Древняя эра — палеозой

Палеозойская группа (или эра) объединяет шесть систем или периодов: кембрийскую, ордовикскую, силурийскую, девонскую, каменноугольную и пермскую. К концу протерозойской эры мощные, многократно повторявшиеся горообразовательные движения земной коры создали материки Русский, Сибирский, Китайский, Североамериканский, Южноамериканский, Африканский и Австралийский. Очертания их были далеки от современных. Тогда сформировались лишь ядра, основы теперешних континентов Европы, Азии, Австралии, Африки и обеих Америк. Построены они были все однородно: земная кора состояла из толщи древнейших кристаллических пород с массой железорудных залежей.

Наша планета представлялась в то время пустыней. Необозримо расстилалась безжизненная поверхность со сложным, часто скалистым рельефом на кристаллических породах. Океаны тех времен занимали не очень большие и неглубокие впадины. За сотни миллионов лет, прошедшие от конца древнейшей эры до начала древней (палеозойской), во впадинах накопились морские осадочные породы, покрывшие кристаллическую основу земной коры. Начиная с ранних периодов палеозоя нарастала мощность покрова осадочных пород и все глубже опускалась кристаллическая основа или, как выражаются геологи, фундамент земной коры.

Однако сложившаяся к концу палеозоя колонна осадочных пород в разных местах имеет различную мощность и стратиграфическую полноту. Например, в Ленинградской области мы наблюдаем снизу вверх отложения кембрийской и ордовикской систем, выше идут породы девона; силур отсутствует, прямо на девон ложится рыхлая пачка четвертичных слоев. Как видим, колонна очень неполная: отсутствуют отложения силурийской, каменноугольной, пермской системы, всего мезозоя, палеогена и неогена. В Московской области на кристаллическом фундаменте находятся отложения кембрия, ордовика, затем идет девон, каменноугольная система, верхняя юра, нижний мел, четвертичные слои. В Воронежской области прямо на фундамент ложатся пласты девона, покрытые меловыми и четвертичными отложениями. Во всех этих трех областях глубина кристаллического фундамента резко различна: в Ленинграде — около 200, Москве — 1600 и в Воронеже — от 0 до 150 м.

Геологи объясняют это тем, что кристаллический фундамент земной коры оказался к началу палеозоя разбитым на большие или меньшие блоки, которые приобрели способность к самостоятельным колебательным движениям. Одни из блоков совершали преимущественно нисходящие движения, другие — восходящие. В таких условиях первые будут чаще всего оказываться ниже уровня моря, и на фундаменте век за веком будут накапливаться осадочные породы значительной толщины. Вторые же чаще всего будут выше уровня моря; здесь могут отлагаться осадки весьма небольшой мощности и с длительными перерывами, а в условиях размыва фундамент будет совсем выходить на земную поверхность.

В наше время множество буровых скважин прошло через всю осадочную толщу земной коры и врезалось в кристаллический фундамент. Стало возможным фактически подтвердить догадку о блоковом строении фундамента с начала палеозоя. То же подтвердили и результаты многолетних геофизических изучений силы тяжести (гравитации), магнитных свойств и упругости горных пород, обуславливающей распространение колебаний. На закономерностях этого распространения основан сейсмический метод выявления внутреннего, глубинного строения земной коры.

Установлено также, что с самого раннего палеозоя в земной коре выделились поля с большой подвижностью, названные геосинклиналями, и поля более устойчивые, из которых формировались платформы. В дальнейшем подвижные участки стали областями особенно мощных накоплений осадочных пород, напряженного магматизма и горообразования, которое проявлялось этапами. Различают байкальский этап в позднем протерозое; каледонский, или саянский, этап, охвативший кембрий, ордовик, силур; герцинский — карбон и пермь; альпийский — мезозой и кайнозой. Около двенадцати миллионов лет назад начался новый этап крупных движений земной коры — неотектогенез.

Кембрийская система (и период)

Сюда относятся самые древние слои палеозоя, содержащие богатейшие остатки органической жизни, позволяющие «прочитать» многие геологические события, которые происходили во времена, отдаленные от нас более чем полумиллиардом лет. Обитавшие тогда животные были, судя по окаменевшим останкам, так разнообразны и сложно устроены, что предки их, несомненно, начинали свою историю еще в протерозое, а возможно, и в позднем архее. Тогда существовали уже все типы современных животных, за исключением хордовых. Но все растения и животные кембрия были морскими, и остатки их находят только в слоях, отложившихся в море. Материки продолжали оставаться безжизненными пустынями вплоть до позднего ордовика, может быть даже до раннего силура, когда растения укрепились на суше.

В водах кембрийских морей процветали одноклеточные и многоклеточные водоросли.

Мир животных был разнообразен. На морском дне обитали одиночные губки, кораллы, стебельчатые иглокожие, брюхоногие и двустворчатые моллюски, примитивные головоногие, плеченогие и трилобиты. Плеченогие (брахиоподы) имели двустворчатую раковину, вели сидячий образ жизни и питались планктоном. Они процветали потом во всех системах палеозоя. Трилобиты — простейшие членистоногие. Удлиненное тело этого животного было на спинной стороне покрыто твердым панцирем, на котором вдоль тянулись две бороздки или лопасти (отсюда название трилобит — трехлопастной), разделявшие тело на три части. Трилобит имел двуветвистые конечности, одна пара которых служила для ходьбы или плавания, а другая — для дыхания. Средний трилобит был длиной 5—7 см, но изредка встречались экземпляры до 60 см.

В кембрийских слоях открыто не менее 1500 видов разных классов и отрядов животных. Но в общем это был период простейших трилобитов и брахиопод.

Различная мощность отложений в разных местах и неодинаковая по силе складчатость дали геологам основание определить местоположение платформ и геосинклиналей и воссоздать географию Земли эпохи раннего кембрия.

Карта показывает большое распространение на Земле морей и океанов, что обусловило обилие в кембрийских отложениях полезных ископаемых преимущественно осадочного происхождения (превосходный строительный камень, бокситы, фосфориты, марганец, железные руды, гипс, натриевые и калиевые соли; есть показания на промышленную нефть). Все эти полезные ископаемые особенно широко распространены в азиатской части СССР.

Ордовикская и силурийская системы (и периоды)

Конец кембрия ознаменовался погружением под воду обширных пространств суши, на что безошибочно указывает распространение на значительных площадях современной суши морских осадочных пластов с останками характерных животных. Изучение окаменелостей показало исключительное богатство и разнообразие тогдашнего органического мира. Если для кембрия установлено Около 1500 видов, то для ордовика вместе с силуром известно уже 15000 видов. Такой пышный расцвет жизни одни объясняют более теплым климатом ордовика и силура, другие связывают это с повсеместным распространением морей в ордовике, что способствовало легкому и быстрому расселению фауны. Большое значение имела также приобретенная беспозвоночными способность вырабатывать твердый известковый скелет-панцирь, предохранявший их от хищников.

На небольших глубинах в изобилии обитали губки и кишечнополостные — жители мелкоморья с чистой, прозрачной, богатой кислородом и теплой (не ниже 18° С) водой. Важную роль играли плеченогие или брахиоподы — одиночные придонные животные прибрежных областей моря глубиной не больше 200 м, головоногие моллюски, часто крупные — до 5—7 м в длину и диаметром до 30 см, хорошие пловцы и опаснейшие хищники, похожие на кальмаров и наутилусов современных морей.

Из растений укажем известьвыделяющие и сине-зеленые водоросли; найдены, особенно в слоях силура Прибалтики, несомненные остатки примитивной наземной флоры.

Движения земной коры существенно изменили очертания материков и морей. Особенно мощно движения проявились в геосинклинальных областях, где накопились огромные массы осадочных и вулканических пород, смятых затем в складки и превращенных в горные сооружения: Аппалачи (Северная Америка), Каледонские горы (Англия), Норвежские, Западноуральские, Казахстанские, Алтайские, Саянские, Северо-Тянь-Шаньские.

Это горообразование, называемое каледонским, сказалось в общем поднятии земной коры как в геосинклиналях, так и на платформах. Низменные дотоле материки стали возвышенными, и повсеместно равномерный теплый морской климат стал сменяться континентальным, нередко с пустынным, засушливым режимом.

Мощные движения, особенно в подвижных областях, охватили земную кору целиком, на всю глубину. Очень вероятно, что эти движения были связаны, как и раньше, с перемещениями огромных масс магмы, пришедшей под действием радиоактивного тепла в жидкое состояние. По разломам земной коры магма изливалась на поверхность Земли в виде вулканических извержений и внедрялась в сминавшиеся в складки пласты осадочных пород, принося с собой в газообразном и жидком состоянии различные металлы. Охлаждаясь среди пластов земной коры, эти металлы создали большое число месторождений железных, медных, хромитовых, молибденовых, вольфрамовых и ванадиевых руд, а также залежи плавикового шпата в Саяно-Алтайских и Казахстанских горах.

Девонская система (и период)

Удивительной силы горообразовательные процессы каледонского цикла в течение ордовикского и силурийского периода перестроили облик поверхности Земли, воздвигнув в перечисленных местах горные цепи на месте океанов и высоко подняв сушу. Моря освободили обширнейшие пространства, и площадь суши очень разрослась. Об этом Теологам говорят встречающиеся в толще девонских слоев морские, лагунные и наземные осадки.

Образовались новые очертания морей и континентов, что, как было указано, резко изменило климат нашей планеты. Это остро сказалось на органическом мире. Растения значительно прогрессировали; кроме различных морских и лагунных водорослей в континентальных отложениях содержатся остатки многочисленных наземных растений — от простейших безлистных псилофитов до появившихся позднее лиственных первопапоротников. Пустынный до тех пор пейзаж материков сильно изменился: влажные болотистые области и морские побережья покрылись густым растительным покровом. Так было на месте нынешней Шотландии, Норвегии, Чехословакии, ГДР, ФРГ, азиатской части СССР, Китая, Канады.

Растительные остатки образовали даже небольшие залежи угля, например на острове Шпицберген и на Тимане.

В этот период происходит резкое угасание одних форм беспозвоночных и развитие других. Трилобиты вымерли настолько, что число их родов уменьшилось в восемь раз. Сильно вымерли и головоногие моллюски. Господствующее значение приобрели брахиоподы или плеченогие. Современные брахиоподы обитают исключительно в морях, чаще всего на глубине 30—200 м, а палеозойские населяли в основном мелкоморье не глубже 40—50 м; некоторые роды легко переносили колебания солености воды, нередко заселяя опресненные лагуны и заливы и даже, возможно, приспособляясь к пресным прибрежным болотам и озерам.

Особенно интересно проследить, как развивались рыбы. Появившиеся в конце силура панцирные акулы дали начало множеству рыб, так что девон нередко называют «временем рыб». Для слоев верхнего девона характерны останки настоящих акул. Теряя громоздкий костный панцирь, акулы стали переселяться из пресных водоемов в океан.

Распространенные в тот период костные рыбы делились на двоякодышащих, кистеперых и лучеперых. Очень немногие двоякодышащие дожили до наших дней. Кистеперых рыб считают предками наземных позвоночных. Раньше полагали, что кистеперые совершенно исчезли к концу мезозойской эры. Но в 1939 и 1952 гг. у восточного побережья Южной Африки в Индийском океане были пойманы живые кистеперые длиной более 1,5 м.

Лучеперые дали начало современным костистым рыбам.

В позднедевонские времена появляются первые наземные позвоночные — стегоцефалы, или крышеголовые. Такое название им дано потому, что их черепа были покрыты панцирями из массивных кожных костей.

Географическое распространение отложений девонской системы с содержащимися в них окаменелостями дает надежное основание для восстановления облика Земли того времени. В северном полушарии вырисовываются два обширных материка — Северо-Атлантический и Ангарида (от названия реки Ангары), на юге — колоссальный материк Гондвана. Между ними сформировался средиземный океан или Тетис.

В девонский период земная кора испытала небольшое поднятие, затем погружение и вновь поднятие. В горах Шотландии, Казахстана, Северного Алтая происходила довольно напряженная вулканическая деятельность, и на земную поверхность изливались базальтовые лавы и извергались большие массы пепла. На восточном Урале, в Западной Европе и Западных Аппалачах шли вулканические извержения под водой и на островах.

На материках северного полушария господствовала пустыня, местами с пересыхающими бессточными водоемами. В засушливых пустынных областях шел напряженный процесс выветривания и разрушения гор. Продукты выветривания — красные пески и глины — нагромождались на прилежащих низменностях.

Отчетливое представление о строении земной коры и последовательном залегании друг на друге кристаллических (Р, Cm) и осадочных (Cm, O, D, Q) отложений дает геологический разрез северной части Русской равнины.

Из полезных ископаемых девона в Москве, Старой Руссе, Липецке назовем соли, рассолы, лечебные минеральные воды. На западном склоне Среднего Урала и восточном Северного Урала имеются залежи железных и алюминиевых (бокситы) руд. Но ценнейшими полезными ископаемыми, скрытыми в девонских пластах, являются нефтяные и газовые месторождения в Поволжье, на Украине, в Белоруссии, Приуралье, Тиманском кряже, Западной Виргинии, Пенсильвании и штате Нью-Йорк. В Барзасском районе Кузбасса и на Западном Урале известны залежи горючих сланцев.

Каменноугольная система (и период)

Изучение каменноугольных отложений имеет огромное научное и практическое значение. На всех современных материках залегают породы каменноугольной системы со множеством превосходно сохранившихся остатков растений и животных. Это дает возможность глубоко и всесторонне осветить развитие земной коры органического мира того времени.

Геологические исследования показали, что в те времена широкие пространства были покрыты большими заболоченными лесами из крупных древовидных папоротников, плаунов и хвощей высотой от 40 до 70 м, захороненные в пластах остатки которых превратились в основные угольные залежи мира. Заросшие папоротникообразными и обычными папоротниками, а также вечнозелеными широколиственными растениями низинные болота покрывали обширные площади материков.

Животные были представлены морскими, пресноводными и наземными беспозвоночными и позвоночными. Впервые появились насекомые — пауки, тысяченожки, стрекозы, тараканы, которых со временем стало больше 1000 видов. Некоторые летающие насекомые достигали громадных размеров — до 70 см в размахе крыльев.

Каменноугольный период был важным этапом развития земноводных (амфибий) и пресмыкающихся (рептилий). Разнообразен был мир амфибий-стегоцефалов длиной от 2 до 10 м. Одни из них вели плавающий образ жизни, другие лазали по деревьям. Наиболее древние — лабиринтодонты, похожие на крокодилов длиной до 4,5 м, обитали в озерах и реках.

В позднекаменноугольную эпоху появились пресмыкающиеся, ведущие свою родословную от земноводных. В окрестностях города Сеймурии в Техасе (Сев. Америка) были найдены ископаемые остатки животного, начавшего превращаться в пресмыкающееся, или уже пресмыкающегося, только что перешагнувшего границу, отделявшую его от земноводных. В честь города оно было названо сеймурией. Важным различием между этими группами является строение яиц: земноводные откладывают яйца в воду, а пресмыкающиеся — на землю, поэтому их яйца покрыты прочной оболочкой. До сих пор они, однако, не найдены, и, может быть, никогда не удастся определить, к какому классу относится сеймурия. Это было крупное, медлительное животное, внешне похожее на ящерицу.

К концу периода многие группы плеченогих, моллюсков и трилобитов стали быстро исчезать, что связывают с появлением в морях крупных прожорливых хищников — селахий.

Смена жизненных форм шла своим чередом под влиянием изменений физико-географических условий. В начале периода климат земного шара был равномерным, близким к климату современных влажных тропиков: лишенные годичных колец стволы деревьев, воздушные полости в корнях папоротников говорят о высокой влажности воздуха и болотистой почве. Одинаковость остатков растений от Гренландии и Шпицбергена до Аргентины и острова Тасмания указывает на сходный климат на огромных пространствах обоих полушарий.

Пытаясь объяснить такое однообразие климата на всем земном шаре, ученые выдвигали разные гипотезы. Одни говорили, что Земля в раннем карбоне была окружена воздушной оболочкой, богатой углекислотой, которая уменьшала теплопроводность атмосферы; это задерживало отдачу земного тепла в мировое пространство. Другие допускали, что земная ось имела тогда иное положение, вследствие чего экватор проходил через восточные штаты Северной Америки и Европу, северный полюс находился в северной части Тихого океана, а южный — около мыса Доброй Надежды.

Такое предположение как будто подтверждалось находкой моренных нагромождений в Аргентине, Южной Африке, Индии и Австралии. Морены в толщах каменноугольной системы представляют собой несомненные следы оледенения, охватывавшего обширнейшие пространства древнего материка Гондваны, где теперь лежат жаркие тропические области. Здесь находят остатки особых родов папоротника, который мог обитать только в сухом и холодном климате.

Возможно, более верны гипотезы, которые объясняют своеобразие тогдашних физико-географических условий особенностями рельефа земной поверхности и взаимоотношения моря и суши. Пробудившиеся движения земной коры достигли большой интенсивности в геосинклиналях, где в конце раннего и начале среднего каменноугольного периода возникли многие горные цепи, например Судетские в Западной Европе. Платформы поднялись над уровнем моря, и оно освободило значительные пространства суши. Резко сократились площади болотистых, часто затопляемых побережий. Это создало более сухой континентальный климат, который сделался близким к пустынному в последующие— пермский и триасовый — периоды.

В средний и поздний каменноугольный период на земном шаре установилась явно выраженная климатическая зональность. На суше обозначаются три большие провинции: северная или тунгусская (умеренная), среднеевропейская (тропическая) и южная, гондванская (умеренно холодная). Здесь, на материке Гондване, каменноугольный период закончился развитием мощного оледенения.

Весьма разнообразная физико-географическая обстановка, пестрый климат и интенсивная горообразовательная деятельность создали предпосылки для образования в толщах каменноугольной системы богатого комплекса полезных ископаемых.

Внедрявшиеся в подвижных участках земной коры магма, ее газы и горячие растворы привели к формированию залежей руд золота, серебра, платины, свинца, цинка, кобальта, вольфрама, молибдена, мышьяка, сурьмы, ртути, висмута. Пример — богатейшие месторождения хромита, платины, асбеста, медных и железных руд на Урале; кроме того, внедрение в земную кору гранитов привело здесь к образованию в жилах драгоценных и полудрагоценных камней: топаза, изумруда, аметиста, турмалина, рубина, сапфира, горного хрусталя.

Исключительна промышленная ценность угленосной формации в Подмосковье, Донбассе, Караганде, Польше, ГДР, ФРГ, Бельгии, Франции, Англии, Северной и Южной Америке, Австралии, Китае.

Велико значение нефтеносной формации в Поволжье, Приуралье, Пенсильвании.

Пермская система (и период)

Рудокопы в горах Западной Европы еще в XVIII веке подметили, что на угленосных отложениях каменноугольной системы залегает толща весьма своеобразных слоев, покрытых другими горными породами. В этой толще рудокопы различали (снизу вверх): слои красного цвета без угля и руды, рудные слои и твердые светлые известняки. Ученые подтвердили наблюдения рудокопов и доказали, что названные слои принадлежат к самостоятельной стратиграфической системе. Она была названа «пермской», так как наиболее отчетливо выделяется и широко распространена на востоке Русской равнины, в том числе на территории бывшей Пермской губернии. В дальнейшем было доказано наличие больших отложений этой системы и в США.

Пермский период явился последним в палеозойской эре. Могучее герцинское или уральское горообразование, начавшееся в каменноугольном периоде, закончилось в поздние пермские времена. На всем земном шаре поднялись материки; мелкие моря, покрывавшие обширные площади от Каспийского моря до Ледовитого океана и от Небраски до Техаса, ушли, и на их месте остались засоленные пустыни. Временами в них появлялись большие полупресные озерные водоемы; иногда возникали бессточные реки, терявшиеся в этих пустынных пространствах. В геосинклиналях складкообразовательные движения воздвигали гигантские горные цепи — от Урала до Тянь-Шаня в СССР и от Новой Шотландии до Алабамы в США. Под влиянием этих мощных движений земной коры древние материки Северо-Атлантический и Ангарида слились в одну обширнейшую сушу, которая простиралась от современных Кордильер до долины реки Лены.

Сформировавшийся было в позднем девоне средиземный океан Тетис почти полностью закрылся; от него осталась лишь восточная часть, покрывавшая территорию от Испании до Малайского архипелага. Со стороны Антарктики двигались ледниковые массы, покрывавшие большую часть южного полушария, доходя в Африке и Южной Америке почти до экватора. На территориях, свободных от ледникового покрова, климат стал значительно холоднее и суше, чем был в течение почти всей палеозойской эры.

Резкое изменение климата и рельефа сильно сказалось на органическом мире. В то время как морские беспозвоночные пермского и каменноугольного периодов сходны между собой, наземные позвоночные и растения заметно различаются. Вследствие охлаждения морской воды и большого сокращения числа мелких морей угасли даже многие беспозвоночные. Сохранившиеся в пермских слоях остатки растений и животных убедительно показывают, что большое число палеозойских растений и животных не смогло приспособиться к резким изменениям климата и рельефа и погибло.

Необходимо все же отметить, что влажный, местами умеренно теплый, местами умеренно холодный климат оказался благоприятным для развития пресмыкающихся (рептилий), ответвившихся от своих предков — земноводных (амфибий). В слоях ранней перми в береговых обрывах Северной Двины было открыто целое кладбище крупных растительноядных рептилий — парейазавров, достигавших трех метров в длину. В тех же слоях оказались костяки другого пресмыкающегося — иностранцевии. Судя по строению зубов, это был опасный хищник. Имея легкий, подвижной скелет, он мог быстро передвигаться и молниеносно нападать на малоподвижных парейазавров.

Геологический разрез по линии Москва — Ярославль хорошо показывает строение осадочной части земной коры в районе Русской плиты.

 

Особенности развития земной коры в течение пермского периода привели к созданию в ней богатого и весьма разнообразного комплекса полезных ископаемых. Определяющими факторами явились господство засушливого климата на обширных слабоподвижных материках, массовая гибель растений и животных и довольно значительное количество магмы, внедрившейся в слои горных пород. Это привело к формированию соленосных, нефтеносных, угленосных и магматогенных накоплений.

На данном примере с полной отчетливостью видно огромное значение исторической геологии. Для предвидения возможного комплекса полезных ископаемых в отложениях определенного геологического периода надо уметь читать по пластам физические и химические процессы, протекавшие на Земле в тот период, географическую обстановку того времени. Земная кора является природной физико-химической лабораторией, в которой формируются соединения различных химических элементов, самые разнообразные полезные ископаемые, в зависимости от условий, господствующих в то или другое геологическое время.

В отложениях пермской системы на территории Европы, Северной Америки и Азии хранятся крупнейшие залежи гипса, каменной и калийной соли (NaCl, КCl), мощность которых, например, в районе Северо-Германской низменности, превышает 1000 м. Грандиознейшие запасы этих же солей сосредоточены в западной Приуральской зоне — Соль-Илецкое и Соликамское месторождения. В последнем подсчитано двадцать миллиардов тонн калийной соли, что в несколько раз превышает все остальные ее запасы на Земле.

В раннепермскую эпоху гипс, т. е. сернокислый кальций (CaSO₄∙2Н₂О), накапливался в условиях полупустыни на востоке Русской платформы от бассейна Северной Двины до Прикаспийской впадины. Залежи соли в Северной Америке тоже занимают огромную площадь до 260 000 км² в штатах Канзас, Оклахома, Нью-Мексика и Техас. На этой же территории, так же как и у нас в Волго-Уральской и Урало-Эмбинской областях, пермские пласты нефтеносны.

Со слоями пермской системы связаны сотни миллиардов тонн каменного угля у нас в Печорском, Тунгусском и Кузнецком бассейнах, во Франции, Чехословакии, Китае, Индии, Австралии, странах Южной Африки, Северной и Южной Америки.

Весьма вероятно, что в конце перми возник ряд месторождений медных, мышьяковых, оловянных и урановых руд в Рудных горах Западной Европы, золота, полиметаллов и меди в горах Урала, Тянь-Шаня, Алтая и Калбинского хребта в СССР.

К концу палеозойской и началу мезозойской эры современные материки представляли собой сочетание платформ и горных сооружений архейских, нижнепалеозойских (каледонских), верхнепалеозойских (герцинских) и вновь заложившихся подвижных поясов.

Источник: С.С. Кузнецов. Как читают историю Земли. Издательство «Недра». Ленинград. 1973