Отложения из относительно удаленных районов пробовали сравнивать по циклам осадкообразования. Давно уже было установлено, что осадочные докембрийские (впрочем, не только докембрийские, но и более молодые) толщи нередко имеют ритмичное строение. Их серии часто начинаются грубообломочными породами — конгломератами, песчаниками, кварцитами, затем следуют песчаносланцевые толщи, и, наконец, венчается такой цикл карбонатными породами. Потом происходит перерыв в накоплении осадков, море отступает, а спустя некоторое время возвращается — и опять откладываются конгломераты, начинающие новый цикл. Наиболее четко такая ритмичность видна в докембрийских отложениях Южного Урала. Подобные циклы выявляются и в докембрийских толщах из других мест.
Эти мощные — толщиной до нескольких километров — ритмичные пачки докембрийских пород проявляют большое сходство даже на расстояниях до нескольких тысяч километров, правда, в пределах крупных единых геологических структур. Так были сопоставлены древние толщи Южного и Северного Урала, и все исследования последних лет (в том числе и палеонтологические данные) полностью подтвердили, что сравнение было сделано правильно. Но сопоставления толщ из очень далеких районов могут привести к серьезным ошибкам. Так, на Южном Урале верхнедокембрийские отложения (в интервале от 1500 до 600 млн. лет) разделяются на три крупных цикла, а на севере Сибири, на склонах Анабарского поднятия, в это же время образовался всего один такой цикл.
К тому же трудно ожидать сколько-нибудь точного совпадения в разных районах границ таких циклов. Конгломераты в основании осадочных толщ говорят о трансгрессиях, наступании моря на сушу. Но мы знаем, что береговые линии морей перемещаются очень медленно и поэтому конгломераты из одного района явно моложе или древнее, чем конгломераты, найденные в полутора-двух тысячах километров южнее или севернее (если вообще они сравнимы).
Успешно можно использовать для сравнения одновозрастных осадков некоторые своеобразные типы горных пород. Всем знаком обыкновенный писчий мел. Когда-то он отлагался на огромных площадях, образуя мощные пласты. Эта эпоха — она так и названа меловой — больше никогда не повторилась. Конечно, изредка встречается рыхлый известняк, похожий на мел, и в отложениях иного возраста, но самое широкое распространение пород этого типа приурочено именно к отложениям меловой системы.
Другой пример. В начале четвертичного периода огромные пространства Северного полушария были покрыты мощной корой льда. Ледниковый период оставил после себя очень характерные отложения — так называемые моренные суглинки, где без всякого порядка перемешаны глина, песок, мелкие и крупные куски камней, где встречаются грубо отшлифованные и исцарапанные льдом валуны. Там, где лед таял, мощные потоки воды откладывали тоже очень характерные грубослоистые линзы крупнозернистых песков, а в ледниковых озерах оседали глинистые осадки с отчетливой ритмичностью: весной, когда воды больше, — осадок был погрубее, зимой — тоньше. Эти ленточные глины, приледииковые пески (их называют флювиогляциальными) и моренные суглинки без труда узнаются на любых расстояниях — от Центральной Европы до крайнего севера Сибири.
В истории Земли четвертичное оледенение было не единственным. Древние моренные суглинки (их называют тиллитами) известны в верхнепалеозойских отложениях Индии, Африки, Австралии и даже Антарктиды.
Горные породы, похожие на ледниковые образования, встречены и в отложениях докембрия. Сначала докембрийские тиллиты считали одинаковыми и одновозрастными по всему миру — от Норвегии до Южной Австралии. Но советский ученый Н. М. Чумаков убедительно показал, что дело обстоит гораздо сложнее. Во-первых, многие из этих пород являются не настоящими тиллитами, а только похожи на них. Во-вторых, они не совсем одновозрастны и время их образования в разных районах различается иногда на несколько сотен миллионов лет. И тем не менее отдельные уровни ледниковых отложений можно использовать при сравнении весьма удаленных друг от друга разрезов.
Так, следы явных ледниковых образований, приуроченные к верхним горизонтам докембрия (вендский или юдомский комплекс), известны в Норвегии, на Шпицбергене, в Белоруссии, на Северном Урале — словом, в различных частях Северной и Северо-Восточной Европы. В слоях этого возраста тиллитоподобные породы встречены в Шотландии, во Франции, на Южном Урале, в Тянь-Шане, Сибири и даже на Колыме. И хотя ледниковая природа некоторых из этих пород не совсем доказана, у геологов есть все основания говорить о Великом вендском оледенении, как считает известный исследователь верхнего докембрия профессор Б. М. Келлер. В более древних рифейских отложениях следы оледенений известны в серии Катанга Центральной Африки и в серии Аделаида Южной Австралии. Одним из самых древних проявлений ледниковой деятельности на Земле являются тиллиты серии Гаугаида Канады. Возраст их — не менее 2 млрд. лет.
Находки ледниковых образований в докембрии важны еще и потому, что они говорят о климатических условиях, существовавших в те далекие времена. Они убедительно показывают, что на протяжении по крайней мере 2 млрд. лет эти условия были в принципе довольно однотипными. Во всяком случае, мы не можем сказать, что похолодания вплоть до оледенений — это особенность только относительно позднего этапа истории нашей планеты (подобные гипотезы высказывались сторонниками идеи о постепенном остывании Земли). Разумеется, климат никогда не был постоянным, были эпохи общего потепления или общего похолодания, но в принципе нет свидетельств каких-либо всемирных климатических катастроф, которые могли бы одним ударом перекроить весь облик наземной фауны и флоры. Такое относительное постоянство климатических условий в целом для Земли было одним из решающих факторов длительной и непрерывной эволюции органического мира нашей планеты.
Есть и другие характерные типы докембрийских горных пород. Так, основная часть запасов древних железных руд встречается в виде джеспилитов. Это полосчатый камень, где тонкие прослои железняка разделяются еще более тонкими прослойками кварцита. Джеспилиты известны только из докембрия, преимущественно из слоев с возрастом от 3 до 1,8 млрд. лет.
Наконец, предпринимались попытки использовать для определения возраста и сопоставления древних толщ степень их измененности, характер метаморфизма. Чем древнее порода, рассуждали сторонники широкого внедрения таких методов, тем дольше воздействовали на нее разнообразные внешние силы и, следовательно, тем сильнее она должна быть изменена. Однако это не совсем так. Иногда процессы метаморфизма действительно протекают равномерно и медленно. В этом случае степень измененности горной породы действительно как-то отражает ее возраст. Но напряжение, температура и давление могут быть совсем разными в различных районах Земли, а то и в разных участках одного и того же пласта. Под Ленинградом кембрийские «синие глины», имеющие возраст около 500 млн. лет, являются великолепным гончарным сырьем. На Кавказе же юрские глинистые толщи, имеющие возраст всего 170 млн. лет, превращены в плотные сланцы.
Лет 10 назад мне пришлось вместе со специальной комиссией проверять на Южном Урале геологическую карту, составленную на такой теоретической основе. Самыми древними породами считались гнейсы и кристаллические сланцы с крупными кристаллами граната и слюды. Если кристаллы слюды были поменьше — толща считалась более молодой. Для того чтобы полностью забраковать и отвергнуть эту карту, комиссии понадобилось сделать всего несколько маршрутов: было отчетливо видно, что в разных местах породы, слагающие один и тот же пласт, изменены совсем по-разному. Этот критерий оказался неприменимым к докембрийским породам даже в пределах очень небольшого участка.
Широко применялись при изучении докембрия так называемые тектонические методы. Тектонисты изучают строение геологических структур земной коры, историю их развития, связь их с вулканизмом и магматизмом. Эти исследования показывают, что любое место Земли в прошлом испытывало то плавное спокойное погружение, то постепенное воздымание, то резкие, контрастные движения, которые приводили к образованию горных массивов, где слои сминались в сложные складки. В разное время появлялись и затухали вулканы; а там, где расплавленная магма не выходила на поверхность Земли, возникали интрузивные массивы, сложенные гранитами, диоритами и другими породами.