1. Методы восстановления геологического прошлого

Историческая геология — наука о геологической истории нашей планеты. Она рассказывает о самых существенных событиях, которые происходили на Земле: об особенностях формирования горных пород в различные периоды геологической истории, об органическом мире и его изменениях, о тектонических движениях и магматизме, об изменениях очертаний материков и океанов, о непрерывно менявшейся физико-географической обстановке, климате и о многих других событиях в длительной и сложной геологической истории Земли. Повествуя о геологическом прошлом, историческая геология помогает делать вывод о закономерностях развития Земли, о структуре земной коры и о размещении в ней полезных ископаемых.

Много задач решает историческая геология, главными из них являются следующие: определение возраста горных пород, восстановление физико-географических условий прошлых эпох, восстановление движений земной коры и истории развития ее структуры, установление закономерностей геологического развития Земли и земной коры в особенности. Эти задачи решаются при помощи различных методов, основные из них описаны ниже.

Определение возраста горных пород — важнейшая задача исторической геологии. Без установления возраста горных пород невозможно восстановить геологическую историю, нельзя правильно составить геологическую карту и по-научному вести поиски и разведку полезных ископаемых. Поэтому определению возраста пород в геологии придают особое значение.

Большинство горных пород, слагающих земную кору, состоит из слоев. Определением возраста слоев, установлением последовательности их формирования, сопоставлением и прослеживанием одновозрастных слоев на больших расстояниях занимается стратиграфия. Стратиграфия является основой, на которую опирается вся историческая геология. В результате долголетних стратиграфических и палеонтологических исследований была разработана геохронологическая шкала, единая для геологов всех стран.

Существуют два понятия о геологическом возрасте горных пород: относительный возраст и абсолютный возраст. Относительный — это возраст одних горных пород по отношению к другим (одни старше, другие моложе); абсолютный — это возраст в единицах летосчисления (обычно — миллионы, десятки и сотни миллионов лет). Методы исторической геологии позволяют определить относительный возраст; абсолютный возраст устанавливается радиометрическими методами.

Все методы определения относительного возраста объединяются в две группы: методы палеонтологические и непалеонтологические. Основную роль играют палеонтологические методы. Они являются универсальными, так как позволяют решать все задачи, поставленные перед стратиграфией.

2. Палеонтологические методы

Сущность палеонтологических методов заключается в определении относительного возраста слоев горных пород по содержащимся в них окаменелым органическим остаткам. Палеонтологические методы позволяют не только определить возраст, но и проследить и сопоставить слои на огромных расстояниях.

В основе этих методов лежит закон о необратимости эволюции органического мира (закон Долло), согласно которому организм никогда не может вернуться точно к прежнему состоянию, пройденному его предками. Иначе говоря, в историческом развитии организмов не может повториться один и тот же вид или целый комплекс видов. Поэтому каждому слою соответствует определенный комплекс окаменелостей, который в других слоях не встречается.

Известно, что процесс широкого географического расселения организмов идет чрезвычайно быстро по сравнению с масштабами геологического времени. Поэтому слои одного и того же возраста даже в удаленных друг от друга местах содержат одинаковый комплекс окаменелостей.

Рассмотрим сущность основных палеонтологических методов.

Метод руководящих ископаемых. Этот метод является наиболее простым, он был разработан в первой половине XIX в. Применяя этот метод, геологи стараются найти в слоях осадочных горных пород так называемые руководящие ископаемые — окаменелости, свойственные определенному слою и за пределами его не встречающиеся. Руководящими ископаемыми являются только те вымершие организмы, которые жили недолго и поэтому имеют ограниченное вертикальное распространение. Кроме того, они должны иметь широкое географическое распространение, хорошую сохранность в ископаемом состоянии, ясные отличительные признаки и встречаться в породе достаточно часто, чтобы их было легко найти и легко определить. Руководящими ископаемыми обычно являются виды и роды вымерших организмов. Каждый слой содержит одно или два, реже несколько руководящих ископаемых (если, конечно, окаменелости встречаются в породе).

Метод руководящих ископаемых долгое время был основным в стратиграфии и позволял легко определять возраст слоев по отдельным видам или родам. Однако в настоящее время применение этого метода ограничено из-за ряда его недостатков. Главный его недостаток заключается в том, что многие виды или роды, являющиеся руководящими в определенном районе, нередко теряют свое значение за его пределами и могут иметь иное вертикальное распространение или вовсе отсутствовать в другом, далеко отстоящем районе. Метод руководящих ископаемых используют в наше время для предварительного определения возраста, но при детальных стратиграфических исследованиях и при сопоставлении слоев на больших расстояниях его применение может привести к грубым ошибкам.

Метод анализа комплекса ископаемых. Этот метод более надежен, чем метод руководящих ископаемых, так как он учитывает результаты изучения всех окаменелостей, найденных в слое, а не отдельных, иногда случайно выбранных видов и родов. Каждый слой содержит определенный комплекс окаменелостей, который не повторяется в других слоях согласно закону необратимости эволюции органического мира. Этот метод используется в наше время для определения относительного возраста слоев горных пород наряду с другими палеонтологическими методами.

Процентно-статистический метод был введен в стратиграфию Ч. Лайелем в середине прошлого столетия и долгое время являлся одним из основных. Сущность его заключается в следующем: в изучаемом разрезе выделяются слои и в каждом из них определяется весь комплекс окаменелостей. Относительный возраст выделенных слоев устанавливается путем сравнения комплекса окаменелостей каждого слоя с эталонным, хорошо изученным разрезом. Возраст каждого слоя эталонного разреза известен, и все окаменелости послойно описаны. Одновозрастными в эталонном разрезе и в изучаемом разрезе считаются те слои, в которых содержится наибольший процент общих видов.

Этот метод является по существу формальным, его применение нередко приводило к ошибкам в определении возраста. В настоящее время он употребляется только в качестве вспомогательного вместе с другими методами.

Филогенетический метод является основным в современной биостратиграфии. Этот метод основан на изучении филогенеза — эволюции органического мира, отсюда его название. Основоположником филогенетического метода является выдающийся русский ученый В. О. Ковалевский. Этот метод широко использовался русскими учеными начиная с последней трети XIX в.