Определение абсолютного возраста пород производится на специальной аппаратуре, обычно масс-спектрометрах, которую в кармане или в рюкзаке в поле не захватишь. В настоящее время разрабатывается множество других методов определения абсолютного возраста пород. Учитывая успехи современной физики, можно надеяться, что в самом ближайшем будущем ученые получат удобный и надежный метод определения абсолютного возраста осадочных пород.
А пока геологи чаще всего пользуются относительным методом определения возраста — палеонтологическим. Палеонтология — это отрасль геологической науки, занимающаяся изучением остатков ископаемых животных и растений. Зародился метод в конце XVIII в. в Англии. Изучая последовательно слои пород в Южной Англии, У. Смит в 1794 г. установил, что в каждом слое содержатся характерные окаменелые остатки животных, отсутствующие в других слоях. Это открытие позволило строить карты, на которых показывалось распространение на поверхности одноименных пластов. Так зародилось геологическое картографирование. Многие исследователи связывают зарождение геологии как науки именно с этим событием.
В осадках, превращающихся в породы, часто сохраняются остатки животных и растительных организмов. Эти остатки в виде окаменелостей или отпечатков обнаруживаются в большинстве осадочных пород. Условия жизни на Земле с течением времени менялись. Вместе с изменением геологической обстановки видоизменялся растительный и животный мир. Одни животные и растения вымирали, на смену им приходили видоизмененные формы, приспособившиеся к новым условиям. Чем проще были построены организмы, тем легче они переносили изменения условий жизни. Поэтому современные простейшие организмы часто сходны с древними. Другие организмы, приспособленные только к специфическим условиям той или иной геологической эпохи, вымирали вслед за изменением обстановки. Для геолога важны именно вымиравшие формы, так как они дают ему возможность судить о геологическом этапе жизни Земли, характеризуемом определенными видами животного и растительного мира. Такие ископаемые остатки организмов геологи называют руководящими формами.
В 1859 г. Ч. Дарвин предложил идею об эволюции органического мира от простых форм к более сложным. Применение этой идеи в палеонтологии позволило создать всемирную шкалу относительного геологического времени — геохронологическую. В этой шкале наиболее крупные отрезки времени, характеризующие развитие одних и вымирание других видов организмов, именуются эрой, а отложения, образовавшиеся за соответствующую эру, — группой. Самая древняя эра — архейская («архэос» — древний) — предполагалось отсутствие в ее породах достоверных органических остатков. Однако в последние десятилетия академик А. В. Сидоренко доказал наличие микробиологической жизни в течение этой эры. За архейской следует протерозойская («протерос» — первичный, «зоэ» — жизнь), палеозойская («палеос» — древний), мезозойская («мезос» — средний) и кайнозойская («кайнос» — новый) эры. В самый поздний период кайнозойской эры (четвертичный) появился человек.
Изучая шаг за шагом наслоения горных пород и заключенные в них окаменелости, геологи, как па страницам книги, восстанавливают историю развития жизни на Земле и историю развития земной коры. Конечно, эта летопись далеко не всегда полная. Многие страницы исчезли — размыты или преобразованы до неузнаваемости.
В нашем образце известняка видны остатки раковин моллюсков, ежей и т. д. Такие животные могли существовать только в морских условиях, они пользовались широким распространением в среднем карбоне палеозойской эры. Итак, по куску породы, находящемуся у нас в руках, можно сделать уже по крайней мере два важных заключения: первое — порода образовалась в море из морских осадков и относится к группе органогенных пород и второе — относительное время образования породы — средний карбон палеозойской эры. Если изучить одновозрастные породы на достаточно большой территории, то можно определить границы распространения моря в соответствующий период и нанести их на карту. Построенные таким образом карты называются палеогеографическими. На рисунке показана палеогеографическая карта среднего карбона европейской части СССР. В это время значительная ее площадь была покрыта морем. Но какое это было море? Существовали ли в нем морские течения и если да, то как они были направлены? Каковы были температура и соленость воды, химический состав солей, а также глубина моря в месте отбора образца и расстояние до берега? Казалось бы, невозможно ответить на все эти вопросы о море, которое существовало и исчезло много миллионов лет назад. Однако развитие науки и кропотливый труд ученых часто позволяют найти ответы. Постараемся на простейших примерах показать вам хотя бы некоторые пути решения поставленных вопросов.
Палеогеографическая карта европейской части СССР каменноугольного периода. Составлена А. П. Карпинским
Особенностью существования живых организмов является их способность приспосабливаться к окружающей среде. У различных видов вырабатываются определенные признаки, характеризующие среду обитания. Иногда эти признаки можно распознать в окаменевших остатках. Например, моллюски, обитающие на песчаных отмелях в зоне прибоя, имеют толстые раковины, иначе они неизбежно погибнут. Моллюски, обитающие на илистом дне в спокойных морских условиях, довольствуются созданием тонких защитных раковин. Направленный характер расположения раковин и других органических остатков в образце может указать на направление течения. Если в образце известняка много примесей песка, то, по-видимому, недалеко был берег, с которого сносился этот обломочный материал, или существовало сильное течение, разносящее песок по морю. Присутствие в примеси лишь глинистых частиц говорит о более спокойной обстановке и большем удалении от берега.
Некоторые организмы весьма чувствительны к солености воды. Одни из них обитают только в пресноводных водоемах, другие только в соленых морских водах. Химический состав скелетов указывает на химический состав солей древнего моря. Материал для построения своих скелетов или раковин организмы в основном берут из воды. Если скелет известковистый, как в нашем случае, то в воде было растворено достаточное количество карбонатов кальция (СаСО3). Наличие кремнистого скелета (как у радиолярий) свидетельствует о большой концентрации солей кремния. Растворимость солей кальция и кремния зависит от температуры. В холодных водах солей кремния больше, поэтому химический состав органических остатков служит показателем не только химического состава воды, но и ее температуры.
Давайте взглянем на современных своеобразных животных, образующих коралловые острова. Они довольно капризны, любят теплую чистую воду и свет. Наиболее благоприятна для них температура 20–30 °C и глубина моря порядка 20 м. Если участок моря, на котором закрепились кораллы, погружается, то кораллы, стараясь сохранить наиболее благоприятную обстановку, «карабкаются» вверх. Образуются одиночные острые коралловые острова, разбросанные на огромных площадях Тихого и Индийского океанов, например, Лаккадивские острова у западного побережья Индии. На фотографии помещены образцы кораллов, поднятых мной с лагуны одного из атоллов Лаккадив. Не правда ли, красивы, ну чем не букет белых цветов? Если дно моря стабильно, то коралловые острова приобретают более широкую расплывчатую форму, как, например, группа Мальдивских островов к юго-западу от Индии.
Современные кораллы. Индия, Лаккадивские острова
Очень часто коралловые рифы и острова вытягиваются в море вдоль берегов суши, образуя почти непрерывный барьер — барьерные рифы. Самый большой (2300 км) барьерный риф известен у северо-восточных берегов Австралии в Коралловом море. В настоящее время это уникальное природное сооружение охраняется человеком и объявлено заповедником. Обычно кораллы имеют белый, слегка желтоватый или зеленоватый цвет, но встречаются (например в Красном море) красного или розоватого оттенка. Такие кораллы используются в ювелирном деле для изготовления бус.