Книги >
В. П. ШЕВАЛЕВ
МУЗЕЙ ПОД ОТКРЫТЫМ НЕБОМ
ИСТОРИЯ В ЧЕТЫРЕСТА МИЛЛИОНОВ ЛЕТ
Карровый ландшафт. Правый берег Исети ниже поселка Мартюш
Мы рассмотрели распространение на территории Каменского района отложений различного возраста от силурийского (430 миллионов лет назад) до современного, мы познакомились с комплексом разнообразных пород: морских и континентальных осадков, вулканических — эффузивных и интрузивных.
Сейчас, зная происхождение горных пород, условия, в которых они образовались, их возраст, можно попытаться реконструировать физико-географическую, т. е. природную обстановку нашей местности на протяжении сотен миллионов лет.
Территория Каменского района – малая часть Уральской горной страны, поэтому ее геологическое развитие целесообразно рассматривать на общем фоне геологической истории восточного склона Урала.
На территории Каменского района нет докембрийских и нижнепалеозойских (кембрийских и ордовикских) горных пород, поэтому мы лишены возможности восстановить природную обстановку тех далеких времен. Приходится обращаться к геологическим работам, описывающим весь Урал. Из них мы узнаем, что в докембрии земная кора разделилась на неподвижные участки — платформы и подвижные — геосинклинали. Восточный склон Урала входит в состав Урало-Тяньшанской геосинклинали, в ее Уральскую ветвь. Так как морских отложений здесь не найдено, то можно предположить, что в течение кембрия и ордовика восточный склон Урала был сушей.
Геологическая история Каменского района документирована каменным материалом (известняками и вулканогенными породами) с силурийского периода. В это время на месте восточного склона Урала уже существовал крупный морской геосинклинальный бассейн.
В нижнесилурийскую эпоху происходит образование или, как говорят геологи, заложение глубинных разломов в северо-восточном направлении. Тогда же началась интенсивная вулканическая деятельность. По разломам на дно моря изливалась базальтово-андезитовая магма, накапливались мощные толщи эффузивных пород.
В средне- и позднедевонскую эпохи дно моря испытывало многократные вертикальные колебания, о чем свидетельствует частое переслаивание известняков, глинистых сланцев, конгломератов, вулканических туфов, диабазов, порфиритов. Мощные, в сотни метров толщи этих пород обнажаются в долинах рек Исеть и Каменка западнее поселка Кодинка. Глинистые сланцы и конгломераты образовывались за счет сноса обломочных материалов с вулканических островов и с материковой суши, находившейся в нынешнем Зауралье.
В конце девона территория района вместе с восточным склоном Урала выходит из-под воды. Наступает продолжительный период времени до середины раннекаменноугольной эпохи, в течение которого район существует в континентальном режиме. Горные породы суши сразу же начинают разрушаться внешними силами — происходит накопление галечников и песков, со временем превратившихся в конгломераты и песчаники.
В середине раннекаменноугольной эпохи в районе вновь возобновляется вулканическая деятельность, аналогичная вулканизму раннего девона. Магма спокойно изливается вдоль глубинных разломов, которые все время подновляются вертикальными движениями участков земной коры.
Наряду с трещинными излияниями лав происходили и взрывные извержения вулканов центрального типа. Такой вулкан располагался на месте нынешней деревни Бекленищевой, другой — у села Исетского.
Затем (за этим словом миллионы лет) вулканическая деятельность постепенно затухает. Последним ее проявлением было внедрение кислой магмы, образовавшей интрузивные тела гранит-порфиров в отложениях нижнего карбона. Эти интрузии обнажаются на левом берегу реки Каменки в центре города.
Суша на месте восточного склона Среднего Урала существовала многие миллионы лет. Эволюция жизни привела к появлению наземных растений, которые быстро развивались и широко расселялись. В раннекаменноугольную эпоху происходит расцвет древней флоры. Она занимала огромные пространства древних континентов. Это можно объяснить активным размножением растений. Но широкая распространенность (от Арктики до Антарктиды) одинаковых форм производит впечатление повсеместного их зарождения. Поэтому наиболее удачным можно считать понятие «лавинообразный ход заселения суши».
Еще в девонском периоде появились основные типы высших растений: плауновидные, членистостебельные, древние папоротники и голосеменные. А в карбоне уже существовали настоящие леса этих растений. В условиях влажного и теплого климата на болотах и прибрежных низинах вырастали гигантские деревья в 30—40 метров высотой.
Древние палеозойские леса можно отчасти сравнить с современными мангровыми зарослями тропических стран. Эти заросли покрывают узкую полосу морского побережья, заливаемую морем во время приливов. Заросли состоят из своеобразных деревьев, приспособившихся к жизни в морской соленой воде. В таких же условиях приливно-отливной полосы жили гигантские лепидодендроны и кордаиты раннего карбона. Древние леса были мало похожи на современные. Они представляли из себя сплошное море зелени — ведь растения были вечнозелеными в условиях постоянно теплого климата.
Не увидели бы мы тогда ни одного цветка, так как цветковые появились только в середине мелового периода мезозойской эры, через 220 миллионов лет. Не услышали бы мы и пения птиц. Первые птицы появились в юрском периоде мезозойской эры.
Зато множество первых насекомых заселили эти леса. Но среди них не было красочных бабочек, пчел, ос, мух. Здесь были необыкновенно большие древние стрекозы с размахом крыльев до одного метра и туловищем длиной до 40 сантиметров. Встречались разнообразные тараканы, которых ученые насчитали до восьмисот видов, в том числе и гигантские, до десяти сантиметров длиной. Это одни из древнейших существ на Земле, дожившие до наших дней.
Появились первые амфибии и пресмыкающиеся.
Широкое распространение пышной древней растительности болот и морских побережий карбона создало условия угленакопления в Европе, Азии, Северной Америке. В каменноугольном периоде образовались угли Донецкого, Карагандинского, Подмосковного бассейнов. А на Урале — Кизеловского бассейна, Егоршинского и Каменского месторождений.
Ландшафт каменноугольного периода
Процесс, в результате которого отмершие растения превращаются в каменный уголь, происходит постепенно, в несколько стадий.
Упавшее в воду дерево подвергается воздействию кислорода, микроорганизмов и химических веществ, растворенных в воде. Водная среда замедляет процесс разрушения растений и сохраняет органические вещества, которые под воздействием перечисленных факторов превращаются в торф.
Строение торфяной массы еще неоднородно, можно рассмотреть в торфе кусочки древесины, листья, побеги, корни. На торфяной стадии остатки растений обогащаются углеродом до 55—60 процентов (в живых растениях 45 процентов). Торфяные залежи заносятся песком и илом, тектоническими движениями они погружаются на различную глубину. В погребенных залежах торфа продолжается процесс обугливания органических веществ под действием микроорганизмов. Таким образом торф превращается в бурый уголь, в черной однородной массе которого уже невозможно без микроскопа обнаружить остатки растений. Начинают работать геологические факторы — давление толщи горных пород, перекрывающих залежь и повышение температуры недр. Содержание углерода в бурых углях поднимается до 75 процентов.
На третьей стадии образования очень важная роль принадлежит химическому взаимодействию органических веществ с минеральными, содержащимися в горных породах. Происходят химические и физические изменения. Каменный уголь приобретает более черный цвет, чем бурый, увеличивается его удельный вес, исчезают гуминовые кислоты, а содержание углерода увеличивается до 90 процентов.
Угли Каменского месторождения относятся к четвертой стадии — антрацитовой. Антрациты содержат углерода более 90 процентов.
А может ли процесс обогащения угля углеродом продолжаться дальше?
Да, если залежи антрацита попадут в зону воздействия более высоких давлений и температур. В результате процесса метаморфизации органическое вещество угля полностью перейдет в углерод. А углерод изменит свою кристаллическую структуру и превратится в графит.
Особенности геологического строения земной коры на территориях Каменского и соседних районов дают нам возможность познакомиться с залежами графитов на реке Багаряк у впадения в нее притока речки Боевки в восьми километрах к западу от поселка Багаряк. Южная часть угленосной толщи в ходе горообразовательных процессов испытала метаморфизацию, и каменный уголь в ней превратился в графит.
Графитовые сланцы на Боёвском руднике
Остановилась ли природа на графите? Или возможен дальнейший процесс?
Да, возможен, и очень интересный, правда, уже не имеющий отношения к нашему району, но связанный с Уралом. В 1829 году крестьянский мальчик Павел Попов на одном из притоков реки Чусовой при промывке россыпного золота нашел первый в России, да и во всей Европе, алмаз.
Что такое алмаз? Это минерал, состоящий, как и графит, из самородного углерода. Но атомы углерода в алмазе расположены совсем по-иному, чем в графите.
Чем вызвана такая перестройка? Ученые объясняют это чудовищными давлениями в недрах Земли. Коренные месторождения алмазов в Южной Африке и в Якутии представляют собой необычные геологические тела — трубки взрыва. Они сложены своеобразной горной породой — кимберлитом. В этой породе и встречаются кристаллы алмазов.
За 100 лет с 1829 года на Западном Урале добыто около 300 алмазов, все — в россыпях. А в россыпи алмазы попадают из коренных месторождений. На Урале поиски коренных месторождений алмазов пока не увенчались успехом. Но северо-западнее, в Архангельской области геологи нашли кимберлитовые алмазные трубки.
Вмещающие уголь горные породы: грубо- и тонкозернистые песчаники, аргиллиты — образовывались в морских лагунах, заливах. Отложения сносимых с суши галечников и песков — вблизи побережья, глины — на больших глубинах.
При бурении 200-метровой разведочной скважины к югу от деревни Брод было пройдено 14 пластов каменного угля, разделенных обломочными породами. Как объяснить такое напластование?
Суша раннекарбоновой эпохи, на которой вырастали леса, представляла собой архипелаг больших и малых островов геосинклинального морского бассейна. Дно геосинклинального бассейна обладало исключительной подвижностью и часто испытывало вертикальные колебания, как в целом, так и на отдельных участках. Поэтому поверхность суши была не постоянной. Низменные участки суши, на которых развивался болотный режим, где из отмиравшей пышной растительности накапливались торфяники, опускались под уровень моря. Торфяники заносились галькой, песком, илом. Торф постепенно превращался в бурый уголь. Затем эти участки морского дна вновь поднимались и становились сушей. Снова она заселялась растительностью, со временем вырастали пышные леса, превращавшиеся в торфяники. Очередное погружение суши повторяло процесс.
Берега Исети в окрестностях деревни Брод относятся к подобным участкам. Для образования 14 пластов каменного угля нужно, чтобы эта местность испытала по меньшей мере четырнадцатикратное погружение под уровень моря и столько же раз поднялась сушей. Теперь представим себе, сколько же нужно лет, чтобы вырос лес, образовался мощный торфяник, чтобы он погрузился на дно моря и покрылся толстым слоем осадков. Сколько же нужно лет на погружение и поднятие суши? Сколько времени займет многократное повторение этого процесса? И все эти события в нашей местности вместились во временной интервал от середины до конца ранней эпохи каменноугольного периода. Как удивительно велики масштабы геологического времени...
Мы так подробно остановились на истории образования Каменского месторождения каменных углей не потому, что оно чем-то уникально. Оказывается, четырнадцать пластов тоже не диво. Например, в Челябинском буроугольном бассейне общая мощность угленосной толщи 3500 метров, а самый толстый пласт угля 136 метров. Просто это единственное месторождение угля в нашей местности, где мы можем наглядно изучать историческую геологию.
Осталось ответить на вопрос, почему наши угли достигли стадии антрацита. Погребенные под мощной толщей терригенных пород (сейчас имеющей мощность 550 метров), поверх которой позднее отложилась толща известняков (современная мощность 450—650 метров), пласты бурого угля оказались опущенными под уровень моря не менее, чем на две тысячи метров, где подверглись воздействию повышенной температуры недр и испытали на себе колоссальное давление всех вышележащих толщ, а также давлений, возникших при горообразовании. В результате этих процессов происходила метаморфизация углей, обогащение их углеродом и превращение в антрациты.
В конце ранней эпохи каменноугольного периода на месте всего современного Урала устанавливаются однообразные морские условия. Наступление моря идет с востока, и оно постепенно распространяется и на западный склон Урала. На дне моря происходит накопление мощных карбонатных толщ, что является свидетельством значительной глубины бассейна. Об этом нам рассказывает разрез горных пород, где поверх угленосной толщи залегают известняки. Этот контакт пород хорошо просматривается в основании обрыва у электромеханического завода на левом берегу реки Каменки.
Это было время расцвета палеозойских животных. Судя по окаменелостям, переполняющим известняки нижнего и среднего карбона, теплые воды моря кишели организмами. Кораллы литостроцион, хететес строили рифы, на которых обитали мшанки, строматопоры. Со дна поднимались похожие на цветы разнообразные и многочисленные морские лилии. Между ними ползали их ближайшие родственники морские ежи. Вместе с морскими лилиями они (тип иглокожих) дожили до наших дней. Очень многочисленны были брахиоподы: спириферы, хориститесы и гигантопродуктусы, обладавшие очень крупной и толстой раковиной. Преобладающее развитие получили простейшие — фузулиниды. Карбон был также временем расцвета хрящевых акуловых рыб.
Во многих обнажениях известняков нижнего и среднего карбона можно отобрать отличные образцы окаменелостей всех перечисленных животных, за исключением акул. Хрящевые скелеты древних хищниц не сохранились до наших дней. С этими властителями морских просторов, живущими с девона до современности, мы еще встретимся в палеогеновом периоде. Об акуле геликоприоне, жившей в морях пермского периода, мы уже писали в связи с деятельностью А. П. Карпинского.
Руководящие формы ископаемых палеозойских систем на территории Каменского района
В конце среднекаменноугольной эпохи вновь начались вертикальные движения участков земной коры.
В начале башкирского века происходит кратковременное колебание: поднятие и погружение. Известняки, отложившиеся на дне моря, оказались на суше и подверглись разрушению. Об этом свидетельствуют брекчиевидные известняки, наблюдаемые нами на берегах реки Исети вблизи щебеночного карьера.
В конце башкирского века происходит общее поднятие. Но отдельные участки имели различную интенсивность поднятия.
В ближайших окрестностях города море постепенно мелело и известняки замещались мелководными осадками.
Южная часть района испытала быстрое поднятие. Доказательством этого являются мощные толщи известняковых конгломератов (с крупной галькой, переходящей в булыжники, а местами и в валуны), которые обнажаются на берегах реки Синары западнее железной дороги Каменск-Уральский — Челябинск и на берегах реки Багаряк ниже деревни Усмановой.
Толща известняковых конгломератов у деревни Усмановой на реке Багаряк, башкирский век среднего карбона
В московский век наша местность представляла собой мелководное островное море, в прибрежной зоне которого отлагались сносимые с суши обломочные породы. Поэтому поверх известняков башкирского яруса залегают терригенные осадочные породы (песчаники и глинистые сланцы) московского яруса.
Эти песчаники и глинистые сланцы московского яруса были последними палеозойскими породами не только в нашей местности, но и на всем восточном склоне Урала.
Отсутствие в Каменском районе отложений верхнего карбона, перми, а также юры, строго говоря, не дает нам необходимого материала для реконструкции истории геологического развития района в это время (верхний палеозой — нижний мезозой).
Но в нашем распоряжении есть два любопытных факта.
Первый факт. В Каменском районе все коренные породы палеозойского возраста имеют нарушенное залегание. Тогда как осадочные породы — известняки, песчаники, галечники, сланцы и другие отлагаются в виде горизонтальных пластов. Пласты обломочных пород на склонах морского дна могли иметь незначительные углы наклона. Мы же видим по берегам рек пласты, лежащие под углами в 30—60 градусов и даже стоящие совсем вертикально, а местами смятые в очень сложные складки.
Но в результате чего нарушилось первоначальное залегание палеозойских пород? Объяснить это можно только горообразовательными процессами.
Второй факт. Отсутствие на территории Каменского района осадочных отложений ряда систем. Мы знаем, что образование и накопление осадочных пород происходит при определенных геологических условиях. А изменение этих условий будет причиной отсутствия осадочных пород.
Ландшафт юрского периода
В каких же условиях не могли отлагаться осадки на данной территории? В условиях континентального режима, разрушения отложившихся ранее горных пород и переноса продуктов разрушения.
Итак, на рубеже двух эр: палеозойской и мезозойской произошли коренные изменения природной обстановки. Наша местность, бывшая дном моря, стала сушей. Геосинклинальная фаза развития Урала и Западной Сибири (а вместе с ними и нашей местности) закончилась накоплением колоссальных толщ осадочных и эффузивных пород. Геологи определяют их мощность в десять тысяч метров!
Началась фаза тектогенеза. В конце палеозоя уральская геосинклинальная область испытала сильные тектонические движения. Они называются герцинским горообразованием. Первые фазы этого процесса отмечались еще в конце девонского периода. Но наибольшей активности горообразовательный процесс достиг в позднем карбоне и пермском периоде.
Все дно геосинклинального морского бассейна стало интенсивно вздыматься. Огромные толщи палеозойских пород сминались в складки, поднимались из-под воды. Создавались горные хребты. Постепенно, через десятки миллионов лет на месте обширного морского бассейна поднялась горная страна. Древние Уральские горы достигали, по мнению некоторых ученых, 4—5 тысяч метров высоты. Урал — часть грандиозного герцинского горного сооружения, протянувшегося от Северного Ледовитого океана до Западного Китая.
Вопрос о величине этой горной страны в широтном направлении интересно трактует фундаментальный труд «Геология СССР»: «Современный Урал представляет собой лишь западную часть уральских складчатых структур. Восточная часть этих структур, погребенная под покровом мезозоя и кайнозоя, прослеживается довольно далеко на восток. Восточная граница уральских складчатых структур проходит примерно восточнее Тюмени и Кургана».
Интенсивные горообразовательные процессы начались на востоке. Сначала освобождалась от морских вод область восточного склона Урала (в том числе и наша местность), а затем постепенно этот процесс распространился на область западного склона Урала, растянувшись во времени с позднего карбона до средней перми.
Таким образом, на меридиане нашей местности уже были высокие горы, а в двухстах километрах западнее все еще существовал морской бассейн, в который водными потоками сносились обломочные породы с разрушающихся гор.
Моря отступили к востоку и к западу от нового континента. Как только сформировались участки суши, горные породы, слагающие их, стали разрушаться внешними силами Земли. Чем выше поднималась суша, тем интенсивнее она разрушалась. Процесс разрушения горных пород внешними силами называется выветриванием.
На протяжении 100 миллионов лет, с раннего триаса по ранний мел включительно, в результате процессов денудации (разрушения и переноса продуктов разрушения) огромная горная страна, высотой с Кавказ, но шире и длиннее его, была уничтожена. На ее месте осталась всхолмленная равнина.
Колоссальное количество каменного материала было разрушено и смыто в окраинные моря. Вся Западно-Сибирская низменность образовалась за счет этого материала.
Вот почему в нашей местности нет отложений перми и юры.
Жаркий влажный климат мезозоя способствовал процессам выветривания. Когда же рельеф снивелировался и интенсивность смыва уменьшилась, то на восточном склоне Урала началось накопление осадочных толщ. Они словно кора покрывали лежащие ниже коренные породы. Наиболее мощная кора выветривания образовалась на эффузивных и терригенных породах. На более устойчивых к разрушению известняках кора выветривания незначительная.
Эти процессы происходили в первой половине мелового периода в условиях континентального режима. Тропический климат, обилие озер и болот, пышная растительность — все благоприятствовало развитию гигантских ящеров. По реконструкциям палеонтологов мы можем видеть удивительные формы динозавров, обитавших на Урале. Но... ни одного «живого» скелета, хотя бы маленького динозаврика, на восточном склоне Урала и в Зауралье не найдено. Известны лишь два крупных местонахождения костей этих ящеров: в Пермской области и более богатое в Оренбургской. А у нас? В конце прошлого века в устье реки Синары был найден единственный позвонок водного ящера — плезиозавра. Палеонтологам будущего мы предлагаем разрешить эту загадку.
Увидеть скелеты этих необыкновенных животных можно только в Палеонтологическом музее в Москве и в энциклопедиях.
Во второй половине мелового периода Урал испытал опускание, и море стало наступать с северо-востока. Это была крупная трансгрессия. Море затопило все пространство почти до меридиана нынешнего Екатеринбурга. В нашей местности начали отлагаться прибрежно-морские и морские осадки.
Морской режим сохранился и в следующем, палеогеновом периоде еще на 30 миллионов лет. Затем, в связи с поднятием суши, море отступило на северо-восток и восточный склон Урала, а вместе с ним и наша местность окончательно стали сушей.
Поднятие в неогене было вызвано альпийским горообразованием, которое создало самые высокие в настоящее время горы. При этом вторичное поднятие испытали древние разрушенные горные системы. Отдельными блоками вдоль глубинных разломов поднялся и Урал. На 1,5—2 тысячи метров поднялась северная и южная часть. Средняя часть испытала меньший подъем. Наша местность возвысилась приблизительно на 100 метров.
Четвертичный период развития Земли отмечен оледенениями в северном полушарии, после которых климат, растительный и животный мир приобрели современный характер.
Ландшафт четвертичного периода
Мы познакомились с геологической историей нашей местности продолжительностью в четыреста миллионов лет. Но и сейчас ни на минуту не останавливаются геологические часы. Выветриваются горные породы, реки неустанно углубляют свои долины, растут Уральские горы, происходят землетрясения.
Вспомним последние наглядные геологические события. В 1993 году произошел большой оползень на берегу Красногорского пруда. Поднялся уровень грунтовых вод и разлились озера. Образуются карстовые провалы.
За последние десятки лет техногенная деятельность человека стала мощной геологической силой. В нашей местности возникли глубокие выемки песчаных и каменных карьеров, многокилометровые дамбы шламо- и золохранилищ, большие и малые пруды. Природа в течение миллионов лет осуществляет такие изменения в рельефе. А мы изуродовали Землю за несколько десятков лет, на глазах одного поколения.
Ограничусь двумя примерами. За 60 лет добычи бурого угля в городе Коркино Челябинской области образовалась яма размером три на три километра, глубиной 450 метров, а рядом — гора пустой породы в три четверти этого объема. Второй пример не столь впечатляющ. Но сравним с деятельностью тектонических сил. При прокладке линий метрополитена в Екатеринбурге грунт под зданиями по ул. Челюскинцев просел на 15—20 сантиметров.
Есть только один рекультивированный шрам Земли — бывший Поляниковский рудник в центре города, рядом с площадью Ленинского комсомола. Неуемной энергией В. Друзя, заслуженного тренера России, здесь создан мотодром. Это доброе дело!
Раны Земли – карьеры и отвалы у поселка Новый Быт
Бывший Поляниковский рудник на стадии рекультивации
