Методы исследований, используемые в современной геологической науке

28

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Геология XXI века: "прорывные исследования"

1.1 Ключевые задачи

1.2 Корректировка геологического времени

1.3 Метод "молекулярных часов"

1.4 Сравнительная геодинамика

1.5 Основные положения

2. Событийный анализ

2.1 Ключевые задачи

2.2 Общее понятие о геологических событиях

2.3 Диагностика геологических событий

2.4 Общие положения

3. Вопросы для самоконтроля

4. Проектное задание

5. Рекомендуемая литература

Список литературы

Введение

Модуль III настоящего учебного пособия содержит теоретическую информацию относительно конкретных методов исследований, используемых в современной геологической науке. Эта информация частично переработана из трех предшествующих учебно-методических разработок автора (Закруткин, Рубан, 2005; Рубан, 2006, 2010). Его целью является ознакомление студентов-геологов с тремя примерами "прорывных" исследований (как чисто геологических, так и междисциплинарных), а также с событийной основой современной геологии. Последняя предопределяет направленность многих исследовательских проектов, реализуемых в настоящее время, в потому изучение принципов событийного анализа имеет большое значение для высокой профессиональной подготовки будущих специалистов. В рамках модуля предполагается также самостоятельная работа студентов, связанная с выполнением проектного задания.

геология молекулярный время

1. Геология XXI века: "прорывные" исследования

1.1 Ключевые задачи

Разобраться в особенностях совершенствования шкалы геологического времени на современном этапе.

Узнать о методе генетической датировки событий биотической эволюции.

Рассмотреть значение сравнений тектонической эволюции регионов.

Обсудить перспективы дальнейших исследований в рамках каждого из "прорывных" направлений.

1.2 Корректировка геологического времени

Возникновение понятия о геологическом времени восходит корнями ко времени изучения последовательностей осадочных пород. Однако сравнительно быстро для измерения геологического времени стали использоваться комплексы ископаемых организмов, распространенных в сравнительно узком стратиграфическом интервале (руководящая фауна). Хотя разделение лито- и биостратиграфии произошло еще в XIX веке, решение вопроса об их окончательном разграничении затянулось на многие десятилетия. В отечественной практике это разграничение стало активно проводиться лишь с начала 1990-х годов. Выделение на основе руководящей фауны подразделений геологического времени было связано со стратиграфическими работами в конкретных местностях. Описанные там последовательности с характерным для них набором ископаемых организмов и закономерностями распространения последних в разрезе стали использоваться в качестве эталонов полных интервалов вышеуказанных подразделений (в большинстве случаев речь идет о ярусах). Конкретные разрезы, в которых закреплялись стратиграфические подразделения, стали их историческими стратотипами. К середине XX века стало очевидным, что привязка к историческим стратотипам малоэффективна. Во-первых, практически невозможно подобрать такой разрез, чтобы в нем был представлен действительно полный интервал того или иного яруса. Перерывы и дефекты палеонтологической летописи все равно будут оказывать существенное влияние. Во-вторых, исторические стратотипы в большинстве своем располагаются в Европе, тогда как разрезы в других частях света могут быть не менее, а часто и более информативными. В-третьих, стратиграфия накопила огромное количество новых данных, которые нельзя было не учитывать при разработке шкал геологического времени. В этой связи, начиная с 1970-х г.г., Международная комиссия по стратиграфии (информация об этой организации и результатах ее деятельности представлена на официальной web-странице: www.stratigraphy.org) начала масштабную корректировку шкалы геологического времени. Эта работа не завершена до сих пор, хотя наибольший прогресс был достигнут в последние два десятилетия, когда и была заложена основа современной хроностратиграфии. В настоящее время происходит бурное развитие этого направления, которое стало одним из ключевых в изучении эволюции Земли.

Суть современной хроностратиграфии сводится к следующему. Взамен историческим стратотипам, которые сохраняют определенное значение (но не для целей корреляции), предложены глобальные стратотипы (GSSP = Global Stratotype Section and Point), иногда называемые "золотыми гвоздями". В них фиксируется положение нижних границ ярусов. Найти разрезы, где пограничный интервал представлен в непрерывной последовательности, возможно в отличие от полных разрезов ярусов. Более того, хорошо закрепленная событийными уровнями (изохронными поверхностями проявлений глобальных событий в эволюции Земли) граница ярусов может быть успешно прослежена во многих (в идеале - во всех) регионах Земли. Глобальные стратотипы могут располагаться в любом регионе планеты. При фиксации границы яруса используются события, связанные с эволюцией биоты (последнее или первое появление видов), химизма геологической среды (например, аномалии изотопа углерода), магнитного поля (смена полярности) и т.п. Каждая вновь установленная граница датируется с помощью методов определения абсолютного времени. В ряде случаев возможно использование таких новейших методик как астрономические калибровки (основаны на изучении закономерностей глобальной цикличности и ее связи с астрономическими параметрами планеты). При установлении стратотипов или даже до этого на основании представительных (для Земли в целом) данных обсуждаются вопросы, связанные с объемом ярусов, а также название последних. В ряде случаев выделяются новые ярусы. Одновременно ведутся дискуссии относительно иерархии и номенклатуры подразделений геологического времени. Например, в недавнее время кембрийская система была расчленена на 4 отдела (Ogg et al., 2008). На 4 года из шкалы геологического времени был выведен четвертичный период. Недавно он был возвращен туда, однако его граница установлена ниже (Gibbard, Cohen, 2008). Поднимается вопрос о переходе к трехчленному разделению мела. Все упомянутые выше и прочие дискуссии относительно шкалы ведутся в рамках работы Международной комиссии по стратиграфии. Решения там принимаются коллегиально путем голосования.

Итак, представления о геологическом времени претерпевают существенные изменения. Современная хроностратиграфия создает принципиально новую систему видения эволюции Земли, т.к. сочетает в себе как событийный, так и эволюционный подходы. Установление глобальных стратотипов для всех ярусов фанерозоя вовсе не означает придание шкале окончательного вида. Во-первых, немалая работа предстоит в отношении докембрийского интервала. Во-вторых, появление новых данных и методик исследований обязательно должно приводить к корректировке иерархии и номенклатуры подразделений геологического времени и пересмотру глобальных стратотипов. К настоящему времени хроностратиграфическая шкала и, соответственно, шкала геологического времени разработаны для большей части фанерозойской истории Земли (Ogg et al., 2008). Что касается докембрия (гадей, архей, протерозой), то сейчас обсуждается возможность пересмотра ранее принятой для этого интервала шкалы (Bleeker, 2004). Установление глобального стратотипа для эдиакарской системы (Ogg et al., 2008) открыло совершенно новые перспективы для использования традиционно считавшихся "фанерозойскими" методов в отношении значительно более древних интервалов. Ниже предлагается список ярусов, для которых установлены глобальные стратотипы и которые, следовательно, отражают века геологической истории, выделенные на принципиально новой основе. Данный список основан на последней версии справочного руководства Международной комиссии по стратиграфии (Ogg et al., 2008). а также информации официального сайта комиссии: www.stratigraphy.org.

КЕМБРИЙСКАЯ СИСТЕМА (4 отдела) - глобальные стратотипы установлены для 4 ярусов из 10 (фортунский, друмский, гужаньский, паибский ярусы).

ОРДОВИКСКАЯ СИСТЕМА (3 отдела) - глобальные стратотипы установлены для всех ярусов (тремадокский, флойский, дапиньский, дарривильский, сандбийский, катский, хирнантский ярусы).

СИЛУРИЙСКАЯ СИСТЕМА (4 отдела) - глобальные стратотипы установлены для всех ярусов (радденский, аэронский, телихский, шейнвудский, гомерский, горстский, лудфордский ярусы; в пржидольском отделе ярусы не выделены, но для отдела в целом установлен глобальный стратотип).

ДЕВОНСКАЯ СИСТЕМА (3 отдела) - глобальные стратотипы установлены для всех ярусов (лохковский, пражский, эмсский, эйфельский, живетский, франский, фаменский ярусы).

КАМЕННОУГОЛЬНАЯ СИСТЕМА (2 подсистемы и 6 отделов) - глобальные стратотипы установлены для 3 ярусов из 7 (турнейский, визейский, башкирский ярусы).

ПЕРМСКАЯ СИСТЕМА (3 отдела) - глобальные стратотипы установлены для 6 ярусов из 9 (ассельский, роадский, вордский, кэптенский, учапиньский, чансиньский ярусы).

ТРИАСОВАЯ СИСТЕМА (3 отдела) - глобальные стратотипы установлены для 3 ярусов из 7 (индский, ладинский, карнийский ярусы).

ЮРСКАЯ СИСТЕМА (3 отдела) - глобальные стратотипы установлены для 6 ярусов из 11 (геттангский, синемюрский, плинсбахский, ааленский, байосский, батский ярусы).

МЕЛОВАЯ СИСТЕМА (2 отдела, обсуждается возможность выделения 3 отделов) - глобальные стратотипы установлены для 3 ярусов из 12 (сеноманский, туронский, маастрихтский ярусы; в настоящее время предлагается новая схема выделения ярусов в средней части мела (Moullade et al., 2011)).

ПАЛЕОГЕНОВАЯ СИСТЕМА (3 отдела) - глобальные стратотипы установлены для 5 ярусов из 9 (датский, зеландский, танетский, ипрский, рюпельский ярусы).

НЕОГЕНОВАЯ СИСТЕМА (2 отдела) - глобальные ярусы установлены для 6 ярусов из 8 (аквитанский, серравальский, тортонский, мессинский, занклийский, пьяченцский ярусы).

ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СИСТЕМА (2 отдела) - глобальные ярусы установлены для 2 ярусов из выделенных 4 (гелазийский, калабрийский ярусы; в голоценовом отделе ярусы не выделены, но для отдела в целом установлен глобальный стратотип).

В настоящее время обсуждается положение границы между системами и целесообразность выделения четвертичной системы, а также ярусная номенклатура интервала последней (Gibbard, Cohen, 2008; McGowran et al., 2009; Ruban, 2008a).

1.3 Метод "молекулярных часов"

Традиционно эволюция жизни на Земле восстанавливается путем накопления палеонтологических данных. Однако сложность интерпретации геологической информации об ископаемых организмах, неполнота и различные дефекты палеонтологической летописи, несовершенство существующих методик обработки данных о древней биоте и т.д. создают значительные препятствия на пути познания биологической эволюции. Для иллюстрации сказанного приведем два факта. Долгое время считалось, что остатки древнейших на Земле организмов возрастом 3,8 Ga найдены в Гренландии. Однако новые исследования показали, что данные остатки (независимо от того, являются ли они органическими или нет, хотя последнее вероятно) имеют существенно более молодой возраст (Appel et al., 2003). Таким образом, возраст наиболее древних организмов оказывается меньшим, чем предполагалось. Тем не менее, жизнь на Земле наверняка появилась раньше (Russell, 2009). В качестве другого факта можно указать, что степень изученности морских и континентальных организмов принципиально различна, и, возможно, мы существенно недооцениваем роль континентальной биоты в общей эволюции жизни на Земле (Russell, 2009).

Новейшей альтернативой традиционному направлению исследований является метод "молекулярных часов". Он интенсивно развивался с 1960-х годов, однако наиболее широко стал использоваться лишь в последние 5-10 лет. Смысл данного метода заключается в следующем. Анализ генетической информации, полученной из современных организмов (по ДНК и протеиновым последовательностям), позволяет определить степень их родства и реконструировать порядок образования от некоторых общих предковых форм (Hedges, Kumar, 2009). При этом считается, что молекулярные изменения достаточно постоянны, предсказуемы, а потому пригодны для статистического моделирования. Современные технологии также позволяют учесть возможные отклонения от постоянных величин указанных изменений. Таким образом, разработан метод оценки времени между дивергенцией форм от последнего общего предка. Результатом дивергенции является появление новых линий организмов, что также может быть датировано. Исходя из этого, строится т.н. "дерево времени" (аналог генеалогического древа), которое отражает последовательность и время дивергенций организмов, приведших, в конечном итоге, к появлению современных форм. Иными словами, анализ только лишь современной генетической информации позволяет реконструировать биотическую эволюцию и описывать ее в масштабе геологического времени.

Метод "молекулярных часов" получил особое распространение с начала 2000-х годов, а его результаты привлекают к себе все большее внимание. Они позволяют предполагать с той или иной степенью достоверности время появления таксонов при отсутствии надежных палеонтологических данных. По сути активное развитие данного метода открыло совершенно новое направление в изучении эволюции жизни на Земле. Большие перспективы связаны с анализом информации не только по современным, но и по ископаемым организмам, а также совершенствованием калибровок датирования происхождения новых таксонов от общего предка (Hedges, Kumar, 2009). К настоящему времени достигнут значительный прогресс в использовании метода "молекулярных часов" относительно большого количества групп живых организмов. В 2009 г. информация, полученная в ведущих мировых лабораториях, была суммирована и издана в виде справочника, где учитываются (будучи критически рассмотрены) данные по 1610 семействам всех трех надцарств (Hedges, Kumar, 2009). Ниже приводятся некоторые, в.т. наиболее интересные с точки зрения общей геологической эволюции планеты, датировки событий, полученные с помощью метода "молекулярных часов":

появление жизни на Земле - 4,4-4,2 Ga;

первая дивергенция жизни - 4,2 Ga;

появление эукариотов (Eukaryota) - 2,0 Ga;

первая дивергенция эукариотов (Eukaryota) - 1594 Ma;

появление грибов (Fungi) - 1368 Ma;

появление животных (Metazoa) - 1020 Ma;

появление наземных растений (Embryophyta) - 936 Ma;

появление иглокожих (Echinodermata) - 795 Ma;

появление позвоночных (Vertebrata) - 774 Ma;

появление моллюсков (Mollusca) - 698 Ma;

первая дивергенция наземных растений (Embryophyta) - 593 Ma;

первая дивергенция пауков (Araneae) - 392 Ma;

появление покрытосеменных растений - 355 Ma;

первая дивергенция жуков (Coleoptera) - 285 Ma;

появление лягушек и жаб (Anura) - 264 Ma;

первая дивергенция диатомовых водорослей (Bacillariophyta) - 207,5 Ma;

первая дивергенция птиц (Aves) - 119 Ma;

первая дивергенция крокодилов (Crocodylia) - 102,6 Ma;

появление грызунов (Rodentia) - 86,4 Ma;

появление приматов (Primates) - 86,2 Ma;

появление летучих мышей (Chiroptera) - 84,2 Ma;

появление плотоядных (Carnivora) - 79,8 Ma;

дивергенция сов (Strigiformes) - 71,1 Ma;

дивергенция плотоядных на Caniformia и Feliformia - 52,9 Ma;

появление гоминид (Hominidae) - 18,8 Ma.

ПРИМЕЧАНИЯ: 1) стандартные обозначения единиц времени: Ga - млрд л., Ma - млн л.; 2) даны упрощенные названия групп живых организмов, а их соответствие биологической номенклатуре указывается согласно (Hedges, Kumar, 2009).

1.4 Сравнительная геодинамика

К настоящему времени накоплен огромный запас знаний о геологическом строении многих регионов планеты. Их обобщение позволяет дать достаточно целостную характеристику эволюции литосферы и ее крупных составляющих. Однако прямое сравнение отдельных регионов является не менее важной задачей. Подобного рода работы предпринимались неоднократно, в т.ч. и геологами нашей страны. В частности, Николай Сергеевич Шатский еще в середине XX века предпринял весьма результативное сопоставление тектоники Донбасса и системы Вичита в США (Шатский, 1946). Накопление большого массива новых данных и существенная детализация региональных геодинамических реконструкций делают исследования в области сравнительной геодинамики исключительно актуальными. Это становится еще более очевидным, принимая во внимание тот факт, что концепция тектоники литосферных плит оказалась существенно расширенной представлениями о террейнах. К середине 1990-х годов появились возможности для достоверных плит-тектонических реконструкций достаточно небольших регионов, учитывающих динамику как крупных, так и мелких блоков. Само использование террейнового анализа по сути невозможно без привлечения сравнительной геодинамики, т.к. требует получения целостной картины региональной эволюции литосферы путем сопоставления фрагментальных геодинамических построений в условиях острого дефицита данных.

Целью сравнительной геодинамики как самостоятельного направления является сравнение состояния на определенный момент и/или на определенной стадии развития двух и более отдельных (в т.ч. и весьма удаленных друг от друга в пространстве и/или времени) регионов или структурных элементов. На основании такого сравнения может быть сделан вывод о степени геодинамического сходства регионов, что важно для 1) обсуждения общих закономерностей их развития, 2) определения величины отклонения от этих закономерностей, 3) дополнения пробелов в знаниях об одном из регионов, 4) установления связей между тектоническим развитием этих регионов, 5) выявления тенденций в изменении характера динамики литосферы и т.п. Сравнение может проводиться для геодинамического режима в целом и отдельных его составляющих, а также как для временных срезов, описываемых режимом и тенденциями, так и для временных интервалов, описываемых динамикой и трендами. Установление геодинамических аналогов может иметь практические следствия. Например, обсуждение перспектив нефтегазоносности одного региона допустимо вести с использованием данных по другому, где месторождения нефти или газа уже обнаружены. Перспективы сравнительной геодинамики исключительно широки. В частности, именно исследования в рамках этого направления, вероятно, позволят подобрать ключи к расшифровке архейской тектоники литосферных плит, а также геодинамики Панталассы - огромного океана, существовавшего сотни миллионов лет. С большой уверенностью можно утверждать, что любое сравнение двух и более регионов никогда нельзя считать завершенным. Допустим, геологическое строение одного из регионов изучено лучше. Установив сходство с другим регионом, где имеется дефицит знаний, мы прогнозируем наличие там еще неизвестных особенностей, которые характерны для первого региона. Однако последующие исследования могут не подтвердить этот прогноз или обнаружить, что в двух регионах общие особенности строения земной коры проявлены с закономерными отличиями. В отличие от двух вышеуказанных направлений приходится констатировать, что, к сожалению, исследования в области сравнительной геодинамики проводятся не так часто, как того требуют задачи и возможности современной геологии.

Методы сравнительной геодинамики были успешно использованы для обсуждения особенностей тектоники литосферных плит в докембрии (Caby, 2003; McCall, 2001). Приведем результаты сопоставления тектоники Кавказа в средней юре и Западно-Пилбарского гранито-зеленокаменного террейна в мезоархее (Ruban, 2009). В обоих случаях была установлена островодужная коллизия, сопровождавшаяся сдвиговыми смещениями, затуханием вулканической активности и некоторой стабилизацией тектонического режима. На Кавказе коллизия типа "дуга-дуга" длилась от 3-4 до 8 млн. л., тогда как в пределах Западно-Пилбарского гранит-зеленокаменного террейна длительность коллизии типа "дуга-континент" достигала 170 млн. л. Проведенное сравнение важно для понимания сходства и возможных различий между характером островодужной коллизии в фанерозое и архее.

В качестве другого примера приведем опыт использования сравнительной геодинамики при изучении крупномасштабных сдвиговых тектонических движений на южной периферии Русской (Восточно-Европейской) платформы в позднем палеозое-раннем мезозое. Здесь с конца девона и до середины триаса имели место крупные правосвдвиговые смещения, в результате которых, в частности, террейн Большого Кавказа оказался смещенным в Прото-Альпийскую область, где располагался рядом с Карнийскими Альпами и Богемским массивом. Такого рода деформации происходили по всей северной периферии океана Палеотетис и были связаны с глобальной системой шовных зон внутренней части суперконтинента Пангея. Смещения по этим зонам были связаны с вращением Африки. Аналогичные сдвиговые деформации вдоль континентальной окраины происходили в мезозое-кайнозое (они продолжаются и до настоящего времени) на западе Северной Америки (Ruban, 2007). Такое установление геодинамических аналогов важно для понимания роли глобальных систем шовных зон в эволюции литосферы, которая, по-видимому, недооценивается. Проведенное сравнение также делает актуальными некоторые идеи относительно глобальной вращательной тектонике (Storetvedt, 2003).

Во второй половине триаса направление вращения Африки изменилось на противоположное и, соответственно, сдвиговые смещения вдоль Северо-Палеотетической шовной зоны стали носить левосторонний характер. Террейн Большого Кавказ занял позицию, близкую к современной. Шовная зона проходила между Русской платформой на севере и террейном Большого Кавказа на юге. Активность связанных с ней нарушений, усиленная причленением с юга террейна Малого Кавказа, предопределила заложение бассейна Большого Кавказа в самом начале юры. В этой связи последний может рассматриваться в качестве аналога крупного Неукенского бассейна в Южной Америке (современная территория Аргентины и Чили), на заложение которого также оказала влияние крупная шовная зона (Ruban, 2008b). Более того, обе зоны входили в единую планетарную сеть шовных зон, о которой говорилось выше. Сравнение тектонических механизмов, приведших к образованию обоих бассейнов, пусть и весьма отдаленных друг от друга, позволяет обсудить сходства и различия их эволюции, а также, возможно, углеводородный потенциал накопленных в них отложений.

1.5 Основные положения

Шкала геологического времени непрерывно уточняется.

На настоящий момент установлены стратотипы не всех ярусов геологической шкалы, что открывает перспективы для новых исследований.

Генетическая информация из современных организмов успешно используется для датировки событий в биотической эволюции.

Метод "молекулярных часов" позволяет определять время дивергенции групп организмов.

Перспективным является приведение в соответствие палеонтологических и генетических данных.

Сравнительная геодинамика позволяет реконструировать тектоническое развитие нескольких регионов, в т.ч. удаленных.

Перспективность сравнительной геодинамики определяется в т.ч. возможностью выявления влияния планетарных процессов на геологическое развитие отдельных регионов, а также определения пространственного положения этих регионов в геологическом прошлом.

2. Событийный анализ

2.1 Ключевые задачи

Получить общее представление о геологических событиях.

Рассмотреть примеры геологических событий..

Обсудить основные принципы событийного анализа.

2.2 Общее понятие о геологических событиях

Геологические события являются одним из основных объектов исследования современной геологии, а их анализ предопределяет подход последней к расшифровке эволюции Земли (Babin, 2007; Walliser, 1986, 1995). Определение понятия "событие" тесно связано с истолкованием таких важнейших философских понятий как "развитие", "время" и "прогресс". Развитие - это достижение объектом, системой или всей материей более высокого уровня организации, обеспечивающего менее противоречивое ее состояние. Изначально противоречивое состояние и необходимость его последующего устранения - основа всякого развития. Развитие реализуется путем изменения объекта, системы или всей материи. Изменение - это реализация ранее возникших ("накопленных") тенденций. Тенденция - возможный путь ликвидации того или иного противоречия или суммы противоречий. Совокупность множества одинаковых изменений, происходящих со всеми объектами, системами и материей в целом составляет время. Таким образом, развитие не просто реализуется во времени, оно реализуется им; время производно от развития. Если мы рассматриваем отдельно две различные системы или два объекта и принимаем их условно раздельными и несосуществующими, то время для них будет протекать по разному в силу различной последовательности их изменения.

Развитие во времени может быть по сути своей или прогрессивным, или стабильным. Если имеет место обычная последовательность изменений, когда за каждым из них следует аналогичное последующее, то происходит стабильное развитие. Если же каждое изменение само по себе усиливает последующее, то имеет место прогресс. Развитие всегда направлено к совершенствованию, т. к. ликвидация противоречий выводит объект, систему или материю на принципиально новый уровень, когда вновь возникшие противоречия уже менее значительны в сравнении с предыдущим уровнем. Развитие при рассмотрении отдельно для каждого объекта, системы или материи в целом имеет свои начало и конец. Начало развития - это появление данного объекта или системы, а конец - достижение ими состояния ликвидации собственных противоречий. Событие - это реализация изменения, затрагивающего те или иные объекты, системы или материю в целом. В применении к геологии можно сказать, что это - изменение геологической среды или ее составляющих. В общем, понятия “событие” и “изменение” тождественны. В упрощенном виде, можно говорить о том, что время состоит как из совокупности изменений, так и из совокупности событий.

События, связанные с развитием Земли и ее подсистем, отличаются исключительным разнообразием. К ним относятся и такие катастрофы как массовые вымирания ископаемых организмов, наиболее крупные из которых имели место в конце ордовика, середине позднего девона, на рубеже перми/триаса, в конце триаса и на границ мела/палеогена, и такие "обычные" события как, скажем, смена карбонатного осадконакопления глинистым или формирование новой генерации кварца в гидротермальной системе. События нередко обнаруживают интереснейшие взаимосвязи. Например, недавние исследования показали, что похолодание в миоценовую эпоху способствовало аридизации и соответствующему изменению растительного покрова в Африке, что, в свою очередь, привело, в частности, удлинению шеи у жираф (Badlangana et al., 2009). Следует также отметить, что события различаются по масштабу проявления в геологическом пространстве. Если столкновение Земли на самой ранней стадии ее эволюции (в гадее, предшествовавшем архею) с космическим телом, имевшим размеры, сходные с современным Марсом, имело масштабы грандиозной планетарной катастрофы (Zhang, 2005), то внезапное и сравнительно кратковременное углубление морского бассейна, существовавшего в пределах территории современного Западного Кавказа в ладинском веке (средний триас) было событием лишь регионального масштаба. Относительно некоторых событий судить сложнее. Например, пространственные масштабы проявления похолодания, которое имело место 8200 лет назад, и его следствий остаются предметом дискуссий. Было ли это событие глобальным или затронуло лишь отдельные сектора планеты?

2.3 Диагностика геологических событий

Событийный анализ формирует основу для многих направлений геологических исследований. В частности, секвентная стратиграфия - это анализ событий в эволюции осадочных бассейнов, а анализ генераций минералов - это анализ событий в эволюции минералообразующих систем, палеоклиматология немыслима без анализа быстрых потеплений и похолоданий, а тектоностратиграфия уделяет значительное внимание деформациям и фазам метаморфизма. Почему событийный анализ играет такую огромную роль в современной геологии? По всей видимости, это стало результатом целого ряда обстоятельств, включая повышенный интерес к изучению геологических катастроф. Здесь очень важно отметить, что событийный анализ принципиально отличается от катастрофизма, будучи основанным на более универсальных представлениях и уделяя существенное внимание самым обычным "событиям", которые не имели негативных последствий. Именно такой анализ важен для современной науки (Babin, 2007). Однако, возможно, существует и более глубокая причина, объясняющая переход современной геологии на событийную основу. Событийный анализ можно рассматривать как противоположность эволюционному подходу к пониманию геологической истории. Последний использовался весьма широко, будучи нацеленным на анализ долговременных процессов и тенденций, постепенных изменений и сложной динамики систем. Эволюционный подход сыграл огромную роль в понимании закономерностей развития Земли, однако по мере детализации знаний все больший интерес стали представлять явления, характерные для коротких отрезков геологической истории. В идеальном случае геологический аппарат должен основываться на сбалансированном использовании как эволюционного подхода, так и событийного анализа.

Основой событийного анализа является диагностика (т.е. распознание) геологических событий, а, в более общем плане, - рассмотрение геологической истории как серии взаимосвязанных событий, формирующих общие тенденции или выделяющиеся на их фоне. Нам важно уделить внимание тому, какие события диагностируются и как.

Принципиальной видится классификация событий по их временной длительности:

событие-уровень (СУ);

событие-эпизод (СЭ);

событие-наведенный эпизод (СНЭ).

СУ - это достаточно краткое (мгновенное в первом приближении) событие, отвечающее определенному временному срезу. Например, это появление нового вида живых существ. СЭ охватывает некоторый, в той или иной степени длительный интервал времени. Это, скажем. трансгрессия. Относительно реальной длительности СНЭ мы точных сведений изначально не имеем, но, зная, что оно проявилось в течение того или иного интервала, приписываем это событие всему этому интервалу. Допустим, в строении орогена отмечена фаза деформации, датируемая поздним карбоном. Возможно, эта фаза была значительно более кратковременной, но в отсутствие точных сведений мы сопоставляем ее с поздним карбоном в целом.

Важно классифицировать события по проявлению в геологическом времени. Они могут быть подразделены на

одиночные;

прерывистые;

составляющие дискретных последовательностей;

составляющие непрерывных последовательностей.

Одиночные события проявляются однократно в геологической истории. Например, это зарождение жизни на Земле. Прерывистые события, которые могут проявляться хаотически или через относительно равномерные интервалы времени, отражают повторяемость того или иного явления в геологической истории. К числу таких события относятся, например, цунами и т.н. "суперизвержения" вулканов (наподобие извержения Тоба). Некоторые события образуют дискретные последовательности. В таком случае они следуют одно за другим, будучи однако четко обособленными друг от друга. Речь идет, например, о колебаниях глобального уровня моря. В другом случае события могут составить непрерывные последовательности. Примером является изменение температуры. Повышение ее, скажем, на каждые 1⁰ или 5⁰ является самостоятельным событием, однако лишь условно распознаваемым в общей последовательности, где нет четких границ между переходом системы из одного состояния в другое.

В целях событийного анализа в некоторых случаях целесообразно трансформировать цепочку прерывистых событий в дискретную последовательность (и наоборот), дискретную последовательность - в непрерывную (и наоборот), а непрерывную последовательность - в цепочку прерывистых события (и наоборот). Рассмотрим пример, иллюстрирующий, как это делается. Допустим, анализируется последовательность трансгрессий и регрессий в геологической истории определенного региона. Это дискретная последовательность, т.к. трансгрессии и регрессии могут считаться единичными событиями (типа СЭ), которые четко разграничиваются между собой. Далее мы можем выделить только лишь трансгрессии (или только регрессии). В результате будет получена цепочка повторяющихся событий. Теперь обратим внимание, что, допустим, каждый последующий трансгрессивно-регрессивный цикл характеризуется все большими амплитудами перемещения береговой линии в пространстве. В таком случае дискретная последовательность может быть трансформирована в непрерывную. Графически последняя может быть отражена в виде графика изменения амплитуды колебаний в геологическом времени.

Многие, если не почти все геологические события (за исключением одиночных) могут быть рассмотрены в контексте общих тенденций на фоне которых они реализуются. В этом отношении могут быть выделены следующие их типы:

ординарные события (ОС);

трансформационные события (ТС);

прерывающие события (ПС).

ОС более или менее полностью соответствуют имеющейся тенденции. Это может быть, скажем, потепление на 0,1⁰ за 100 лет при росте температур со скоростью 1⁰ за 1000 лет. ТС также соответствуют направленности тенденций, знаменуют усиление (тип ТС-1) или ослабление (ТС-2) последних. Например, в пределах определенной территории наблюдался медленный рост сейсмической активности в течение длительного промежутка времени, за чем последовало ее многократное усиление. Направленность процесса при этом не изменилась, чего нельзя сказать о его количественной характеристике. ПС отвечают смене тенденций. Например, трансгрессия сменилась регрессией. Событие, отвечающее этой смене и запечатленное в осадочной последовательности в виде поверхности максимального затопления, прервало одну тенденцию и положило начало другой. Особым видом являются экстремальные события, которые могут быть трансформационными (Э-ТС) и прерывающими (Э-ПС). Экстремальным оно считается из-за своего масштаба. Однако не каждое трансформационное или прерывающее событие является экстремальным. Примерами экстремальных событий являются глобальные аноксии, оледенения, массовые вымирания, космические импакты и т.п. При анализе конкретных геологических событий следует учитывать их нередко комплексную природу. В этой связи одно и тоже событие может по-разному проявиться для разных составляющих геологической среды.

Диагностика события и определение его временных рамок являются исключительно сложными задачами, решение которых всегда будет субъективным. Зачастую последнее возможно с использованием заранее установленных критериев или статистических методов. В целом, событийный анализ решает две основные задачи. Во-первых, он позволяет выделить некоторые явления геологической истории, которые могут быть рассмотрены по отдельности. Во-вторых, он дает возможность качественной оценки этих событий и определения их роли в эволюции Земли в целом или ее отдельной составляющей или же отдельной территории. Иными словами. событийный анализ готовит "почву" для детальной расшифровки геологической истории.

2.4 Основные положения

Современная геология имеет событийную основу.

Событие - реализация изменения геологической среды или ее составляющих.

Событийный анализ и эволюционный подход дополняют друг друга при изучении геологической истории.

Геологические события могут быть классифицированы по их длительности и выражении во времени, а также по их отношению к тенденциям, на фоне которых они реализуются.

Цепочки прерывистых событий, дискретные и непрерывные последовательности могут быть при необходимости трансформированы друг в друга.

3. Вопросы для самоконтроля

Как связаны метод "молекулярных часов" и современное геологическое знание?

Что представляют собой современные исследования геологического времени?

Как Вы понимаете событийную основу современной геологии?

Чем представлены современные исследования в области сравнительной геодинамики?

Что включает событийный анализ?

4. Проектное задание

Студенту предлагается самостоятельно сформулировать план научного исследования в рамках одного из "трех" прорывных направлений, рассмотренных в настоящем пособии, четко обозначить методы такого исследования, а также ожидаемые результаты. Следует оценить собственные возможности для реализации такого исследования в предельно коротки сроки и обсудить важность ожидаемых результатов для развития современной геологии. Проектное задание представляется в устной форме (доклад на 3-5 минут) и оценивается по зачетной системе (зачет/незачет).

5. Рекомендуемая литература

Для самостоятельного ознакомления рекомендуются следующие литературные источники: Рубан (2006), Рубан (2010).

Для углубленного изучения и дискуссий рекомендуется обратиться к ресурсам в Internet. Особое внимание стоит уделить официальному сайту Международной комиссии по стратиграфии: www.stratigraphy.org.

Список литературы

Закруткин В.Е., Рубан Д.А. Методические указания для студентов III-V курсов специальности 013600 "Геоэкология" по организации научно-исследовательской работы. - Ростов-на-Дону: УПЛ РГУ, 2005. - 40 с.

Рубан Д.А. Событийный анализ в науках о Земле: методические указания для студентов 5 курса специальности 013600 "Геоэкология" (дневное отделение). - Ростов-на-Дону: УПЛ РГУ, 2006. - 18 с.

Рубан Д.А. Современные направления в изучении эволюции Земли: методические указания по курсу "Основы научных исследований". - Ростов-на-Дону: УПЛ ЮФУ, 2010. - 19 с.

Шатский Н.С. Большой Донбасс и система Вичита. Сравнительная тектоника древних платформ. Сатья 2 // Известия АН СССР. Серия геологическая. - 1946. - № 6. - С. 26-57.

Appel P.W.U., Moorbath S., Myers J.S. Isuasphaera isua (Pflug) revisited // Precambrian Research. - 2003. - V. 126. - P. 309-312.

Babin C. Autour du catastrophisme: Des mythes et legendes aux sciences de la vie et de la Terre. - Paris: Vuibert, ADAPT/SNES, 2007. - 170 p.

Badlangana N.L., Adams J.W., Manger P.R. The giraffe (Giraffa camelopardalis) cervical vertebral column: a heuristic example in understanding evolutionary processes? // Zoological Journal of the Linnean Society. - 2009. - V. 155. - P. 736-757.

Bleeker W. Towards a 'natural' time scale for the Precambrian - A proposal // Lethaia. - 2004. - V. 37. - P. 219-222.

Caby R. Terrane assembly and geodynamic evolution of central-western Hoggar: a synthesis. // Journal of African Earth Sciences. - 2003. - V. 37. - P. 133-159.

Gibbard P., Cohen K.M. Global chronostratigraphical correlation table for the last 2.7 million years // Episodes. - 2008. - V. 31. - P. 243-247.

Hedges S.B., Kumar S. (Editors) The Timetree of Life. - Oxford: Oxford University Press, 2009. - 551 p.

McCall G.J.H. A critique of the analogy between Archaean and Phanerozoic tectonics based on regional mapping of the Mesozoic-Cenozoic plate convergent zone in the Makran, Iran. // Precambrian Research. - 2001. - V. 127. - P. 5-17.

McGowran B., Berggren B., Hilgen F., Steininger F., Aubry M.-P., Lourens L., Van Couvering J. Neogene and Quaternary coexisting in the geological time scale: The inclusive compromise // Earth-Science Reviews. - 2009. - V. 96. - P. 249-262.

Moullade M., Granier B., Tronchetti G. The Aptian Stage: Back to fundamentals // Episodes. - 2011. - V. 34. - P. 148-156.

Ogg J.G., Ogg G., Gradstein F.M. The Concise Geologic Time Scale. - Cambridge: Cambridge University Press, 2008. - 177 p.

Ruban D.A. The southwestern margin of Baltica in the Paleozoic-early Mesozoic: Its global context and North American analogue // Natura Nascosta. - 2007. - № 35. - P. 24-35.

Ruban D.A. Debated status of the Quaternary: a new proposal // Stratigraphy and sedimentology of oil-gas basins. - 2008a. - № 1. - P. 7-14.

Ruban D.A. The Jurassic events in the Greater Caucasus basin (Northern Neotethys) and the Neuquen basin (West Gondwana): A comparison // Revista de Asociaciуn Geolуgica Argentina. - 2008b. - V. 63. - P. 766-775.

Ruban D.A. Island arc collision in Neo-Tethyan domains and granite-greenstone terranes: the Middle Jurassic Caucasus and the Mesoarchean Pilbara // Archean granite-greenstone systems abd their younger analogues. - Petrozavodsk: KarNTs RAN, 2009. - P. 127-129.

Russell D.A. Islands in the Cosmos: The Evolution of Life on Land. - Bloomington, Indianapolis: Indiana University Press, 2009. - 456 p.

Storetvedt K.M. Global Wrench Tectonics. - Bergen: Fagbokforlaget, 2003. - 397 p.

Walliser О.H. (Ed.) Global Bio-events. - Berlin, Heidelberg: Springer, 1986. - 442 p.

Walliser О.H. (Ed.) Global Events and Event Stratigraphy in the Phanerozoic. Results of the International Interdisciplinary Cooperation in the IGCP-Project 216 "Global Biological Events in Earth History". - Berlin, Heidelberg: Springer, 1995. - 333 p.

Zhang Y. The age and accretion of the Earth // Earth-Science Reviews. - 2005. - V. 59. - P. 235-263.

Размещено на Allbest.ru