Краткая геологическая история юга России
Обзор за полтора миллиарда лет
В этом разделе мы рассмотрим вопрос о том, как образовался, в глобальном геологическом смысле, юг России. Это будет очень общий и краткий обзор.
Любой, наверное, человек слышал или знает о дрейфе континентов (или, правильнее, о дрейфе литосферных плит), о том, что в результате этого воздымаются горы, образуются и распадаются материки. Но это знание как бы абстрактное. Для мысленного взора жителя (или гостя) юга нет пока целостной картины геологической истории региона, которую можно было бы прочитать и понять. Если не верите – поищите в Интернете… Сухой официоз. «Ростовская область расположена на древней Восточно-Европейской и эпигерцинской Скифской плитах». Вот, пожалуй, и все… Другая распространенная крайность – это рассказ о геологическом прошлом на уровне фразы «здесь раньше было море», чем грешат иные краеведы при экскурсии в музее. Заметим при этом, что на поверхности Земли практически нет мест, где море не побывало. А между тем представляющий себе геологическую историю своего края человек живет уже не только в сегодняшнем дне, но и, образно говоря, на всем том огромном отрезке времени, когда этот край формировался. И знать историю того, что расположено под ногами и вокруг себя не менее важно и интересно, чем историю страны или народа. Возможно даже, более важно, потому что вся история человечества и его отдельных народов – это ничтожные суетные мгновения на фоне процессов, сил, и временных отрезков в истории Земли. Поэтому и появилась идея этого очерка, в результате знакомства с которым, как я надеюсь, у читателя появится, скажем так, интегральная картина, когда детализация принесена в жертву общему виду.
Итак, начнем. Во-первых, какие структуры рельефа, этого лица земной поверхности, мы по-крупному видим на юге России? Это южная часть Русской равнины, Кавказ, Черное и Каспийское моря. Они сформировались в результате процессов, начало которым было положено несколько миллиардов лет назад, а продолжаются они и в наши дни. И сейчас ученые видят и находят следы былых образований и катастроф. Выглядят они по-разному. Это и впадина Черного моря, и вставшие на дыбы горные породы Кавказа, и плоскостность Русской равнины. Иногда же эти следы – такие, как состав горных пород, микроокаменелости – можно увидеть только с помощью сложных приборов.
1700-1500 миллионов лет назад происходили события, которые можно отнести к началу геологической истории наших краев. Из нескольких мелких континентальных блоков в результате их столкновений спаялось кристаллическое основание Восточно-Европейской или Русской платформы. Мелким блокам ученые дали название Фенноскандия, Сарматия и Волго-Уралия. Кристаллическое основание – фундамент платформы – стало таковым после того, как прекратились процессы смятия пород в складки и их раздробления, и вновь образовавшийся блок успокоился. С тех пор в основном платформа живет своей довольно размеренной жизнью. Хотя и от нее в дальнейшем откалывались и присоединялись блоки, и она вступала в столкновения с другими платформами – но прочная глыба фундамента лишь немного в сравнении с воздыманиями горных стран поднималась и опускалась. Та плоская страна, ограниченная в наше время Уралом, Кавказом, Карпатами и горами Норвегии – и есть Восточно-Европейская платформа. Временами ее или ее отдельные части заливали неглубокие, так называемые эпиконтинентальные, моря глубиной максимум первые сотни метров. Именно донные отложения этих морей по большей части составляют так называемый осадочный чехол платформы, который залегает поверх ее кристаллического фундамента. Очень грубо можно сказать, что моря с течением геологического времени оставляли Восточно-Европейскую платформу в направлении с севера на юг. Поэтому чем южнее, тем, как правило, моложе возраст залегающих вблизи поверхности пород.
Природные условия до времени рождения нашей платформы вряд ли бы нам понравились. Содержание кислорода в атмосфере достигло 1% от современного значения только около 1,9-1,3 миллиарда лет назад. Защиты организмов от ультрафиолетового излучения не было, и все живое существовало в воде. Органический мир был представлен бактериями и цианобионтами (прокариотами, или доядерными). Но уже начиная с 1,7 миллиардов лет назад начали развиваться эукариоты – организмы, клетки которых имеют обособленные ядра. По видимому, они существовали и раньше, но развитием своим обязаны появлению кислородной атмосферы, сформированной цианобионтами.
Рис.1 Схема дрейфа Восточно-Европейского континента. За 1300 миллонов лет континент прошел путь длиной тысячи километров.[1]
Платформа в тот момент оказалась южнее экватора Земли. Посмотрим на рис.1. По состоянию дел на время 1300 миллионов лет назад уже есть основа Восточно-Европейской платформы, но к ней продолжают прикрепляться куски. Так, один блок присоединился где-то 1 миллиард лет назад. Платформа не была, конечно, уединенным «островом». Она взаимодействовала с другими (собственно, в результате этого и проявлялась складчатость), входила в состав древних суперматериков – так называемых Пангеи-1 и Родинии.
500 миллионов лет назад Восточная Европа находится между 10° и 30° южной широты.
Среди отложений на Восточно-Европейской платформе известны рифовые известняки девонского возраста, 400 миллионов лет назад. Они, эти рифы, росли как раз тогда, когда континент был вблизи экватора. Тогда же Восточная Европа сталкивается с Северной Америкой.
В верхнем девоне (около 380 миллионов лет назад) впервые появляются на поверхности Земли реки как устойчивые водные потоки. На той поверхности платформ, что осушилась, тогда широко распространилась сосудистая растительность, обладающая стеблем. Именно она стабилизировала верхний слой земной поверхности. До того потоки на платформах каждый раз после дождей несли массы грунта по разному.
К концу палеозойской эры (250 миллионов лет назад) происходит ряд важных событий. Продолжая свое движение, 300 миллионов лет назад столкнулись Восточно-Европейская и Сибирская платформы, а между ними, из стиснутых платформами глыб, образовалась горная страна – Урал. Таким образом, образовалась Евразия. Евразиатский континент был вытянут с севера на юг. Восточная Европа располагалась на 30° - 40° с.ш, а Восточная Сибирь вблизи северного полюса. Отложения каменной соли в Западном Приуралье и связаны с тогдашним расположением Восточной Европы в жарком поясе пустынь – аридном. Соль оставалась после интенсивного испарения воды в лагунах и заливах, которые время от времени отрезались от различных морей. Красивый, наверное, был вид этих белых солевых равнин, над которыми белели снеговыми вершинами горы молодого Урала. Теперь эта соль порождает интересное явление. Солевая толща легче тех осадочных пород пород, что покрыли ее в дальнейшем, и солевые массы постепенно, в виде огромных капель, всплывают к поверхности, образуя знаменитые солевые купола Северного Прикаспия.
В поздней перми (пермский период занимает отрезок 300 - 250 миллионов лет назад) почти вся Русская платформа представляла собой сушу.
Столкнулись не только Восточно-Европейская и Сибирская плиты. Все континентальные блоки тогда собрались в состав суперконтинента Пангеи. Если быть точным, то в состав Пангеи-2, или «вегенеровской»; номер «2» потому, что перед этим были Панегея-1 и даже Пангея-0. В дальшейшем будет происходить раскол Пангеи-2, как и предыдущих. Следствием движения масс земной коры было в том числе и образование на территории, где сейчас мы видим юг России, Скифской платформы и невысоких гор Донецкого кряжа. Там не было столкновения крупных континентальных блоков, а существовала так называемая активная континентальная окраина (когда происходит поглощение океанической коры с островами, сопровождающееся сильным вулканизмом). Это была граница океана Тетис и Восточно-Европейской плиты. Позже, в триасовом периоде (первый период мезозоя, время появления динозавров), невысокая горная цепь, состоящая из Донецкого кряжа и его продолжения – кряжа Карпинского (все вместе – Донецко-Мангышлакский кряж, сейчас большая его часть скрыта под поверхностью земли) отделяла Тетис от бассейна, который располагался на месте Прикаспийской синеклизы – сегодняшнего Северного Каспия и Прикаспия.
Триасовый период (250-200 миллионов лет назад) характерен необычайным многоводием рек, бурным стоком, большой энергией потоков, которые несли в своих глубоко врезанных руслах и сгружали на поверхность равнин огромные массы грубообломочного материала. Они в основном приносились на равнины с востока, с Урала.
Между сцепленными в районе, где в будущем будет Средиземное море Лавразией (северным блоком континентов) и Гондваной (южным блоком) оставалось огромное клинообразное водное пространство – океан Тетис. Дальнейшее развитие событий в области, которая нас интересует, связано с его гибелью – постепенным закрытием.
А там происходило следующее (рис. 2). От северной окраины Гондваны (то есть южного блока континентов) откалывались некрупные континентальные блоки, которые довольно синхронно, после пути через Тетис, сталкивались с южным краем Лавразии. Так происходило в позднем триасе, 210 миллионов лет назад, на границе юры и мела 150-130 миллионов лет назад, в конце раннего мела 110 миллионов лет назад. Следы тех столкновений известны геологам в виде так называемых офиолитовых швов (офиолиты - это океаническая кора прошлых геологических эпох, ее и находят в горах, которые образуются в результате столкновения литосферных плит). Постепенно сближались и берега океана Тетис. К Лавразии, к ее южной окраине, то есть и к будущему югу России приближались Аравия и Африка. Ширина океана Тетис в поздней юре, 160 миллионов лет назад, в районе будущего Кавказа была 2500 километров, а 100 миллионов лет назад, на границе раннего и позднего мела она сократилась до 1800 километров. На месте Кавказа, на южной окраине Евразии, была система островных дуг, под которой поглощалось ложе океана Тетис. Цепочку вулканических островов отделяли от континента окраинные моря. Одним из окраинных морей было, по-видимому, Черное море, которое образовалось 100 – 80 миллионов лет назад. Столкнувшиеся жесткие блоки коры представляли собой его будущие берега. Оно было не слишком глубоким. В конце мела произошел процесс, характерный для задуговых бассейнов - задуговой спрединг (спрединг - это образование новой океанической коры с раздвижением океана или моря, под которым эта кора образуется). Ослабленное при поглощении океанической коры океана Тетис дно моря, сложенное корой континентальной, стало раздвигаться с образованием океанической коры и раздвижением блоков. В окружении жестких блоков коры оформилась глубоководная впадина Черного моря. Примерно в это же время происходил очередной этап формирования Крымского полуострова. Южный берег Крыма, очередной блок, подходивший со стороны Гондваны к южной окраине Евразии, столкнулся с расположенным севернее равнинным Крымом. Впереди у Крыма и крымских гор была еще долгая и сложная история, в том числе появление в горного рельефа - Главной, второй и третьей гряд. Это произойдет позже, в плиоцене, когда океаническая кора Черного моря, лишенная возможности раздвигаться вследствие общего сжатия, начнет уходить под блок Горного Крыма, приподнимая его.
Рис.2. Тетис в соответствии с концепцией литосферных плит в пермское время. Только что завершилось столкновение Гондваны с Лавразией. В резултате рифтогенеза от Гондваны откололся «Киммерийский континент», устремившийся на север. Обозначены микроконтиненты: 1 - Апулия-Тавр, 2- Киршехир; 3 - Южная Армения; 4 - Западный Иран; 5 - Восточный Иран; 6 - Центральный Афганистан; 7 - Северный Памир; 8 - Южный Памир; 9 - Тарим; 10 - Северный Тибет; 11 - Южный Тибет; 12 - Северный Китай; 13- платформа Янцзы; 14 - Синобирмания; 15 - Индокитай [2].
Наконец, 50 - 40 миллионов лет назад столкновение Африки и Аравии с Евразией началось. Тетис как океан исчез, на его месте стали подниматься Кавказ (а также Альпы, Карпаты и Гималаи). Вместо тонкой океанической земной коры, относительно легко уходящей под континент, в столкновение вступили уже прочные блоки, массивы пород, пластины. Материал стал выдавливаться вверх и вниз, в вертикальном направлении, образуя горные системы. А между Кавказом и Восточно-Европейской равниной образовался предгорный прогиб, над которым плескались волны Восточного Паратетиса. Напоминаю, сегодняшний Кавказ включает в себя Предкавказье (это где горы Машук, Бештау), Большой Кавказ, расположенный южнее Малый Кавказ, и разделяющую их Закавказскую межгорную зону. Формирование Кавказских гор началось 40-35 миллионов лет назад, в олигоцене. При этом более ранними были поднятия на западе Большого Кавказа , а более поздними - на востоке. По видимому, до середины неогена (10-12 миллионов лет назад) Большой Кавказ существовал в виде острова, который постепенно разрастался. Это время было временем формирования так называемой эндемичной флоры. В палеогене и начале неогена этот остров был покрыт вечнозеленой тропической растительностью (полтавской флорой). Уже в олигоцене сюда стало проникать элементы листопадной тургайской флоры, и к сарматскому веку (с 13 до 9,5 миллионов лет назад) листопадные деревья были в равном количестве с вечнозелеными тропическими. К концу неогена полтавская флора практически исчезла, и состав флоры Кавказа стал близким к современному - по преимуществу листопадной широколиственной. Примерно к рубежу 13 - 12 миллионов лет назад рельеф Кавказа значительно выровнялся, сгладился, Кавказ превратился в плоскогорье. Рельеф стал зрелым. Появились долины с выположенными днищами, выровненные поверхности.
Геологическая схема Кавказа [3].
В среднем плиоцене, 3,5 миллиона лет назад, вследстве продолжения сближения плит, поднятия резко активизировались, горы поднялись вновь до 2,5 километров высоты. Поднятия Кавказских гор продолжались в четвертичный период (до высот 4-5 километров) и в настоящее время. Произошло резкое омоложение рельефа. Древние поверхности выравнивания, днища широких долин были высоко подняты и расчленены врезавшимися в них ущельями. Сегодня Кавказ – это молодая горная страна, динамичное развитие которой продолжается.
А вот горы так называемого Минераловодского района Кавказа (Машук, Бештау и так далее) возникли в промежутке от 7 до 4 миллионов лет назад. Это так называемые лакколиты. Район этот уникален именно тем, что здесь расположено так много лакколитов одновременно. Их еще называют несостоявшимися вулканами. Появились они таким образом. Сквозь разломы в земной коре, испытывавшей сжатие, проникала вязкая лава, поднимая собой лежащие выше слои осадочных пород. Но эта лава, образуя при этом горы – конусы, совсем мало изливалась из вершин конусов, потому что успевала застывать. То есть это лавовые конусы, возникшие вследствие разломов коры, а не вздыбившиеся от наползания друг на друга пласты, как Кавказ (подразумевается Кавказ в целом, как горная страна; там, конечно, тоже есть вулканические конусы). Так лава, вытекая из глубин, формировала при своем застывании эти 18 приподнятых гор. Необычные формы им придала последующая обработка водой, ветром и солнцем.
А что же Восточный Паратетис? Обреченный, он постепенно сокращался. Отрезанный от океана, он прошел разные стадии, начиная с того, что воды его заливали равнины юга России, и заканчивая отступлениями до линии, где сейчас расположено озеро Маныч. По равнинам, освобождавшимся от моря, начинали течь реки – Дон, Днепр, Волга, стремясь к остаткам распавшегося Паратетиса – Черному с Азовским и Каспийскому морю. Сама же равнина, точнее ее отдельные части, испытывала небольшие относительно плоские колебания, поднятия и наклоны. Это не значит, что колебания были малозначительны в смысле последствий или несущественны. Благодаря им зарождались и изменяли свои течения реки, формировался современный рельеф и разнообразие природных зон.
Так в общих чертах сложилась та глобальная картина, которую мы видим. И в которой мы живем.
Степной Следопыт
Использованная литература:
1. Новый взгляд на геологическую историю Советского Союза. Л.П. Зоненшайн, М.И. Кузьмин, Л.М. Натапов. Природа. 1987 г. №2.
2. История океана Тетис. В.Г. Казьмин. Природа 1989 г. №9.
3. Поэзия Кавказских гор. М.Г. Леонов. Природа 2003 г. №6.
4. История развития Земли. И.В. Гордиенко. Новосибирск. 2008 г.