Палеонтологический метод

     Содержание  

1. Палеонтологический  метод…………………………………………3
2. Тектоника плит………………………………………………………4
3. Оледенение Земли…………………………………………………..19
4. Список литературы…………………………………………………21

     Палеонтологический  метод

     Палеонтологический  метод, метод определения относительного возраста осадочных толщ земной коры по сохранившимся в них ископаемым остаткам организмов. Используется для решения задач стратиграфии. Основоположник метода — английский инженер У. Смит (1769—1839), обративший внимание на то, что в разных осадочных слоях горных пород присутствуют характерные для каждого из них остатки организмов, и показавший, что эти остатки можно использовать для сопоставления толщ разных районов и составления на этой основе геологических карт. Развитию Палеонтологический метод способствовали работы Ч. Дарвина, утвердившие эволюционный подход в палеонтологии. В основу Палеонтологический метод положены идеи последовательной смены групп животных и растений в ходе исторического развития органического мира Земли, не повторяемости растительных и животных форм, а также признания необязательного одновременного изменения отдельных групп на всём земном шаре.

     Нередко геологический возраст отложений  определяют по так называемым руководящим  ископаемым. Недостаток такого подхода  в том, что руководящие роды и  виды при определённых условиях могут  появляться на ином, не свойственном им уровне. Более надёжно выяснение  возраста отложений по комплексам ископаемых организмов. Сопоставление может  считаться надёжным, если в вертикальном разрезе устанавливается одинаковая последовательность нескольких фаун. Большие трудности возникают  при сопоставлении морских и  континентальных отложений, содержащих (как правило) остатки организмов разных групп. При применении Палеонтологический метод наиболее важны те группы организмов, которые быстро изменялись во времени, были широко распространены, хорошо сохраняются  в ископаемом состоянии и встречаются  в значительном количестве. Всё большее  значение для Палеонтологический метод  приобретают микроорганизмы и микроостатки организмов (фораминиферы, остракоды, споры и пыльца, конодонты и др.); из морских макроорганизмов — граптолиты, головоногие моллюски, брахиоподы, из континентальных — позвоночные и растения.

     Тектоника плит

     Тектоника плит — современная геологическая теория о движении литосферы. Она утверждает, что земная кора состоит из относительно целостных блоков — плит, которые находятся в постоянном движении друг относительно друга. При этом в зонах расширения (срединно-океанических хребтах и континентальных рифтах) в результате спрединга (англ. seafloor spreading — растекание морского дна) образуется новая океаническая кора, а старая поглощается в зонах субдукции. Теория объясняет землетрясения, вулканическую деятельность и горообразование, большая часть которых приурочена к границам плит.

     Впервые идея о движении блоков коры была высказана  в теории дрейфа континентов, предложенной Альфредом Вегенером в 1920-х годах. Эта теория была первоначально отвергнута. Возрождение идеи о движениях  в твёрдой оболочке Земли («мобилизм») произошло в 1960-х годах, когда  в результате исследований рельефа  и геологии океанического дна  были получены данные, свидетельствующие  о процессах расширения (спрединга) океанической коры и пододвигания одних  частей коры под другие (субдукции). Объединение этих представлений  со старой теорией дрейфа материков  породило современную теорию тектоники  плит, которая вскоре стала общепринятой концепцией в науках о Земле.

     В теории тектоники плит ключевое положение  занимает понятие геодинамической  обстановки — характерной геологической  структуры с определённым соотношением плит. В одной и той же геодинамической  обстановке происходят однотипные тектонические, магматические, сейсмические и геохимические процессы.

     История теории тектоники плит. Основой теоретической геологии начала XX века была контракционная гипотеза. Земля остывает подобно испечённому яблоку, и на ней появляются морщины в виде горных хребтов. Развивала эти идеи теория геосинклиналей, созданная на основании изучения складчатых сооружений. Эта теория была сформулирована Джеймсом Даной, который добавил к контракционной гипотезе принцип изостазии. Согласно этой концепции Земля состоит из гранитов (континенты) и базальтов (океаны). При сжатии Земли в океанах-впадинах возникают тангенциальные силы, которые давят на континенты. Последние вздымаются в горные хребты, а затем разрушаются. Материал, который получается в результате разрушения, откладывается во впадинах. Против этой схемы выступил немецкий учёный-метеоролог Альфред Вегенер. 6 января 1912 года он выступил на собрании Немецкого геологического общества с докладом о дрейфе материков. Исходной посылкой к созданию теории стало совпадение очертаний западного побережья Африки и восточного Южной Америки. Если эти континенты сдвинуть, то они совпадают, как если бы образовались в результате раскола одного праматерика. Вегенер не удовлетворился совпадением очертаний побережий (которые неоднократно замечались до него), а стал интенсивно искать доказательства теории. Для этого он изучил геологию побережий обоих континентов и нашёл множество схожих геологических комплексов, которые совпадали при совмещении, так же, как и береговая линия. Другим направлением доказательства теории стали палеоклиматические реконструкции, палеонтологические и биогеографические аргументы. Многие животные и растения имеют ограниченные ареалы, по обе стороны Атлантического океана. Они очень схожи, но разделены многокилометровым водным пространством, и трудно предположить, что они пересекли океан. Кроме того, Вегенер стал искать геофизические и геодезические доказательства. Однако в то время уровень этих наук был явно не достаточен, чтобы зафиксировать современное движение континентов. В 1930 году Вегенер погиб во время экспедиции в Гренландии, но перед смертью уже знал, что научное сообщество не приняло его теорию. Изначально теория дрейфа материков было принята научным сообществом благосклонно, но в 1922 году она подверглась жёсткой критике со стороны сразу нескольких известных специалистов. Главным аргументом против теории стал вопрос о силе, которая двигает плиты. Вегенер полагал, что континенты двигаются по базальтам океанического дна, но для этого требовалось огромное усилие, и источника этой силы никто назвать не мог. В качестве источника движения плит предлагались сила Кориолиса, приливные явления и некоторые другие, однако простейшие расчёты показывали, что всех их абсолютно недостаточно для перемещения огромных континентальных блоков.

     Критики теории Вегенера поставили во главу  угла вопрос о силе, двигающей континенты, и проигнорировали всё множество  фактов, безусловно подтверждавших теорию. По сути, они нашли единственный вопрос, в котором новая концепция  была бессильна, и без конструктивной критики отвергли основные доказательства. После смерти Альфреда Вегенера теория дрейфа материков была отвергнута, получив статус маргинальной науки, и подавляющее большинство исследований продолжали проводиться в рамках теории геосинклиналей. Правда, и ей пришлось искать объяснения истории  расселения животных на континентах. Для  этого были придуманы сухопутные мосты, соединявшие континенты, но погрузившиеся  в морскую пучину. Это было ещё  одно рождение легенды об Атлантиде. Стоит отметить, что некоторые  учёные не признали вердикт мировых  авторитетов и продолжили поиск  доказательств движения материков. Так дю Туа (Alexander du Toit) объяснял образование  гималайских гор столкновением  Индостана и Евразийской плиты.

     Вялотекущая борьба фиксистов, как назвали сторонников  отсутствия значительных горизонтальных перемещений, и мобилистов, утверждавших, что континенты всё-таки двигаются, с новой силой разгорелась  в 1960-х годах, когда в результате изучения дна океанов были найдены ключи к пониманию «машины» под названием Земля.

     К началу 1960-х годов была составлена карта рельефа дна Мирового океана, которая показала, что в центре океанов расположены срединно-океанические хребты, которые возвышаются на 1,5—2 км над абиссальными равнинами, покрытыми  осадками. Эти данные позволили Р. Дицу и Гарри Хессу в 1962—1963 годах  выдвинуть гипотезу спрединга. Согласно этой гипотезе, в мантии происходит конвекция со скоростью около 1 см/год. Восходящие ветви конвекционных  ячеек выносят под срединно-океаническими  хребтами мантийный материал, который  обновляет океаническое дно в  осевой части хребта каждые 300—400 лет. Континенты не плывут по океанической коре, а перемещаются по мантии, будучи пассивно «впаяны» в литосферные  плиты. Согласно концепции спрединга, океанические бассейны структуры непостоянные, неустойчивые, континенты же — устойчивые.

     Возраст дна океанов (красный цвет соответствует  молодой коре). В 1963 году гипотеза спрединга получает мощную поддержку в связи с открытием полосовых магнитных аномалий океанического дна. Они были интерпретированы как запись инверсий магнитного поля Земли, зафиксированная в намагниченности базальтов дна океана. После этого тектоника плит начала победное шествие в науках о Земле. Всё больше учёных понимали, что, чем тратить время на защиту концепции фиксизма, лучше взглянуть на планету с точки зрения новой теории и, наконец-то, начать давать реальные объяснения сложнейшим земным процессам.

     Сейчас  тектоника плит подтверждена прямыми  измерениями скорости плит методом  интерферометрии излучения от далёких  квазаров и измерениями с помощью  спутниковых навигационных систем GPS. Результаты многолетних исследований полностью подтвердили основные положения теории тектоники плит.

     Современное состояние тектоники плит. За прошедшие десятилетия тектоника плит значительно изменила свои основные положения. Ныне их можно сформулировать следующим образом:

     Верхняя часть твёрдой Земли делится  на хрупкую литосферу и пластичную астеносферу. Конвекция в астеносфере  — главная причина движения плит.

     Современная литосфера делится на 8 крупных  плит, десятки средних плит и множество  мелких. Мелкие плиты расположены  в поясах между крупными плитами. Сейсмическая, тектоническая и магматическая  активность сосредоточена на границах плит.

     Литосферные плиты в первом приближении описываются  как твёрдые тела, и их движение подчиняется теореме вращения Эйлера.

     Существует  три основных типа относительных  перемещений плит:

• расхождение (дивергенция), выражено рифтингом и спредингом;
• схождение (конвергенция) выраженное субдукцией и коллизией;
• сдвиговые перемещения по трансформным геологическим разломам.

     Спрединг  в океанах компенсируется субдукцией и коллизией по их периферии, причём радиус и объём Земли постоянны  с точностью до термического сжатия планеты (в любом случае средняя  температура недр Земли медленно, в течение миллиардов лет, уменьшается). Постоянство размеров Земли непрерывно опровергается но доказательства существенных изменений размеров планеты недостаточно обоснованы. Перемещение литосферных плит вызвано их увлечением конвективными течениями в астеносфере.

     Существует  два принципиально разных вида земной коры — кора континентальная (более  древняя) и кора океаническая (не старше 200 миллионов лет). Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (пример — крупнейшая тихоокеанская плита), другие состоят из блока континентальной коры, впаянного в кору океаническую.

     Более 90 % поверхности Земли в современную  эпоху покрыто 8 крупнейшими литосферными плитами: Австралийская плита. Антарктическая плита. Африканская плита. Евразийская плита. Индостанская плита. Тихоокеанская плита. Северо-Американская плита. Южно-Американская плита.

     Среди плит среднего размера можно выделить Аравийский полуостров и плиты Кокос  и Плита Хуан де Фука, остатки  огромной плиты Фаралон, слагавшей  значительную часть дна Тихого океана, но ныне исчезнувшую в зоне субдукции  под Северной и Южной Америками.

     Сила, двигающая плиты. Сейчас уже нет сомнений, что горизонтальное движение плит происходит за счёт мантийных теплогравитационных течений — конвекции. Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли, которые имеют очень высокую температуру (по оценкам, температура ядра составляет порядка 5000 °С) и температуры на её поверхности. Нагретые в центральных зонах Земли породы расширяются, плотность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более холодными и потому более тяжёлым массам, уже отдавшим часть тепла земной коре. Этот процесс переноса тепла (следствие всплывания лёгких - горячих масс и погружения тяжёлых - более холодных масс) идёт непрерывно, в результате чего возникают конвективные потоки. Эти потоки — течения замыкаются сами на себя и образуют устойчивые конвективные ячейки, согласующиеся по направлениям потоков с соседними ячейками. При этом в верхней части ячейки течение вещества происходит почти в горизонтальной плоскости, и именно эта часть течения увлекает плиты в горизонтальном же направлении с огромной силой за счёт огромной вязкости мантийного вещества. Если бы мантия была совершенно жидкой — вязкость пластичной мантии под корой была бы малой (скажем, как у воды или около того), то через слой такого вещества с малой вязкостью не могли бы проходить поперечные сейсмические волны. А земная кора увлекалась бы потоком такого вещества со сравнительно малой силой. Но, благодаря высокому давлению, при относительно низких температурах, господствующих на поверхности Мохоровичича и ниже, вязкость мантийного вещества здесь очень велика (так что в масштабе лет вещество мантии Земли жидкое (текучее), а в масштабе секунд — твёрдое).

     Движущей  силой течения вязкого мантийного вещества непосредственно под корой  является перепад высот свободной  поверхности мантии между областью подъёма и областью опускания  конвекционного потока. Этот перепад  высот, можно сказать, величина отклонения от изостазии, образуется из-за разной плотности чуть более горячего (в  восходящей части) и чуть более холодного  вещества, поскольку вес более  и менее горячего столбов в  равновесии одинаков (при разной плотности!). На самом же деле, положение свободной  поверхности не может быть измерено, оно может быть только вычислено (высота поверхности Мохоровичича + высота столба мантийного вещества, по весу эквивалентного слою более лёгкой коры над поверхностью Мохоровичича).