Table of Contents

4,6-миллиардная история, вырезанная в камне

Геологическая история Земли — это повествование, написанное в скалах, осадках и окаменелостях — хроника континентов, изменения климата и возникновения жизни, диверсификации и исчезновения. От расплавленного хаоса адеев до скульптурных ландшафтов четвертичной, каждая горная цепь, океанский бассейн и каньон записывает главу этого эпоса. Понимание этих процессов не только показывает, как наша планета стала обитаемой, но и помогает нам предсказать будущие изменения. Эта статья прослеживает путешествие Земли от ее огненного рождения до современных форм рельефа, которые мы видим сегодня, сплетая вместе ключевые эоны, эпохи, периоды и тектонические и климатические силы, которые сформировали их.

Докембрийское время: самая длинная и самая преобразующая глава планеты

Докембрийский период охватывает примерно 4 миллиарда лет — от аккреции Земли около 4,6 миллиарда лет назад до рассвета фанерозойского эона (541 миллион лет назад). Этот обширный интервал, на который приходится около 88% геологического времени, разделен на три эона: адеевый, архейский и протерозойский. Каждый из них стал свидетелем монументальных изменений в интерьере, поверхности и атмосфере планеты, создавая основу для сложной жизни.

Хадей Эон (4,6-4,0 млрд. лет назад)

Эон Хадея назван в честь греческого подземного мира — подходящий дескриптор для адских условий, которые преобладали. Земля была в значительной степени расплавлена, подвергнута бомбардировке оставшимися планетезималями и имела преходящую кору, которая неоднократно переплавлялась гигантскими ударами. Луна, вероятно, сформировалась в это время, когда тело размером с Марс (Тея) столкнулось с ранней Землей, выбрасывая обломки, которые объединились в Луну. Ни одна горная запись не осталась от Хадея , но кристаллы циркона, датируемые ~4,4 миллиардами лет, предполагают, что прохладная, водоносная кора существовала намного раньше, чем считалось ранее. Несмотря на враждебную поверхность, стадия была установлена для химической эволюции жизни.

Архейский Эон (4,0-2,5 млрд лет назад)

К архейской, земной коры достаточно остыли, чтобы сформировать стабильные, толстые континентальные ядра, называемые кратоны . Эти ранние суши были небольшими, как и современные островные дуги, но обеспечивали платформы для мелководных морей. Первая жизнь появилась, вероятно, как хемосинтетические прокариоты вблизи гидротермальных жерл. Строматолиты , слоистые микробные маты, стали одними из самых ранних ископаемых. Важно отметить, что архейская атмосфера была богата метаном, углекислым газом и азотом, но почти лишена свободного кислорода. Появление цианобактерий к концу этого эона скоро преобразует планету.

Протерозойский эон (2,5 млрд. – 541 млн. лет назад)

Протерозой стал свидетелем трех ключевых событий:

  • Большое окислительное событие (GOE) ~2,4 миллиарда лет назад: фотосинтетические цианобактерии закачивали кислород в атмосферу, ржавея в океанах и образуя полосатые железные образования (BIFs). Этот кислород отравлял многие анаэробные организмы, но проложил путь для аэробного дыхания и роста эукариот.
  • Земные оледенения в снежном шаре]: по крайней мере два крупных ледниковых периода (стуртийский и мариноанский) покрывали планету льдом от полюса до экватора, вызванного эффектом безудержного альбедо.Возможный расплав, вызванный накоплением вулканического CO2, подготовил почву для быстрых биологических инноваций.
  • Появление многоклеточной жизни: появилась эдиакарская биота (575—541 Ма) — мягкотелые, загадочные организмы, представляющие собой первую макроскопическую жизнь.К концу протерозоя сцена была готова к кембрийскому взрыву.

Палеозойская эра (541–252 млн. лет назад): от морей до лесов и вымирания

Палеозойский период является «возрастом беспозвоночных и ранних позвоночных», и он стал свидетелем сборки суперконтинента Пангея, колонизации земли и двух крупнейших массовых вымираний. Он разделен на шесть периодов; следующие основные моменты имеют решающее значение для понимания развития рельефа земли.

кембрийский период (541–485 млн. лет назад)

Кембрийский взрыв произвел большинство основных типов животных за относительно короткий промежуток (20 миллионов лет). Мелкие, теплые эпиконтинентальные моря покрыли большие части Северной Америки, Европы и Китая. Трилобиты, брахиоподы и культовая фауна Буржес-Славы. Тектонически распад более раннего суперконтинента Родиния продолжался, стимулируя формирование пассивных полей и карбонатных платформ.

Ордовикян и Силурийский (485-419 млн. лет назад)

Уровень моря поднялся до самых высоких уровней в фанерозойских, затопляющих континентальных интерьерах. Таконский орогений (часть Аппалачско-Каледонского горного здания) начался, когда вулканические дуги столкнулись с восточной Северной Америкой. Табулат рифообразования и рифовые кораллы процветали. Первые наземные растения (брёфитовые) появились в ордовиках, а силурийские, сосудистые растения, такие как Куксония позволили колонизировать более сухие районы, стабилизируя почву и уменьшая эрозию. Силурианцы также видели эволюцию первых челюстных рыб и наземных членистоногих.

Девонский период (419–359 млн. лет назад): «Век рыб»

В девоне земли Земли сливались в сторону суперконтинента Гондвана на юге и Лавразия на севере. Акадское орогение подтолкнуло северных аппалачей. Лобейнские рыбы породили первых тетраподов (например, Тиктаалик), в то время как гигантские леса ликопсидов, хвощ и папоротников распространились по низменным регионам. Это расширение глубоко укоренившейся растительности значительно изменило углеродный цикл и способствовало падению атмосферного CO2, что привело к позднедевонскому вымиранию — затяжному событию, которое устранило многие морские группы.

Углеводный период (359-299 млн. лет назад): Угольные леса и Пангея

Углеводный известен своими обширными болотными лесами, которые производили массивные угольные месторождения. Большая часть того, что сейчас является восточными США, Европой и Китаем, лежала около экватора в тропическом поясе. Столкновение Гондваны с ЕврАмерикой (формирующей южную часть Пангеи) вызвало аллегенское орогение, постройка центральных и южных Аппалачей. Высокие уровни кислорода (до 35 %) позволили развиваться гигантским насекомым, таким как стрекозы с размахом крыльев 60 см. Появились первые рептилии, откладывавшие амниотические яйца, которые позволили полностью наземное размножение.

Пермский период (299–252 млн. лет назад): Пангея и «Великая смерть»

К пермскому Пангея была полностью собрана — один суперконтинент, простирающийся от полюса до полюса. Внутреннее пространство было засушливым, с обширными пустынями с красным дном. Уральские орогены создали Уральские горы. Пермский закончился событием пермско-триасового вымирания (~252 Ма), самым серьезным массовым вымиранием всех времен, возможно, вызванным массивными извержениями вулканов Сибирских ловушек, которые выпустили парниковые газы, кислотные дожди и океаническую аноксию. До 96% морских видов и 70% наземных позвоночных исчезли.

Мезозойская эра (252-66 миллионов лет назад): Эпоха динозавров и континентальный распад

Мезозой видел фрагментацию Пангеи, взлет и падение динозавров, появление цветущих растений и млекопитающих.Уровень моря резко колебался, создавая мелкие внутренние морские пути и обширные меловые отложения.

Триасовый период (252-201 млн. лет назад)

Жизнь медленно восстанавливалась после Великой смерти. Первые динозавры появились (~230 Ма), наряду с ранними млекопитающими (маленькие, проницательные). Пангея начала рифту; по мере ее растяжения, Центральная Атлантическая Магматическая Провинция (CAMP) изверглась, способствуя триасово-юрскому вымиранию (~201 Ма). Климат был глобально теплым и сухим, без полярных ледяных шапок.

Юрский период (201–145 млн. лет назад)

Пангея далее раскололась на Лавразию и Гондвану, открыв Атлантический океан. Невадское орогение началось вдоль западной окраины Северной Америки, построив батолит Сьерра-Невада. Мелкие моря покрывали большую часть Европы, осаждая известняки, которые теперь образуют Котсуолдс и Швабский Альб. Динозавры диверсифицировались в гигантов, таких как Брахиозавр и Аллозавр. Первые птицы (например, Археоптерикс) произошли от пернатых тероподов.

Меловой период (145-66 миллионов лет назад)

Во время мелового периода Атлантика расширилась, и Ларамидное орогение начало поднимать Скалистые горы. Огромный внутренний морской путь (Западный внутренний морской путь) расколол Северную Америку от Мексиканского залива до Арктики. Цветущие растения (ангиоспермы) стали доминирующими, питая диверсификацию насекомых. В конце периода астероид шириной 10 км ударил по полуострову Юкатан, образовав кратер Чиксулуб. В результате «зима воздействия» и кислотные дожди вызвали массовое вымирание мелового палеогена (K-Pg) , уничтожив всех не-птицианских динозавров, птерозавров и многих морских рептилий.

Кайнозойская эра (66 миллионов лет назад – настоящее время): млекопитающие, ледниковые периоды и люди

Кайнозойский — «возраст млекопитающих» и эпоха драматических тектонических и климатических сдвигов, он делится на палеогеновый, неогеновый и четвертичный периоды.

Палеогеновый период (66-23 млн. лет назад)

В палеоцене и эоцене млекопитающие излучались в свободные экологические ниши. Альпийское орогение началось, когда Африка столкнулась с Евразией, построив Альпы и Карпаты.Гималайское орогение началось ~50 Ма со столкновения Индии и Азии.Гренландско-Шотландский хребет и открытие пролива Дрейка изменило океанские течения, что в конечном итоге привело к антарктическому оледенению. Эоцено-олигоценовое вымирание (~33,9 Ма) было связано с быстрым охлаждением и наступлением постоянного антарктического льда.

Неогеновый период (23-2,58 млн. лет назад)

Неоген видел продолжающийся подъем Гималаев, Анд и Западных Кордильер. Панамский перешеек связал Северную и Южную Америку ~3 миллиона лет назад, позволив Великому американскому обмену млекопитающих. Травы расширились, стимулируя эволюцию выпаса лошадей и копытных. Хоминины (человеческая линия) расходились от шимпанзе ~7 Ма, с первыми гомининами, появляющимися в Африке к концу миоцена.

Четвертичный период (2,58 млн. лет назад – настоящее время)

Повторяющиеся ледниково-межледниковые циклы (FLT:0) ледниковые периоды (FLT:1)) передовые и отступающие ледяные щиты по всей Северной Америке, Европе и Азии, формирующие ландшафты через ледниковую эрозию и осаждение. Были вырезаны рельефы, такие как морены, барабанные перемычки, фьорды и Великие озера. Напротив, межледниковые периоды (такие как голоцен, последние 11 700 лет) позволили почве и человеческой цивилизации процветать. Люди стали геологической силой: мы сейчас находимся в предлагаемой эпохе антропоцена (FLT:2)Антропоцен, отмеченный ядерными осадками, пластиковым загрязнением, атмосферными уровнями CO2 выше 400 ppm и быстрой потерей биоразнообразия.

Основные формы рельефа и тектонические/климатические процессы, которые их создают

Понимание геологической истории Земли требует понимания того, как тектоника плит, эрозия и климат взаимодействуют для получения рельефа, который мы видим. Ниже приведены основные категории рельефов, каждый из которых иллюстрируется хорошо известным примером.

Горы

Горы формируются в основном на сходящихся границах плит через субдукцию (например, Анды, Японские Альпы) и континентальное столкновение (Гималаи, Альпы). Уральские горы, сформированные во время пермского столкновения, намного старше и более эродированы. Горы также возникают из вулканизма (например, Каскады) и, в некоторых случаях, подъема рифта-плеча (например, Восточноафриканские рифты).

Плато

Плато может быть вулканическим (] Плато Колумбия, образованное базальтами наводнения в миоцене), поднятым (] плато Колорадо, поднятым во время орогении Ларамида и позже вырезанным рекой Колорадо, чтобы сформировать Большой Каньон), или остатки старых эрозионных поверхностей (плато Декан в Индии).

Равнины и бассейны

Обширные равнины часто лежат в основе толстых последовательностей осадочных пород, отложенных в мелководных морях (Великие равнины ] или речными системами (]Индо-Гангская равнина . Бассейн Амазонки и Бассейн Конго являются примерами крупных осадочных бассейнов, которые накопили осадок из окружающих высокогорья за десятки миллионов лет.

Долины и разломы

Долины являются результатом речной эрозии (V-образные реки) или ледниковой эрозии (U-образные долины, фьорды). Гранд-Каньон является классическим примером речной резной долины в регионе плато. Рифтовые долины, такие как Восточноафриканская рифтовая система , образуются расширением коры и часто являются местами вулканизма и глубоких озер (например, озеро Танганьика).

Береговые линии и континентальная маржа

Береговые линии развиваются через взаимодействие изменения уровня моря, волнового действия и снабжения осадками. Утонувшие речные долины (риас), барьерные острова, дельтаические равнины (дельта Миссисипи) и коралловые атоллы - все продукты четвертичных ледниково-межледниковых циклов. Полуостров Банков в Новой Зеландии сформирован из потухших вулканов, в то время как Побережье Залива Соединенных Штатов - пассивный запас, построенный уложенными дельтовыми долями в течение миллионов лет.

Заключение: Непрерывная история динамической планеты

Геологическая история Земли далека от завершения. Тектоника плит продолжает перемещать континенты, вулканы и землетрясения меняют региональные ландшафты, и человеческая деятельность в настоящее время оказывает доминирующее влияние на эрозию, осаждение и климат. От древних цирконов адея до ледяных долин четвертичной, каждая особенность, которую мы наблюдаем, является моментом текущих процессов. Изучая эту обширную запись, мы не только узнаем, откуда мы пришли, но и получаем контекст, необходимый для прогнозирования будущих изменений - будь то потепление климата, повышение уровня моря или следующее большое событие горостроения. Кора Земли держит историю; наша задача - прочитать ее, уважать ее и подготовиться к следующей главе.

Для дальнейшего чтения, обратитесь к USGS Geology Science Explorer и Encyclopædia Britannica’s geologic history overview. Nature Scitable Geologic Time Scale обеспечивает отличную интерактивную временную шкалу, а запись National Geographic encyclopedia предлагает дополнительный контекст для педагогов и энтузиастов. Наконец, страницы службы национальных парков Geology демонстрируют многие из знаковых рельефов местности, описанных выше.