Тайны образования нефти и горючих газов - Михаил Калинко

Рис. 9. Условия образования магматических пород. Черным показаны магматические породы; остальными условными знаками различные осадочные породы

Вторую группу составляют осадочные горные породы, накапливающиеся на поверхности земли или на дне водоемов за счет выветривания и размыва самых различных пород, а также в результате химических процессов, протекающих в водных бассейнах (садка соли, карбонатов и сульфатов кальция, магния и др.), и жизнедеятельности организмов (коралловых построек, раковинок и т. д.). Представителями этой группы являются пески, песчаники, глины, сланцы, известняки, доломиты, ангидриты, соли, конгломераты, галечники, ископаемые угли и др.

Третья группа представлена метаморфическими горными породами, образовавшимися в результате действия высоких температур и давлений как на магматические, так и на осадочные породы. Первые обычно называются метаизверженными, а вторые - метаосадочными.

Метаморфическими породами являются гнейсы, кристаллические сланцы, мраморы и др.

Соотношение трех названных групп пород показано на рис. 10, из которого видно, что все они достаточно тесно связаны друг с другом.

Рис. 10. Соотношение магматических, осадочных и метаморфических горных пород

Земная кора состоит преимущественно из трех слоев: верхнего - осадочного, среднего - гранитного и нижнего - базальтового (см. рис. 8). Названия этих слоев более или менее условны, так как осадочный слой в районах широкого развития вулканизма сложен изверженными и туфогенными породами, в среднем слое чаще встречаются гнейсы и другие метаморфические породы, чем граниты, нижний слой состоит как из базальтов, так и из других пород, испытавших наиболее глубокую степень матаморфизма. Состав коры под океанами и континентами не одинаков и поэтому выделяют два типа коры - континентальный и океанический. Некоторые исследователи выделяют еще промежуточный тип коры - субокеанический. В океанической коре, как правило, гранитный слой отсутствует и осадочные породы или даже неконсолидированные осадки залегают непосредственно на базальтовом слое.

Рис. 11. Раздвигание и поддвигание континентальных плит

Отдельные участки земной коры вместе со смежной частью верхней мантии в физическом отношении представляют собой единое целое - литосферу, плиты которой передвигаются в горизонтальных направлениях по вязкой астеносфере (рис. 11). При этом в зонах раздвигания плит вещество мантии поступает на поверхность (обычно на дно океана), образуя срединно-океанические хребты, а в зонах сжатия плит происходит поддвигание одной плиты под другую с вовлечением в движение вновь накопившихся осадков. Когда погружающиеся породы достигнут значительных глубин, они начинают плавиться и в виде лавы изливаются наверх, образуя вулканы. Литосферные плиты с течением времени испытывают также вертикальные движения. При их погружении обширные пространства заливаются морями и океанами или, как говорят, происходит трансгрессия моря, а при восходящих движениях море отступает, или регрессирует. Любые движения плит или отдельных их частей приводят к деформации слагающих их пород: так, в частности, осадки, которые отлагались на дне морей и океанов в виде почти горизонтальных слоев, сминаются в складки, а иногда и разрываются нарушениями (рис. 12).

Рис. 12. Деформации осадочных пород. Деформации: а - в мелком масштабе при поддвигании литосферных плит (черным - магматические породы); б - в крупном масштабе

Остановимся теперь на геологической истории Земли. Интересно, что чем более детально изучаются Земля и Луна, тем более очевидным становится их древний возраст: в конце XIX века его оценивали в 20-80 млн. лет, в начале XX столетия - в 100-200 млн. лет, теперь же считают, что он составляет не менее 5 млрд. лет. Возраст Луны считали равным 1,4 млрд. лет, теперь же на ее поверхности встречены почти такие же древние (4,6-4,8 млрд. лет) породы, как и на Земле.

Ранее считалось, что жизнь на Земле зародилась 570-600 млн. лет назад, но теперь установлено, что это событие произошло гораздо раньше. В развитии Земли выделяют несколько этапов: догеологический, раннегеологический, катархейский, архейский, протерозойский и фанерозойский (рис. 13). В догеологический (5,5 млрд. лет назад) этап из газопылевого облака, разогревшегося до температуры 1600-1700 °С, образовалась планета, состоявшая из преимущественно железного ядра и силикатной мантии. В последующий, раннегеологический, этап, продолжавшийся, вероятно, в течение 1-1,5 млрд. лет, происходили интенсивные извержения многочисленных вулканов и трещинные излияния магмы, при застывании которой образовались огромные горы и целые хребты. В результате над мантией стала формироваться базальтовая оболочка, представляющая собой прообраз коры океанического типа. Газовая оболочка, состоящая преимущественно из углекислоты и паров воды, закрывала поверхность планеты, создавая так называемый "парниковый эффект", аналогичный существующему в настоящее время на Венере, и температура на поверхности Земли могла достигать нескольких сотен градусов.

Рис. 13. Этапы в истории Земли и развитие органического мира, начиная с архейской эры. Цифрами показано время (возраст в миллионах лет), прошедшее с начала эры или периода; ширина полосы примерно соответствует продолжительности временного подразделения, за исключением катархейской и архейской эр и четвертичного периода

Примерно такими же были условия и в последующий, катархейский, период развития Земли, продолжавшийся, вероятно, 0,5 млрд. лет (4,0-3,5 млрд. лет назад), когда постепенно увеличивалась мощность земной коры и, вероятно, происходила ее дифференциация на более мощные и стабильные и менее мощные и подвижные участки.

Кардинально изменились условия развития Земли в архейский этап, продолжавшийся в течение 3 млрд. лет: как только температура на поверхности Земли стала меньше 100 °С, вся вода, находившаяся в атмосфере в парообразном состоянии, выпала на поверхность, заполнив крупные депрессии в рельефе и образовав моря и океаны. С этого момента Земля стала принципиально отличаться от всех планет Солнечной системы и вообще от всех известных в настоящее время небесных тел.

Появление водной оболочки - гидросферы - существенным образом изменило условия развития планеты: на ее поверхности появился агент - вода, который во много раз ускорил процессы нивелирования рельефа. Отныне реки и ручьи с невиданными доселе скоростями начали размывать повышенные участки и сносить продукты размыва в моря, океаны и озера. На Земле появились новые породы - водноосадочные, которых нет ни на одной планете. В архейский этап существовали континенты и острова, разделенные морями и океанами, происходили частые и интенсивные подвижки литосферных плит, интенсивно и широко развивались магматические процессы. В результате этого как осадочные, так и магматические архейские породы повсе местно к концу этапа подверглись воздействию высоких температур и давлений и преобразовались в мета морфические: гнейсы, кристаллические сланцы, граниты, мраморы и др.

Весьма важным в истории развития Земли событием, которое произошло в начале архейской эры (3,5 млрд. лет назад) и оказало исключительное влияние на всю дальнейшую геологическую историю Земли было появление в водных бассейнах простейших организмов. Мы не будем останавливаться здесь ни на причинах их возникновения, ни на том, как они произошли: этому посвящена специальная литература. Первые микроорганизмы, очевидно, были анаэробными (существовали в условиях отсутствия свободного кислорода), гетеротрофными, и их жизнедеятельность в основном происходила за счет расщепления соединений согласно реакции (СН2O)n→С2Н5OН + СO2. Затем в организмах в виде пигмента появился хлорофилл, благодаря которому еще в анаэробной среде начали существовать фотоавтотрофные бактерии. Их деятельность была связана с анаэробным фотосинтезом CO2 + H2S→(CH2O)n+S. Затем, вероятно около 3300 млн. лет назад, появились бактерии, которые использовали углекислоту и воду, выделяя в качестве продуктов жизнедеятельности свободный кислород: СO2 + Н2O→(СН2O)n + Н2O + O2.

В течение длительного времени в водных бассейнах существовали только одноклеточные простейшие организмы, которые то бурно развивались, распространяясь на огромных просторах океанов и морей (ведь еще не было экологических систем, регулирующих численность организмов), то в огромных количествах погибали под влиянием изменений температуры и солености вод и других факторов, так как не имели еще механизмов, регулирующих их температуру, и защитных приспособлений. Потребовался почти миллиард лет, в течение которых благодаря естественному отбору в организмах выработались различные защитные приспособления, произошла их дифференциация.