Физики мыслят в категориях абсолютного времени: для них существенно, когда именно произошло некое событие, а главная проблема, которую они при этом решают – это проблема часов (ведь распадающийся уран – это, по сути дела, песочные часы хитрой конструкции). Однако совершенно очевидно, что время существует вне зависимости от того, есть ли у нас приборы для его измерения. Во множестве случаев для нас существенна лишь очередность событий («это произошло после..., но до...»), тогда как строгие их датировки куда менее важны; рассказывая о неком происшествии, часто говорят не «в 15 часов», а «после обеда»; не «20 марта», а «как только сошел снег»; не «в 1939 году», а «перед войной» – и в этом есть достаточно глубокий смысл. Любая последовательность событий уже сама по себе является временем – о т н о с и т е л ь н ы м временем. Так вот, геологи всегда работали в мире этого самого относительного времени. Точность, с которой мы можем определить положение некого события на шкале относительного времени, прямо зависит от ее дробности (т.е. числа составляющих шкалу событий) и полноты (события должны распределяться по шкале более или менее равномерно, не оставляя «пустот»). Поэтому геологи видели свою задачу не в поиске «часов», а в том, чтобы совершенствовать в указанных направлениях шкалу относительного времени – палеонтологическую летопись (это не метафора, а термин).
Есть два фундаментальных принципа (фактически это аксиомы), которыми пользуются геологи при изучении истории. Первый – принцип Стено, или закон напластования: если один слой (пласт) горных пород лежит на другом, то верхний слой образовался позднее, чем нижний. Второй – принцип Гексли, или закон фаунистических и флористических ассоциаций: слои, содержащие ископаемые остатки одних и тех же видов животных и растений, образовались в одно и то же время. Первый принцип позволяет установить хронологический порядок образования горных пород в одном месте, второй – синхронизировать между собой пласты, залегающие в разных местах (рис. 1, а).
Принципы эти, казалось бы, предельно просты, однако при их практическом применении нас подстерегает целый ряд ловушек. Так, исходная последовательность слоев в результате тектонических движений зачастую сминается в более или менее горизонтальные складки. Если в дальнейшем вышележащая половинка складки (с «правильной» последовательностью) окажется полностью уничтоженной эрозией, то установить, что в нашем распоряжении осталось лишь искаженное, запрокинутое залегание слоев, будет весьма непросто (рис. 1, б). Еще бо?льшие проблемы возникают с законом фаунистических ассоциаций. Синхронные, но пространственно удаленные фауны всегда будут отличаться друг от друга; в частности, они будут иметь в своем составе разную долю реликтов, унаследованных от предшествующих эпох. Представьте-ка себе, что вам предложено «вслепую» сопоставить выборки из современных фаун млекопитающих Европы и Австралии (со всеми ее сумчатыми и однопроходными). Много ли у вас будет оснований для заключения об их синхронности? Сведение множества региональных последовательностей фаун и флор в единую глобальную шкалу – одна из основных задач специального раздела геологии, стратиграфии (от латинского str?tum – слой).
Трудности, возникающие на этом пути, велики, но вполне преодолимы. Последовательное применение принципов Стено и Гексли (плюс накопление огромного эмпирического материала) позволило геологам уже в самом начале XIX века разделить все отложения на первичные, вторичные, третичные и четвертичные; это деление полностью соответствует современному делению осадочных толщ на палеозойские, мезозойские и кайнозойские (объединяющие два последних подразделения). А к 30-м годам XIX века в составе этих отложений были выделены и почти все принятые ныне системы (юрская, меловая, каменноугольная и пр.); последняя из них – пермская – была выделена Р. Мурчисоном в 1841 году.
Так была создана всеобъемлющая шкала относительного времени – геохронологическая шкала, к которой может быть однозначно «привязана» любая содержащая ископаемые осадочная порода. Шкала эта оказалась столь совершенной, что XX век не внес в нее сколь-нибудь существенных корректив, за исключением чисто формального изменения ранга некоторых ее подразделений (в 50-е годы единый третичный период был разделен на два – палеогеновый и неогеновый, а ордовик, считавшийся частью силура, получил ранг самостоятельного периода),[4] и лишь снабдил ее подразделения абсолютными датировками. Основная проблема, которую с той поры пришлось решать геологам, – это создание такой же шкалы для наиболее древних пород, которые считались «немыми», т.е. лишенными сколь-нибудь сложных (и, соответственно, диагностичных) ископаемых остатков (см. рис. 2, а также таблицы в конце книги).
Самыми крупными подразделениями геохронологической шкалы являются эоны. Хорошо известные вам палеозой, мезозой и кайнозой – это эры, на которые подразделяется последний из эонов —фанерозой (от греческих слов phaner?s – видимый, явный и z??? – жизнь), начавшийся 0,54 млрд лет назад. Эоны, предшествующие фанерозою, – протерозой (0,54–2,5 млрд лет) и архей (2,5–4,6 млрд лет) – часто объединяют под названием криптозой (от греческого krypto?s – скрытый), или докембрий (кембрий – самый первый период фанерозоя). Фундаментальное разделение геохронологической шкалы на фанерозой и докембрий основано на наличии или отсутствии в соответствующих осадочных породах ископаемых остатков организмов, имевших твердый скелет. Первая половина архея, катархей – время, из которого осадочные породы не известны по причине отсутствия тогда гидросферы. Последний отрезок докембрия, венд – время появления бесскелетных многоклеточных животных.
С каждой из единиц, составляющих существующую последовательность осадочных пород, можно однозначно соотнести определенное подразделение временно?й шкалы – и наоборот; так, все отложения, образовавшиеся на Земле на протяжении юрского периода, образуют юрскую систему, или просто юру. Системы объединяются в группы (юра входит в состав мезозоя) и делятся на отделы (нижняя, средняя и верхняя юра), ярусы (верхняя юра – на келловей, оксфорд, кимеридж и титон), а далее на зоны (Cardioceras cordatum). Временны?м эквивалентом группы является эра, отдела – эпоха, яруса – век, зоны – время (рис. 3).
Названия подразделений геохронологической шкалы происходят от названий мест, где были впервые описаны «эталонные» для того или иного времени осадочные породы (пермский период, оксфордский век); исключение составляет низшая единица шкалы, всегда называемая по руководящему ископаемому, характерному для этого момента геологической истории (время Cardioceras cordatum). Например, пермский период следует определить как время, когда на Земле образовывались горные породы такого же типа, что ныне выходят на поверхность в окрестностях уральского города Пермь. Имея дело с геохронологической шкалой, необходимо всегда помнить, что первичен здесь определенный тип геологических тел, а время производно, вторично. (Тот же самый принцип используется и в археологии: мезолит и бронзовый век – исторические периоды, время, когда люди делали орудия и украшения определенного типа.) Именно по этой причине геохронология спокойно обходилась и без датировок ее подразделений в миллионах лет, ставших привычными лишь в последние три-четыре десятилетия. Вообще роль абсолютных датировок (радиоизотопных датировок) очень велика для стратиграфии докембрийских толщ, где отсутствуют достаточно сложные ископаемые; радиоуглеродный метод[5] широко применяется для датировки новейших отложений, возрастом менее 40 тыс. лет. В остальном же эти методы играют в стратиграфии сугубо подчиненную роль, и мы в дальнейшем будем в основном обозначать время в терминах не абсолютной, а относительной шкалы.
4
Американские палеонтологи предпочитают делить каменноугольный период, или карбон, на два – миссисипий (соответствующий европейскому раннему карбону) и пенсильваний (средний и верхний карбон), что отражает неполную адекватность событий на разных континентах.
5
Радиоуглеродный метод позволяет датировать древесину и ее производные (например, древесный уголь); он основан на содержании в углероде древесины нестабильного изотопа 14С. Этот изотоп возникает в верхних слоях атмосферы при воздействии космического излучения на атом обычного азота (14N), а затем в виде CO2 ассимилируется растениями. Доля 14С в живом растении стабильна (и равна доле 14С в атмосферном углекислом газе), а после гибели растения начинает закономерно уменьшаться.