Состав и возраст земной коры

На протяжении палеозойского этапа(575-200 млн лет)сохранялась тенденция, заложенная при распаде суперматерика Пангея-1. В начале кембрия начали зарождаться впадины Атлантического океана (океан Япетус), Средиземноморского пояса (океан Тетис) и Древнеазиатский океан на месте Урало-Монгольского пояса. Но в середине палеозоя началось новое объединение континентальных глыб, начались новые горообразовательные движения (начавшиеся в каменноугольном периоде и закончившиеся на рубеже палеозоя и мезозоя, получившие название герцинских движений), закрылся Проатлантический океан Япетус и Древнеазиатский океан с объединением Восточно-Сибирской и Восточно-Европейской платформ через складчатые сооружения Урала и фундамент будущей Западно-Сибирской плиты. В результате в позднем палеозое образовался очередной гигантский суперконтинент Пангея-2, который был впервые выделен А. Вегенером под названием Пангея.

Одна его часть –  Североамериканская и Евразиатская плиты – объединилась в суперматерик, названный Лавразией (иногда Лавруссией), другая – Южноамериканская, Африкано-Аравийская, Антарктическая, Австралийская и Индостанская – в Гондвану. Евразиатскую и Африкано-Аравийскую плиты разделял океан Тетис, раскрывавшийся к востоку. Около 300 млн лет назад в высоких широтах Гондваны возникло третье крупное покровное оледенение, просуществовавшее до конца каменноугольного периода. Затем наступил период глобального потепления, приведший к полному исчезновению ледникового покрова.

В пермском периоде завершается  герцинский этап развития – время  активного горообразования, вулканизма, в течение которого возникли крупные горные хребты и массивы – Уральские горы, Тянь-Шань, Алай и др., а также более устойчивые области – Скифская, Туранская и Западно-Сибирская плиты (так называемые эпигерцинские платформы).

Важным событием начала палеозойской эры стало повышение относительного содержания кислорода в атмосфере, достигшего примерно 30% от современного, и бурное развитие жизни. Уже в начале кембрийского периода существовали все типы беспозвоночных и хордовых и, как отмечалось выше, возникла скелетная фауна; 420 млн лет назад появились рыбы, спустя еще 20 млн лет растения вышли на сушу. С каменноугольным периодом связан расцвет наземной биоты. Древесные формы – плауновидные и хвощевидные – достигали 30-35-метровой высоты. Огромная биомасса отмерших растений накапливалась и со временем превратилась в залежи каменного угля. В конце палеозоя ведущее место в животном мире заняли парарептилии (котилозавры) и рептилии. В пермский период (примерно 250 млн лет назад) появились голосеменные растения. Однако в конце палеозоя произошло массовое вымирание биоты.

На протяжении мезозойского этапа (250-70 млн лет) в геологической истории Земли произошли значительные изменения. Тектонические процессы охватили платформы и складчатые пояса. Особенно сильно тектонические движения проявились на территории Тихоокеанского, Средиземноморского и частично Урало-Монгольского поясов. Мезозойская эпоха горообразования получила название Киммерийской, а структуры, созданные ею, – киммериды или мезозоиды. Наиболее интенсивно складчатые процессы протекали в конце триаса (древнекиммерийская фаза складчатости) и в конце юры (новокиммерийская фаза). К этому времени приурочены магматические интрузии. Возникли складчатые структуры в Верхояно-Чукотской и Кордильерской областях. Эти участки превратились в молодые платформы и объединились с докембрийскими платформами. Сформировались структуры Тибета, Индокитая, Индонезии, усложнилось строение Альп, Кавказа и др. Почти все платформы суперматерика Пангеи-2 в начале мезозойской эры испытали континентальный режим развития. С юрского периода они начали опускаться, и в меловом периоде произошла величайшая трансгрессия моря в северном полушарии. Мезозойская эра определила раскол Гондваны и образование новых океанов – Индийского и Атлантического. В местах раскола земной коры происходил сильный трапповый вулканизм – излияние базальтовой лавы, охвативший в триасе Сибирскую платформу, Южную Америку и Южную Африку, а в мелу – и Индию. Траппы обладают значительной мощностью (до 2,5 км). Например, на территории Сибирской платформы траппы распространены на площади свыше 500 тыс. км2.

На территории Альпийско-Гималайского и Тихоокеанского складчатых поясов активно проявились тектонические  движения, которые вызвали разные палеогеографические обстановки. На древних и молодых платформах в триасе накопились породы красноцветной континентальной формации, а в меловой период образовались формации карбонатных пород, в прогибах происходило накопление мощных толщ угля.

В триасовом периоде  началось образование Северного  океана, который в то время еще не покрылся льдом, так как средняя годовая температура на Земле в мезозое превышала 20С⁰ и на полюсах отсутствовали ледовые шапки.

После палеозойских масштабных вымираний мезозой характеризуется  быстрым эволюционированием новых  форм растительного и животного мира. Мезозойские рептилии были самыми крупными в истории Земли. Среди растительного мира преобладала голосеменная растительность, позже появились цветковые и главенствующая роль перешла к покрытосеменной растительности. В конце мезозоя произошло «великое мезозойское вымирание», когда исчезли около20% семейств и более 45% разных родов. Полностью исчезли белемниты и аммониты, планктонные фораминиферы, динозавры.

Кайнозойский этап развития Земли (70 млн. лет – до настоящего времени). В кайнозойскую эру происходили очень интенсивно как вертикальные, так и горизонтальные движения на континентах и в океанских плитах. Тектоническая эпоха, проявившаяся в кайнозойскую эру, носит название Альпийской. Наиболее активно она протекала в конце неогена. Альпийский тектогенез охватил практически весь лик Земли, но наиболее сильно – в пределах Средиземноморского и Тихоокеанского подвижных поясов. Альпийские тектонические движения отличаются от герцинских, каледонских и байкальских значительной амплитудой поднятий, как отдельных горных систем, так и континентов и опусканий межгорных и океанических впадин, расколом континентов и океанических плит и их горизонтальными перемещениями.

В конце неогена на Земле сформировался современный  облик континентов и океанов. В начале кайнозойской эры на континентах и в океанах усилился рифтогенез, а также значительно активизировался процесс перемещения плит. К этому времени относится отделение Австралии от Антарктиды. На палеоген приходится завершение формирования северной части Атлантического океана, южная и центральная части которого были полностью раскрыты в меловом периоде. В конце эоцена Атлантический океан был почти в современных границах. С перемещением литосферных плит в кайнозое связывают дальнейшее развитие Средиземноморского и Тихоокеанского поясов. Так, активное движение Африканской и Аравийской плит к северу привело к столкновению их с Евразийской плитой, это обусловило почти полное закрытие океана Тетис, остатки которого сохранились в границах современного Средиземноморского моря.

2. Происхождение  нефти и газа

Про уголь, вы, наверно, уже  знаете. Точка зрения на этот счет довольно устоявшаяся: он образовался (и продолжает образовываться) из остатков буйной вечнозеленой растительности, покрывавшей некогда  всю планету, включая даже нынешние районы вечной мерзлоты, и занесенной сверху обычными горными породами, под воздействием давления недр и при недостатке кислорода.

Логично предположить, что  и нефть была изготовлена по аналогичному рецепту на той же кухне природы. К 19 веку споры, в основном, сводилось к вопросу, что послужило исходным материалом, сырьем для образования нефти: остатки растений или животных?

Немецкие ученые Г.Гефер  и К.Энглер в 1888 году поставили опыты  по перегонке рыбьего жира при  температуре 400 С и давлении порядка 1 МПа. Им удалось получить и предельные углеводороды, и парафин, и смазочные масла, в состав которых входили алкены, нафтены и арены.

Позднее, в 1919 году, академик Н.Д.Зелинский провел похожий опыт, но исходным материалом послужил органический ил растительного происхождения - сапропель - из озера Балшах. При его переработке удалось получить бензин, керосин, тяжелые масла, а также метан…

Так опытным путем  была доказана теория органического  происхождения нефти. Какие же тут  могут быть еще сложности ?...

Но с другой стороны, в 1866 году французский  химик М.Бертло высказал предположение, что нефть образовалась в недрах Земли из минеральных веществ. В  подтверждение своей теории он провел несколько экспериментов, искусственно синтезировав углеводороды из неорганических веществ.

Десять лет спустя, 15 октября 1876 года, на заседании Русского химического  общества выступил с обстоятельным  докладом Д.И.Менделеев. Он изложил  свою гипотезу образования нефти. Ученый считал, что во время горообразовательных процессов по трещинам-разломам, рассекающим земную кору, вглубь поступает вода. Просачиваясь в недра, она в конце концов встречается с карбидами железа, под воздействием окружающих температур и давления вступает с ними в реакцию, в результате которой образуются оксиды железа и углеводороды, например этан. Полученные вещества по тем же разломам поднимаются в верхние слои земной коры и насыщают пористые породы. Так образуются газовые и нефтяные месторождения.

В своих рассуждениях Менделеев  ссылается на опыты по получению водорода и ненасыщенных углеводородов путем воздействия серной кислоты на чугун, содержащий достаточное количество углерода.

Правда, идеи "чистого химика" Менделеева поначалу не имели успеха у геологов, которые считали, что  опыты, проведенные в лаборатории, значительно отличаются от процессов, происходящих в природе.

Однако неожиданно карбидная или, как ее еще называют, абиогенная теория о происхождении нефти  получила новые доказательства - от астрофизиков. Исследования спектров небесных тел показали, что в атмосфере Юпитера и других больших планет, а также в газовых оболочках комет встречаются соединения углерода с водородом. Ну, а раз углеводороды широко распространены в космосе, значит в природе все же идут и процессы синтеза органических веществ из неорганики. Но ведь именно на этом и построена теория Менделеева.

Итак, на сегодняшний день налицо две  точки зрения на природу происхождения  нефти. Одна - биогенная. Согласно ей, нефть  образовалась из остатков животных или  растений. Вторая теория - абиогенная. Подробно разработал ее Д.И.Менделеев, предположивший, что нефть в природе может синтезироваться из неорганических соединений.

И хотя большинство геологов придерживается все-таки биогенной теории, отзвуки  этих споров не затихли и по сей день. Уж слишком велика цена истины в данном случае. Если правы сторонники биогенной теории, то верно и опасение, что запасы нефти, возникшие давным-давно, вскоре могут подойти к концу. Если же правда на стороне их оппонентов, то вероятно, эти опасения напрасны. Ведь землетрясения и сейчас приводят к образованию разломов земной коры, воды на планете достаточно, ядро ее, по некоторым данным, состоит из чистого железа… Словом, все это позволяет надеяться, что нефть образуется в недрах и сегодня, а значит, нечего опасаться, что завтра она может кончиться.

Давайте посмотрим, какие доводы приводят в защиту своих точек зрения сторонники одной и другой гипотез.

Но прежде несколько слов о строении Земли. Это поможет нам быстрее  разобраться в логических построениях ученых. Упрощенно говоря, Земля представляет собой три сферы, расположенные внутри друг друга. Верхняя оболочка - это твердая земная кора. Глубже расположена мантия. И наконец, в самом центре - ядро. Такое разделение вещества, начавшееся 4,5 миллиарда лет тому назад, продолжается и по сей день. Между корой, мантией ядром осуществляется интенсивный тепло- и массообмен, со всеми вытекающими отсюда геологическими последствиями - землетрясениями, извержениями вулканов, перемещениями материков...

Для объяснения механизмов происхождения нефти и образования её залежей было выдвинуто много гипотез и теорий. Вполне законченная теория генезиса нефти должна дать достаточно подробный ответ на следующие основные вопросы:

1. Из каких исходных веществ  образовалась нефть и сопровождающий её газ?

2. Какие причины обусловили образование  нефти и газа, и каков был  ход нефте- и газообразования?

3. Каким путём образовались скопления  или залежи нефти и газа?

Законченная теория генезиса нефти  должна, следовательно, подробно и научно обоснованно объяснить весь путь от исходного вещества до крупных скоплений нефти и газа в многочисленных промышленных месторождениях, приуроченных к различным геологическим условиям.

Органическая теория происхождения  нефти и газа. В основе органической, биогенной теории нефтеобразования лежит представление о происхождении нефти из биогенного органического вещества подводных (субаквальных) осадочных отложений. Этот процесс, по мнению сторонников органической теории, носит стадийный характер. Нефть представляет собой продукт превращения органического вещества.

Нефть -- результат литогенеза. Она  представляет собой жидкую (в своей  основе) гидрофобную фазу продуктов  фоссилизации (захоронения) органического  вещества (керогена) в водно-осадочных  отложениях.

Нефтеобразование -- стадийный, весьма длительный (обычно 50--350 млн лет) процесс, начинающийся ещё в живом веществе. Выделяется ряд стадий:

- осадконакопление -- во время которого  остатки живых организмов выпадают  на дно водных бассейнов;

- биохимическая -- процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;

- протокатагенез -- опускание пласта  органических остатков на глубину  до 1,5--2 км, при медленном подъёме  температуры и давления;