§ 17. Геологічна історія Землі. Основні тектонічні структури

Геологічна історія Землі. Це послідовність подій у розвитку Землі як планети. Найважливішими з них були утворення гірських порід, виникнення й руйнування форм рельєфу, наступ і відступ моря, зледеніння, поява та зникнення видів живих істот. Усі ці події вивчає наука геологія.

Учені вважають, що Земля утворилася близько 4,5 млрд років тому з дископодібної маси газу та пилу, яка й дала початок Сонячній системі. Спочатку планета була розпечена. Та поступово її зовнішній шар охолов і перетворився на земну кору. Протягом сотень мільйонів років поверхня планети постійно змінювалася, континенти формувалися й розпадалися. Вони мігрували по поверхні, іноді об’єднуючись й утворюючи суперконтиненти, як-от: Пангея, Гондвана та Лавразія. Із часом суперконтиненти розпалися й утворилися сучасні материки.

Геологічне літочислення. Хронологію геологічних подій в історії Землі називають геологічним літочисленням. Низка цих подій розділена на періоди тривалістю в мільйони років. Тільки зовсім недавно вчені почали використовувати метод відносної геохронології. Він дає змогу вивчати й порівнювати геологічні події в історії Землі, взаємозв’язок у послідовності утворення гірських порід і скам’янілостей. Це допомагає відрізнити більш ранні поклади від пізніших, визначити їхній вік, з’ясувати геологічні й кліматичні умови минулих часів.

Увесь час, що минув з моменту утворення Землі, поділяють на п’ять великих геологічних ер, три з яких складаються з періодів. Ми живемо в кайнозойську еру. Від найдавніших часів – докембрію (архейської і протерозойської ер) – нас відділяють мезозойська (проміжна) і палеозойська (давня) ери. Геохронологічна шкала – це ніби подорож у часі (див. QR-код). Вона доповнює геологічну карту, допомагає скласти своєрідну біографію земної кори в межах України. За допомогою такої шкали можна дізнатися про послідовність утворення гірських порід упродовж історії геологічного розвитку території України, тобто всього «життя» земної кори. Тому геохронологічну шкалу ще називають шкалою геологічного літочислення.

Карта «Тектонічна будова». Це різновид геологічних карт, на яких зображуються форми залягання, час й умови формування різноманітних структур земної кори. Виділяють загальні, регіональні і детальні тектонічні карти. На загальних картах показують переважно основні структурні елементи земної кори із зазначення тектонічного режиму та часу їхнього формування. На регіональних картах відображується тектонічна структура відповідних районів. Детальні тектонічні карти (масштабом 1:200 000 і 1:50 000) характеризують особливості й деталі структури земної кори конкретних ділянок. Розкривається також характер складчастих і розривних структур, їх походження, час утворення та взаємозв’язки.

Тектонічна карта України відображає типи тектонічних структур на території нашої держави, які пройшли тривалу історію (понад 3,8 млрд років). Ці структури належать до двох головних типів континентальної земної кори – платформних і складчастих областей.

Основні тектонічні структури. Утворення основних форм рельєфу на території України, так само як і скрізь на Землі, пов’язане насамперед з її тектонічною будовою (див. карту на форзаці). Назва «тектонічна» в перекладі з грецької мови означає «той, що стосується будівництва». І справді, тектонічна карта України певною мірою відображає будову земної кори.

Особливості будови земної кори на тектонічній карті можна визначити за тектонічними структурами. Так називають великі ділянки земної кори, відокремлені глибинними розломами, які сягають мантії. Будову й рухи земної кори вивчає наука тектоніка. Найбільшими тектонічними структурами є платформи й області складчастості (складчасті системи).

До найбільших тектонічних структур на нашій території належить Східноєвропейська (Руська) платформа – одна з малорухливих ділянок земної кори Євразії. Малорухливою вона стала дуже давно, адже Східноєвропейська платформа утворилася в докембрійський час і має вік близько 2 млрд років. З північного заходу України до узбережжя Азовського моря платформа вкрита малопотужним шаром осадових порід, а подекуди його майже немає. Цю величезну ділянку Східноєвропейської платформи, де тверді кристалічні породи фундаменту залягають неглибоко та часто виходять просто на поверхню, називають Українським щитом (мал. 32).

Мал. 32. Виходи фундаменту Українського щита в долині річки Рось

На північному сході країни є ще одна ділянка платформи, де породи фундаменту розташовані порівняно близько до поверхні. Це так званий Воронезький кристалічний масив, тверді породи якого залягають подекуди на глибині 150 м від поверхні.

Національне надбання

Острів Мала Хортиця є виступом Українського щита в долині Дніпра. Цей острів складений гранітами, які є настільки міцними гірськими породами, що змогли створити перешкоду навіть на шляху потужної річки Дніпро. Через те й утворилися знамениті Дніпрові пороги, за якими свого часу виникла перша українська (козацька) держава. А острів Хортиця став у прямому й переносному розумінні її фундаментом, центром.

Ділянки платформ, укриті осадовим чохлом, називають плитами. Так, на заході Український щит межує з Волино-Подільською плитою, потужність чохла якої коливається від 2000 до 2500 м. Утім, це аж ніяк не рекорд. Окремі ділянки платформи характеризуються дуже глибоким зануренням фундаменту під осадовий чохол. Це так звані прогини (западини), як-от Галицько-Волинський прогин, що розташований на крайньому заході України. Потужність осадових порід у цьому прогині становить 3000-7000 м. Ще більший прогин має Дніпровсько-Донецька западина, яка межує з Українським щитом на сході. Тут, на лівобережжі Дніпра, фундамент платформи подекуди перекритий шаром осадових порід завтовшки 10-12 км. На півдні з Українським щитом межує Причорноморська западина, де докембрійський фундамент залягає місцями на глибині понад 3000 м.

Причорномор’я України та північна частина Кримського півострова лежать у межах молодої Скіфської платформи. На відміну від давньої Східноєвропейської платформи, вона не має щитів і вкрита суцільним потужним (3000-6000 м) шаром осадових порід. Тому її ще називають Скіфською плитою.

На крайньому південному заході до Східноєвропейської платформи прилягає ще одна молода Західноєвропейська платформа (плита). На противагу їй на крайньому південному сході унаслідок гороутворювальних процесів і порушення залягання на кристалічному фундаменті осадових порід утворилася Донецька складчаста область.

Особливе місце серед тектонічних структур посідають області молодої альпійської складчастості. На південному заході й крайньому півдні території України вони утворюють складчасті системи. На південному заході України це складчаста система Українських Карпат, до якої належать Карпатська складчаста область, Передкарпатський прогин і Закарпатський прогин. На крайньому півдні території України розташована складчаста система Кримських гір.

Молоді складчасті системи України, що є частинами Альпійсько-Гімалайського сейсмічного поясу, продовжують формуватися й нині. Свідченням цього є, зокрема, землетруси. Більшість «підземних хвиль» приходять до нас із Карпат на території Румунії. На південному узбережжі Кримського півострова також неодноразово відбувалися землетруси, найсильніший з яких стався у вересні 1927 року.

НАУКОВІ ДИСКУСІЇ

Кримські землетруси. Небезпечна зона землетрусів охоплює напівкільцем з півдня Гірський Крим. Саме тут, у районі мису Аюдаг, у межах Чорноморської літосферної плити проходить розлом у земній корі. На думку вчених, він утворився через далеку Аравійську плиту. Ця потужна плита під дією внутрішніх сил поступово рухається на північ і тисне на невелику Чорноморську літосферну плиту, яка починає також рухатися на північ, натрапляючи на велетенську Євразійську плиту. Тут малопотужна Чорноморська плита опиняється наче в пастці – затиснута між двома гігантськими блоками земної кори, а тому не витримує і починає розколюватися. Так виникають кримські землетруси.

ГЕОГРАФІЧНИЙ ІНТЕРАКТИВ

За даними сайту IRIS визначте, коли й де відбувалися землетруси на території України – http://www.iris.edu/seismon/eventlist/index.phtml.

Зв’язок рельєфу з тектонічними структурами. Оскільки більша частина України розташована в межах двох платформ, рельєф нашої території переважно рівнинний. Великим нерівностям фундаменту платформ (щит і западини) на поверхні відповідають височини та низовини. Так, Українському щиту відповідають Придніпровська й Приазовська височини, Дніпровсько-Донецькій западині – Придніпровська низовина, Причорноморській западині – Причорноморська низовина. На північному сході України на схилах давнього Воронезького масиву розташовані крайні південно-західні відгалуження Середньоруської височини. Так само відображені в рельєфі й ділянки, де земна кора під впливом внутрішніх сил зминалася в складки. Так, з Донецькою складчастою областю пов’язана Донецька височина. Складчастій системі Карпат у рельєфі відповідає гірська система – Українські Карпати. На місці складчастої системи Кримських гір виникли Кримські гори.

• Геологічна історія Землі – послідовність подій у розвитку Землі як планети. Вивчає ці події та процеси наука геологія.

• Геологічне літочислення – це хронологія геологічних подій в історії Землі.

• Найбільшими тектонічними структурами є платформи й області складчастостей. До них на нашій території належать Східноєвропейська та Західноєвропейська платформи, а також складчасті системи Карпат і Кримських гір.

• Основні форми рельєфу тісно пов’язані з тектонічними структурами.

ПЕРЕВІРИМО СВОЇ ЗНАННЯ ТА ВМІННЯ

• 1. Що характеризує геохронологічна шкала?
• 2. Що і як зображено на тектонічній карті України?
• 3. Назвіть основні тектонічні структури на території України й поясніть, як вони вплинули на рельєф.
• 4. За тектонічною картою покажіть межі Українського кристалічного щита та інших тектонічних структур.

§ 15. Геологічна історія Землі

Пригадайте: 1. Яку внутрішню будову має Земля? 2. Як називають геологічні ери в історії нашої планети? 3. Які були епохи горотворення в геологічній історії Землі? 4. З яких речовин складається земна кора? 5. Як виникли магматичні й осадові гірські породи? 6. Які основні відділи рослин і класи хребетних тварин (з уроків біології)?

• Догеологічний етап розвитку Землі. Історія нашої планети налічує близько 5 млрд років. Перший мільярд років свого існування Земля не мала земної кори. Наша планета являла собою велетенську розігріту кулю. У розплавлених надрах важкі частки опускалися до центру, формуючи ядро, а легкі піднімалися до поверхні, утворюючи мантію. Планету бомбардували метеорити. Повсюдно вивергалися вулкани. З їхніх газів виникла первинна атмосфера, але кисню в ній майже не було. Цей етап існування нашої планети називають догеологічним, тобто часом до виникнення земної кори (перших гірських порід).

• Відносний та абсолютний вік гірських порід. Геологія – наука про земну кору, її склад, будову, історію розвитку та процеси, що в ній відбуваються. Вам уже відомо, що гірські породи формувалися в результаті дії багатьох внутрішніх і зовнішніх процесів. Деяким гірським породам кілька мільярдів років, іншим – десятки тисяч. Звісно, люди не були свідками всієї історії нашої планети. То за якими ж ознаками її відновлюють? Як визначають вік гірських порід?

Розрізняють відносний та абсолютний вік порід. Відносний вік показує, яка гірська порода виникла раніше, а яка пізніше, тобто порівнюється час утворення однієї породи щодо іншої. Зазвичай осадові породи, що лежать нижче, утворилися раніше, а згодом на них нашаровувалися нові товщі осадових порід. Якщо магматична порода прорізає в надрах землі шари осадових, то вона молодша за них, адже магма занурилася в осадові породи, коли вони вже існували.

Іншим способом визначення відносного віку гірських порід є вивчення решток давніх живих організмів, що в них збереглися. Адже в кожний великий проміжок історії Землі на ній жили певні рослини і тварини. Згодом вони змінювалися іншими. Наприклад, якщо в гірських породах знаходять кістки динозаврів, це означає, що вони давніші, ніж ті, в яких виявляють скелети птахів і звірів. Кам’яне вугілля з відбитками листків деревоподібних папоротей виникло раніше, ніж буре вугілля з рештками квіткових рослин.

У земній корі є свої «геологічні годинники» – радіоактивні речовини, зокрема уран. З часом він зі сталою швидкістю розпадається на свинець і гелій. Для повного розпаду урану необхідно 710 млн років. На основі цього вчені точно підраховують, скільки міститься у гірській породі урану, а скільки свинцю, і визначають абсолютний вік породи.

Завдяки вивченню відносного й абсолютного віку гірських порід вдалося встановити, як розвивалася земна кора та як видозмінювалося життя на Землі.

• Геохронологічна таблиця. Геологічна історія нашої планети починається 4 млрд років тому, коли на поверхні мантії сформувалася земна кора. Геологічну історію Землі поділяють на значні проміжки часу – геологічні ери, які, своєю чергою, складаються з геологічних періодів. Назви періодам надали за різними ознаками. Найчастіше вони пов’язані з сучасними або давніми географічними назвами місцевостей, де були досліджені гірські породи відповідного часу. Наприклад, девонський (від графства Девоншир у Великій Британії), пермський (від російського міста Перм), юрський (від гір Юра в Альпах) та інші. Деякі періоди названі за складом переважаючих гірських порід, зокрема кам’яновугільний, крейдовий.

Поділ геологічної історії Землі на ери та періоди відображений у геохронологічній таблиці, або шкалі, яка є своєрідним календарем із проміжками часу від десятків мільйонів до мільярдів років. Міжнародна геохронологічна таблиця була складена у другій половині XIX ст. і з накопиченням нових фактів уточнювалася. В основу таблиці вчені поклали відносний вік гірських порід. Тому найдавніші ери показані знизу таблиці (як у земній корі залягають більш давні осадові породи), молодші – зверху. У геологічній історії Землі вирізняють 5 геологічних ер.

Геохронологічна таблиця

• Розвиток Землі у ранні геологічні ери. Архейська ера (з грец. – давній) тривала від 4 млрд до 2 млрд років тому і становить половину всієї геологічної історії планети. Життя у ті часи не існувало. Хлюпотіло море. Вулканізм був глобальним. Первинні материки мали вигляд велетенських застиглих потоків лави.

Протерозойська ера (з грец. – раннє життя) охопила відрізок часу від 2 млрд до 570 млн років тому і становить ще 40 % геологічного часу. На думку вчених, земна кора залишалася неспокійною. Літосфера розтріскалася на велетенські плити, які почали дрейфувати. Процеси вулканізму й активного горотворення локалізувалися на краях літосферних плит. На кінець протерозою припала байкальська епоха горотворення. Нині на місці її прояву розташовані сильно зруйновані брилові гори. Близько 3 млрд років тому в Океані на мілководді виникли перші мікроорганізми. Наприкінці протерозойської ери в океанах переважали водорості та прості м’якотілі тварини, які майже не лишили після себе слідів існування.

Разом архейську та протерозойську ери називають докембрієм (за назвою першого періоду наступної палеозойської ери), який охоплює 90 % усього геологічного часу. Проте поки що накопичено мало знань про ті віддалені часи, тому дві перші ери не поділяють на геологічні періоди.

• Розвиток Землі у палеозойську еру. Палеозойська ера (з грец. – давнє життя) розпочалася 570 млн років, а закінчилися 240 млн років тому і становить 6 % від усього геологічного часу. Про цей відрізок історії Землі нагромаджено багато знань, тому палеозойську еру поділяють на 6 геологічних періодів. Перші три – ранній палеозой, три наступні – пізній палеозой (мал. 39).

Мал. 39. Дно ранньопалеозойського моря. Краєвид палеозойської ери

Завдання: Користуючись геохронологічною таблицею, назвіть геологічні періоди раннього та пізнього палеозою.

У ранньому палеозої материки й океани зовсім не були подібні до сучасних. У південній півкулі існував давній материк Гондвана, а у північній – кілька окремих материків: Лаврентія, Сибір (Ангарида), Європа та інші. На краях тодішніх літосферних плит відбувалося каледонське горотворення. У ранньому палеозої життя вирувало лише в Океані. Переважали водорості, а з тварин – медузи, губки, молюски, давні ракоподібні істоти трилобіти. У силурійський період перші рослини вийшли з Океану й наситили повітря киснем.

У пізньому палеозої внаслідок пересування літосферних плит давні материки поступово зблизилися й наприкінці пермського періоду утворився надматерик Пангея (з грец. – уся земля), який оточив океан Панталасса (з грец. – усе море). При цьому в місцях зіткнення давніх материків відбувалося герцинське горотворення. В Україні в той час сформувалися гори на місці Донецького кряжа та рівнинної частини Криму. В Океані панівною групою тварин стають риби. На суходолі серед деревоподібних папоротей літали велетенські комахи. З води вийшли на суходіл велетенські земноводні – родичі сучасних жаб.

• Розвиток Землі у мезозойську еру. Мезозойська ера (з грец. – середнє життя) тривала від 240 млн до 67 млн років тому й становить близько 3 % від усієї історії розвитку земної кори. Вона складається з 3 геологічних періодів: тріасового, юрського та крейдового. Клімат материка Пангея стає сухим і спекотним. Це призводить до вимирання вологолюбної флори і фауни пізнього палеозою. Папороті змінюють посухостійкі голонасінні рослини, а земноводних тварин – плазуни (рептилії), яких назвали динозаврами. Останні опанували суходіл, повітря, воду (мал. 40).

Наприкінці тріасового періоду Пангея починає розколюватися на два материки: південний – Гондвану, північний – Лавразію. Між ними виникає океан Тетіс. До кінця мезозою материки продовжують розколюватися на сучасні континенти. Унаслідок розсування материків виникають улоговини сучасних океанів. У місцях зіткнення літосферних плит відбувається мезозойське горотворення.

Мал. 40. Краєвид мезозойської ери

Завдання: 1. Згадайте, які сучасні материки входили до складу давніх Гондвани та Лавразії. 2. Здійсніть реконструкцію давніх материків. Для цього виріжте з паперу обриси сучасних материків і спробуйте їх скласти, як пазли.

У середині мезозою з’явилися квіткові рослини й перші птахи і ссавці. Спочатку ці тварини були нечисленними і невеликими за розмірами й не становили серйозної конкуренції динозаврам. Однак вони мали значну перевагу порівняно з рептиліями – теплокровність, що дало змогу вижити в епохи істотного похолодання.

• Розвиток Землі у кайнозойську еру. Кайнозойська ера (з грец. – нове життя) розпочалася 67 млн років тому і триває донині. Вона становить менше 1 % геологічної історії. Її поділяють на 3 геологічні періоди: палеогеновий (мал. 41), неогеновий та четвертинний (або антропогеновий). Материки й океани поступово набувають сучасних обрисів. У місцях зіткнення літосферних плит проявляється альпійська епоха горотворення, в результаті якої утворюються величезні пояси гір. Серед них – Карпати і Кримські гори. Динозаври вимерли ще наприкінці мезозою. Клімат палеогену та неогену був теплим і вологим, тому на суходолі у той час жили теплолюбні рослини і тварини. У четвертинному періоді відбувається різке похолодання, що спричиняє 4 епохи зледеніння у північній півкулі Землі. Максимальна з них, Дніпровська, дісталася території України. Це суттєво вплинуло на склад гірських порід, змінило рельєф, а також видовий склад рослин і тварин. Антропоген – час появи і розвитку людини.

Мал. 41. Краєвид палеогенового періоду

Перевір себе

• 1. Що таке відносний та абсолютний вік гірських порід? Як і для чого його визначають?
• 2. Що показано у геохронологічній таблиці? Розкажіть, як нею слід користуватися.
• 3. Поміркуйте, яке практичне значення для людини має вивчення геологічного минулого нашої планети.

Проект для краєзнавця

✅Планета Земля. Походження і будова Землі

Планета Земля – це третя за рахунком від Сонця і найбільша з чотирьох планет земної групи. Головні риси Землі, якщо дивитися з космосу, – це:

Земля – єдина з планет Сонячної системи, на поверхні якої є вода в рідкому вигляді. Всередині Землі температура швидко збільшується з глибиною, досягаючи максимуму (більше 5000°С) в металевому ядрі.

Атмосфера Землі складається головним чином з двох газів: азоту (78%) і кисню (21%) – а також зі змінної кількості водяної пари. Земля єдина поки з відомих планет, на якій є життя.

Будова Землі

Земне ядро складається в основному із заліза і нікелю. Внутрішнє ядро планети тверде, зовнішнє ядро – рідке. Ядро оточує щільна і відносно тверда мантія, покрита корою. Поверхневий шар складається з блоків, званих плитами.

Повільна циркуляція у верхніх шарах мантії призводять до переміщення плит зі швидкістю 2 сантиметри на рік. Тертя плит, що розташовуються під сушею і під океаном, стають причиною появою гірських ланцюгів, вулканів, а також землетрусів. У тих ділянках, де плити розходяться, з мантії виривається розплавлена лава.

Приблизно 250 млн. років тому більшість континентів були об’єднані в один цілий. Південна Америка була з’єднана з Африкою, Північна Америка і Гренландія – з Європою. Поступово вони розійшлися, і вийшли знайомі нам континенти.

Походження життя на Землі

Земля утворилася приблизно 4,5 млрд. років тому. Протягом перших 500 млн. років Землю бомбардували кам’яні, металеві та крижані тіла. Газ, просочився з гарячих надр, утворив атмосферу. Коли поверхня планети охолола, з’явилися моря і океани. У морях і невеликих водоймах майже відразу почали формуватися складні молекули (групи атомів).

Так 3500 млн. років тому з’явилися одноклітинні організми – перша примітивна форма життя. Більш досконалі живі організми виникли спочатку в океанах, а потім виходили на сушу. Від 4 до 4,5 млрд. років тому Землю посилено бомбардували метеорити і інші великі об’єкти.

Земна атмосфера утворилася з газу, що вийшов на поверхню з гарячих надр, і з речовини комет, що впали на планету. Океани почали формуватися приблизно 3,8 млрд. років тому. 350 млн. років у морях в завдяки еволюції з’явилися риби.

Наземні тварини вперше з’явилися близько 300 млн. років тому. Наприклад, динозаври почали розвиватися приблизно 200 млн. років тому, але 65 млн. років тому вони повністю зникли.

Що ми дізналися?

Планета Земля, третя планета від Сонця у Сонячній системі, є унікальним та єдиним відомим нам місцем існування життя. Вона має складну історію та структуру.

1. Походження Землі
   • Земля утворилася близько 4.54 мільярдів років тому з сонячної туманності.
   • Процес формування включав акрецію (збір матеріалу) та диференціацію, коли важкі елементи опускалися до центру, утворюючи ядро.
2. Внутрішня Структура Землі
   • Ядро: Розташоване у центрі Землі, поділяється на тверде внутрішнє ядро та рідке зовнішнє ядро, багате залізом та нікелем.
   • Мантія: Складається з кремнію, кисню, магнію, заліза та інших елементів, мантія є в’язкою та рухливою.
   • Земна кора: Зовнішній твердий шар Землі, розділений на океанічну (більш щільну) та континентальну (менш щільну) кору.
3. Геологічна Історія
   • Земля пройшла через кілька геологічних та кліматичних змін, включаючи льодовикові періоди, формування та розпад суперконтинентів.
   • Тектоніка плит — процес, що формує гори, землетруси та вулканічну активність.
4. Атмосфера та Гідросфера
   • Земля має багату атмосферу, що складається з азоту, кисню та інших газів, яка захищає планету від сонячного випромінювання та підтримує життя.
   • Гідросфера включає всі водні ресурси Землі, у тому числі океани, моря, річки, озера та льодовики.
5. Цікаві Факти
   • Земля — єдина відома планета з активним тектонічним процесом.
   • 71% поверхні Землі покрите водою.

Висновок

Земля — унікальна планета зі складною історією та структурою. Від її походження та формування, через різноманітні геологічні процеси, до унікального складу атмосфери та гідросфери, Земля продовжує захоплювати та надихати науковців і дослідників.

Наше розуміння Землі та її процесів є ключовим для збереження життя на планеті та її сталого майбутнього.