Тонкие химические, спектроскопические и оптические анализы минералов, слагающих изверженные или метаморфические горные породы, приводят к определению температуры и давления в условиях образования пород. Изучение редких минералов и элементов дает пространственное распределение вулканических очагов и тех географических провинций, в которых образовывались эти породы. Осадочные породы таят в себе еще больше письмен земной истории.
Химический состав пород, размеры и формы зерен, содержание различных минералов, окраска, так же как и характер залегания и форма напластования отдельных слоев — все это требует подробнейшего изучения, так как отвечает на очень серьезные вопросы истории Земли. Остатки древней жизни — окаменелости также могут дать очень много для понимания условий образования горных пород.
Приведем примеры. Очень кропотливые, требующие большой настойчивости и терпения исследования были проведены на Урале известным советским геологом А. В. Хабаковым. Вдоль западного склона Урала на сотни километров тянутся выходы громадной серии пластов около 5 км толщины (мощности) древних конгломератов нижнепермской эпохи. Конгломератом называется порода, по существу представляющая окаменевший галечник — смесь галек и песка, превратившегося в крепкий песчаник. В песчанике сохранились следы очень тонких прослоек, располагающихся в породе в разных направлениях и называемых косой слоистостью. Профессор Хабаков произвел тысячи измерений этих маленьких прослоек и определил общее направление тех давно исчезнувших потоков, которые стекали с Уральского хребта 220 млн. лет тому назад, отлагая конгломераты.
Затем А. В. Хабаков со своими помощниками измерил расположение многих тысяч галек и валунов, произвел статистические подсчеты изменения формы галек, установил, как изменяется в определенном направлении величина галек разной крепости. Все эти измерения позволили А. В. Хабакову рассчитать, что вековая средняя скорость рек и потоков была около 2–3 м в секунду при довольно крутом уклоне русла. Предельная длина рек определилась в 90 км, средняя — в 70 км. Умножив среднюю длину рек на величину уклона русла, можно высчитать среднюю высоту Уральского хребта 220 млн. лет тому назад. Полученная высота гор — 2900 м. Следовательно, в отдаленную эпоху земной истории Уральский хребет был высоким горным кряжем!
Очень многие видели или нащупывали ногами во время купания на песчаном дне реки или морского пляжа ряды маленьких невысоких гребешков, изгибающихся в различных направлениях, но всегда параллельных друг другу. Это значки ряби — следы течения воды или движения волн. Очень похожие гребешки образуются от ветра и на поверхности песков, но их можно отличить от знаков водной ряби по профилю каждого отдельного гребешка.
Там, где открыты большие поверхности напластований горных пород, покрытых знаками ряби (например, во многих подмосковных каменоломнях есть такие песчаники каменноугольного периода), тщательные и многочисленные измерения направлений и ориентировки склонов гребешков ряби дадут там точные направления течений или ветра.
Так определили по плитам песчаника, образовавшегося из прибрежных песков в нижнепермскую эпоху (230 млн. лет назад), распределение тогдашних ветров. Составленная карта распределения ветров была передана метеорологам и там вычислили, где в то время находились горы, где равнина; установили их приблизительные размеры и расстояние до моря.
Так, по ничтожным, казалось бы, знакам на горных породах были восстановлены ветры, дувшие на берегу давно исчезнувшего моря, с гор, рассыпавшихся в песок 200 млн. лег тому назад!
Расположение и сохранность окаменелостей в горных породах являются для геолога знаками, письменами давно прошедших событий. В очень древних сланцах, известняках и песчаниках, образовавшихся в море нижнесилурийского времени около 400 млн. лет назад, находится множество остатков странных животных граптолитов. По образу жизни граптолиты были подобны современным свободно плавающим колониям морских животных — сифонофор, внешне схожих с медузами. Подобно сифонофорам, граптолиты двигались по направлениям морских течений и ветров в море. Многолетние измерения остатков граптолитов в разных местах, где находились нижнесилурийские морские отложения, дали картину их кольцевого расположения на огромном пространстве, центр которого оказался занятым кремнистыми сланцами, прежде бывшими глубоководными морскими илами. Здесь, в середине, воды моря были неподвижны, но вокруг существовал круговорот течений, приносивших и накоплявших остатки граптолитов. Оказалось, что на этом месте 400 млн. лет назад существовало глубокое море, окаймленное кругом течений, подобное теперешнему Саргассову морю в Атлантическом океане. В этом море середина тоже занята неподвижной массой густых водорослей, а течения вокруг приносят медуз, сифонофор и других не передвигающихся самостоятельно морских животных, стволы деревьев из тропических лесов, полузатонувшие обломки кораблей.