и увидим дальше, философские, научные и технические достижения, которые формируют геологию в наши дни, тесно переплетены с историями жизни и философскими взглядами геологов и других ученых, сформулировавших и развивавших эти теории.

3

Геологическое время: ранние версии шкалы геологического времени

Возраст Земли: геологическое время

Одна из важнейших философских идей современной цивилизации – концепция геологического времени. Геологическое время, которое называют также геологической историей, представляет собой костяк, на котором построена вся геология. Он обеспечивает порядок в кажущейся путанице горных пород на земной поверхности и под землей и раскрывает длинную историю жизни нашей планеты. Летопись постепенных и катастрофических изменений записана внутри слоев горных пород. В некоторых слоях документально зафиксированы медленные процессы, такие как отложения осадков на протяжении миллионов лет; в других записаны рассказы об опустошении, например о столкновении астероида с Землей, которое произошло 66 млн лет назад и положило конец господству нептичьих динозавров.

Временная шкала Земли огромна по человеческим меркам, и поэтому ее трудно охватить. Даже геологам необходимо перепроверять детали и многократно обращаться к временной шкале, чтобы понять весь ее размах. Есть множество методов, с помощью которых ученые, студенты и остальные люди, не имеющие отношения к науке, могут выучить шкалу геологического времени: от простого запоминания до использования аналогий и визуальных метафор. Рассказы о различных животных и событиях на Земле с позиции разных наук представляют собой еще один способ разобраться в геологической истории.

Концепция геологического времени вдохновляет на серьезные философские догадки. Геологическая история представляет собой контекст, в котором рассматривается жизнь, поскольку демонстрирует взаимосвязь между всеми элементами нашей планеты: воздухом, водой, почвой, горными породами и самими живыми организмами. Геологическая история позволяет заглянуть в прошлое Земли, во времена, когда происходили значительные климатические события, и дает возможность извлечь уроки и обратить внимание на предупреждения и аналогии с тем, как современное человечество обращается с окружающей средой. Тревожно, что, если смотреть на наше сегодняшнее отношение к миру природы и использованию ресурсов Земли, кажется, будто мы еще не осознали значение геологической истории. Действительно ли мы живем в самом конце времен? Или можно извлечь еще какие-нибудь уроки, в том числе найти способы управления климатическим кризисом, с которым сталкивается планета? Давайте начнем с того, что обратимся к самой геологической истории и посмотрим, насколько рано геологи установили последовательность событий временной шкалы и выяснили, каким образом приспосабливались живые организмы, а также расскажем об истории таких открытий. А затем рассмотрим, какое значение эти открытия имеют в наши дни.

О шкале времени Земли: установление последовательности событий путем определения относительного возраста

Тот факт, что Земле 4,6 млрд лет, трудно осознать. Для иллюстрации геологического времени часто используется аналогия с часами, у которых имеется двадцатичетырехчасовой циферблат и минутная и секундная стрелки (см. цветную вклейку 3.1). Рождение Земли зафиксировано на этих часах в полночь, когда планета образовалась из пыли в результате аккреции частиц. Люди появились всего лишь в последние две минуты суток. Все остальное геологическое время вплоть до наших дней – отсчитываемые на этих часах предшествующие 23 часа 58 минут.

В этой книге определения, касающиеся единиц геологического времени, используются в соответствии со следующими правилами: в первых нескольких главах термины «верхний, средний и нижний» применяются в историческом смысле, когда шкала геологического времени еще разрабатывалась. Далее в книге при обсуждении геологического времени и комплексов горных пород термины «верхний, средний и нижний» относятся к специфическим стратиграфическим единицам в соответствии с Международной хроностратиграфической таблицей (утвержденной Международной комиссией по стратиграфии)[127]. Эти прилагательные обозначают хроностратиграфические (время – горные породы) подразделения. Наконец, термины «ранний, средний и поздний» используются в более широком смысле для описания событий, например, таких, как периоды жизни или вымирания определенных растений или животных на протяжении геологического времени. Эти термины обозначают геохронологические подразделения.

Сначала геологи разработали шкалу геологического времени с помощью методов определения относительного возраста, устанавливая местоположение слоев и пластов по отношению друг к другу и исходя из изменений живых организмов со временем (см. главу 1). В последовательности ненарушенных горных пород более старые слои находятся на большей глубине, а более молодые – ближе к вершине, в соответствии с принципом суперпозиции, впервые сформулированном Николаусом Стеноном. Выводы об относительном возрасте слоев основываются также и на других принципах Стенона, обсуждавшихся в главе 1, таких как принципы первоначального горизонтального залегания и секущих взаимоотношений. Кроме того, геологи изучают ископаемые остатки, чтобы идентифицировать и соотнести слои для определения относительного возраста горных пород.

Уильям Смит впервые предложил и применил эти методы в начале XIX в., руководствуясь работами Стенона о последовательности геологических комплексов. Смит установил взаимосвязь между уникальными ископаемыми и слоями горных пород в центре Англии и разработал принцип последовательности фауны и ископаемых. При исследовании обнажений горных пород, вскрытых во время строительства каналов для транспортировки угля через центральную часть Англии, Смит выяснил, что особые окаменелые раковины появляются в конкретных слоях. Ученый провел сравнение слоев в двух каналах, затем применил свои методы к геологическим слоям во всем регионе, а потом и по всей стране и в 1815 г. создал первую геологическую карту Англии. Позднее в XIX в. Джеймс Геттон понял, что определенные горные породы, которые должны фиксировать историю Земли, в действительности не наблюдаются поверх тех слоев, где они должны были бы залегать, и пришел к выводу об утраченных слоях. Он назвал эти пробелы в геологической летописи несогласиями, которые появляются в результате эрозии и других событий, разрушающих горные породы. Наличие несогласий привело Геттона к представлениям о циклах, огромном возрасте Земли и единстве процессов. Чарлз Лайель разработал идеи Геттона о несогласиях и об использовании текущих процессов для понимания событий в прошлом – концепцию, которая называется униформизмом. Перечисленные методы – использование принципов стратиграфии (Стенон); идентификации ископаемых, локализации и корреляции (Смит); пробелов во времени и скорости изменений (Геттон и Лайель) – позволили геологам XVIII и XIX вв. убедительно воссоздать последовательность событий, в том числе с учетом пробелов, и построить первую шкалу геологического времени.

Существует множество методов корреляции пластов одного участка с другими участками в той же стране или в других регионах мира. Геологи могут сопоставлять горные породы по ископаемым остаткам, их группированию, эволюционным изменениям организмов и событиям вымирания; это называется биостратиграфией. Биостратиграфический анализ применим по отношению к осадочным горным породам, потому что эти слои состоят из рыхлых отложений, содержащих останки животных и растений. Геологи также используют для корреляции пластов литостратиграфию, то есть изучают свойства горных пород: размер зерен, тип цемента, окружающую среду отложения, присутствие несогласий и химический