Введение
Геология Великобритании известна своим разнообразием. В результате своей бурной геологической истории Великобритания демонстрирует богатое разнообразие ландшафтов в странах, составляющих Англию, Уэльс и Шотландию. На поверхности представлены породы почти всех геологических возрастов, начиная с архейского. Геология Великобритании Квартерновый (аллювий) Палеоген / Неоген (Третичный) Меловой Нижний меловой Средне-верхний юрский Нижний юрский Верхний триасовый Нижний триасовый Верхний пермский Нижний пермский Верхнекаменноугольный (Угольные отложения) Среднекаменноугольный Нижнекаменноугольный (известняк) Девонский Ордовик / Силурский Кембрийский Неопротерозойский Протерозойский (Верхний докембрий) Луизианский (Нижний докембрий) Гранит Палеогеновые вулканические породы.
The geology of Great Britain is renowned for its diversity. As a result of its eventful geological history, Great Britain shows a rich variety of landscapes across the constituent countries of England, Wales and Scotland. Rocks of almost all geological ages are represented at outcrop, from the Archaean onwards. Geology of Great Britain Quaternary (Alluvium) Paleogene / Neogene (Tertiary) Cretaceous Lower Cretaceous middle/upper Jurassic lower Jurassic upper Triassic lower Triassic upper Permian lower Permian upper Carboniferous (Coal Measures) middle Carboniferous lower Carboniferous (limestone) Devonian Ordovician / Silurian Cambrian Neoproterozoic Proterozoic (upper Precambrian) Lewisian (lower Precambrian) granite Paleogene volcanics
Обзор
Сейсмографические исследования показывают, что земная кора под Великобританией имеет толщину от 27 до 35 км (17–22 мили). Самые древние поверхностные породы обнаружены на северо-западе Шотландии и их возраст превышает половину возраста планеты. Предполагается, что эти породы лежат в основании большей части Великобритании (хотя буровые скважины проникли лишь на несколько километров вглубь), но вновь широко выходят на поверхность в Бретани и на Нормандских островах. Самые молодые породы находятся в юго-восточной Англии.
Бедрок и прошлые вулканические процессы
Геология коренных пород состоит из сложной смеси преимущественно более древних метаморфических пород, перекрытых различными последовательностями осадочных пород, в которые в разное время внедрялись магматические породы. Сложность геологии Великобритании в конечном итоге обусловлена ее подверженности разнообразным процессам тектоники плит на протяжении очень длительного периода времени. Изменение широты и уровня моря были важными факторами, определяющими характер осадочных последовательностей, в то время как последовательные континентальные столкновения повлияли на ее геологическое строение, оставив в наследство крупные разломы и складчатость, являющиеся результатом каждого орогенеза (периода горообразования), часто сопровождавшегося вулканической активностью и метаморфизмом существующих породных комплексов. В настоящее время в Великобритании нет действующих вулканов, однако в прошлом она характеризовалась активным вулканизмом. Последние активные вулканы прекратили извержения около 60 миллионов лет назад, и острова больше не расположены в зоне тектонического контакта или активной вулканической области, а также отсутствуют другие геологические явления в островной группе, способные привести к возобновлению вулканической активности. Тем не менее, в геологическом масштабе времени в Великобритании происходил значительный и масштабный вулканизм, и многие известные достопримечательности образованы эродированными магматическими породами, сформировавшимися в ходе этих орогенезов (периодов горообразования).
Археический эон
Луизианские гнейсы, самые древние породы в Великобритании, датируются как минимум 2,7 миллиарда лет назад, относясь к архейскому эону, в то время как возраст самой Земли составляет около 4,6 миллиарда лет. Они встречаются на крайнем северо-западе Шотландии и на Гебридских островах, а также в нескольких небольших обнажениях в других местах. Образованные из горных пород, первоначально отложенных на поверхности планеты, эти породы впоследствии были погребены глубоко в земной коре и метаморфизованы в кристаллический гнейс.
Протерозойский эон
К югу от гнейсов располагается сложная смесь пород, формирующих Северо-Западное и Грампианское нагорья Шотландии. По сути, это остатки складчатых осадочных пород, первоначально имевших толщину 25 км и отложенных поверх гнейса на дне океана Япетус. Этот процесс начался около 1000 млн лет назад, с заметным слоем песчаника Торридон толщиной 7 км, отложенным около 800 млн лет назад, а также обломками, принесенными ледниковым щитом 670 млн лет назад. Палеомагнитные данные свидетельствуют о том, что 520 млн лет назад территория современной Великобритании была разделена между двумя континентами, разделенными океаном. Север Шотландии находился примерно в 20° южной широты на континенте Лаврентия, вблизи тропика Козерога, а остальная часть страны – примерно в 60° южной широты на континенте Гондвана, вблизи Антарктического круга. В Гондване Англия и Уэльс располагались вблизи зоны субдукции. Обе страны были в значительной степени покрыты мелководным морем, усеянным вулканическими островами. Остатки этих островов лежат в основании большей части центральной Англии, с небольшими выходами на поверхность, наблюдаемыми во многих местах. Около 600 млн лет назад Кадомийская орогения (период горообразования) привела к преобразованию ландшафта Англии и Уэльса в горный регион, наряду с большей частью северо-западной Европы.
Кембрийский период
В начале кембрийского периода вулканы и горы Англии и Уэльса подверглись эрозии по мере затопления суши в результате повышения уровня моря, и отлагались новые слои осадочных пород. Большая часть центральной Англии образовала устойчивый блок земной коры, который с тех пор остался практически не деформированным. Песчаники откладывались на севере Шотландии. В это время эволюционировали первые животные с твердыми панцирями, в результате чего окаменелости стали гораздо более распространены в породах, образовавшихся в этот и последующие периоды.
Ордовикский период
Пятьсот миллионов лет назад, в ордовикский период, южная часть Великобритании, восточное побережье Северной Америки и юго-восточная Ньюфаундленд отделились от Гондваны, образовав континент Авалония, который к 440 миллионам лет назад дрейфовал (под воздействием механизмов тектоники плит) примерно до 30° южной широты. В этот период северный Уэльс испытывал вулканическую активность. Остатки этих вулканов до сих пор видны, например, Робелл Фаур, датируемый 510 миллионами лет назад. Огромные объемы вулканической лавы и пепла, известные как вулканиты Борроудейла, покрыли Озерный край, и следы этого можно увидеть в горах, таких как Хельвеллин и Скафелл Пайк. В ордовикский период также сформировались сланцевые отложения Скиддау, возраст которых около 500 миллионов лет.
Силурский период
Осадконакопление продолжалось в начале силурийского периода, с отложением глин и песчаников, особенно в Уэльсе. Авалония к этому времени соединилась с континентом Балтика, и образовавшаяся суша столкнулась с Лаурентией примерно на 20° южной широты между 425 и 400 миллионами лет назад, соединив южную и северную части Великобритании. В результате Каледонской орогении образовалась горная система альпийского типа на большей части севера и запада Великобритании. Континентальное столкновение, вероятно, произошло под углом, а не лоб в лоб, что, возможно, привело к смещениям по сдвиговым разломам, простирающимся с северо-востока на юго-запад по Шотландии, где лучшим примером является Большой Гленский разлом (некоторые из этих зон разломов могли быть старыми линиями ослабления, возникшими в результате более ранних тектонических движений). Вулканический пепел и лавы, отложенные в силурийский период, до сих пор встречаются в холмах Мендип и в Пемброкшире.
Девонский период
Столкновение между континентами продолжалось в девонский период, сопровождаясь продолжающимся поднятием и накоплением вулканических отложений, подобных тем, из которых сейчас сформирована Бен-Невис. Уровень моря значительно колебался, береговая линия то наступала, то отступала с севера на юг по всей Англии. Поднятая территория постепенно разрушалась, что приводило к отложению многочисленных слоев осадочных пород в низинах и морях. Скалы морского происхождения в графстве Девон дали название периоду, хотя отложения этого возраста встречаются и во многих других местах, таких как Брекон-Биконс, долина Мидленда в Шотландии и Оркнейские острова. Большинство из них имеют наземное происхождение и неформально известны как Старый Красный песчаник. К концу периода Каледонские горы были в значительной степени разрушены, и страна переживала бы засушливый пустынный климат, поскольку находилась вблизи экватора, между 10° и 15° южной широты.
Углеродный период
Примерно 360 миллионов лет назад, в начале карбонового периода, Великобритания располагалась на экваторе, покрытая теплыми мелководьями Рейского океана. В это время отлагался карбоновый известняк, который сейчас можно найти в холмах Мендип, на севере и юге Уэльса, в Пик-Дистрикте Дербишира, на севере Ланкашира, в северных Пеннинах и на юго-востоке Шотландии. Пещеры в известняке некоторых из этих районов образовались позднее под воздействием угольной и других органических кислот, содержащихся в дождевой и грунтовой воде. За этими морскими отложениями последовали темные сланцы, алевриты и крупнозернистые песчаники Меллстоун Грит. Впоследствии сформировались речные дельты, а осевшие отложения были колонизированы болотами и тропическими лесами. В этих условиях сформировались циклические угольные пласты, ставшие источником значительных запасов угля в Великобритании, обеспечивших энергией промышленную революцию. Уголь встречается во многих районах Великобритании, от долины Мидленд в Шотландии на севере до Кента на юге, хотя его добыча в основном сосредоточена в Шотландских и Английских Мидлендсах, на севере Англии и в Уэльсе. На протяжении всего периода юго-запад Англии особенно сильно подвергся воздействию столкновения континентальных плит. Период горообразования, известный как варрисканская орогенеза, произошедший около 280 миллионов лет назад, вызвал значительные деформации в юго-западной Англии. К концу этого периода под горными породами Девона и Корнуолла образовался гранит, который сейчас обнажен на Дартмуре и Бодмин-Муре, что привело к образованию минерализованных месторождений меди и олова. Область варрисканского складчатости располагалась к югу от линии, простирающейся с востока на запад примерно от южного Пемброкшира до Кента. Основное тектоническое давление оказывалось с юга или юго-востока, что привело к развитию правосторонних сдвиговых разломов. Массив Девон-Корнуолл мог первоначально находиться дальше к востоку, а затем сместиться на запад. Менее интенсивное варрисканское складчатости наблюдалось на севере, в Дербишире и Бервике-апон-Твиде. К концу карбонового периода различные континенты Земли объединились, образовав суперконтинент Пангею. Великобритания располагалась в центре Пангеи, где вновь подверглась воздействию жаркого, засушливого пустынного климата с частыми внезапными наводнениями, оставившими отложения, сформировавшие слои красных осадочных пород, в некоторой степени напоминающие более поздний триасовый новый красный песчаник.
Пермский период
Пермский период на протяжении 30 миллионов лет характеризовался засушливыми пустынными условиями и эрозией земель, поднятых в результате Варискской складчатости на юго-западе Англии и в прилегающих районах современной Английского канала. Позднее значительная часть Великобритании оказалась затопленной мелководьем по мере таяния полярных ледяных щитов и формирования Тетисского океана и Цехштейнского моря, которые отложили сланцы, известняк, гравий и мергель, прежде чем, наконец, отступили, оставив плоскую пустыню с солончаками.
Триасовый период
По мере дрейфа Пангеи в триасовый период, Великобритания удалялась от экватора, пока не достигла положения между 20° и 30° северной широты. Красные отложения, включающие песчаники и красноцветные аргиллиты, составляют основные осадочные породы Нового Красного Песчаника. Разрушение остатков Варискских гор на юге Франции привело к отложению слоев Нового Красного Песчаника в центральной Англии, а также в разломных бассейнах Чешира и Ирландского моря. Примерно в это же время в районе Хампшира сформировался бассейн. Происходили процессы рифтинга внутри и вокруг Великобритании, предшествовавшие распаду суперконтинента в юрский период. Обломки горных пород, обнаруженные вблизи Бристоля, позволяют предположить, что 214 миллионов лет назад Великобритания была засыпана тонким слоем выбросов, образовавшихся в результате падения астероида в кратере Маникуаган в Канаде, хотя эта гипотеза все еще обсуждается.
Юрский период
С началом юрского периода Пангея начала распадаться, уровень моря поднялся, и Великобритания дрейфовала на Евразийской плите между 30° и 40° северной широты. Большая часть Великобритании вновь оказалась под водой, что привело к отложению осадочных пород, которые сейчас можно обнаружить в обнажениях на большей части территории Англии – от Кливлендских холмов в Йоркшире до побережья Юры в Дорсете. Они также залегают под более молодыми слоями пород на востоке. В Южной Англии юрские отложения подразделяются в стратиграфическом разрезе на группы Лиас, Нижний Оолит, Великий Оолит, Анхольм (переслаивающийся с коралловым известняком) и Портленд. Эти геологические единицы включают песчаники, гринсэнд (зеленые пески), оолитный известняк Котсуолдских холмов, коралловый известняк долины Белой Лошади и острова Портленд.
Кредовый период
Осадконакопление начало отступать от большей части Англии, начиная с мелового периода. Осаждение лагунных отложений Пурбека и преимущественно пресноводных отложений Велдена в основном ограничивалось бассейнами Уэссекса и Велда, в то время как морские отложения, включая Спитонскую глину, встречались в восточной Англии. Аптианский век ознаменовался морской трансгрессией, которая затопила большую часть южной Англии, превратив её в мелководные моря, с последующим осаждением Нижнего Гринсанда, Гаульта и Верхнего Гринсанда в Аптианском и Альбийском возрастах. В начале позднего мелового периода, около 100 миллионов лет назад, характер осаждения изменился на мелообразование, которое продолжалось до конца мелового периода. Мел отложился на значительной территории Великобритании и сейчас особенно хорошо обнажён на Белых скалах Дувра и в Семи сестрах, а также формирует равнину Солсбери. Высокий уровень моря оставлял обнажёнными лишь небольшие участки суши, что объясняет общее отсутствие песчаных, илистых и глинистых отложений наземного происхождения, характерных для этого периода.
Палеогенный период
В раннем палеогене, между 63 и 52 миллионами лет назад, сформировались последние вулканические породы на территории Великобритании. Мощные извержения в этот период привели к образованию плато Антрим, базальтовых колонн Гигантского каменного пути и лавовых потоков и магматических интрузий Внутренних Гебридских островов Шотландии. Ранняя фаза Альпийской орогенезии, около 50 миллионов лет назад, стала причиной формирования синклинали Лондонского бассейна, антиклинали Вельд-Артуа на юге, Северных холмов, Южных холмов и Чилтернских холмов. В этот период образовалось Северное море и произошел подъем территории Великобритании. Часть этого подъема произошла вдоль старых зон ослабления, оставшихся после Каледонской и Варисканской орогенезий. Поднятые участки затем подверглись эрозии, и поверх южной Англии отложились дальнейшие осадочные породы, такие как лондонская глина, в то время как в проливе Ла-Манш преобладали илистые равнины и речные песчаные отложения. Значительная часть центральной и северной Англии, вероятно, была покрыта отложениями юрского и мелового периодов в начале палеогена, но они были утрачены в результате эрозии. К 35 миллионам лет назад ландшафт заселили такие деревья, как бук, дуб, секвойя и пальма, а также травы.
Миоцен и плиоцен
В эпоху миоцена и плиоцена неогена продолжались поднятие и эрозия, особенно в Уэльсе, Пеннинах и Шотландском нагорье. Единственным значительным миоценовым отложением в Великобритании является формация Брассингтон в Пик-Дистрикт. Данные, полученные из формации Брассингтон, указывают на то, что в среднем и позднем миоцене (12–7 миллионов лет назад) в Великобритании произрастал разнообразный теплый умеренный лес. Древнейшие неогеновые осадочные породы были обнаружены в Уэльсе и содержат ископаемую пыльцу, свидетельствующую о том, что на острове Англси когда-то рос субтропический смешанный лес. Климат Великобритании становился холоднее и суше на протяжении всего неогена.
Эпоха плейстоцена
Основные изменения в плейстоцене были вызваны несколькими недавними ледниковыми периодами. Самым сильным было Английское оледенение, когда толщина льда достигала 1000 м и простиралась до Лондона и Бристоля. Это произошло примерно 478 000 – 424 000 лет назад и привело к изменению русла реки Темзы до ее нынешнего течения. Существует множество свидетельств в виде каменных орудий, указывающих на то, что южная Англия была заселена людьми во время теплого Хокснианского периода, последовавшего за Английским оледенением. Вероятно, в этот период Ла-Манш неоднократно открывался и закрывался, из-за чего Великобритания время от времени становилась островом. Самые древние человеческие окаменелости, найденные на Британских островах, включая череп человека из Свонскомба возрастом 400 000 лет, и более раннего человека из Клактона, также относятся к этому периоду. Волстонское оледенение, начавшееся примерно 352 000 – 130 000 лет назад и достигшее пика около 150 000 лет назад, получило свое название в честь деревни Волстон к юго-востоку от Ковентри, которая, как считается, обозначает южную границу распространения льда. За Волстонским периодом последовал Ипсуикский этап, во время которого известно, что бегемоты обитали на севере до Лидса. Во время последнего Девенсианского оледенения, которое, предположительно, началось около 115 000 лет назад, достигло пика около 20 000 лет назад и закончилось всего 10 000 лет назад, ледниками были разрушены долины Уск и Уай, а сам ледниковый щит достиг юга до Вулвергемптона и Кардиффа. Самые древние человеческие останки в Великобритании, известная как «Красная дама из Павиленда» (возраст 29 000 лет), датируются этим временем. Считается, что страна была окончательно покинута, когда ледниковый покров достиг своего максимума, и вновь заселена по мере его отступления. Предполагается, что около 5000 лет назад в Великобритании было теплее, чем сейчас. Среди следов, оставленных ледником, – фьорды западного побережья Шотландии, U-образные долины Озерного края и валуны (каменные глыбы), перенесенные из региона Осло в Норвегии и отложенные на побережье Йоркшира.
Эпоха голоцена
Последние двенадцать тысяч лет известны как эпоха голоцена. Среди наиболее значительных геологических особенностей, сформировавшихся за этот период, – торфяные залежи Шотландии, а также прибрежных и горных районов Англии и Уэльса. Многие низменные отложения, такие как Сомерсетский Уровень, Фенс и Ромни-Марш, в последнее время были искусственно осушены. С тех пор, как люди начали расчищать леса в эпоху нового каменного века, большая часть суши была обезлесена, что ускорило естественные процессы эрозии. Ежегодно добываются большие объемы камня, гравия и глины, и к 2000 году 11% территории Англии было покрыто дорогами или зданиями. В настоящее время Шотландия продолжает подниматься в результате снятия нагрузки девенсианского оледенения. Южная и восточная Англия опускаются, в среднем на 1 мм (1/25 дюйма) в год, а район Лондона опускается вдвое быстрее, частично из-за продолжающегося уплотнения недавних глинистых отложений. Кроме того, повышение уровня моря, предположительно вызванное глобальным потеплением, вероятно, сделает низменные территории все более уязвимыми для затоплений, а в некоторых районах береговая линия продолжает разрушаться геологически быстрыми темпами. На территории Великобритании ежемесячно происходит несколько очень слабых землетрясений, а также более редкие легкие и умеренные. В XX веке было зарегистрировано 25 землетрясений с моментной магнитудой от 4,5 до 6,1, многие из которых произошли на самих Британских островах.
Геологические ресурсы
Сложная геология Великобритании обеспечила ей широким спектром геологических ресурсов, включая обильные запасы угля, первоначальная добыча которого послужила двигателем промышленной революции. В течение XX века эксплуатация нефти и газа в Северном море обеспечила страну дополнительными источниками энергии. Геотермальная энергия и наземная нефть также разрабатывались в меньшей степени. Широкий ассортимент камня использовался для строительства и общестроительных нужд (например, песок и гравий), а другие минералы добывались в шахтах или карьерах для химической промышленности (например, соль), производства металлов (например, медь и олово) или для других целей (например, каолин).