Горные породы – это своего рода страницы летописи нашей планеты. Несмотря на отрывочные данные, геологическая история прослеживается в прошлое почти на 3800 млн. лет. Эта цифра соответствует возрасту самых древних известных пород. Идеальными хранителями истории прошлого являются осадочные породы, так как они позволяют восстанавливать условия своего отложения.

Ключи к прошлому

Раздел исторической геологии, изучающий последовательность формирования горных пород, получил название стратиграфии. Применение в стратиграфии различных методов позволило составить общую сводную стратиграфическую колонку, которая отражает весь ход напластования пород – от древнейших до самых молодых. С появлением концепции униформизма, выдвинутой шотландским геологом Дж. Геттоном (1726-1797), геология наконец избавилась от толкования библейских текстов при объяснении прошлого Земли. Эта концепция была изложена Геттоном в его работе «Теория Земли», опубликованной в 1795 г. Она состояла в том, что природа современных геологических процессов в основе своей подобна геологическим процессам прошлого, а складки и наклонное залегание пластов горных пород вызваны не катастрофами, подобными землетрясениям, а постепенными сжатиями внутри Земли. Униформизм подразумевает, что характерные черты денудации (разрушения и сноса горных пород), транспортировки и накопления осадков оставались неизменными на протяжении всей геологической истории. Следовательно, признаки этих процессов легко обнаружить в осадочных породах, отложившихся миллионы лет назад. Значит, и события прошлого лучше объяснять, сравнивая их с процессами, протекающими у нас на глазах. По словам Геттона, «настоящее – ключ к прошлому».

Напластование и корреляция

В основе стратиграфии лежит закон напластования, согласно которому при горизонтальном ненарушенном залегании осадков нижние породы всегда древнее верхних. Этот закон касается относительного возраста не только различных пластов, но и минералов и ископаемых остатков внутри определенного слоя. Те из них, которые лежат ниже, отложены раньше, чем залегающие наверху. Напластование – основа для установления относительного возраста различных горизонтов в осадочной формации и одна из важнейших предпосылок геологического картирования. На этом же принципе основана археология – следы человека, найденные в более глубоких слоях, древнее тех, которые лежат выше.
Изверженные породы, образовавшиеся из расплавленной магмы, в отличие от осадочных не образуют четкого напластования. Они занимают свое место только в процессе внедрения в еще расплавленном состоянии в уже существующие осадочные образования. Интрузивные породы – габбро, граниты, диориты и др. – всегда моложе вмещающих их пород. Однако если магма изливается на поверхность в виде лавы – базальтовой, обсидиановой или риолитовой, – то такие излившиеся породы, подобно осадочным, всегда моложе подстилающих их пород.
В одном геологическом разрезе стратиграфическая колонка никогда не бывает представлена полностью – такой разрез должен был бы иметь мощность во многие сотни километров. Поэтому объединение ее разрозненных отрезков в нужном порядке требует поистине детективных поисков, чтобы связать удаленные друг от друга слои горных пород. Самой надежной является методика прослеживания горизонтов по отдельным выходам на возможно максимальное расстояние. Однако она применима лишь на ограниченной площади, так как эрозия, аккумуляция, складкообразование или разрывная тектоника обычно прерывают или уничтожают выходы горных пород. Прослеживать определенные геологические формации можно и по отдельным сходным признакам в горных породах. Породам, принадлежащим к одной формации, присущи определенные особенности накопления, выветривания и минерализации. Кроме того, можно сопоставлять (коррелировать) вертикальные разрезы по порядку напластования в них горных пород.

Ископаемые остатки в роли часов

Прекрасным инструментом для корреляции являются ископаемые остатки древних живых организмов. Наиболее удобны те из них, которые были широко распространены, но период их расцвета приходится на сравнительно короткий отрезок времени, поэтому они встречаются в ограниченном вертикальном интервале разреза. Такие формы называются руководящими.
Живые организмы претерпевают постоянную эволюцию, поэтому их ископаемые остатки палеонтологи обычно используют для выделения слоев разных пород одного возраста. Из закона напластования логически следует, что остатки примитивных форм присущи породам, залегающим под отложениями с ископаемыми остатками более сложных видов. В большинстве случаев ископаемые остатки оказываются приуроченными к той же территории и к тому же времени, что и породы, в которых они найдены. С их помощью восстанавливаются существовавшие в то время условия. Например, наличие ископаемых скелетов кораллов указывает на то, что осадки накапливались на мелководье в теплой прозрачной воде.
Впервые связь ископаемых органических остатков с горными породами, в которых они захоронены, была замечена в конце XVIII в. английским исследователем Вильямом Смитом. Он установил, что принадлежность к одному горизонту разрозненных выходов горных пород определяется не только по их текстуре, цвету и залеганию, но и по содержащимся в них ископаемым остаткам.