и очень огорчаются, когда их студенты не могут представить мир в вертикальном сечении. К счастью, студенты и остальные могут развить этот навык благодаря практике. Кювье и Броньяр представили первый геологический разрез в своем докладе о строении Парижского бассейна (см. цветную вклейку 4.4)[217].

Поперечные сечения дают геологам возможность раскрыть историю Земли, увидеть, что происходило с пластами на протяжении длинных промежутков времени, выяснить, образовывались ли складки или разломы, а также исследовать соотношения между комплексами горных пород. На большинстве геологических карт представлен как вид сверху, так и один или более геологический разрез. Геологические комплексы расположены в стратиграфической последовательности: самые молодые горные породы – на вершине, а древнейшие – в нижней части колонки. Стороны света всегда расположены так, что север находится в верхней части листа, где обозначены стрелка-указатель севера, магнитное склонение и масштаб. Местоположение вертикального сечения обозначено на виде сверху линией с буквами, обычно A-A’ для одного, или первого, геологического разреза, а сам геологический разрез показан под основной картой и обозначен теми же буквами в качестве ориентиров. Особенности, которые могут быть не видны на поверхности, становятся видимыми на вертикальном сечении. Большой каньон в Аризоне представляет собой один из примеров крупного вертикального обнажения горных пород. Еще один пример – обнажение осадочных пород протяженностью 3,35 км, находящееся в резервации индейцев кроу в национальной зоне отдыха Бигхорн-Каньон на юге штата Монтана (рис. 4.1)[218].

Естественные обнажения такой протяженности встречаются редко. Данные, используемые для создания геологических разрезов, обычно получают путем проецирования известной информации о поверхности на подземное строение, при помощи бурения скважин или дистанционного зондирования, как это делают при разведке нефти. При использовании данных, полученных из буровых скважин, могут делаться обоснованные предположения относительно геологического строения участка между точками отбора. Построенный геологический разрез позволяет получить информацию о местоположении и уровне грунтовых вод, минеральных ресурсах, характере разломов и других угроз, а также о геологической истории местности.

Рис. 4.1. Обнаженные скалы, национальная зона отдыха Бигхорн-Каньон, штаты Монтана и Вайоминг, 2004 (Brian W. Schaller, 2004)

Еще один способ «заглянуть вглубь», используемый геологами, – это пространственные диаграммы, или трехмерные геологические модели, в которых геологическое строение поверхности показано на верхней стороне куба, а глубинное строение – на вертикальных сторонах куба. Эти компьютерные модели позволяют исследовать геологические объекты, которые труднодоступны с поверхности. Пространственные диаграммы часто используют в процессе преподавания и в иллюстративных целях: их можно нарисовать от руки, или сгенерировать трехмерное изображение с помощью компьютерных моделей. Некоторые изображения очень сложные: геологи используют их для оценки экономических ресурсов, выявления шлейфов загрязняющих веществ в подземных водах и изучения свойств разломов.

Геологическая история: новое отношение к геологическому времени

Понимание геологического времени представляет собой основу для осмысления всех остальных концепций геологии. Столь обширная временная шкала позволяет геологам систематизировать информацию, полученную о горных породах и объектах в процессе полевых исследований, и представить ее в виде убедительной биографии Земли. Геологи воспринимают геологическое время в миллиардах лет, с рождения Земли до наших дней. Стивен Джей Гулд в своей книге «Стрела времени, цикл времени» (Time’s Arrow, Time’s Cycle), опубликованной в 1987 г., говорит, что «наша жизнь встроена в течение времени», а геологическая история – это «величайший вклад геологии в развитие человеческой мысли»[219]. Гулд разбирает два сложившихся представления о времени. Согласно первой точке зрения, время представляет собой стрелу, направленную от событий в прошлом к событиям в настоящем, и поэтому уникально и невоспроизводимо. Во втором случае, в отличие от линейной функции, время обладает циклическими, повторяющимися свойствами. Гулд рассматривает эти два представления как два конечных результата «великой дихотомии» в развитии человеческой мысли и утверждает, что для понимания геологической истории необходимы оба. Геологическая история для многих геологов служит научной и философской опорой.

В следующих трех главах мы рассмотрим дополнительные основные догматы, касающиеся Земли: тектонику плит (главы 5 и 6) и изменения живых организмов в процессе эволюции (глава 7). В этих главах рассказывается об ученых, которые сформулировали эти идеи и работали над ними, а также о самих концепциях, с множеством примеров и историй.

5

Тектоника плит: история революции в области наук о Земле

Движение земной коры: обзор тектоники плит

Второй главный принцип геологии (после геологического времени), в котором основной упор сделан на объяснении, как устроена планета, – это тектоника плит. Значение этой объединяющей теории, одного из самых важных научных открытий XX в., нельзя переоценить. Тектонические процессы ответственны за формирование структуры континентальной и океанической коры, разрушение океанских бассейнов и континентов, возникновение поясов гор и образование океанических желобов. Более того, они объясняют, где именно и почему происходит большинство землетрясений, извержений вулканов и образуются рудные тела.

Теперь геологи знают, что движение плит – больших фрагментов литосферы (см. цветную вклейку 5.1) – обусловлено тепловой энергией мантии и коры Земли. В результате вулканической активности срединно-океанических хребтов и рифтов создается новое океаническое дно, а старые плиты разрушаются и уничтожаются вследствие поглощения по мере их погружения под другие плиты. В результате «борьбы» плит за положение на изогнутой поверхности Земли образуются крупные трансформные разломы – сдвиговые разломы (вдоль которых происходит преимущественно горизонтальное скольжение плит) на границе между двумя плитами, – которые простираются на тысячи километров, поскольку земная кора приспосабливается к массивным сдвигам. В среднем скорость движения литосферных плит примерно равна скорости роста ногтей: приблизительно 2 см в год. Но это движение происходит в течение миллионов лет и является причиной столкновения континентов, уменьшения и исчезновения океанов, поднятия горных хребтов, роста новых океанов, формирования и распада суперконтинентов. На нашей планете существует семь крупных литосферных плит площадью более 20 млн км2, десять малых плит площадью от 1 до 20 млн км2 и множество микроплит, площадь которых менее 1 млн км2. Согласно имеющимся данным, общее число плит, которые являются фрагментами земной коры, варьировалось, но сегодня семь крупных плит составляют 78 % поверхности Земли. На эти семь плит и еще 73 плиты меньшего размера приходится более 99 % поверхности Земли. Меньше 1 % земной поверхности состоит из 47 «микроплит», представляющих собой маленькие упругие фрагменты земной коры, которые двигаются независимо от других плит. Литосферные плиты включают океаническую и континентальную части, но ни одна плита не состоит только из континентальной коры.

Как уже отмечалось, плиты приводятся в движение в результате конвекции тепла внутри мантии (см. цветную вклейку 5.2). Земная кора – это относительно тонкий слой, мощность которого больше под континентами (до 100 км) и меньше под океанами. Литосфера состоит из земной коры