§ 13. Геологічна історія Землі. Геологічне літочислення. Геологічні ери

Геологічна історія Землі. На думку вчених, геологічна історія Землі розпочалася 4,6 млрд років тому, коли навколо Сонця з газопилової туманності сформувалися планети Сонячної системи. Через обертання й безперервні зіткнення комет і метеоритів, виділення радіоактивними елементами тепла поверхня Землі почала розігріватися та перейшла в розплавлений стан. Важчі елементи концентрувались у центрі Землі, а легші підіймалися до поверхні, що зумовило виокремлення ядра та мантії. Поверхневий шар із часом охолонув, затвердів і утворив тонку базальтову кору. Перегріта вода під високим тиском виносила на поверхню розчини різних елементів. Кремній, алюміній та їх сполуки осідали на поверхні, утворюючи гранітний шар, а пара й гази потрапляли в атмосферу.

Дегазація та вулканічна активність створили первинну атмосферу. Земна поверхня постійно змінювалася, за сотні мільйонів років континенти формувалися й розпадалися. Материки рухалися поверхнею Землі, часом об’єднуючись у суперконтинент. Приблизно 750 млн років тому через масштабну вулканічну діяльність суперконтинент Родинія почав розпадатися. Згодом континенти утворили материк Пангею, який, у свою чергу, розпався майже 180 млн років тому. Океан Тетіс поділив Пангею на два материки — Лавразію на півночі й Гондвану на півдні. Пізніше відбулося руйнування Гондвани та Лавразії (розходження літосферних плит) шляхом «розкриття» Індійського й Атлантичного океанів. Приблизно 65 млн років тому обриси океанів і материків уже нагадували сучасні. Унаслідок розходження літосферних плит «омолодилася» кора Тихого океану.

Відомий геохімік і мінеролог О. Ферсман виокремлював в історії Землі періоди, які характеризуються певними геохімічними процесами. Умовно розрізняють п’ять стадій: космічну, планетарну, магматичну, гіпергенну і життя.

Геологічне літочислення. Ви вже знаєте, що час формування земної кори називають геологічним. Як же визначили цей час? Як зародилося й розвивалося життя на Землі? Який вік певних гірських порід і скам’янілих решток рослин і тварин? На ці та інші запитання вчені одержали відповідь після визначення абсолютного й відносного віку гірських порід і скам’янілих решток рослин і тварин.

Більша частина поверхні сучасної України формувалася в межах Східноєвропейської платформи за певний геологічний час. Геологічним віком території вважають послідовність геологічних подій, що на ній відбувалися. Геологи створили шкалу геологічного часу, за якою визначають відносний вік гірських порід. Відносний вік живих організмів, гірських порід, епох гороутворення встановлюють завдяки вивченню скам’янілих решток рослин і тварин, які знаходять у певних гірських породах, а також враховуючи послідовність нашарування гірських порід.

Абсолютний вік гірських порід навчилися визначати пізніше за відносний, переважно за допомогою радіологічних методів, тобто за часом розпаду радіоактивних елементів, що містяться в гірських породах, зокрема урану. За будь-яких умов уран розпадається за певний час на свинець і гелій. За масою свинцю в гірських породах можна визначити абсолютний вік (у роках), необхідний для його утворення з урану, що свідчить про вік певної гірської породи. Установлення абсолютного й відносного віку дає змогу скласти геохронологічну шкалу (таблицю геологічного літочислення), у якій геологічний час поділяють на ери й періоди, установити початок і закінчення певних епох гороутворення, час появи живих організмів тощо (табл. 4, с. 64-65).

Геологічна ера — один з найбільших відрізків часу в хронології геологічної історії Землі. Геологічна ера є підрозділом геохронологічної шкали, що відповідає часові утворення гірських порід, які становлять певну групу. В історії геологічного розвитку Землі виокремлюють такі ери: архей, протерозой, палеозой, мезозой, кайнозой. Ери поділяють на періоди.

Найдавнішою є архейська ера. Континентальна земна кора була тонкою і рухалася внаслідок дії внутрішніх сил планети. Уздовж розломів проявлявся магматизм. У межах України земна кора складалася з кристалічних порід магматичного й метаморфічного походження. Архейські породи є фундаментом Східноєвропейської платформи, у межах якої розташована більша частина території України. Вони виходять на поверхню в межах Українського щита. На початку архейської ери виникли перші водойми, де накопичувались опади, з яких утворилися найдавніші осадові породи. У водних басейнах з’явилися перші живі організми.

На початку протерозойської ери суходіл значною мірою був зруйнований, а певні частини материків затоплені мілководними морями. На півдні України на початку протерозою було мілководне море, оточене з усіх боків гірськими хребтами. Гори вивітрювались, а продукти вивітрювання відкладалися на дні моря. Наприкінці протерозою на місці моря утворюються гори, а осадові відкладення метаморфізуються. Так виникли родовища залізних руд Криворізького басейну. Протерозойська мідь утворилася завдяки появі синьо-зелених водоростей і рослин.

На початку палеозою море вкривало західну частину Волині, Поділля й Карпати. Решта території України була суходолом. Через тектонічні рухи розміри й глибина ранньопалеозойських морів змінювалися. На сході України почали формуватися нові структури — Дніпровсько-Донецька западина та Донецька складчаста область. Згодом на місці величезного рифтового прогину утворилася затока, де формувалися як морські, так і лагунні відкладення (солі). У кам’яновугільному періоді палеозою морські басейни займали в Україні значні площі.

Геохронологічна таблиця для території України

На більшій частині території був вологий субтропічний клімат, який сприяв розвитку різноманітної рослинності. Такі фізико-географічні умови були надзвичайно сприятливими для нагромадження рослинних решток, що згодом перетворилися на вугілля. Герцинське гороутворення в пермський період зумовило різке скорочення морських басейнів і розширення суходолу. Лише в Дніпровсько-Донецькій западині й Донецькій складчастій області були неглибокі моря.

Більша частина мезозойського етапу розвитку території України характеризується значними трансгресіями (наступом моря) і регресіями (відступом моря), інтенсивним розвитком органічного світу. У Карпатах і Криму були моря, глибина яких значно змінювалась, що зумовило нагромадження різноманітних відкладень. Наприкінці мезозою більша частина території України перетворилася на суходіл.

У кайнозойську еру на території України відбувалися складні геологічні процеси, унаслідок чого змінилися фізико-географічні умови, що сприяло формуванню сучасних ландшафтів. У палеогені платформні ділянки неодноразово вкривалися морями. Кліматичні умови субтропічного характеру сприяли утворенню бурого вугілля, нафти, горючих газів, марганцевої руди, бокситів і фосфоритів. У неогені відбувалося активне гороутворення, у результаті якого сформувалися гірські споруди Криму й Карпат. Морські басейни залишилися тільки на півдні й південному заході України. В узбережній зоні південно-західного басейну утворилися коралові рифи, рештки яких виступають на Поділлі у вигляді Товтрового пасма. У неогені кліматичні умови повільно змінювалися від субтропічних до помірних.

Найважливішою подією четвертинного, або антропогенового, періоду, який розпочався приблизно 1,8 млн років тому й триває досі, є велике зледеніння Північної півкулі. Льодовики просувалися зі Скандинавського півострова на південь і сягали наших широт. У межах Східноєвропейської рівнини зафіксовані чотири льодовикові епохи: окська, дніпровська, московська, валдайська. Території України досягли льодовики перших двох зледенінь. Окський льодовик (500-400 тис. років тому) лише зачепив крайню північно-західну частину України, а дніпровський (290-240 тис. років тому) ішов двома смугами — долинами Прип’яті та Дніпра в глиб України, оминаючи Придніпровську та Середньоруську височини. Льодовики значною мірою вплинули на формування сучасних форм рельєфу. Велике значення має майже повсюдне поширення лесу — унікальної ґрунтоутворювальної породи, на основі якої сформувалися славнозвісні українські чорноземи. Лес також є цінним будівельним матеріалом і широко використовується у виробництві цегли.

У північній частині сучасної України, куди доходили льодовики, добре збереглися льодовикові форми рельєфу: морени, скупчення валунів, водно-льодовикові піски тощо.

Неотектонічні рухи. Важливим геологічним процесом в антропогеновому періоді були неотектонічні коливальні рухи. Проте загалом територія України, за винятком вузької берегової смуги в Причорномор’ї, зазнала підняття.

Неотектонічні рухи — це коливання земної кори, які відбувалися протягом останніх 25-30 млн років у неогеновий та антропогеновий (четвертинний) періоди кайнозойської ери. Як ви вже знаєте, найактивніші рухи земної кори відбувалися на півдні й заході країни, що зумовило утворення складчастих споруд Карпат і Кримських гір. Ці споруди піднялися з морського дна на значну висоту (800 м і більше) унаслідок зіткнення літосферних плит. Гороутворювальні процеси тривають донині, про що свідчать землетруси. Можна виокремити два осередки землетрусів: один формується на межі Південних і Східних Карпат на території Румунії. Це так звана зона Вранча. Інший — на дні Чорного моря біля узбережжя Криму, що пов’язано з продовженням опускання південної частини Кримської гірської споруди.

Формуванню рельєфу й утворенню відповідних гірських порід сприяв і вулканізм, що підтверджують згаслі вулкани на Закарпатті та в Криму.

На відміну від гірських споруд, платформні ділянки зазнали незначного підняття й опускання, унаслідок чого вони затоплювалися морем, на дні якого відкладалися різноманітні глини, піски й вапняки неогенового періоду.

Геологічні карти. На геологічних картах показують поширення гірських порід різного віку. У цих карт складна легенда та яскраві й контрастні кольори, що пояснюється виходом на земну поверхню шарів гірських порід різного рівня (мал. 30).

Кольори, які використовують на геологічних картах відповідають геохронологічній таблиці, вони загальноприйняті для кожної ери й періоду. Ці кольори однакові у всіх країнах світу, так само як і спеціальні індекси для позначення ер і періодів. Тому геологи легко читають геологічні карти, виготовлені в будь-якій країні.

Мал. 30. Геологічна карта України

Чим менший вік гірських порід, тим ближче вони залягають до земної поверхні. Тому сучасні четвертинні відклади перекривають майже суцільним шаром давніші гірські породи. Для того щоб показати всю строкатість геологічної будови, на геологічних картах гірські породи четвертинного віку позначають тільки в тих місцях, де вони займають найбільшу площу. На решті території на карті різновікові корінні гірські породи розташовані під четвертинними відкладеннями.

З допомогою геологічної карти можна встановити вік гірських порід і характер їх залягання на різних територіях. Вік гірських порід визначають за легендою карти.

• Користуючись геологічною картою, визначте вік гірських порід, які характерні для території вашої області.

Для з’ясування характеру залягання порід потрібно знати ознаки, які легко виявити на геологічній карті. Наприклад, одновікові гірські породи зображені на геологічній карті великими плямами різних форм, що свідчить про горизонтальне залягання шарів. Таке залягання шарів гірських порід характерне для рівнин.

Про складчасте залягання шарів свідчать вузькі смуги, розміщені в певному напрямку, які відповідають шарам гірських порід різного віку. У процесі вивітрювання на поверхню Землі виходять дуже давні гірські породи. Найдавніші породи залягають у центрі цих смуг, а чим ближче до їх країв, тим породи молодші.

Геологічні карти — важливий інструмент у руках геологів, географів, гідрологів і будівельників. Карти допомагають виявити типи земної кори, які відрізняються за геологічною будовою й характером руху, установити належність території до платформ і складчастих областей.

• За геологічною картою атласу визначте, гірськими породами якого віку складені Кримські гори.

Дослідження П. Тутковського. Відомий український учений-геолог, географ і педагог, дійсний член Української та Білоруської академій наук Павло Тутковський (1858-1930) був одним з основоположників геологічної та географічної науки в Україні у ХІХ-ХХ ст. Учений народився на Вінниччині. Він проводив геологічні дослідження майже всіх губерній України. Вивчав викопну мікрофауну й надрукував до 20 оригінальних праць із цього питання. Водночас він досліджував підземні води України й розробив проект водопостачання м. Києва. Саме йому ми завдячуємо тим, що Київ був одним із перших європейських міст, яке забезпечило себе артезіанською водою. Його фундаментальні праці стосуються переважно Волині й Полісся. Чимало досліджень П. Тутковського присвячено палеогеографії; він розвинув учення про материкове зледеніння та зв’язок стадій зледеніння з епохами утворення українського лесу. Він довів його еолове (вітрове) походження. Праця П. Тутковського «Краєвиди України у зв’язку з природою та людністю» стала класичною. Він видав перший україномовний довідник «Загальне землезнавство». У 1918 р. за його науковою редакцією було надруковано «Шкільну мапу України».

Павло Тутковський

Висновки

• Учені вважають, що геологічна історія Землі розпочалася 4,6 млрд років тому, коли з газопилової туманності сформувалися планети Сонячної системи.
• Установлено відносний та абсолютний геологічний час.
• Геологічна ера є підрозділом геохронологічної шкали, що відповідає часові утворення певної групи гірських порід.
• Більша частина території України утворилась у кайнозойську еру.
• Природні умови різних геологічних періодів сприяли накопиченню певних, характерних для цього часу, корисних копалин.
• Геологічна карта показує вік гірських порід, які складають поверхню Землі. За геологічною картою можна визначити характер залягання шарів гірських порід.
• Відомий український учений П. Тутковський розвинув учення про материкове зледеніння та зв’язок стадій зледеніння з епохами утворення українського лесу. Він довів його еолове походження.

Основні терміни й поняття

Геологічна ера — один з найбільших відрізків часу в хронології геологічної історії Землі. Геологічна ера є підрозділом геохронологічної шкали, що відповідає часові утворення гірських порід певної групи.

Геологія — наука про земну кору, її склад, будову, історію розвитку та процеси, що в ній відбуваються.

Неотектонічні рухи — коливання земної кори, які відбувалися протягом останніх 25-30 млн років у неогеновий та антропогеновий (четвертинний) періоди кайнозойської ери.

Запитання та завдання

• 1. У які геологічні ери утворювалася територія України?
• 2. Охарактеризуйте підходи до геологічного літочислення.
• 3. Що показують на геологічних картах?
• 4. Які відомості можна отримати з геохронологічної таблиці?
• 5. Чому важливо встановлювати геологічний вік гірських порід?
• 6. Поясніть природу утворення лесу.
• 7. Проаналізуйте геохронологічну таблицю. Які регіони України утворилися в кайнозойську еру?

Це цікаво

Леси й лесоподібні суглинки залягають на більшій частині території України. Вони використовуються у виробництві цегли, черепиці, дренажних труб тощо. Потужність лесових відкладів у степовій зоні України коливається від 5 до 50 м. На Поліссі їх товща менша (5-10 м), вони трапляються тут на підвищеннях.

Готуємося до наступного уроку

Які тектонічні структури земної кори ви знаєте з попередніх курсів географії?

Геологічна історія Землі. Геологічне літочислення

• пояснює вплив дніпровського зледеніння, накопичення лесу, неотектонічних рухів на формування рельєфу.

Догеологічний етап розвитку Землі. Історія нашої планети налічує близько 5 млрд років. Перший мільярд років свого існування Земля не мала земної кори. Наша планета являла собою велетенську розігріту кулю. В розплавлених надрах важкі частки опускалися до центру, сформувавши ядро, а легкі піднімалися до поверхні, утворюючи мантію. Планету бомбардували метеорити. Повсюдно вивергалися вулкани. З їх газів виникла первинна атмосфера, але кисню в ній майже не було. Цей етап існування нашої планети називають догеологічним — часом до виникнення земної кори, тобто перших гірських порід.

Відносний та абсолютний вік гірських порід. Геологія — наука про земну кору, її склад, будову, історію розвитку та процеси, що в ній відбуваються. Гірські породи формувалися в результаті дії багатьох внутрішніх і зовнішніх процесів. Деяким гірським породам кілька мільярдів років, іншим — десятки тисяч. Звісно, люди не були свідками всієї історії нашої планети. Тоді ж за якими ознаками вчені її відновлюють? Як визначають вік гірських порід?

Розрізняють відносний та абсолютний вік порід. Відносний вік показує, яка гірська порода виникла раніше, а яка — пізніше, тобто порівнюється час утворення однієї породи відносно іншої. Зазвичай осадові породи, що лежать нижче, утворилися раніше, а згодом на них нашарувалися нові товщі осадових порід. Якщо магматична порода прорізає в надрах землі шари осадових, то вона молодша за них, адже магма занурилася в осадові породи, коли вони вже існували.

Іншим способом визначення відносного віку гірських порід є вивчення решток давніх живих організмів, що в них збереглися. Адже в кожний великий проміжок історії Землі на ній жили певні рослини та тварини. Згодом їх змінювали інші. Наприклад, якщо в гірських породах знаходять кістки динозаврів, це означає, що вони давніші за ті, в яких знаходять скелети птахів і звірів. Кам’яне вугілля з відбитками листків деревоподібних папоротей виникло раніше за буре вугілля з рештками квіткових рослин.

Визначити відносний вік гірських порід — це зробити лише півсправи. Важливо дізнатися, скільки мільйонів або й мільярдів років певній породі, тобто встановити її абсолютний вік. Але чи можливо це? Виявляється, так. У земній корі є свої «геологічні годинники» — радіоактивні речовини, зокрема уран. Із часом він повільно, але зі сталою швидкістю розпадається на свинець (який залишається в породі) та газ гелій (який розсіюється). Для повного розпаду урану необхідно 710 млн років. Знаючи про це, учені точно обчислюють, скільки міститься у гірській породі урану, а скільки свинцю. На підставі цього визначають, як давно виникла порода.

Завдяки вивченню відносного й абсолютного віку гірських порід нашої планети, вдалося встановити, як розвивалася земна кора та як видозмінювалося життя на Землі.

Геохронологічна таблиця. Геологічна історія нашої планети починається 4 млрд років тому, коли на поверхні мантії сформувалася земна кора. Геологічну історію Землі поділяють на значні відрізки часу — геологічні ери, які у свою чергу складаються з геологічних періодів. Назви періодам давали за різними ознаками. Найчастіше вони пов’язані з сучасними або давніми географічними назвами місцевостей, де були досліджені гірські породи відповідного часу. Наприклад, девонський (від графства Девоншир у Великій Британії), пермський (від російського міста), Юрський (від гір Юра в Альпах) та інші. Деякі періоди названі за складом переважальних гірських порід, які були на той час сформовані, зокрема кам’яновугільний, крейдовий.

Поділ геологічної історії Землі на ери та періоди відображено у геохронологічній таблиці, або шкалі, яка є своєрідним календарем із проміжками часу від десятків мільйонів до мільярдів років. Міжнародну геохронологічну таблицю уклали вчені у другій половині XIX ст. і з накопиченням нових фактів багаторазово уточнювали. В підґрунті таблиці перебуває відносний вік гірських порід. Тому найдавніші ери показані знизу таблиці (як у земній корі залягають і більш давні осадові породи), молодші — зверху. В геологічній історії Землі виділяють п’ять геологічних ер.

Геохронологічна таблиця

Еон

Ера

Тривалість, млн років

Період

Тривалість, млн років

Епоха

Тривалість, млн років

Розвиток Землі у ранні геологічні ери. Архейська ера (з грецької — давній) тривала від 4 до 2 млрд років тому і становить половину всієї геологічної історії планети. Життя у ті часи не існувало. Хлюпотіло море. Вулканізм мав глобальний характер. Первинні материки мали вигляд велетенських застиглих потоків лави.

Протерозойська ера (з грецької — раннє життя) охопила відрізок часу від 2 млрд до 570 млн років тому й становить ще 40 % геологічного часу. На думку вчених, земна кора залишалася неспокійною. Літосфера розтріскалася на велетенські плити, які почали дрейфувати. Процеси вулканізму й активного горотворення локалізувалися на краях літосферних плит. Наприкінці протерозою відбулася байкальська епоха горотворення. Нині на місці її прояву знаходяться сильно зруйновані брилові гори. Близько 3 млрд років в Океані на мілководді виникли перші мікроорганізми. Наприкінці протерозойської ери в океанах панували водорості та прості м’якотілі тварини, які після себе майже не лишили слідів існування.

Разом архейську та протерозойську ери називають докембрієм (за назвою першого періоду наступної Палеозойської ери), який охоплює 90 % усього геологічного часу. Проте поки що небагато накопичено знань про ті віддалені часи, тому дві перші ери не поділяють на геологічні періоди.

Розвиток Землі у палеозойську еру. Палеозойська ера (з грецької — давнє життя) розпочалася 570 млн років, а закінчилися 240 млн років тому та становить 6 % від усього геологічного часу. Про цей відрізок історії Землі накопичено чимало знань, тому Палеозойську еру поділяють на шість геологічних періодів. Перші три становлять ранній палеозой, три наступні — пізній палеозой.

У ранньому палеозої материки й океани зовсім не були подібні до сучасних. У південній півкулі існував давній материк Гондвана, а у північній — кілька окремих материків: Лаврентія, Сибір (Ангарида), Європа й інші. На краях тодішніх літосферних плит відбувалося каледонське горотворення. Нині ці давні гори сильно зруйновані зовнішніми процесами. У середині плит формувалися величезні рівнини. В ранньому палеозої життя вирує лише в Океані. Панують водорості, а серед тварин — медузи, губки, молюски, давні ракоподібні істоти трилобіти. В силурійський період перші рослини вийшли з Океану на заболочені ділянки суходолу та наситили повітря киснем.

У пізньому палеозої внаслідок пересування літосферних плит вони поступово зближуються і наприкінці Пермського періоду утворюється надматерик Пангея (з грецької — уся земля), який оточують океани Панталасса (з грецької — усе море). При цьому по лініях зіткнення давніших материків відбувалося герцинське горотворення. В Україні на той час сформувалися гори на місці Донецького кряжу та рівнинної частини Криму. В Океані панівною групою тварин стають риби. На суходолі за умов вологого і теплого клімату серед деревоподібних папоротей літали велетенські комахи. З води вийшли на суходіл велетенські земноводні — родичі сучасних жаб.

Розвиток Землі у мезозойську еру. Мезозойська ера (з грецької — середнє життя) тривала від 240 млн до 67 млн років тому і становить близько 3 % від усієї історії розвитку земної кори. Вона складається із трьох геологічних періодів: тріасового, юрського та крейдового. Клімат материка Пангея стає сухим і спекотним. Де призводить до вимирання вологолюбної флори і фауни пізнього палеозою. Папороті змінюють посухостійкі голонасінні рослини, а земноводних тварин — плазуни (рептилії), яких назвали динозаврами (у перекладі — страшна ящірка). Останні опанували усі сфери життя: суходіл, повітря й воду.

Наприкінці тріасового періоду Пангея починає розколюватися на два материки: південний — Гондвану, північний — Лавразію. Між ними виникає океан Тетіс. До кінця мезозою ці материки продовжують розколюватися на сучасні континенти. Внаслідок розсування материків виникають улоговини сучасних океанів. У місцях зіткнення літосферних плит відбувається мезозойське горотворення.

У середині мезозою з’явилися квіткові рослини, перші птахи та ссавці. Спочатку ці тварини були малочисельними та невеликими за розмірами й суттєвої конкуренції динозаврам не становили. Але вони мали неабияку перевагу порівняно з рептиліями — теплокровність, що дало їм змогу вижити в епохи суттєвого похолодання клімату.

Розвиток Землі у кайнозойську еру. Кайнозойська ера (з грецької — нове життя) розпочалася 67 млн років тому і триває донині. Вона становить менше 1 % геологічної історії. Її поділяють на три геологічні періоди: палеогеновий, неогеновий і четвертинний (або антропогеновий). Материки й океани поступово набувають сучасних обрисів. У місцях зіткнення літосферних плит проявляється альпійська епоха горотворення, в результаті якої утворюються величезні пояси гір. Серед них — Карпати та Кримські гори. Давні плазуни й динозаври вимерли ще в кінці мезозою. Клімат палеогену та неогену був теплим і вологим, тому на суходолі на той час жили теплолюбні рослини та тварини. В четвертинному періоді відбувається різке похолодання клімату, що спричиняє чотири епохи зледеніння у північній півкулі Землі. Максимальна з них, Дніпровська, досягла території України. Це суттєво вплинуло на склад гірських порід, змінило рельєф, а також видовий склад рослин і тварин. Антропоген — час появи та розвитку людини.