Историческая геология: основы науки, ученые-основатели, обзор литературы
Историческая геология фокусируется на геологических процессах, которые изменяют поверхность Земли и ее облик. В ней используется стратиграфия, структурная геология и палеонтология, чтобы определить последовательность этих событий. Она также фокусируется на эволюции растений и животных в разные периоды времени в геологическом масштабе. Открытие радиоактивности и разработка нескольких радиометрических методов датирования в первой половине 20-го века обеспечили средство получения абсолютного и относительного возраста геологической истории.
Экономическая геология, поиск и добыча топлива и сырья в значительной степени зависят от понимания истории конкретной области. Экологическая геология, в том числе определение геологической опасности землетрясений и извержений вулканов, также должна включать подробное знание геологической истории.
Ученые-основатели
Николай Стено, также известный как Нильс Стенсен, первым наблюдал и предлагал некоторые из основных концепций исторической геологии. Одна из этих концепций заключалась в том, что ископаемые первоначально происходили из живых организмов.
Джеймс Хаттон и Чарльз Лайел также внесли свой вклад в раннее понимание истории Земли. Хаттон впервые предложил теорию униформитаризма, которая сейчас является основным принципом во всех областях геологии. Хаттон также поддержал идею о том, что Земля является довольно древней, в отличие от преобладающей концепции того времени, в которой говорилось, что Земля насчитывала всего лишь несколько тысячелетий своего существования. Униформатизм описывает Землю, созданную теми же природными явлениями, что действуют и сегодня.
История дисциплины
Преобладающей концепцией XVIII века на Западе была вера в то, что в очень короткой истории Земли преобладали различные катастрофические события. Эта точка зрения была решительно поддержана приверженцами авраамических религий, основанных на в значительной степени буквальной интерпретации религиозных библейских текстов. Концепция униформитаризма встретила значительное сопротивление и привела к спорам и дискуссиям на протяжении всего 19-го века. Множество открытий в 20-ом столетии дало достаточно доказательств того, что история Земли является продуктом как постепенных инкрементных процессов, так и внезапных катаклизмов. Сейчас эти убеждения являются основами исторической геологии. Катастрофические события, такие как падания метеоритов и крупные вулканические взрывы, формируют поверхность Земли наряду с постепенными процессами, такими как выветривание, эрозия и осаждение. Настоящее является ключом к прошлому и включает в себя как катастрофические, так и постепенные процессы, что дает нам понять инженерная геология исторических территорий.
Геологическая шкала времени
Геологическая шкала времени представляет собой систему хронологического датирования, которая связывает геологические слои (стратиграфия) с конкретными временными промежутками. Без базового представления об этой шкале человек едва ли поймет, что изучает историческая геология. Эта шкала используется геологами, палеонтологами и другими учеными для определения и описания различных периодов и событий в истории Земли. В сущности, на ней и основана современная историческая геология. Таблица геологических временных интервалов, представленных на шкале, согласуется с номенклатурой, датами и стандартными цветовыми кодами, установленными Международной комиссией по стратиграфии.
Первичными и самыми большими единицами деления времени являются эоны, последовательно идущие друг за другом: Хадеан, Архей, Протерозой и Фанерозой. Эоны делятся на эры, которые, в свою очередь, делятся на периоды, а периоды - на эпохи.
В соответствии с эонами, эрами, периодами и эпохами термины «эноним», «эратем», «система», «серия», «стадия» используются для обозначения слоев породы, которые принадлежат к этим участкам геологического времени в истории Земли.
Геологи квалифицируют эти единицы как «ранние», «средние» и «поздние», когда речь идет о времени, и «нижние», «средние» и «верхние», когда речь идет о соответствующих камнях. Например, нижние юрские отложения в хроностратиграфии соответствуют ранней юрской эпохе в геохронологии.
История и возраст Земли
Данные радиометрического датирования указывают на то, что Земле около 4,54 миллиарда лет. Различные промежутки времени на геологической шкале времени обычно отмечаются соответствующими изменениями в составе пластов, которые указывают на основные геологические или палеонтологические события, такие как массовые вымирания. Например, граница между меловым периодом и палеогенным периодом определяется мел-палеогенным вымиранием, которое ознаменовало гибель динозавров и многих других групп жизни.
Геологические единицы из того же времени, но в разных частях мира часто выглядят по-разному и содержат разные окаменелости, поэтому отложениям, принадлежащим одному и тому же периоду времени, исторически давались разные названия в разных местах.
Историческая геология с основами палеонтологии и астрономии
Некоторые другие планеты и спутники Солнечной системы имеют достаточно жесткие структуры, чтобы сохранить записи своих собственных историй, например, Венера, Марс и Луна. Доминирующие планеты, такие как газовые гиганты, не сохраняют свою историю сопоставимым образом. Кроме массивных бомбардировок метеоритами, события на других планетах, вероятно, мало влияли на Землю, и события на Земле соответственно мало влияли на эти планеты. Таким образом, построение шкалы времени, которая связывает планеты, имеет лишь ограниченное значение для шкалы времени Земли, за исключением контекста Солнечной системы. Перспективы исторической геологии других планет - астропалеогеологии - все еще обсуждаются учеными.
Открытие Николая Стено
В конце XVII века Николай Стено (1638-1686) сформулировал принципы геологической истории Земли. Стено утверждал, что слои пород (или страты) были заложены последовательно, и каждый из них представляет собой «срез» времени. Он также сформулировал закон суперпозиции, в котором говорится, что любой отдельно взятый слой, вероятно, старше тех, что выше него, и моложе тех, что ниже него. Хотя принципы Стено были просты, их применение оказалось сложным. Идеи Стено также привели к открытию других важных понятий, которые используют даже современные геологи. В течение 18-го века геологи поняли, что:
- Последовательности слоев часто подвергаются эрозии, искажениям, наклонам или даже инверсии.
- Страты, заложенные в то же время в разных областях, могут иметь совершенно разную структуру.
- Страты любой области представляют собой лишь часть долгой истории Земли.
Джеймс Хаттон и плутонизм
Теории нептунистов, популярные в это время (изложены Авраамом Вернером (1749-1817) в конце 18 века), сводились к тому, что все камни и породы ведут свое происхождение от некого огромного наводнения. Большой сдвиг в мышлении произошел, когда Джеймс Хаттон представил свою теорию перед Королевским обществом Эдинбурга в марте и апреле 1785 года. Джон Макфи позже утверждал, что Джеймс Хаттон в тот самый день стал основателем современной геологии. Хаттон предположил, что внутри Земли очень жарко, и что это тепло было двигателем, который побуждал к созданию новых камней и пород. Затем Земля была остужена воздухом и водой, осевшими в виде морей - что, к примеру, отчасти подтверждает историческая геология моря над Уралом. Эта теория, известная как «Плутонизм», сильно отличалась от «нептунистской» теории, основанной на изучении водных потоков.
Открытие других основ исторической геологии
Первые серьезные попытки сформулировать геологическую шкалу времени, которая может быть применена в любой точке Земли, были сделаны в конце 18 века. Наиболее удачные из тех ранних попыток (в том числе и Вернера) разделили породы земной коры на четыре типа: первичный, вторичный, третичный и четвертичный. Каждый тип скалы, согласно теории, сформировался в течение определенного периода в истории Земли. Таким образом, можно было говорить о «третичном периоде», а также о «третичных породах». Действительно, термин «третичный» (в настоящее время - палеоген и неоген) по-прежнему часто используется в качестве названия геологического периода, наступившего после вымирания динозавров, а термин «четвертичный» остается формальным названием текущего периода. Практические задачи по исторической геологии были предоставлены кабинетным теоретикам очень быстро, ведь все, до чего они додумались сами, нужно было доказать на практике - как правило, путем долгих раскопок.
Содержание ископаемых в отложениях
Идентификация страт по содержащимся в них ископаемым, впервые предложенная Уильямом Смитом, Жоржем Кювье, Жаном д'Амалиусом д'Аллахом и Александром Бронняртом в начале 19 века, позволила геологам более точно разделить историю Земли. Это также позволило им сопоставить слои по национальным (или даже континентальным) границам. Если две страты содержали одни и те же окаменелости, значит они были заложены одновременно. Историческая и региональная геология оказали непосильную помощь в совершении этого открытия.
Названия геологических периодов
В ранних работах по разработке геологической шкалы времени доминировали британские геологи, и названия геологических периодов отражают это доминирование. «Кембрий» (классическое название для Уэльса), «ордовик» и «силур», названные в честь древних валлийских племен, были периодами, определенными с использованием стратиграфических последовательностей из Уэльса. «Девон» был назван в честь английского графства Девоншир, а «Карбон» был назван в честь устаревших угольных мер, используемых британскими геологами 19 века. Пермский период назвали в честь российского города Перми, потому что он был определен с использованием страт в этом регионе шотландским геологом Родериком Мерчисоном.
Однако некоторые периоды были определены геологами из других стран. Триасовый период был назван в 1834 году немецким геологом Фридрихом Фон Альберти из трех различных слоев (trias по-латыни "триада"). Юрский период был назван французским геологом Александром Бронньяртом в честь обширных морских известняковых пород Юрских гор. Меловой период (от латинского creta, что переводится как «мел») впервые был выделен бельгийским геологом Жаном д'Омалиусом д'Халлоем в 1822 году после изучения меловых отложений (карбонат кальция, осажденный раковинами морских беспозвоночных), обнаруженных в Западной Европе.
Разделение эпох
Британские геологи также впервые ввели сортировку периодов и их разделение на эпохи. В 1841 году Джон Филлипс опубликовал первую глобальную геологическую шкалу времени, основанную на типах окаменелостей, обнаруженных в каждую эпоху. Шкала Филлипса помогла стандартизировать использование таких терминов, как палеозойский («старая жизнь»), который он распространил на более длительный период, чем в предыдущем употреблении, и мезозойский («средняя жизнь»), который он самостоятельно изобрел. Тем, кому все еще интересно узнать об этой чудесной науке, изучающей историю земли, но нет времени читать Филлипса, Стено и Хаттона, можно посоветовать "Историческую геологию" Короновского.