Что такое геологическая карта

К.С. ЛАЗАРЕВИЧ

Геологическая карта нередко присутствует в школьных атласах, но как ею пользоваться, многие понятия не имеют. Когда на карте природных зон мы видим знак, обозначающий степь, мы сразу представляем себе бескрайние равнины, поросшие высокой травой, а тем, у кого хорошая память, приходит на ум и то, что сейчас там все распахано. Понятны «малоиспользуемые и неиспользуемые земли», «овцеводческо-скотоводческие с посевами зерновых культур» сельскохозяйственные районы и даже, если поднатужиться, то на тектонической карте — «выступы кристаллического фундамента древних платформ». Но что дадут простому смертному, не имеющему геологического образования, «юрский период» или «мезозой нерасчлененный»?
Сами по себе — ровным счетом ничего. Геологическую карту, как и всякую другую, надо читать, сопоставляя разные районы, находя между ними сходство или разницу. А для этого нужно знать, как карта построена. Я уже писал об этом однажды, рассказывая о геологической съемке^*. Рассмотрим правила построения геологических карт подробнее, постараемся сделать это применительно к мелкомасштабным картам, которые помещают в школьных атласах.

Основная трудность

Растительность, использование земель, экономические районы можно считать двумерными: достаточно двух координат, чтобы определить местоположение точки, которую мы можем потом охарактеризовать как принадлежащую к тому или иному растительному сообществу, типу использования земель или экономическому району. Мне возразят: разве рельеф (третья координата) не влияет на все эти характеристики? Влияет, и это проявляется на многих специальных картах. Но определенное сочетание широты и долготы всегда характеризует одну и только одну точку земной поверхности, а все упомянутые характеристики только к поверхности и относятся.
Геологическое же строение трехмерно. Под одной и той же точкой на разных глубинах лежат породы разного состава, разного возраста, содержащие разные полезные компоненты. Сделать вместо карты макет с набором съемных слоев, конечно, можно, но сложность работы едва ли окупится практической пользой; нужно искать другие виды моделей, которые можно начертить на бумаге, потом размножить в нужном количестве экземпляров.

Горные породы

Рис. 1. Два варианта взаимоотношения между слоями при одной и той же рисовке карты горных пород

Земная кора состоит из горных пород. Это утверждение сразу вызывает вопросы. Почему они горные? А чем сложены равнины? Определение «горные» в этом термине есть, пожалуй, только в русском языке. По-английски горная порода обозначается словом rock, по-французски roche — в обоих случаях точным переводом будет скала, утес; по-немецки — Gestein, собирательное от Stein — камень. Происхождение определения, содержащегося в русском термине, связано с тем, что добыча полезных ископаемых и вообще познание недр начинались для человека именно в горах. Поэтому и проходка шурфов, шахт, штолен, выемок для дорог, рытье котлованов, карьеров называются горными работами, даже если производятся на равнине. Соответствующие названия носят учебные заведения, готовящие геологов и специалистов по разработке полезных ископаемых, — таковы, например, Горная академия во Фрайберге (Германия), где учился М.В. Ломоносов; Горный институт в Петербурге — одно из старейших высших учебных заведений России.
Горные породы (нередко говорят просто «породы») различаются по составу, по происхождению, по возрасту. Они залегают с поверхности или на глубине, под породами другого состава, происхождения и возраста. Какие породы изображать на карте?
В какой-то мере парадоксально, что наиболее плодотворной оказывается первая, самая простая мысль, которая приходит в голову: нанести на карту горные породы, выходящие на поверхность.
Первоначально наносили на карту состав пород:
здесь залегают на поверхности известняки, здесь — глины, здесь — граниты. Но взаимоотношение между породами такие карты отражали плохо. Если, например, на западной половине карты обозначены известняки, а на восточной — глины, то и известняки могут лежать на глинах, и наоборот (рис. 1).
Поэтому решили основное внимание обратить на самую, казалось бы, абстрактную, наименее нужную для практики характеристику пород — их возраст.

Возраст горных пород

В геологии различают абсолютный и относительный возраст. Абсолютный возраст измеряется в общепринятых единицах времени: порода образовалась столько-то лет назад. Обычно речь идет не о годах, а о тысячах, миллионах и даже миллиардах лет, но это дела не меняет.
Относительный же возраст определяет время по принципу древне’е—моложе: такое-то событие произошло раньше, такое-то позже. Если один слой лежит на другом, то верхний моложе нижнего; это утверждение может оказаться несправедливым только в случае опрокинутого залегания, которое встречается не так уж часто. Когда на какой-то площади можно проследить несколько слоев, то редко бывает, чтобы можно было увидеть их сразу в одном месте. Но в одном месте мы видим слой Е, лежащий на D, в другом С под D, в третьем последовательно лежащие (снизу вверх) А, В и С. В результате, если залегание слоев спокойное, без резких нарушений, то есть без подозрений, что существует опрокинутое залегание, выстраивается последовательность от более древних к более молодым: А, В, С, D, Е.
Но мы выделяли слои, руководствуясь составом пород, исходя из того, что в какой-то промежуток времени образовывались определенные породы. Для небольшой площади это обычно (не всегда, впрочем) справедливо. Но чтобы одинаковые породы одновременно образовались в очень отдаленных местах — это скорее исключение, чем правило.

Геохронологическая шкала

Рис. 2. Установление возрастных взаимоотношений слоев в разных местах (по Дж.А. Эйби)

Сопоставить же отдаленные участки можно на основании общей схемы развития жизни на Земле, разработанной совместно геологами и биологами. Развитие органического мира шло от более простых видов к более сложным. Удалось установить, в какой последовательности существовали виды животных и растений, остатки которых мы находим в горных породах. Только не надо думать, что геологи обязательно ищут кости динозавров: такая находка — случай исключительный, почти ЧП. Обычно в породе находят ракушки, иногда и вообще такие остатки, которые видны только под микроскопом. Особенно важны виды организмов, которые были очень широко распространены по площади, но существовали сравнительно недолго. Их называют руководящими ископаемыми; находки остатков таких организмов в весьма отдаленных точках Земли позволяют уверенно сопоставить возраст слоев независимо от того, какими породами они сложены (рис. 2). Утверждение, что породы, содержащие одинаковые органические остатки, одновозрастны, базируется на отнюдь не бесспорном допущении: широкое распространение какого-то вида было одновременным на всей Земле. Практика, однако, показала, что в масштабах геологического летосчисления неодновременностью распространения вида в разных местах можно пренебречь.
И вот по наличию в горных породах остатков тех или иных животных и растений стали выделять самые большие толщи слоев земной коры — группы, в их пределах — толщи поменьше, системы, потом еще мельче — отделы, ярусы, подъярусы, свиты, слои, зоны. Отрезок времени, соответствующий образованию группы, носит название эра, образованию системы — период.
Вопрос о том, каков абсолютный возраст пород той или иной системы, долго оставался нерешенным. Еще в начале ХХ в. высказывались мнения, что вся геологическая история Земли занимает от 20 до 100 миллионов лет.
И только с открытием радиоактивного распада установили, что возраст Земли не менее четырех с половиной миллиардов лет.
Определять абсолютный возраст пород научились, но дело это очень сложное, трудоемкое, требующее дорогостоящего оборудования и исключительной тщательности в отборе образцов, поэтому относительная геохронология — деление истории Земли на эры, периоды, эпохи и т. д — сохраняет значение. Опытный геолог, найдя в породе ракушку, может сразу назвать возраст породы.
В магматических породах органических остатков нет; в метаморфических, даже если они образовались из осадочных, тоже есть далеко не всегда — метаморфизм мог их уничтожить. И здесь абсолютный возраст выходит на первый план, приходится производить сложные анализы.

Принципы карты

На геологической карте изображается возраст пород, выходящих на поверхность. Этому показателю обычно отводится самое выразительное средство картографического изображения — цвет. Вместе с цветовыми обозначениями наносят буквенные индексы.
Не нужно считать, что меловые отложения — это горная порода мел, а каменноугольные — каменный уголь. Просто названия некоторых периодов были даны по распространенным породам этого возраста. Так, меловые скалы Дувра — это действительно выходы пород мелового возраста; угли Донбасса отложились в каменноугольном периоде. Но в Подмосковье отложения каменноугольного возраста представлены известняками, а мелового — песками.

Цветовые обозначения на геологической карте

Более дробные возрастные подразделения в пределах каждого из названных закрашиваются тем темнее, чем они древнее; так, верхнемеловые отложения обозначаются светло-зеленым цветом, нижнемеловые — тоже зеленым, но темнее.
Однако не так часто лежат на поверхности породы, которые могут создать на карте пеструю гамму всех перечисленных в таблице цветов; в большинстве случаев те породы, по которым мы ходим, молодые, они отложились совсем недавно. Скажем, вся северная часть Европейской России покрыта ледниковыми отложениями четвертичного периода; южнее распространены покровные суглинки, тоже совсем молодые (правда, как они образовались, никто путем не знает, так обычно и пишут на карте — prQ, четвертичные проблематичного происхождения); на этих суглинках развиваются прекрасные черноземы, но это не делает геологическую карту разнообразнее. Итак, почти вся карта будет окрашена в однообразный желтовато-серый цвет четвертичных отложений?
Чтобы избежать этого, установили правило: четвертичные отложения мысленно снимаются с карты. Иначе говоря, изображается возраст пород, которые выходят не на поверхность, а под четвертичные отложения. Если же на геологической карте есть желтовато-серое пятно четвертичных отложений, оно обозначает то же, что белое пятно на карте географической: не знаем, что здесь. Четвертичные — да, есть, а что под ними?..
Выпадают из общего принципа магматические породы. Цветом обозначается состав магматических пород, а возраст показывают буквенными индексами. Цвета здесь красные, оранжевые, зеленые, фиолетовые, причем яркие, в отличие от слегка приглушенных тонов осадочных пород.

Что можно прочесть на геологической карте

Рис. 3. Варианты залегания слоев при одной и той же рисовке геологической карты

К геологической карте среднего или крупного масштаба, изображающей небольшую площадь, прикладывают стратиграфическую колонку — чертеж, на котором изображены в масштабе мощности (толщина слоев) пород разных возрастов, показано, какие горные породы каждому возрасту соответствуют. Увидев на карте серый цвет каменноугольных отложений и посмотрев на колонку, мы узнаем, что в этом месте под четвертичными отложениями или прямо на поверхности залегают известняки, наибольшая мощность которых 70 м. Кроме того, взаимоотношение слоев бывает хорошо видно на геологических профилях, представляющих собой сечение территории вертикальными плоскостями в разных направлениях; такие профили — также непременный атрибут геологической карты.
Приложить колонку к карте большой территории, например России, нельзя: слишком различными могут оказаться и состав, и мощности отложений одного и того же возраста в разных местах. Но профили строить можно, и это очень рекомендуется.
Рассмотрим некоторую условную геологическую карту (рис. 3). Видим сплошное зеленое поле меловых отложений, а посередине — синее пятно юрских, то есть более древних. Объяснить это можно либо тем, что слои горизонтальны и юрские породы выходят в понижении (а); либо тем, что поверхность горизонтальна, но слои выпуклые (б). Какой из этих случаев вероятнее? Прежде всего, очевидно, что изображена не горная страна, а равнина — большое поле одновозрастных отложений, мягкая рисовка геологических границ. На равнинах редко можно встретить возвышенности, которые не были бы связаны с движениями земной коры. Многие пытаются объяснить наличие Валдайской, Смоленско-Московской возвышенностей деятельностью ледника. Но, как говорил один мудрый географ (кажется, А.С. Барков), все возвышенности Русской равнины тектонические и лишь припудрены четвертичными отложениями. Поэтому вероятнее вариант б; и даже, более того, вариант в: юрские отложения, выступающие из-под меловых, образуют возвышенность — иначе трудно объяснить, почему оказались снесенными меловые отложения.
Большие толщи пород на обширной площади образуются только в море, обычно не особенно глубоководном.
На континенте картина всегда более пестрая, рисунок мелкий.
Сравните на геологической карте России в школьном атласе Русскую и Западно-Сибирскую равнины (рис. 4). Практически все породы, изображенные здесь, отложены морем. На Западно-Сибирской равнине почти сплошное поле палеогена; это значит, что в палеогеновом периоде здесь было море, Западно-Сибирская плита была опущена. Карта Русской равнины выглядит куда разнообразнее. На фоне пермских отложений, занимающих чуть не всю северо-восточную половину Европейской России (потому они и называются пермскими), мы видим пятно триаса, на нем юра и кое-где мел. Это явно понижение, заполненное (выполненное, как говорят геологи) более молодыми отложениями. Действительно, здесь расположена Московская синеклиза — обширное пологое понижение фундамента Русской платформы. На крайнем северо-востоке платформы такая же синеклиза с юрскими и меловыми отложениями — Печорская. А отделена она от Московской коричневой полосой, идущей с северо-запада на юго-восток, — это выходят на Тиманском кряже более древние девонские отложения, и даже кое-где выскакивают на поверхность перемятые в складки породы протерозоя — в атласе они обозначены как РС — докембрий, то есть не разделены на архей и протерозой. На северо-западе поле докембрия обширно — это Балтийский щит — на нем располагаются Карелия, Кольский полуостров, а также Финляндия и почти вся Швеция, но на территорию за пределами России на картографической фабрике, видимо, хватило только серой краски (и повисла в воздухе бедная Калининградская область).
На юге Сибири большие поля докембрия, здесь Алданский щит, Становое нагорье сложены древнейшими породами; на севере Среднесибирского плоскогорья докембрий выходит на Анабарском щите. На Дальнем Востоке много мезозойских пород — триасовых, юрских, меловых. Именно в мезозойскую эпоху складчатости образовалось здесь большинство гор.

Геологические карты разных масштабов

Рис. 4. Фрагмент геологической карты России из школьного атласа

Когда мы составляем карту на основе другой карты, выполненной в более крупном масштабе, мы не просто уменьшаем ее. Изменяются и условные обозначения, и рисовка контуров. Приходится отбирать показываемые объекты. Так, на топографической карте масштаба 1 : 100 000 можно показать все населенные пункты, а на карте масштаба 1 : 5 000 000 в густозаселенных районах не удастся показать даже все города. Происходит генерализация карты.
Пример генерализации геологической карты показан на рис. 5. При уменьшении масштаба уменьшается дробность подразделений геохронологической шкалы: на среднемасштабной карте (а) выделены нижний, средний и верхний отделы юрской системы, верхний и нижний отделы меловой системы; на мелкомасштабной карте (б) — только юрская и меловая системы без выделения отделов. Упрощена рисовка контуров (особенно это видно на участке, помеченном цифрой 1). Несколько мелких контуров объединены (2). Контуром 3 можно вообще пренебречь, он невелик. Но зато контур 4 снимать с карты нельзя, его, наоборот, нужно преувеличить, чтобы он не пропал в мелком масштабе: он показывает, что юрские породы залегают здесь неглубоко и даже — вот видите! — вышли на поверхность.

Геологические карты в школьных атласах

Школьный курс географии не дает достаточных сведений для того, чтобы ученики могли грамотно работать с геологической картой. Даже если, как ни наивно это предполагать, все прочтут эту статью, все равно этого будет очень мало — работа с картами этого типа дается лишь в результате длительной практики. Поэтому в отличие от большинства других карт геологические карты в атласах для школы продолжают оставаться инородным телом. Климат объясняется, растительность объясняется, сельское хозяйство и экономические районы — тоже.

Рис. 5. Генерализация геологической карты: а — фрагмент среднемасштабной карты; б — тот же фрагмент, переведенный в мелкий масштаб

И более или менее понятно, как все это изображено. Принципы же составления геологических карт остаются неясными, а следовательно, неясно, на что они нужны.
В легендах карт неожиданно выскакивают какие-то интрузивные породы, какой-то кайнозой нерасчлененный, но что это — для большинства непонятно (по секрету могу сказать, что интрузивные породы — это породы, образовавшиеся при застывании магмы, которая внедрилась в земную кору, но на поверхность не вылилась; а кайнозой нерасчлененный — породы, отложившиеся в кайнозойскую эру, но в каком ее периоде, мы не знаем). Нужно приводить в соответствие программу и содержание атласов. Либо учить школьников работе с геологическими картами, либо эти карты в атласах не помещать. Боюсь, что второй вариант более реален, тем более что далеко не все учителя сумеют осуществить первый.

^* См.: К.С. Лазаревич. Геологическая съемка//География, № 26, 28/97.