Введение

Геология Шотландии необычайно разнообразна для страны её размеров, с большим количеством различных геологических образований. Выделяют три основных географических подразделения: Высокогорье и острова – разнообразный регион, расположенный к северу и западу от Высокогорского разлома; Центральные низменности – рифтовая долина, преимущественно сложенная палеозойскими породами; и Южные возвышенности, находящиеся к югу от Южного возвышенного разлома, в основном состоят из силурийских отложений. Подстилающие породы включают в себя древнейший архейский гнейс, метаморфические слои, перемежающиеся с гранитными интрузиями, образовавшимися в период Каледонской складчатости (Каледонская орогенезия), коммерчески значимые угольные, нефтяные и железорудные залежи, а также остатки крупных палеогеновых вулканов. В процессе их формирования тектонические движения создавали климатические условия, варьирующиеся от полярных до пустынных и тропических, что привело к разнообразию ископаемых остатков. Шотландия также сыграла важную роль во многих значительных открытиях, таких как теория тектоники плит и разработка теорий образования горных пород, и была родиной выдающихся ученых, включая Джеймса Хаттона («отца современной геологии»), Хью Миллера и Арчибальда Гейки. Различные локации, такие как «Несоответствие Хаттона» в Сиккар-Пойнте (Бервикшир) и Мойнский надвиг на северо-западе, также имели большое значение для развития геологической науки.

Обзор

С геологической и геоморфологической точек зрения, страна подразделяется на три основных региона, все из которых подверглись воздействию оледенений плейстоцена.

Высокогорья и острова

Высокогорья и острова расположены к северу и западу от Highland Boundary Fault, простирающегося от Аррана до Стоунхейвена. Эта часть Шотландии преимущественно сложена древними породами кембрийского и докембрийского периодов, которые были подняты в результате более позднего каледонского орогенеза, сформировав горную цепь. Эти основания пронизаны многочисленными магматическими интрузиями более позднего возраста, остатки которых образовали горные массивы, такие как Кэрнгормс и Скай Куиллинс. Значительным исключением являются ископаемые слои Старого Красного песчаника, в основном расположенные вдоль побережья Морей-Ферт и на Оркнейских островах. Эти породы возрастом около 400 миллионов лет образовались в девонский период. Высокогорья в основном гористые и рассечены Great Glen Fault. Здесь находятся самые высокие вершины Британских островов, включая Бен-Невис – высочайшую точку на высоте 1344 метра. Шотландия включает более 790 островов, разделенных на четыре основные группы: Шетландские, Оркнейские и Гебридские острова, которые, в свою очередь, подразделяются на Внутренние и Внешние Гебриды. Архипелаг Сент-Килда, являющийся частью Гебридских островов, состоит из палеогеновых магматических образований – гранитов и габбро, сильно подверженных выветриванию. Эти острова представляют собой остатки давно потухшего кольцевого вулкана, поднимающегося с подводного плато на глубине около 40 метров. Геология Шетландских островов сложна и характеризуется многочисленными разломами и складками. Эти острова являются самой северной областью Шотландии, сложенной каледонскими орогенными породами, и содержат выходы луизианских, далрадианских и мойнских метаморфических пород с аналогичной историей, как и их аналоги на материковой Шотландии. Также здесь встречаются отложения Старого Красного песчаника и гранитные интрузии. Наиболее характерной особенностью являются ультрабазитовые офиолитовые перидотиты и габбро на островах Анст и Фетлар, представляющие собой остатки дна океана Япетус. Значительная часть экономики Шетландских островов зависит от добычи нефти и газа на месторождениях в окружающих морях.

Долина Мидленд

Часто называемая Центральной низменностью, это рифтовая долина, состоящая преимущественно из палеозойских образований. Многие из этих отложений имеют экономическое значение, так как именно здесь залегают угольные и железорудные породы, обеспечивавшие топливом промышленную революцию Шотландии. Несмотря на относительно небольшой рельеф, холмы, такие как Пентленд-Хиллз, Очилс и Кампси-Феллз, редко скрываются из виду. Эта область также подвергалась интенсивной вулканической активности: Артурский трон в Эдинбурге – остаток гораздо более крупного вулкана, действовавшего в каменноугольный период около 340 миллионов лет назад. В результате деятельности ледниковых периодов сформировались драмлины, а у многих холмов можно наблюдать рельеф типа «скала и хвост».

Южные возвышенности

Южные возвышенности — это горный хребет протяженностью почти [укажите протяженность, если она есть в оригинале], изрезанный широкими долинами. Они расположены к югу от второй линии разлома, проходящей от Баллантре к Данбару. Геологическое основание в основном сложено силурийскими отложениями, образовавшимися около 4,5 миллиардов лет назад.

Постледниковые события

В течение плейстоценовых ледниковых периодов вся Шотландия была покрыта ледниковыми щитами, и ландшафт в значительной степени сформирован оледенением, а в меньшей степени – последующими изменениями уровня моря. В постледниковую эпоху, примерно в 6100 г. до н.э., Шотландия и Фарерские острова пережили цунами высотой до 20 метров, вызванные оползнями Сторгегга – серией огромных подводных обвалов у побережья Норвегии. Землетрясения случаются редко и обычно бывают слабыми. Большой Глен является наиболее сейсмически активным районом Великобритании, но последнее заметное землетрясение произошло в 1901 году.

Архейский и протерозойский эоны

Самыми старыми породами Шотландии являются левизианские гнейсы, образовавшиеся в докембрийский период, до 3000 млн лет назад. Они одни из древнейших пород на Земле. Они формируют фундамент к западу от Мойнского сброса на материковой части Шотландии, во Внешних Гебридах, а также на островах Колл и Тири. Эти породы преимущественно магматического происхождения, с примесью метаморфизованного мрамора, кварцита и слюдяного сланца, и пронизаны более поздними базальтовыми жилами и гранитной магмой. Одно из таких внедрений формирует вершинное плато горы Ройнабал на острове Харрис. Порода здесь – анортозит, по составу схожая с горными породами Луны. В этот же период над гнейсами отложились песчаники Торридонской формации, содержащие древнейшие свидетельства жизни в Шотландии. В позднем докембрии на территории, которая сейчас является Шотландским нагорьем, накапливались мощные осадочные отложения: песчаники, известняки, глины и лавы.

Кембрийский период

Дальнейшие осадочные отложения формировались на протяжении кембрийского периода (541–485 млн лет назад), некоторые из которых, вместе с более ранними протерозойскими отложениями, метаморфизовались в далрадийскую серию. Она состоит из разнообразных пород, включая слюдяной сланец, биотитовый гнейс-сланец, сланцеватый гравий, грейвак и кварцит. Территория, которая впоследствии стала Шотландией, в это время находилась близко к Южному полюсу и являлась частью Лаврентии. Окаменелости из северо-западного высокогорья указывают на присутствие трилобитов и других примитивных форм жизни.

Ордовикский период

На севере прото-Шотландия перемещалась, и с 460 по 430 миллионов лет назад в районе, который сейчас является долиной Мидленд, отлагались песчаник, аргиллит и известняк. Это происходило в неглубоких тропических морях на окраинах океана Япетус. Комплекс Баллантрей близ Жирвана сформировался из дна этого океана и по составу схож с породами, обнаруженными в районе Лизард в Корнуолле. Тем не менее, северная и южная части Британии были далеко друг от друга в начале этого периода, хотя расстояние между ними начало сокращаться по мере того, как континент Авалония отделился от Гондваны, столкнулся с Балтикой и дрейфовал к Лаврентии. Каледонская складчатость начала формировать горную цепь от Норвегии до Аппалачей. В южном полушарии наступил ледниковый период, а в конце этого периода произошло первое массовое вымирание жизни на Земле.

Силурский период

В течение силурийского периода (444–419 млн лет назад) континент Лаврентия постепенно сталкивался с Балтикой, присоединяя Шотландию к территории, которая впоследствии стала Англией и Европой. Уровень моря поднялся по мере таяния ордовикских ледниковых щитов, а тектонические движения создали крупные разломы, из ранее разрозненных фрагментов сформировавшие очертания Шотландии. Эти разломы включают Highland Boundary Fault, отделяющий Низменности от Высокогорья, Great Glen Fault, разделяющий Северо-Западное Высокогорье от Грампианских гор, Southern Uplands Fault и Япетский шрам (Iapetus Suture), проходящий от залива Солвей-Ферт до Линдисфарна и отмечающий закрытие океана Япет и соединение северной и южной частей Британии. Силурийские породы формируют Южные возвышенности Шотландии, которые были подняты со дна моря в результате столкновения с Балтикой/Авалонией. Большинство пород представляет собой слабо метаморфизованный грубый грейвак.

Девонский период

Шотландская суша теперь являлась частью континента Старого Красного Песчаника и располагалась примерно в 25 градусах к югу от экватора, медленно перемещаясь на север в этот период до 10 градусов южной широты. Отложения Старого Красного Песчаника, сформировавшиеся от 408 до 370 миллионов лет назад, образовались в результате эрозии более ранних силурийских пород, поднятых в процессе формирования Пангеи, и их последующего отложения в пресноводный водоем (вероятно, в систему крупных речных дельт). Огромное пресноводное озеро – озеро Оркадия – существовало у подножия разрушающихся гор, простиравшихся от Шетландских островов до южного залива Морей-Ферт. Эти формации чрезвычайно мощные, местами достигают 11 000 метров в толщину, и подразделяются на три категории: «Нижний», «Средний» и «Верхний» – от самых древних до самых молодых. Благодаря этому Старый Красный Песчаник является важным источником окаменелостей рыб и был предметом интенсивных геологических исследований в XIX веке. В Шотландии эти породы преобладают в бассейне Морей-Ферт и Оркнейском архипелаге, а также вдоль южной границы Хайлендского разлома. В других районах вулканическая активность, возможно, вызванная закрытием Япетского шва, привела к образованию Чевиотских холмов, холмов Охил, холмов Сидлоу, части холмов Пентленд и мыса Скурди-Несс на побережье Ангуса.

Углеродный период

В течение карбонового периода (359–299 млн лет назад) Шотландия располагалась вблизи экватора. В этот период произошло несколько изменений уровня моря, и угольные месторождения Ланаркшира и Западного Лотиана, а также известняки Файфа и Данбара относятся к этому времени. Вблизи Батгейта находятся нефтяные сланцы, вокруг которых в XIX веке развилась нефтеперерабатывающая промышленность, а в других частях долины Мидленд есть залежи железной руды и огнеупорной глины, имевшие значение в начале промышленной революции. В Фоссильной роще парка Виктория в Глазго сохранились остатки карбонового леса. Дальнейшая вулканическая активность привела к образованию холма Артура и скал Солсбери в Эдинбурге, а также близлежащих холмов Батгейт.

Пермский период

Континент Старого Красного Песчаника вошел в состав суперконтинента Пангея в пермский период (299–252 млн лет назад), в течение которого прото-Британия продолжала дрейфовать к северу. Климат Шотландии в это время был засушливым, и были обнаружены некоторые окаменелости рептилий. Однако пермские песчаники встречаются лишь в нескольких местах, преимущественно на юго-западе, на острове Арран и на побережье Морей-Ферт. Камень, добытый в Хоупмене (Морей), использовался при строительстве Национального музея и зданий шотландского парламента в Эдинбурге. В конце этого периода произошло пермско-триасовое вымирание, в результате которого исчезло 96% всех морских видов, а восстановление биоразнообразия заняло 30 миллионов лет.

Триасовый период

В течение триасового периода (252–201 млн лет назад) значительная часть Шотландии оставалась в условиях пустыни, а возвышенности в Шотландском нагорье и Южных возвышенностях поставляли осадочные породы в окружающие бассейны посредством паводковых разливов. Так образовались песчаниковые обнажения в окрестностях Дамфриса, Элгина и острова Арран. К концу этого периода уровень моря начал повышаться, а климат становился менее засушливым.

Юрский период

С началом юрского периода (201–145 млн лет назад) Пангея начала распадаться на два континента – Гондвану и Лавразию, что ознаменовало начало разделения Шотландии и Северной Америки. Уровень моря поднялся, поскольку Британия и Ирландия дрейфовали на Евразийской плите между 30° и 40° северной широты. Большая часть северной и восточной Шотландии, включая Оркнейские, Шетландские и Внешние Гебридские острова, оставалась над наступающими морями, но юг и юго-запад были затоплены. На суше сохранились лишь отдельные участки осадочных пород этого периода – на побережье Сазерленда вблизи Голспи и, формирующие Великую эстуарную группу, на островах Скай, Малл, Раасай и Эйг. Однако этот период имеет большое значение: захоронение водорослей и бактерий под илами морского дна привело к образованию нефти и природного газа в Северном море, значительная часть которых оказалась заключенной в песчаниках, перекрывающих отложения, образовавшиеся при отступлении морей и формировании болот, солёных озёр и лагун, служивших домом для динозавров.

Кредовый период

В меловом периоде (145–66 млн лет назад) Лавразия распалась на континенты Северная Америка и Евразия. В этот период уровень моря во всем мире поднялся, и значительная часть низменной Шотландии была покрыта слоем мела. Хотя на территории Шотландии было отложено значительное количество меловых пород, они не сохранились в результате эрозии, за исключением нескольких мест на западном побережье, таких как Лох Алин в Морверне, где они входят в состав группы Внутренних Гебридских островов. В конце этого периода мелово-палеогеновое вымирание положило конец эпохе динозавров.

Палеогенный период

В раннем палеогене, между 63 и 52 миллионами лет назад, сформировались последние вулканические породы на Британских островах. По мере того как Северная Америка и Гренландия отделялись от Европы, медленно формировался Атлантический океан. Это привело к образованию цепи вулканических центров к западу от материковой Шотландии, включая острова Скай, Малые острова и Сент-Килда, в Ферт-оф-Клайде на Арране и Айлса-Крейг, а также в Арднамурчане. Уровень моря начал понижаться, и впервые проявились общие контуры современных Британских островов. В начале этого периода климат был субтропическим, а эрозия происходила за счет химического выветривания, формируя характерные особенности шотландского ландшафта, такие как топографическая впадина Хоу-оф-Алфорд близ Абердина. Растительность этого периода известна по палеоценовым осадочным отложениям на острове Малл. Богатая флора включала в себя древесные виды умеренного климата, такие как платан, орешник, дуб, Cercidiphyllum, Metasequoia и гинкго.

Миоцен и плиоцен

В эпоху миоцена и плиоцена в Шотландском нагорье продолжались поднятия и эрозия. Растительный и животный мир приобретал современные черты. Шотландия находилась в своем современном географическом положении. По мере развития миоцена температура понижалась и стабилизировалась на уровне, близком к современному.

Эпоха плейстоцена

Несколько ледниковых периодов сформировали рельеф посредством ледниковой эрозии, создав U-образные долины и отложив морены, особенно на западном побережье. Последнее крупное наступление льда достигло пика около 18 000 лет назад, оставив после себя другие следы, такие как гранитные останцы на горных плато Кэрнгорм.

Эпоха голоцена

За последние двенадцать тысяч лет наиболее значительными новыми геологическими особенностями стали отложения торфа и формирование прибрежного аллювия. Постледниковый подъем уровня моря сочетался с изостатическим поднятием суши, что привело к относительному понижению уровня моря в большинстве районов. В некоторых местах, таких как Кулбин в Морее, эти изменения относительного уровня моря создали сложную систему береговых линий. Редкий тип шотландского побережья, который в основном встречается на Гебридских островах, – это мачаир, низменная дюнная пастбищная местность, образовавшаяся в результате понижения уровня моря и оставления поднятого пляжа. В настоящее время Шотландия продолжает медленно двигаться на север.

Геологи в Шотландии

Шотландские геологи и не шотландцы, работающие в Шотландии, сыграли важную роль в развитии науки, особенно в ее пионерский период в конце XVIII и XIX веков. Это зрелище, как говорят, "наполнило его восторгом". Относительно геологической шкалы времени он знаменито заметил: "мы не находим следов начала, и нет предвидения конца". Джон Плейфэр (1748–1819) из Ангуса был математиком, который проявил интерес к геологии благодаря дружбе с Хаттоном. Его "Иллюстрации к Хаттонианской теории Земли" (1802 г.) оказали влияние на успех последнего. Джон МакКаллок (1773–1835) родился на Гернси и, как и Хаттон до него, изучал медицину в Эдинбургском университете. Будучи президентом Геологического общества с 1815 по 1817 год, он наиболее известен тем, что создал первую геологическую карту Шотландии, опубликованную в 1836 году. "Дерево МакКаллока" – 12-метровая окаменелая сосна в лавовых потоках Малла – названо в его честь. Сэр Чарльз Лайелл (1797–1875) также родом из Ангуса, и его "Принципы геологии" основывались на идеях Хаттона. Теория униформизма Лайелла и его интерпретация геологических изменений как постепенного накопления незначительных изменений на протяжении огромных промежутков времени были центральной темой в "Принципах" и оказали мощное влияние на молодого Чарльза Дарвина. (Роберт Фицрой, капитан "Бигля", одолжил Дарвину экземпляр первого тома первого издания непосредственно перед началом "Путешествия на "Бигле""). Лайелл похоронен в Вестминстерском аббатстве. Сэр Родерик Мёрчисон (1792–1871) родился в Росс и Кромарти и служил под командованием Веллингтона в Пиренейской войне. Получив рыцарский титул в 1846 году, его главными достижениями стали исследования силурийских пород, опубликованные в 1839 году как "Силурийская система", и пермских отложений в России. В его честь назван кратер Мёрчисона на Луне и не менее пятнадцати географических объектов на Земле. Хью Миллер (1802–1856) из Кромарти был каменщиком и самоучкой-геологом. Его публикация 1841 года "Старый красный песчаник" стала бестселлером. Окаменелости, найденные в этих породах, были одним из его увлечений, хотя его глубокие религиозные убеждения заставили его выступить против идеи биологической эволюции. Джеймс Кролл (1821–1890) разработал теорию изменения климата, основанную на изменениях орбиты Земли. Родился недалеко от Перта, он был самоучкой, и его интерес к науке привел к тому, что в 1859 году он был назначен уборщиком в музее Колледжа и музея Андерсона в Глазго. Его статья 1864 года "О физических причинах изменений климата во время ледниковых эпох" привела к его назначению в Эдинбургский офис Геологической службы Шотландии в качестве хранителя карт и корреспонденции, где сэр Арчибальд Гейки поощрял его исследования. В конечном итоге он стал членом Королевского общества. Сэр Арчибальд Гейки (1835–1924) первым признал, что было несколько оледенений, и его статья 1863 года "О ледниковом дрейфе Шотландии" стала важной вехой в развивающихся теориях оледенения. В 1888 году он стал генеральным директором Геологической службы Соединенного Королевства и также был известен своей работой по вулканизму. Артур Холмс (1890–1965) родился в Англии и стал профессором геологии в Эдинбургском университете в 1943 году. Его magnum opus – "Принципы физической геологии", впервые опубликованная в 1944 году, в которой он выдвинул идею о том, что медленно движущиеся конвекционные потоки в мантии Земли создают "континентальный дрейф", как это тогда называлось. Он также стал пионером в области геохронологии. Он дожил до того времени, когда теория тектоники плит получила широкое признание, и его считают одним из самых влиятельных геологов XX века.

Сиккарский пункт

Сиккар-Пойнт в Бервикшире всемирно известен как одно из мест, подтвердивших взгляды Хаттона на огромный возраст Земли. Здесь силурийские породы наклонены почти вертикально. Более молодые карбониферские породы несогласно залегают поверх них, плавно опускающиеся, что указывает на то, что между образованием этих двух слоев должно было пройти колоссальное количество времени. Когда Хаттон и Джеймс Холл посетили это место в 1788 году, их спутник Плейфэр написал:

"Впечатление от увиденного впервые нелегко забыть для тех, кто это видел. Мы невольно переносились в то время, когда сланцы, на которых мы стояли, еще лежали на дне моря, а песчаник перед нами только начинал отлагаться в виде песка или ила из вод суперконтинентального океана. Разум словно кружился, заглядывая так далеко в бездну времени; и пока мы с увлечением и восхищением слушали философа, раскрывающего перед нами порядок и последовательность этих удивительных событий, мы осознавали, насколько далеко может зайти разум, превосходя возможности воображения." — Джон Плейфэр (1805) Труды Королевского общества Эдинбурга, том V, часть III.

Кноцканский скальный хребет

Мойнский надвиг в Ассинте – одна из наиболее изученных геологических структур в мире. Его открытие в 1880-х годах стало важной вехой в истории геологии, поскольку он был одним из первых в мире идентифицированных зон надвигов. В Инчнадэмфе, рядом с отелем, который оставил заметный след в истории ранней геологии, установлен памятник этим двум пионерам полевых исследований. Эта территория находится в центре "Геопарка Северо-Западной Шотландии".

Добс Линн

Лапворт также сыграл заметную роль в известности Добс-Линна, небольшого ущелья в Шотландских пограничных землях, где находится «золотой шпиль» (то есть официальная международная граница или стратотип), определяющий границу между ордовикским и силурийским периодами. Работа Лапворта в этом районе, особенно его изучение сложной стратиграфии силурийских пород на основе сравнения ископаемых граптолитов, была решающей для формирования раннего понимания этих эпох.

Скай Куиллин

Горы Скай-Куиллин представляют собой классические примеры ледникового рельефа и стали предметом ранней опубликованной работы Джеймса Форбса в 1846 году (который был избран членом Королевского общества Эдинбурга в возрасте всего девятнадцати лет). Он сотрудничал с Луи Агассизом во время его поездки в Шотландию в 1840 году, и хотя впоследствии они не сошлись во мнениях, Форбс продолжил публиковать другие важные работы об альпийских ледниках. В 1904 году Альфред Харкер опубликовал "Третичные изверженные породы Скай" – первое подробное научное исследование потухшего вулкана.

Стронциан

На холмах к северу от деревни Стронтиан был обнаружен минерал стронтианит, из которого сэр Хамфри Дэви впервые выделил элемент стронций в 1808 году.

Офисный персонал

На острове Стаффа расположена пещера Фингала, образованная массивными шестиугольными колоннами палеогенового базальта.

Шихаллион

Изолированное положение и правильная форма горы Шиехаллион побудили Невила Маскелина использовать отклонение, вызванное массой горы, для оценки массы Земли в новаторском эксперименте, проведенном в 1774 году. После исследования, проведенного Маскелином, Шиехаллион стал первой горой, для которой была составлена карта с использованием горизонталей.

Ринь

В деревне Ринь в Абердиншире находится важное осадочное месторождение – риньский черт. Основная часть этого ископаемого слоя состоит из примитивных растений, имевших водопроводящие клетки и спорангии, но не листья, а также членистоногих: коллембол, опилионов (сенокосцев), псевдоскорпионов и вымерших тригонотарбид, напоминающих пауков. Это ископаемое местонахождение примечательно по двум причинам. Во-первых, возраст находки (ранний девон, около 410 миллионов лет назад) делает его одним из самых ранних известных мест с наземными окаменелостями, соответствующим первым этапам колонизации суши растениями и животными. Во-вторых, эти черты славятся исключительной сохранностью ультраструктур, при которой отдельные клеточные стенки легко различимы в полированных образцах. Например, в растительном материале были подсчитаны устьица и обнаружены остатки лигнина.

Карьер East Kirkton

Неиспользуемый карьер в Восточном Кирктоне, в холмах Батгейт, – место, где в 1984 году было обнаружено ископаемое каменноугольного периода Westlothiana lizziae (также известное как "Лиззи"). Эта ящерица является одним из самых ранних известных предков рептилий. Экземпляр был частично приобретен на средства, собранные по подписке, и сейчас экспонируется в Национальном музее Шотландии. Участок был впервые обнаружен в начале XIX века и также предоставил ископаемые останки эвриптерид, акул и разнообразных примитивных акантодий.

Болид Вестера Росса

В 2008 году выбросы из ударного кратера метеорита были обнаружены недалеко от Уллапула в Вестер-Россе. Сохранившиеся в осадочных слоях песчаника, они представляют собой крупнейший известный удар болида на территории современной Великобритании и Ирландии.