы еще в конце рифея.
В кембрийский период впервые в геологической истории появились скелетные организмы. Для раннего кембрия характерны трилобиты и археоциаты; существовали брахиоподы, моллюски, губки, кишечно-полостные, черви, остракоды, иглокожие; в конце кембрийского периода распространены табуляты и граптолиты, а также трилобиты. Растительный мир представлен сине-зелеными и красными водорослями и примитивными высшими растениями. Из полезных ископаемых кембрийского периода значительны месторождения фосфоритов в Казахстане, Монголии, Китае и др.
ОРДОВИКСКАЯ СИСТЕМА Начало ордовикского периода 490±15 млн. лет назад, продолжительность 65 млн. лет. В раннем и начале среднего ордовика — максимальное расширение морских пространств. В результате проявления таконской фазы каледонской складчатости в конце ордовикского периода сформировались горные сооружения Казахстана, Шотландии и др.
В водоемах ордовикского периода существовали представители почти всех типов беспозвоночных (радиолярии, фораминиферы, граптолиты (примитивные полухордовые), трилобиты и др.), появились первые позвоночные — бесчелюстные рыбообразные; господствовали бактерии, разнообразные водоросли, псилофиты. В отложениях ордовикского периода — наиболее значительны горючие сланцы (Прибалтика), фосфориты, железные и марганцевые руды.
СИЛУРИЙСКАЯ СИСТЕМА. Началась 435 млн. лет назад, длительность 30 млн. лет. Подразделяется на 2 отдела. Самый крупный массив суши в Силурийской системе — материк Гондвана. Начало Силурийского периода характеризовалось глобальной морской трансгрессией, конец — завершением каледонской складчатости.
В силуре сформировались все основные классы беспозвоночных организмов, появились первые примитивные позвоночные (бесчелюстные и рыбы), первая наземная флора — псилофиты. К концу периода сильно сокращается число трилобитов (съели наутилоидеи). Основные полезные ископаемые: медно-колчеданные руды, фосфориты, марганцевые и железные руды, гипс и соль.
Позднепалеозойский этап (девон, карбон, пермь) герцинская складчатость. В результате Герцинской складчатости возникли складчатые сооружения Зап. Европы (т. н. Герцинская Европа), Урала, Тянь-Шаня, Алтая, Куньлуня и др. климат становится засушливее и континентальнее.
Одни представители животных вымирают (трилобиты, граптолиты), другие резко сокращают свое жизненное пространство и численность (иглокожие, наутилоидеи, кораллы), на смену им появляются совершенно новые представители. Расцвет брахиопод, аммонитов. Широко распространены рыбы, ракоскорпионы (лагуны). На сушу выходят первые животные. В океане господствуют водоросли (сине-зеленые, красные, харовые), на суше – высшие растения (псилофиты, плауны, хвощи, папоротники).
ДЕВОНСКАЯ СИСТЕМА. Начался 400 млн. лет назад, длился около 55 млн. лет. Подразделяется на 3 отдела и 7 ярусов. Начало периода характеризовалось отступанием моря и накоплением толщ мощных континентальных (красноцветных) отложений в связи с завершением каледонской складчатости; климат континентальный, засушливый. Середина периода — эпоха погружений; нарастание морских трансгрессий, активизация вулканической деятельности; потепление климата. Конец периода — сокращение трансгрессий в связи с началом герцинской складчатости.
В морях развивались панцирные и кистеперые рыбы (в позднем девоне от них произошли стегоцефалы), появились аммониты, фораминиферы, плеченогие (брахиоподы), остракоды, кораллы; на суше — в конце появляются клещи и пауки, первые прапапоротники (археоптерисовая флора), праголосеменные, членисто-стебельные. У растений появляется кожица с устьицами, тело дифференцируется на стебель, корни, листья) Основные полезные ископаемые — нефть и газ, каменные и калийные соли, медистые песчаники.
КАМЕННОУГОЛЬНАЯ СИСТЕМА. Начался 345 млн. лет назад; длительность 65 млн. лет. Подразделяется на 3 или 2 отдела. В начале периода море затопляло значительную часть материков; в конце в Южном полушарии наступило значительное оледенение. В каменноугольный период происходили интенсивные тектонические движения — герцинская складчатость.
Суша заселилась первыми наземными позвоночными — стегоцефалами, появились крупные насекомые, котилозавры; среди растений преобладали древовидные папоротники, плауновые (лепидодендроны, сигиллярии, каламиты), появились первые хвойные. На приморских равнинах формировались залежи торфа и каменного угля. В морской фауне расцвет четырехлучевых кораллов, крупных корненожек (фузунилиды – до 1-2см, отр. Фораминиферы), мшанок, разнообразных моллюсков и древних рыб (селахий). В каменноугольный период образовались крупнейшие каменноугольные бассейны мира: Донецкий (Украина), Кузнецкий, Тунгусский (Российская Федерация), Аппалачский (США), Рурский (Германия) и др.
ПЕРМСКАЯ СИСТЕМА. Началась 280±10 млн. лет назад, продолжительность 45 млн. лет. Пермская система выделена в 1841 английским геологом Р. Мурчисоном на Урале и Русской равнине (на территории б. Пермской губ., отсюда название). Подразделяется на нижний и верхний отделы. Пермский период характеризовался интенсивными тектоническими движениями, связанными с последними фазами герцинской складчатости и обширными регрессиями моря. В пределах современных материков преобладали континентальные условия, в которых формировались угленосные, соленосные и красноцветные отложения.
Среди наземных растений преобладали членистостебельные папоротники, голосеменные; среди животных — земноводные, примитивные пресмыкающиеся, насекомые, в морях обитали фораминиферы, кораллы (ругозы), двустворчатые, брюхоногие и головоногие моллюски, мшанки, брахиоподы, морские членистоногие, морские лилии; из позвоночных — хрящевые акулообразные рыбы. В отложениях Пермской системы — угли, нефть и газ, каменные и калийные соли, медистые песчаники, фосфориты.
МЕЗОЗОЙСКАЯ ЭРАТЕМА (ЭРА) (мезозой) (от мезо... и греч. zoe — жизнь). Начало 235 млн. лет назад, продолжительность около 170 млн. лет. Подразделяется на 3 системы (периода): триасовую, юрскую и меловую. Отмечается интенсивное проявление складчатости, горообразования и магматизма. Раскалываются Лавразия и Гондвана – формирование современных континентов. Характерно господство пресмыкающихся (динозавры, ихтиозавры, птерозавры и др.), иногда достигавших громадных размеров. Появились многочисленные насекомые, птицы, млекопитающие. Среди беспозвоночных преобладали аммониты и белемниты, вымершие к концу эры. Происходит обновление флоры, расцвет гинкговых и саговниковых, формируются торфяные залежи.
ТРИАСОВАЯ СИСТЕМА (от греч. trias — троица) Начался 235 ± 10 млн. лет назад, продолжительность 50 млн. лет. Подразделяется на 3 отдела. Характерно обновление морской и наземной фауны. В морях главную роль среди беспозвоночных играли аммоноидеи (цератиты), пелециподы, гастроподы; впервые появились белемниты, костистые рыбы, сокращается количество хрящевых. Характерен расцвет пресмыкающихся — крупных рептилий (динозавров), появились первые млекопитающие (яйцекладущие и сумчатые). В растительном мире преобладали папоротники, цикадофиты, гинкговые и хвойные. Основные полезные ископаемые триасового периода — угли, нефть, алмазы, уран, медно-никелевые руды.
ЮРСКАЯ СИСТЕМА Начало 185 ± 5 млн. лет назад, продолжительность 53 млн. лет. Подразделяется на 3 отдела. В морском бассейне в начале юры произошло значительное обновление состава аммонитов, достигли расцвета белемниты; распространены губки и колониальные кораллы (рифовые постройки). Развиты рыбы. Среди наземной фауны появились летающие ящеры (рамфоринхи, птеродактили, птеранодоны) и птицы. Отдельные представители пресмыкающихся достигли громадных размеров. Млекопитающие малочисленны и примитивны. В составе наземной растительности преобладают голосеменные: гинкговые, саговниковые, беннеттиты и хвойные; много папоротников, хвощей и др. Из полезных ископаемых наиболее значительны залежи нефти и газа, углей, оолитовых железных руд, фосфоритов и др.
МЕЛОВАЯ СИСТЕМА. Начало 132-137 млн. лет назад, продолжительность 66 млн. лет. Широкое развитие, а затем вымирание последних аммонитов и белемнитов, многих видов крупных пресмыкающихся; распространены зубастые птицы, первые плацентарные млекопитающие, костистые рыбы, крупные рептилии. Среди растений характерны папоротники и голосеменные, во второй половине мелового периода появляются покрытосеменные растения. Осадки мелового периода представлены залежами писчего мела, нефти, осадочных железных руд и др.
КАЙНОЗОЙСКАЯ ЭРАТЕМА (ЭРА) (кайнозой) (от греч. kainos — новый и zoe — жизнь). Начало 66 млн. лет тому назад. Подразделяется на палеогеновую, неогеновую и четвертичную (антропогеновую) системы (периоды). Характеризуется интенсивными горообразовательными движениями, связанными с альпийской складчатостью и создавшими высочайшие горные цепи на периферии Тихого океана, на юге Европы и в Азии; в конце неогенового — начале антропогенового времени произошло резкое изменение климата, сопровождавшееся мощным материковым оледенением, охватившим громадные площади в Евразии и Сев. Америке.
В органическом мире господствующее положение занимают млекопитающие; животные и растения близки к современным. В начале антропогена появляются первые примитивные люди.
ПАЛЕОГЕНОВАЯ СИСТЕМА (от палео... и греч. genos — рождение, возраст). Начало 66 ±3 млн. лет назад, продолжительность 41 млн. лет. Подразделяется на 3 отдела: палеоцен, эоцен и олигоцен. В палеогеновом периоде происходили крупные тектонические движения с образованием горных сооружений (Кордильеры, Анды). Максимальная трансгрессия в конце эоцена. Климат равномерно теплый.
К началу палеогенового периода широкое развитие получили млекопитающие (примитивные плацентарные, клоачные, сумчатые), появились насекомые, грызуны, приматы и др.; вымерли многие группы пресмыкающихся, существовали амфибии, костистые рыбы. Из морских организмов большое значение для корреляции толщ имеют фораминиферы, наннопланктон, радиолярии, диатомеи и др. В растительном мире преобладали покрытосеменные и голосеменные. Отложения палеогенового периода богаты бурыми углями, нефтью и газом, фосфоритами, бокситами, калийными солями, железными и марганцевыми рудами и др.
НЕОГЕНОВАЯ СИСТЕМА (от нео... и греч. genos — рождение, возраст). Начало 23,5-25 млн. лет назад, продолжительность 22-23 млн. лет. Подразделяется на 2 отдела: миоцен и плиоцен. В течение неогенового периода в результате альпийской складчатости произошло образование гор Кавказа, Альп, Гималаев.
В неогеновой системе растительный и животный мир становятся близкими современному. Расцвет плацентарных млекопитающих (хищные, травоядные, приматы). Появление человекообразных обезьян. Неогеновая система богата месторождениями нефти, газа, бурого угля, солей, бокситов.
ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СИСТЕМА, антропогеновая система (период). Длительность оценивается от 700 тыс. лет до 2,5-3,5 млн. лет. Подразделяется на плейстоцен и голоцен. При расчленении системы используются главным образом био- и климатостратиграфические методы. В течение четвертичного периода рельеф, климат, растительность и животный мир приняли современный облик; характерно развитие оледенений (особенно в Северном полушарии). С четвертичным периодом связано становление человека.
ПЛЕЙСТОЦЕН (от греч. pleistos — наибольший и kainos — новый), нижний отдел, соответствующий наиболее длительной эпохе четвертичного периода. Характеризуется общим похолоданием климата Земли и периодическим возникновением в средних широтах обширных материковых оледенений.
ГОЛОЦЕН (от греч. holos — весь, полный и kainos — новый) (послеледниковая эпоха), современная геологическая эпоха, составляющая последний, незакончившийся отрезок четвертичного (антропогенового) периода геологической истории, и соответствующие ей отложения. Начало голоцена совпадает с окончанием последнего материкового оледенения Сев. Европы.