ВРЕМЯ В СТРАТИГРАФИИ

Принцип выбора хронологически взаимозаменяемых признаков (принцип С.В. Мейена)

Принцип палеонтологической сукцессии (принцип Ж. Суллпи—В. Смита)

В тесной связи с выше рассмотренным принципом В. Смита (иногда даже объединяемое с ним) находится положение о различии комплексов ископаемых разновозрастных отложений, последовательно сменяющих друг друга. В какой-то мере это положение действительно отражено в приведенных высказываниях В. Смита о формировании Земли слой за слоем и соответственно о многократных актах творения животных и растений, объясняющих различие комплексов окаменелостей различных слоев. Однако еще за два десятилетия до первого сообщения В. Смита о результатах его исследований на Британских островах во Франции в 1780г. был опубликован текст доклада аббата Жиро Сулави «Естественная история Южной Франции», прочитанного им в 1779г в Королевской академии наук. Для целей стратиграфии главный интерес представляет глава VIII этого сочинения, основные выводы которой изложены Ж. Сулави в следующих словах.

«Залегание друг над другом различных известняковых толщ; их последовательное формирование под водами океана. Эпохи различных ископаемых соответствуют слоям, которые их содержат. Первый век царство раковин (моллюсков), которые не живут сейчас. Второй век: царство предыдущих раковин (моллюсков) и некоторых других с подобными ныне жиаущим формам. Третий век: царство моллюсков, исключительно ныне живущих в наших морях. Четвертый век: царство рыб и растений, известных ныне. Пятый век: окаменелые деревья, гравий, кости ископаемых животных и пр.». В заключение последующего рассмотрения палеонтологической характеристики первых трех из перечисленных «царств» говорится: «Мы видим теперь, что хронологический порядок этих трех различных царств согласуется с последовательностью залегания и сравнительным возрастом каждого слоя».

По мнению Г. Шенка, эти высказывания Ж. Сулави наводят на мысль о признании им того, что мы называем сейчас эволюцией органического мира. Во всяком случае, несомненно, что Ж. Сулави четко охарактеризовал последовательную смену в разрезе комплексов остатков организмов, соответствующих хронологической последовательности отдельных установленных им этапов развития («царств») органического мира. Ряд исследователей рассматривает концепцию Ж. Сулави в качестве фундаментального принципа ипи закона стратиграфии (закона палеонтологической сукцессии).

Поскольку В. Смит подошел в своих исследованиях к близким выводам, по-видимому, независимо от Ж. Сулави, можно справедливо обозначать принцип последовательной смены комплексов ископаемых, ипи палеонтологической сукцессии как принцип Ж. Сулави—В. Смита. Он, как уже отмечалось, тесно связан с основным принципом В. Смита и дополняет его более отчетливо выраженным историческим подходом к объяснению различий комплексов ископаемых из отложений, занимающих различное положение в разрезе.

В качестве краткого определения сути принципа палеонтологической сукцессии можно принять формулировку Дж. Энтони: «Ископаемые фауны и флоры следуют друг за другом в определенном, могущем быть выясненном порядке».

 

Очень часто в геологии приходится сопоставлять разнофациальные разрезы (морские, континентальные, лагунные). Их сопоставление представляет серьезные трудности в работе стратиграфов, т. к. ни один из признаков (последовательностей признаков) не может протягиваться на значительное (в масштабах земного шара) расстояние. Выход есть, и он заключается в выборе признаков, которые хронологически взаимозаменяют друг друга.

Стратиграфы много говорят о комплексности, подразумевая под этим суммирование результатов, полученных различными методами по различным признакам (по нескольким группам биофоссилий, радиохронометрии, палеомагнитньм данным). Если эти результаты противоречат друг другу, то традиционная теория не указывает какого-либо способа разрешении противоречий, кроме компромисса (если по моллюскам возраст сеноманский, а по иглокожим — сантонский, сойдемся на туроне). По Мейену компромисс невозможен! В стратиграфии все наличные признаки и весь арсенал методов привлекаются для выработки объяснительной стратиграфической гипотезы и ее проверки. Таким образом, комплексирование происходит вокруг каких-то идей, служащих стержнем исследований. Преимущество имеют те признаки, стратиграфиче ские отношения которых легче всего поддаются объяснению в конкретной ситуации. Поэтому, наверно есть смысл ввести в обиход стратиграфии принцип выбора из взаимоисключающих признаков со следующей рабочей формулировкой: в случае обнаружения признаков, взаимоисключающих друг друга, приоритет отдается тому из них, который менее противоречит сложившейся ситуации.

Сам автор принципа, названного позднее в его честь, не привел емкой формулировки этого принципа. Вот как он звучит в формулировке А. И. Жамойды: «Различное, частично перекрывающееся площадное распространение и комплексирование стратиграфических признаков обеспечивают их хронологическую взаимозаменяемость, являющуюся основой внутри- и межрегиональной, вплоть до планетарной, корреляции по серии признаков наибольшего веса».

Рассмотрим этот принцип на некоторых примерах.

Пример 1. В данном примере признаки С и F являются хронологически взаимозаменяемыми.

Более сложные пример.

Очевидно, что непосредственно сопоставить разрезы 1 и 3 невозможно (согласно принципа Гексли), т, к, между ними нет ничего общего. Сопоставление возможно при наличии переходного разреза 2, который содержит хронологически взаимозаменяемые признаки как 1-го, так и 3-го разреза.

На реальном геологическом примере это будет означать сопоставление морских и континентальных разрезов через отложения переходного (лагунного) типа.

 

Проблема времени в геологии, как и в любой исторической науке, занимает центральное место. В стратиграфии время вообще выступает в качестве основного организующего начала, так как стратиграфические выводы имеют смысл лишь постольку, поскольку решают вопрос об одновременности, или последовательности геологических событий, приводящих в частности к образованию или не образованию осадочных толщ. Неудивительно поэтому, что проблема времени уже более ста лет обсуждается стратиграфами и интерес к ней все более возрастает {Красилов В. А., 1974, 1977а, б; Круть И. В., 1973; Мейен С. В., 1974а, б; Симаков К. В., 1974, 1975; Соколов Б. с., 1971; Ageг, 1973; Наггiпgtбп, 1965; Sсhiпdеwо}f, 1970; Sha­, 1964; Teicheгt, 1950, 1958 и др.].

Несмотря на значительные расхождения в понимании Bpeмени, свойственные различным философским школам и HaxoдящИе свое отражение в часто стихийно формирующемся мировоззрении естествоиспытателей, большинство стратиграфов сегодня сходится в отрицании ньютонова «абсолютного вpeмени»* и рассматривает eгo как «существенное свойство Bceленной» [Уитроу Дж., 1964] или как «атрибут всех известных материальных объектов» [Круть В. И., 1973]. В этом смысле можно говорить о едином времени. С другой стороны, в естественных науках проблема времени неразделима с проблемой eгo измерения, т. е. с выбором и гpaдуировкой системы пространственно-временных координат. В этом случае правомерно специальное рассмотрение геологического времени, которое имеет свои координаты и свою метрику.

* Абсолютное время по Н.. Ньютоиу «само по себе и по своей сущности без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью» (цнт. по Дж. Уитроу [1964, с. 47­48)). Абсолютное время, таким образом, не связано ни с пространством, ни с какими-либо процессами. В релятивистской физике, использующей простраиствеино-времениой континуум Г. Мииковского, А. Эйиштейн ввел понятия собственного, локального и универсального времени. Собственное время – это временные соотношения между событиями, происходящими только в данной системе отсчета, локальное время устанавливается в каждой движущейся системе, универсальное время представляет собой искусственную шкалу отсчета, применяемую для сравнения процессов в отдельных системах.

Цель измерения геологического времени заключается в выяснении последовательности геологических событий. Определение момента, продолжительности и последовательности событии геологического прошлого Земли возможно лишь путем установления порядка напластования и взаимоотношений гeoлогических тел, слагающих литосферу. Поставленные цели и пути их возможной реализации определяют основное требование к шкале геологического времени: ее деления должны быть, индивидуализированы, узнаваемы и достаточно определенно отличимы одно от другого. Действительно, предположим, например, что вся осадочная оболочка в каком-то районе сложена толщей песков, причем доказано непрерывное и равномерное во времени накопление этих песков. Тогда весь разрез может быть поделен на равные отрезки, накопление которых происходило в течение фиксированных временных интервалов, т. е. наша шкала будет составлена единицами, позволяющими непосредственно увязывать седиментацию и время, как это предлагал А. Фишер [Fischeг, 1969], вводя единицу «бубнов». Нетрудно убедиться, однако, что, используя эту шкалу, невозможно сопоставить любые два разреза нашей гипотетической толщи, если толща заранее не задана какая-то маркирующая поверхность (что в нашем случае не может быть), так как никаких собственных признаков, достаточных для опознания, выделенные нами интервалы не имеют.

Приведенный пример объясняет, в частности, почему нельзя рассчитывать на замену обычных стратиграфических методов сопоставления разрезов радиологическими датировками, хотя надежды на такую замену неоднократно высказывались в гeoлогической литературе. Даже при максимальном усовершенствовании аналитической техники, которое сведет к минимуму значения погрешностей и даст возможность использования для радиологической хронометрии любых пород, геологи будут получать значения возраста, не связанные с историей формирования анализируемых толщ. Если в двух разрезах получены, например, датировки соответственно 64 и 65 млн. лет, то сами по себе они ничего не дают для сопоставления этих разрезов, так как в зависимости от темпов седиментации и характера обстановок осадконакопления датированные образцы могут принадлежать либо к одному, либо к разным (причем в нашем примере к принципиально разным мезозой или кайнозой!) стратонам.

Таким образом, и само понимание времени, неотделимое от процесса, и цели стратиграфии заставляют нас устанавливать прежде вceгo последовательность событий, следы которых в той или иной форме фиксируются в разрезах. Иначе говоря, задача измерения геологического времени ,сводится к определению хронологической последовательности геологических событий. Геологические события, однако, достаточно разнообразны и могут принадлежать к разным системам в известных пределах независимым. Историческое развитие Земли, эволюцня ocaдконакопления могут быть примерами процессов, происходящих таких системах. Наконец, особую систему составляет органический мир. Как показал К.В. Симаков [1974], для всех этих систем могут быть предложены свои пространственно-временные координаты, в общем случае не совпадающие между собой. Следовательно, возникает необходимость сопоставления этих координат с помощью одной привилегированной системы отсчета геологического времени, т. е. (применительно к геологической истории Земли) выбора этой системы в качестве универсальной временной шкалы. Как мы уже от отмечали, по своему содержанию это будет хронологическая шкала. Естественно, используя хронологическую шкалу, мы приходим к измерению относительного времени, которое определяется по соотношению выбранных геологических событий.

В то же время для уяснения динамики геологических процессов чрезвычайно важно располагать данными о продолжительности отдельных отрезков геохронологической шкалы. Следовательно, возникает необходимость в хронометрии, т. е. в измерении продолжительности (и датировке границ) подразделений геохронологической шкалы в условных абсолютных единицах. Наиболее мощным инструментом хронометрии являются методы радиологической датировки, без которых, несмотря на многочисленные претензии к ним, невозможно было бы составить объективное представление о длительности всех используемых ныне геохронологических подразделений. Разумеется, точность получаемых значений нельзя абсолютизировать, причем не только с точки зрения аналитических недочетов метода, но и потому, что основная единица хронометрии – год – берется в современном eгo значении. Между тем продолжительность года, как и число суток в году, в течение геологической истории Земли могла меняться. В частности, в отношении изменения количества суток в году геология уже располагает нeкоторыми данными. Дж. Уэллс [Wells, 1963], изучая палеозойские кораллы, обнаружил у них иное по сравнению с совpeменным число суточных линий роста, что позволило ему предложить график изменения количества суток в году в течение фанерозоя (табл. 3.1).

Наличие хронологической шкалы позволяет определять как последовательность, так и одновременность событий. Однако, если понятие последовательности благодаря возможности эмпирического ее определения (принцип Стенона) не вызывает каких-либо существенных трудностей, то одновременность геологических событий устанавливается значительно сложнее. Красилов заметил, что события считаются одновременными, если их невозможно расположить в порядке «до–после». Легко заметить, что это остроумное (одновременность выступает своего рода нулевой последовательности) определение исходит из существования заранее заданной непрерывной последовательности. На практике мы очень часто убеждаемся, однако, что казалось бы, непрерывные последовательности заключают на самом деле очень большие хиатусы. Поэтому невозможность расположения событий в отношении до–после является необходимым, но недостаточным условием определения одновременности.

 

Более универсальную формулировку предложил С. В. Мейен [ I974a с. 22]: «Одновремеиность в хронологии это соответствие, сопоставимость, тождественность по тем признакам… на которых основана сама хронологическая шкала ». Это определение точно описывает процедуру установления одновременности, но в нем отсутствует представление о масштабе, часто являющееся основным в геологической практике. Так. Например, предположим, что в определенном регионе описано два разреза, один из которых содржит всю последовательность зон турона и сеномана, а другой заключает лишь нижнюю зону сеномана. Одновременны ли отложения, вскрытые этими разрезами? Очевидно, ответ на этот вопрос определяется степенью детальности проводимых работ. Поэтому одновременность можно определить как соответствие геологических вобытий по тем признакам, на которых основана геохронологическая шкала в пределах заранее оговоренной точности измерения.

Как уже отмечалось в качестве хронологической шкалы мы вынуждены использовать последовательность событий в одной из рассматриваемых систем. Очевидно, что последовательность событий в этой привилегированной системе должна быть достаточно продолжительной для того, чтобы с ней могли быть сопоставлены события, происходившее в других системах, что эти события должны иметь всеобщее в пределах Земли проявление и быть относительно независимыми от влияния других систем [Симаков К. В., 1974].

Несмотря на то, что принципиально любая система может быть использована в качестве привилегированной, введение указанных ограничений существенно сокращает возможность выбора. Действительно, нам не известно, по крайней мере в форме, пригодной для практического использования, ни один геологический процесс, который обладал бы относительно одновременным проявлением в пределах всей или хотя бы большей части поверхности Земли. Кроме тoгo, использование геологических систем для хронологической шкалы, основное назначение которой как раз и состоит в регистрации геологических событий, всегда заключает опасность определения по кpyгy. Так, например, мы можем воспользоваться прежним определением границы палеозоя и мезозоя по завершению герцинской складчатости и в то же время должны датировать завершение этой складчатости концом палеозоя.

Поэтому выбор для маркировки геохронологической шкалы развития органического мира (биологические часы) явился не только целесообразным, но и, как мы видим логически мотивированным. Развитие жизни на Земле имеет глобальное проявление. Несмотря на тесную связь с абиотической средой и ее изменением во времени, зависимость эволюции органического мира от внешних, в том числе и от геологических, процессов в общем нелинейна и, кроме тoгo, не исключает автономных аспектов развития биологических систем. Наконец, выбор для маркировки биологических часов немногих ортостратиграфических групп, как правило относительно независимых от фаций, позволяет еще более абстрагировать биохронологию от конкретных геологических событий, регистрируемых с ее помощью. Наибольшие затруднения вызывает ограниченность использования биохронологической шкалы во времени: она применима только для фанерозоя (до конца плиоцена) и, как теперь ясно, для позднего протерозоя. Невозможность использования этой шкалы для более дpeвних эонов и ее ограниченные возможности в отношении четвертичных отложений заставляют многих стратиграфов про являть скепсис в отношении биологических часов.

В настоящее время, однако, они обеспечивают выполнение всех временныx корреляций на бОльшей части планеты практически почти для вceгo изучаемого разреза, причем трезвая оценка перспектив развития геохронологии не позволяет увидеть какого-либо альтернативного метода. Поэтому мы не видим оснований для отказа от тoгo, чтобы придавать особое значение биологической основе шкалы геологического времени.

Рассмотрим теперь некоторые характерные особенности гeoхронологической шкалы. Прежде вceгo необходимо отметить неравномерность ее делений. Сопоставление данных хронологии и хронометрии показывает существенно различную продолжительность периодов и эр. Так, например, силур оказывается почти вдвое короче девона, а продолжительность триаса в полтора раза меньше продолжительности юры; наконец, весь мeзозой более чем в два раза уступает по продолжительности палеозою. Наряду с неравномерностью маркировки геохронологической шкалы фиксируется и неравномерное во времени проявление крупных геологических событий, например эпох складчатости или смены геологических циклов. Однако если для эпох диастрофизма характерно постепенное их сближение во времени (с. Н. Бубнов), а продолжительность геологических

циклов постепенНо сокращается (В. Д. Наливкин), то закономерных изменений продолжительности геохронологических подразделений мы не замечаем, что, кстати, может рассматриваться в качестве показателя определенной независимости гeохронологической шкалы.

Другую особенность геохронологической шкалы составляет ее физическая дискретность. В настоящее время идея Дж. Баррелла о том, что уже начиная с кембрия осадочный покров формировался главным образом за счет перемыва осадочных же толщ, получает все больше подтверждений. Более Toгo, Haчало этого качественно HOBoгo этапа формирования осадочНЫХ пород, видимо, следует датировать не кембрием, а рифеем. Следовательно, значительную часть истории Земли ее осадочная оболочка представляет собой особую замкнутую систему, внутри которой происходит непрерывное перераспределение материала. Вследствие этого можно полагать, что в принципе невозможно существование разрезов, в которых бы был зафиксирован без перерывов процесс осадконакопления в течение более или менее продолжительного отрезка геологического времени. Таким образом, каждое подразделение геохронологической шкалы документировано в разрезах лишь частью, притом, возможно, незначительной, осадков, которые первоначально накопились в течение соответствующего BpeMeHHoгo интервала.

О. Шиндевольф, полемизируя с г. Рихтером-Бернбургом, отстаивал представление об относительной непрерывности ocaДKOнакопления, и во всяком случае о том, что современные геологи значительно преувеличивают значение перерывов. В частности, он полагал, что если мы имеем в конкретных разрезах девона или юры от 20 до 60 последовательных зон, то это обстоятельство несовместимо с тезисом, что первоначальная мощность слоев была в 20 или даже 40 раз больше, так как в этом случае мы имели бы соответственно одну или две зоны. Ошибочность этого доказательства заключается в том, что О. Шиидевольф оперирует мощностями систем или отделов – целом, в то время как процесс перемыва осадков сопутствует седиментации и таким образом для периода или эпохи, а проявляется на всех хронологических уровнях, в частности, в течение любого зонального момента. Многочисленные примеры убедительно подтверждают это положение.

Так, Эгер указывает, что в двух разрезах нижней юры Дорсета, расположенных в 20 милях друг от друга, происходит изменение мощности одиннадцати последовательно залегающих зон в 12 раз при полном сохранении их порядка и количества. Таким образом, бытующее среди геологов представление о том, что «время овеществлено в осадке», вообще говоря неточно. Ниже мы более подробно остановимся на этой проблеме, здесь же следует лишь отметить, что наличие непрерывной (в пределах точности измерения) шкалы геологического времени позволяет датировать в отдельных регионах не только толщи пород, но и разделяющие их перерывы, которые, естественно, не представлены в разрезе и, следовательно, не овеществлены.

Далее Степанов пишет о зоне.