Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты

Сначала геологи разработали шкалу геологического времени с помощью методов определения относительного возраста, устанавливая местоположение слоев и пластов по отношению друг к другу и исходя из изменений живых организмов со временем (см. главу 1). В последовательности ненарушенных горных пород более старые слои находятся на большей глубине, а более молодые – ближе к вершине, в соответствии с принципом суперпозиции, впервые сформулированном Николаусом Стеноном. Выводы об относительном возрасте слоев основываются также и на других принципах Стенона, обсуждавшихся в главе 1, таких как принципы первоначального горизонтального залегания и секущих взаимоотношений. Кроме того, геологи изучают ископаемые остатки, чтобы идентифицировать и соотнести слои для определения относительного возраста горных пород.

Уильям Смит впервые предложил и применил эти методы в начале XIX в., руководствуясь работами Стенона о последовательности геологических комплексов. Смит установил взаимосвязь между уникальными ископаемыми и слоями горных пород в центре Англии и разработал принцип последовательности фауны и ископаемых. При исследовании обнажений горных пород, вскрытых во время строительства каналов для транспортировки угля через центральную часть Англии, Смит выяснил, что особые окаменелые раковины появляются в конкретных слоях. Ученый провел сравнение слоев в двух каналах, затем применил свои методы к геологическим слоям во всем регионе, а потом и по всей стране и в 1815 г. создал первую геологическую карту Англии. Позднее в XIX в. Джеймс Геттон понял, что определенные горные породы, которые должны фиксировать историю Земли, в действительности не наблюдаются поверх тех слоев, где они должны были бы залегать, и пришел к выводу об утраченных слоях. Он назвал эти пробелы в геологической летописи несогласиями, которые появляются в результате эрозии и других событий, разрушающих горные породы. Наличие несогласий привело Геттона к представлениям о циклах, огромном возрасте Земли и единстве процессов. Чарлз Лайель разработал идеи Геттона о несогласиях и об использовании текущих процессов для понимания событий в прошлом – концепцию, которая называется униформизмом. Перечисленные методы – использование принципов стратиграфии (Стенон); идентификации ископаемых, локализации и корреляции (Смит); пробелов во времени и скорости изменений (Геттон и Лайель) – позволили геологам XVIII и XIX вв. убедительно воссоздать последовательность событий, в том числе с учетом пробелов, и построить первую шкалу геологического времени.

Существует множество методов корреляции пластов одного участка с другими участками в той же стране или в других регионах мира. Геологи могут сопоставлять горные породы по ископаемым остаткам, их группированию, эволюционным изменениям организмов и событиям вымирания; это называется биостратиграфией. Биостратиграфический анализ применим по отношению к осадочным горным породам, потому что эти слои состоят из рыхлых отложений, содержащих останки животных и растений. Геологи также используют для корреляции пластов литостратиграфию, то есть изучают свойства горных пород: размер зерен, тип цемента, окружающую среду отложения, присутствие несогласий и химический состав. Кроме того, геологи применяют климатостратиграфию для определения связи между толщами горных пород за счет сходства климата, в котором откладывались различные пласты.

С конца XVIII в. геологи стали применять биостратиграфические методы и реже литостратиграфические для установления принадлежности комплексов горных пород геологическим периодам. Смитсоновский принцип последовательности фауны, наряду с работами Жоржа Кювье, Александра Броньяра и Луи Агассиса об ископаемых и вымирании, был исключительно важен для понимания того, как определенные ископаемые связаны с конкретными пластами. Шкала геологического времени сначала была основана на этих принципах.

Тем не менее соотнесение последовательности ископаемых и изменений организмов с хроностратиграфическими событиями – не простая задача. Первоначальная среда, в которой жили организмы, отличается от места к месту и содержит совершенно разные биологические виды. Фоссилизация – довольно редкий процесс, требующий наличия специальных условий, при которых тела не разрушаются и не размываются; более того, сохранность увеличивается, если материал подлежит быстрому захоронению при малой концентрации кислорода или при полном его отсутствии. К тому же через миллионы лет необходимо определить местоположение отложений и извлечь их.