Изучение возраста земли. Краткое описание

1. Введение.

Изучение  возраста земли. Краткое  описание.

     Согласно данным радиоизотопных датировок, возраст Земли составляет 4,5—5 миллиардов лет. Остатки растений и животных позволяют узнавать возраст горных пород. Широко известен каменноугольный период, когда образовались крупнейшие месторождения на территориях, где ныне находятся Донбасс, Кузбасс и многие другие районы. В Поволжье крупные месторождения нефти заключены в породах, которые отлагались во время девонского периода, а знаменитые месторождения фосфоритов в Южном Казахстане приурочены к осадкам морей кембрийского периода. Таким образом, в разное время на Земле отлагались разные ископаемые. Поэтому для их поисков надо уметь узнавать, в какую эпоху отлагались соответствующие слои и чем они отличаются от более молодых и более древних осадочных толщ.

     На помощь геологам приходит палеонтология — наука об организмах геологического прошлого и о развитии живой природы в течение геологических времён. Если мы находим в пласте известняка панцирь трилобита, то можно уверенно сказать, что известняк образовался в палеозойскую эру. Этот пласт гораздо старше, чем слои, в которых найдены кости млекопитающих животных. Иногда бывает достаточно небольшой раковинки, крохотного обломка окаменевшей древесины, чтобы определить, в какой период отлагались те или иные слои.

     Изучив последовательно смену событий — и геологических и биологических, учёные разделили всю долгую историю нашей планеты на пять наиболее крупных отрезков — эр. Три последние эры — палеозойская, мезозойская и кайнозойская (от греческих слов «палеос» — древний, «мезос» — средний, «кайнос» — новый и «зое» — жизнь) — разделяются на несколько периодов, а периоды в свою очередь — на эпохи и века. Две наиболее древние и самые продолжительные эры — архейская и протерозойская (по-гречески «археос» — древний, старый и «протерос» — первый, начальный) — на периоды, эпохи и века пока не разделяются.

Геохронологическая  шкала — геологическая временная шкала истории Земли, применяемая в геологии и палеонтологии, своеобразный календарь для промежутков времени в сотни тысяч и миллионы лет (рисунок 1.)

(рисунок  1.) 

     Граница между эрами фанерозоя проходит по крупнейшим эволюционным событиям — глобальным вымираниям. Палеозой отделён от мезозоя крупнейшим за историю Земли пермо-триасовым вымиранием видов. Мезозой отделён от кайнозоя мел-палеогеновым вымиранием. 

Четвертичный  период. Понятие эпохи «плейстоцена».

     Четвертичный период, или антропоген — геологический период, современный этап истории Земли, завершает кайнозой (на данный момент). Начался 2,5 миллионов лет назад и продолжается по сей день. Это самый короткий геологический период, но именно в четвертичном периоде сформировалось большинство современных форм рельефа, и произошло множество существенных событий в истории Земли (с точки зрения человека), важнейшие из которых: ледниковая эпоха и появление человека. Продолжительность четвертичного периода так мала, что обычные палеонтологические методы относительного и изотопного определения возраста оказались недостаточно точны и чувствительны. На таком коротком интервале времени применяется, прежде всего, радиоуглеродный анализ и другие методы, основанные на распаде короткоживущих изотопов.

Четвертичный  период подразделяется на плейстоцен и голоцен. 

Плейстоцен.

    Плейстоцен (от др. греч. «плейтос» - самый многочисленный и «каитос» — новый, современный) — эпоха четвертичного периода, начавшаяся 2,5 миллиона лет назад и закончившаяся 11,7 тысяч лет назад. Эпохе плейстоцена предшествует эпоха плиоцена, а последовательницей является эпоха голоцена. Плейстоцен — время великих оледенений, в этом геологическом периоде суровые ледниковые эпохи чередовались с относительно тёплыми межледниковьями. В целом, климат плейстоцена во время межледниковий практически идентичен современному, но животный мир различается: например, по окончании плейстоцена вымерли многие представители тундростепи или южноамериканских памп (частично из-за климатических перемен, частично из-за охоты со стороны древних людей): в Южной Америке исчезли броненосец дедикурус, гигантская саблезубая кошка Smilodon populator (смилодон), копытное макраухения, ленивец мегатерий; в Северной Америке исчезают последний представитель птиц-тиранов или форораков (фороракос) — титанис Уоллера, десятки видов аборигенных копытных, включая американских лошадей, верблюдов, степных пекари, разнообразных оленей, вилороговых «антилоп» и быков; тундростепь Евразии и отчасти Аляски/Канады лишилась таких животных как мамонт, шерстистый носорог, большерогий олень, пещерный медведь и пещерный лев. Кроме того, неандертальцы не выдержали конкуренции с кроманьонцами и вымерли (возможно, были истреблены ими).

     Эпоха плейстоцена подразделяется на следующие периоды:

1. доледниковый - эоплейстоцен (2-0,6 млн), в конце его был первый ледниковый период - Гюнц ;
2. нижний плейстоцен (0,6-0,4 млн), во время которого было второе оледенение - Миндель ;
3. средний плейстоцен (0,4-0,2 млн) с третьим оледенением - Рисе ;
4. верхний плейстоцен (0,2-0,01 млн) с последним оледенением - Вюрм .

Общее описание климата  эпохи плейстоцена.

    В начале плейстоцена большинство материков занимало то же положение, что и в наши дни, причем некоторым из них для этого потребовалось пересечь половину земного шара. Узкий сухопутный "мост" связывал между собой Северную и Южную Америку. Австралия располагалась на противоположной от Британии стороне Земли. На северное полушарие наползали гигантские ледниковые покровы. Мир был в объятиях великого оледенения. Голоцен начался 10000 лет назад. Климат потеплел, ледники отступили, и настало время расцвета человеческой расы.

   Во время великого оледенения земная поверхность замерзала и вновь оттаивала, по меньшей мере, четыре раза. Холодные периоды получили название ледниковых, а периоды потепления — межледниковых. В течение оледенений льды расползались от Северного полюса к югу. Затем, при потеплении, ледниковый фронт отступал обратно в полярные области. Сегодня мы живем в эпоху очередного межледниковья — возможно, пятого за последний миллион лет. Во время последнего оледенения ледниковые покровы занимали примерно 28 млн км' суши, ныне свободной ото льда. В то же время уровень моря был ниже современного приблизительно на 150 м. В сущности, никто толком не знает, отчего происходят оледенения. Некоторые геологи полагают, что Земля в своем развитии проходит определенные циклы протяженностью в миллионы лет, подобно тому, как происходит смена времен года. Возможно, это как-то связано с расположением Земли в пространстве или ее положением относительно Солнца. Как бы то ни было, у полюсов периодически скапливаются громадные массы льда и снега. Когда такое происходит, снег отражает тепловую энергию Солнца обратно в космос, и па Земле становится холоднее. Из-за этого образуется еще больше снега и льда, и земная поверхность все сильнее охладевает.

    Архантропы (древние люди эпохи плейстоцена) были современниками значительных изменений климата, рельефа, растительного и животного мира. Крайними проявлениями климатических колебаний были чередования не ледниковых (доледниковых и межледниковых) и ледниковых условий. Развитие природы происходило на фоне постепенного ухудшения климата. Если в конце плиоцена оледенение в умеренных широтах было горным, то в нижнем плейстоцене обширные равнинные пространства покрываются ледником, достигавшим многих сотен метров мощности. Похолодания вызывали очень большие перестройки ландшафтов. А это сказывалось и на расселении древнейших людей и их материальной культуре. Особенно сильно они сказались на фауне и растительности, которые становятся еще ближе к современным.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

II. Стадии развития растительности эпохи плейстоцена.

Начало  плейстоцена.

Конец плиоцена - начало плейстоцена - эпоха  крупной перестройки рельефа. Первопричиной  этого стало изменение общей  тенденции неотектонических движений: преобладание поднятий на платформенных  равнинах суши сменилось преимущественным опусканием. В океанических впадинах, наоборот, преобладали поднятия. В  результате уровень океана повысился, и моря проникли на окраины платформенных  равнин. В горах и плоскогорьях по - прежнему преобладали поднятия и процессы размыва. На равнины и  в морские бассейны выносились огромные массы материала и формировались  мощные толщи отложений. На севере Евразии широко распространены морские и ледниково-морские отложения. Они формировались одновременно с оледенением и соответствовали начальным этапам длительной трансгрессии Арктического бассейна. И здесь ледниково-морские и морские отложения приурочены главным образом к древним речным долинам. Морские воды в первую очередь проникали в эти долины. В Понто-Каспии главными событиями были трансгрессии и регрессии, особенно выразительно проявившиеся в бассейне Каспия и в северном Предкавказье. Здесь Черное и Каспийское моря неоднократно соединялись широким проливом, возникавшим в районе Кума - Манычского прогиба.

Вблизи  кромки ползущих ледников земля была совершенно безжизненной. Лишь некоторые  крохотные организмы, так называемые лишайники, ухитрялись существовать на голых скалах. Даже в районах, покрытых круглый год льдами, почва промерзала на несколько метров в глубину. На таких тундровых землях дубовые  и буковые леса, произраставшие здесь  до оледенения, теперь полностью исчезали. Их место заняли узкоспециализированные растения, в том числе те же лишайники  и некоторые травы. На смену дубовым  и буковым лесам повсеместно  приходили громадные хвойные  леса. В периоды потепления, когда  льды отодвигались к северу, исчезали специализированные хладостойкие растения, и по суше вновь распространялись дубовые и буковые леса. Появлялись также обширные луга с богатой растительностью и области, где встречалось множество цветковых растений.

С началом  окского оледенения растительность претерпевает коренные изменения. Они  произошли на всей территории, и  особенно в арктических и умеренных  областях. Ландшафты тундрового типа широким фронтом проникали в  средние широты. На Русской равнине  тогдашняя природная обстановка реконструируется для Прибалтики, Белоруссии, центральных районов, низовьев Камы. В. С. Волкова, например, считает, что лесная зона в это время в Западной Сибири вовсе отсутствовала. Лесная растительность, по ее мнению, была лишь в Казахстане. Распространение тундроподобных ландшафтов так далеко на юг в Западной Сибири по сравнению с Русской равниной - результат большей континентальности зауральских пространств.

Растительность внеледниковых областей обычно называют пери гляциальной. Значительно лучше она изучена для поздних оледенений, а нижнеплейстоценовая перигляциальная растительность известна лишь в общих чертах. Главная ее особенность, заключается в том, что она была "смешанной". В ее составе были лесные (сосна, береза, лиственница и др. ) тундровые (кустарниковые березы, полярные ивы, арктические плауны и др. ), степные и даже полупустынные растения (полыни, лебедовые, эфедра, терескен и др. ). Были и галофиты, т. е. солелюбивые растения. Все эти растения образовывали своеобразные ландшафты (тундростепи, перигляциальные степи), аналогов которым нет в современной растительности. На рубеже плиоцена и плейстоцена в южных районах происходили крупные перестройки состава фауны. К этому времени относится смена таманского комплекса тираспольским. Там установлен аналог тираспольского комплекса. Тираспольская фауна в разрезе возле Тирасполя может оказаться еще доледниковой.

Средний плейстоцен.

Главными  палеогеографическими событиями этого  времени были лихвинское (тобольское) межледниковье и максимальное (днепровское, самаровское) оледенение. Лихвинское (тобольское) межледниковье пришло на смену окскому оледенению и характеризовалось благоприятным климатом, широким распространением лесных ландшафтов весьма экзотического, в сравнении с современными, состава. Это межледниковье продолжительнее всех последующих, и для него характерны неоднократные смены ландшафтов.

Осадконакопление  в это время происходило при  менее расчлененном рельефе и  высоком уровне океана. Об этом свидетельствуют  мощные толщи морских отложений (до 50 - 100 м). Они исследованы в  бассейне Балтийского моря и на севере Евразии (от бассейна Северной Двины  до самой Чукотки). Обычно морские  отложения залегают на десятки метров ниже уровня моря. В современную  сушу по древним речным долинам они  вдаются широкими заливами - эстуариями на многие десятки и даже сотни километров. В Понто-Каспии также были трансгрессивные фазы, соответствующие нижнехазарской, палеоузунларской и древнеэвксинской трансгрессиям. Особенно выразительно колебания уровня моря зафиксированы в бассейне Каспия. Здесь есть мощные (до нескольких сотен метров) толщи морских осадков. Изменения размеров Черного моря были незначительными.  

Рисунок 2. Этапы осадконакопления, почвообразования и криолитогенеза по материалам Чекалинского разреза (по Н. Г. Судаковой)

Рисунок 3. Современные ареалы некоторых видов растений, широко распространявшихся в межледниковые эпохи (по В. П. иМ. П. Гричукам):

1 - водяной  орех (Тгара natans) ; 2 - чистоуст (Osmunda cinnamomea; 3 - бразения (Brasenia purpuria) ; 4 - граб (Carpinis betulus)

После этого оптимума было заметное похолодание  и исчезновение широколиственных пород. В районе Верхней Оки были ландшафты березовых редколесий. В них произрастали кустарниковые березки, ольховник, арктические виды плаунов и другие холодовыносливые растения. Допускается и существование многолетней мерзлоты. Если эти изменения подтвердятся, то придется говорить не о похолодании, а о самостоятельной ледниковой эпохе, ибо только в этом случае здесь могла возникнуть вечная мерзлота. Во время образования верхней части лихвинских отложений вновь были леса со значительным участием широколиственных пород (верхний климатический оптимум). Однако климат был менее благоприятный, чем в эпоху нижнего оптимума.

Основная  особенность лихвинского (тобольского) межледниковья состоит в том, что климат тогда был теплее и  влажнее современного. Этим было обусловлено  широкое распространение лесных ландшафтов богатого видового состава. Особенно примечательно произрастание  теплолюбивых экзотов, но широкое распространение  они имели лишь в европейской  части. Допустим, в Западной Сибири их уже нет или они представлены локально и небольшим числом видов.

Вторая  половина среднего плейстоцена, продолжавшаяся, вероятно, около 100 - 150 тыс. лет, богата крупнейшими палеогеографическими событиями. Наиболее впечатляющим было максимальное (днепровское, самаровское) оледенение, льды которого занимали огромные площади, проникая далеко на юг Русской и Западно - Сибирской равнин. Наибольшие размеры ледники имели на Русской равнине. В Восточной Сибири оледенение имело в основном горный и полупокровный характер. Однозначной оценки мощности льдов нет. В горах льды также занимали большие площади, а снеговая граница располагалась на сотни медров ниже современной. Ледники производили огромную рельефообразующую работу и оставили после себя мощные (до 100 м и более) толщи моренных, флювиогляциальных и озерно - ледниковых осадков.

О синхронном развитии оледенения и трансгрессии свидетельствует широкое распространение  морских и ледниково-морских отложений. В них содержатся морские моллюски, фораминиферы, остракоды, морские диатомовые водоросли. Их состав указывает на низкие температуры вод. 

(Рисунок  4.) Ива полярная (Salix polaris), Ива травянистая (Salix herbacea) и Плаун колючий (Lycopodium pungens).

Растительность  днепровской эпохи известна главным  образом по палинологическим материалам. Чрезвычайно широко распространялась перигляциальная растительность, сходная  с той, которая была в нижнем плейстоцене (рисунок 4). Зональные и провинциальные различия в растительности проявлялись слабо. Наибольшие пространства Евразии были заняты тундростепями. В их составе видную роль играли лебедовые, полыни, злаки. Типичными были карликовая береза, полярная ива, куропаточья трава, морошка, арктические виды плаунов и др. Характерно и широкое распространение растений засоленных грунтов (солянка, солерос и др. ). На юге распространялись перигляциальные степи, в которых большую роль играли лебедовые, полыни и, вероятно, злаки. Считается, что растительность первой половины днепровской эпохи была более мезофильной. Это объясняется им тем, что в первую половину эпохи климат был холодным и влажным, а во вторую - холодным и сухим. Однако такие различия признаются не всеми. 

Кохия распростертая (Kochia prostrata) и Карликовая береза (Betula nana)

Не все  признают и столь широкое распространение  на юг растительности тундро - степного и степного типа. Дело в том, что  представления о широком распространении - перигляциальной растительности базируются преимущественно на изучении пыльцы и спор из лессов и лессовидных  отложений. Однако в них, как правило, пыльцы мало. К тому же в последнее  время становится очевидным, что  эти спектры не являются адекватными  продуцировавшей их растительности. Внедрение новой методики по извлечению пыльцы и спор позволяет по - новому подойти к реконструкции растительности эпох лесообразования. Палеоботанические  и другие лабораторные исследования лессов позволят в ближайшее время  пересмотреть природные условия  эпох лессонакопления, а это может  привести и к пересмотру палеогеографии эпохи днепровского оледенения. 

Поздний плейстоцен.

Региональные  реконструкции палеоклимата и растительности четвертичного периода базируются на спорово-пыльцевых данных, литологии  и строению опорных разрезов. Для  реконструкций в пределах позднего плейстоцена в последнее время  проводится систематическое бурение  илистых озерных осадков, которые  часто содержат органический материал для возрастной привязки горизонтов к региональным и местным климато-стратиграфическим  шкалам. Наиболее детально исследована  вторая половина позднего плейстоцена - диапазон (до 45 тыс.л.). Позднеплейстоценовые пески имеют субгоризонтальную или слабонаклонную (фациальную) слоистость и включают многочисленные рассеяные по слойкам фрагменты корней травянистых растений и тонкую углефицированную органику. Встречаются псевдоморфозы по повторно-жильным льдам, достигающие в ширину до 2 м. Позднеплейстоценовые пески перекрыты прерывистыми линзами слоистых глинисто-песчаных голоценовых осадков, включающих погребенные почвенные и торфяные горизонты. Нередко наблюдаются стволы и ветви деревьев, кустарники, травяный опад, разорванные горизонты вулканического пепла. Современная растительность ландшафта здесь представлена лиственничным лесом, влажными прибрежноохотскими лесотундровыми и интразональными долинными лугово-кустарниковыми растительными группировками.  Мощность голоценовых осадков варьирует от 30 до 270 см.

Растительный  покров того времени на материке Евразия представлял лиственничную лесотундру, сменявшуюся в ландшафтных поясах на высококустарниковую тундру с кедровым стлаником, кустарниковыми березами, ивами и ольховником. Предполагается, что в то время кедровостланиковые ассоциации образоваывали сосновый пояс вдоль склонов гор, окружавших Ольскую впадину. Верхняя граница лесного пояса располагалась на более низких, по отношению к современным, гипсометрических отметках, и зональная высокоствольная древесная растительность была привязана к равнинным прибрежным территориям. Предполагается, что климатические условия того времени были холоднее современных, но более умеренные по сравнению с последующей сартанской ледниковой эпохой.

Поступательное  иссушение климата привело к  формированию на свободных от ледников пространствах (в основном днища  впадин) растительности типа обедненных степей и ксерофитных злаково-осоковых тундр и незадернованных участков. В интразональных комплексах  на бровках террас растительный покров образовывали сообщества с Плаунком сибирским, кустарничковыми ивами, лишайниками и мхами, змееголовником, чабрецом и др. По данным спорово-пыльцевые  спектры зырянской эпохи отличаются значительным разнообразием второстепенных травянистых таксонов, например, сложноцветных, маревых, гвоздичных, лютиковых, что  отражает широкий спектр условий  местообитания - от влажных и нивальных  до сухих и каменистых. Такой спорово-пыльцевой  комплекс в сочетании с палеонтологическими  данными позволил некоторым исследователям использовать термин мамонтово-степной  биом. Полагают, что он продуцирован растительностью с преобладанием  травянисто-ивовой и тундрово-степной компоненты.

Около 65 тыс л.н. началось потепление и  таяние зырянских ледников, климат стал более умеренным и влажным. В растительном покрове распространились березово-ольховниковые ассоциации, мохово-осоковые тундры, в долинах  рек луковые и пойменные кустарниковые  комплексы, площадь ксерофитных  сообществ значительно сократилась. В начале каргинского потепления значительные незадернованные пространства осваивались пионерной травянистой  растительностью и кустарниковыми березками. В ходе сукцессионных  смен и развития почвенного покрова  сформировались зональные комлексы лиственничной лесотундры и долинных лиственничников с кедровым стлаником.  Так, к концу каргинской эпохи в растительном покрове возникли новые устойчивые зональные комбинации, эдификаторами в которых в разном соотношении являлись кедровый стланик и лиственница, кедровый стланик и кустарниковая ольха, кедровый стланик и гипоарктические кустарнички, а в предгольцовой зоне на склонах гор обособился самостоятельный сосновый пояс, состоящий преимущественно из кедрового стланика. На протяжении каргинского межледниковья продолжавшегося примерно до 28 тыс.л.н. происходили существенные колебания температур и влажности, в целом считается, что климат был сходен с современным или несколько более умеренным.

Сартанское  похолодание, начавшееся около 28 тыс.л.н., привело к изменению умеренных  климатических условий позднекаргинского  времени к очередному иссушению  и похолоданию, которое вновь  вызвало распространение сухих  травянистых тундр и степей на больших участках не занятой ледниками  суши. В интразональных комплексах на склонах и бровках террас материка Евразии распространялись кустарничковые тундры с большим значением Плаунка сибирского, кустарничковых берез, мхов и лишайников.   В поймах рек развивались тундрово-луговые и луговые ассоциации. В изолированной горной котловине долины Палеотауя в составе интразональных ландшафтных комплексов могли сохраняться местообитания с более умеренными климатическими условиями, в которых в виде изолированных островков сохранялись сообщества лиственнично-кедровостланикового редкостойного леса,  ерниковые и ольховниковые комбинации. Такие условия в настоящее время наблюдаются, например, на некоторых участках арктического пояса в Анадырской низменности, где мохово-пушицевые тундры являются зональным типом растительности, но кедровый стланик проникает далеко внутрь пояса (до 60-80 км) по долинам рек в составе интразональных комплексов и существует в виде сообществ из угнетенных стелющихся форм на южных склонах террас и оврагов. Сартанское оледенение носило каровый и горно-долинный характер и не распространялось за пределы высокогорий. Снеговая граница имела больший наклон от суши к морю, вследствие близости открытой акватории.

Около 12,5 тыс.л.н. климат начал постепенно теплеть и становиться более  влажным, ледники начали таять. В  начале голоцена на протяжении первых 4-5 тыс. лет уровень моря поднимался со средней скоростью 0,5 см/год, что  естественно не вызавало никаких  резких изменений в прибрежных ландшафтах, но в конечном итоге привело к  формированию в бассейне Тауйской губы умеренного морского климата, повлекшего за собой соответствующие изменения  в структуре растительного покрова. На протяжении голоцена выделяется несколько  климатических интервалов, отличающихся по основным климатическим показателям - среднегодовой температуре и  увлажненности. В переходный интервал таяния ледников растительный покров представлял собой ерниковую  тундру, сменившейся березково-ольховниковой. Примерно 8 тыс.л.н. повсеместно распространяется кедровый стланик, который вместе с  лиственницей становится одним из доминантов в зональных сообществах.

Эпоха голоцена (кратко).

К середине голоцена около 6,5 тыс. л.н. уровень моря уже был близок к современному, а береговая зона приняла наблюдаемые в настоящее время, очертания. На протяжении голоцена по спорово-пыльцевым спектрам выделяется два похолодания - около 7,5-7,9 тыс.л.н. и 4,5 тыс.л.н. В структуре зональных типов растительного покрова региона эти изменения практически не отразились.