Давайте теперь кратко повторим основные факты, которые мы только что установили. Они таковы: — 1. Все низменности, примыкающие к холмам, сложены горизонтальными или почти горизонтальными пластами, которые состоят главным образом из красных землистых пластов, переходящих вниз в конгломераты, а вверх — в беловатые и красноватые песчаники. 2. Конгломератовая часть образует границу серии, окаймляя окраины холмов и покоясь иногда на силурийских пластах, а иногда на изверженных породах древнего красного песчаника. 3. Окаменелости встречаются в белых и красных песчаниках, но, по-видимому, отсутствуют в подстилающих красных землистых пластах.
Fig. 7.—S, Silurian strata; i, Old Red Sandstone Igneous Rocks; a1, Conglomerate; a2, Red earthy beds; a3, White and Red Sandstones.
Прилагаемая диаграмма (рис. 7) дает обобщенный вид отношения, которое красные пласты имеют к более древним породам Чевиотских гор. Будет видно, что первые залегают несогласно на изверженных породах древнего красного песчаника, а также, конечно, на силурийских пластах. Разрез показывает, что красные пласты лежат на изношенной и денудированной поверхности. Теперь это говорит об истечении долгого периода времени. Можно вспомнить, что у нас были некоторые основания полагать, что последние извержения Чевиотских вулканов были субаэральными. Доказательства теперь позволяют нам продвинуться дальше и заявить, что после окончания вулканического периода весь Чевиотский район существовал как возвышенный участок суши, с которого потоки текли на север и юг. И так долго длились эти условия, что ручьи и потоки смогли выдолбить много каналов и широких долин до того, как появились какие-либо из окраинных красных пластов. До того, как были отложены пласты конгломерата, древний вулканический берег Чевиотских гор, таким образом, подвергся сильной эрозии. Это то, что означает «несогласие». Это указывает на длительное существование поверхности суши, подверженной, как это всегда должно быть, изнашивающему действию субаэральных сил. Дождь и мороз разрушают породы, а проточная вода катит обломки с более высоких на более низкие уровни и нагромождает их в виде гравия, песка и ила в озерах и море. В то время как старая вулканическая страна Чевиотских гор подвергалась таким образом денудации, по-видимому, обширная суша существовала в Северном нагорье и Южных возвышенностях Шотландии, а также в том, что сейчас является озерными районами Англии и холмистыми трактами Уэльса. И во всех этих регионах были сформированы долины, которые в последующее время были более или менее заполнены новыми отложениями.
Присутствие красных пластов, которые огибают основание Чевиотских гор, безошибочно показывает, что за этими условиями суши последовал период погружения. Все низменности Южной Шотландии исчезли под широким слоем воды, который простирался от подножия Ламмермуров до основания Чевиотских гор и кое-где входил в долины и, таким образом, распространялся в холмы. Эта вода, однако, не кажется водой открытого моря; скорее, это была часть большого пресноводного озера, солоноватой лагуны или внутреннего моря. Самые нижние пласты красной серии — это просто затвердевшие слои и массы гравия и окатанной гальки, которые на первый взгляд, казалось бы, указывают на прежнее действие волн вдоль морского берега. Существуют определенные проявления, однако, которые заставляют подозревать, что эти древние галечные пласты могли иметь совсем другое происхождение. В некоторых местах камни точно напоминают те, что встречаются так обильно в ледниковых отложениях. Они полуугловатые и притупленные и, подобно ледниковым камням, иногда показывают штрихи или царапины. Это, однако, бывает очень редко. Большинство камней, по-видимому, впоследствии перекатывались в воде, и в этом процессе они должны были потерять любые ледяные отметины, которые могли иметь, и стать сглаженными и округлыми, как обычные гравийные камни. Те же проявления можно отметить в ледниковых долинах Норвегии и Швейцарии, где в настоящее время ледниковые камни, которые выталкиваются на нижние концы ледников, перекатываются в потоках и вскоре теряют все следы ледяной работы. Невозможно, однако, вдаваться здесь во все детали доказательств, которые заставляют подозревать, что ледники могли существовать в этот ранний период среди Чевиотских и Ламмермурских холмов. В последнем районе конгломераты встречаются в таких массах и так точно напоминают моренные обломки и ледяной мусор современных ледниковых регионов, что покойный сэр А. К. Рэмси давно предположил их ледяное происхождение.
Давайте представим, что когда древнее озеро или внутреннее море, о котором я говорил, достигло основания Чевиотских гор, ледники могли гнездиться в долинах. Потоки, выходящие из нижних концов этих ледников, сметали огромные количества гравия вниз по долинам к краю озера, и вполне возможно, что могло быть достаточно волнового действия, чтобы распределить гравий вдоль берегов. Очевидно, однако, что основные кучи гальки собирались бы напротив того, что в то время было устьями ледниковых долин; и именно в таких позициях мы сейчас встречаем самые толстые массы конгломерата. Вскоре, однако, предполагаемые ледники, по-видимому, растаяли, и только мелкий песок и ил, кое-где с небольшими окатанными камнями и гравелитом, накапливались вокруг берегов древнего озера. Конечно, в течение всего этого времени мелкозернистые осадки собирались над более глубокими частями озерного дна.
У нас нет данных, указывающих на то, какие существа, если они вообще были, населяли эту землю в то время; также в красноцветных глинистых пластах не встречается никаких окаменелостей, которые могли бы пролить свет на условия жизни, существовавшие, возможно, в этом озере. Если ледники действительно существовали и приносили ледяную воду, условия вряд ли были бы благоприятными для какой-либо жизни, поскольку ледниковые озера, как правило, безжизненны. Однако отсутствие окаменелостей может быть обусловлено и другими причинами. Примечателен тот факт, что красноцветные толщи, как правило, лишены окаменелостей, а те немногие, что иногда в них встречаются, обычно указывают скорее на озерные и солоноватоводные, нежели на морские условия. Недостаток или отсутствие органических остатков, по-видимому, часто были связаны с избыточным содержанием солей в воде. Эта чрезмерная соленость могла возникнуть двумя путями. Во-первых, можно предположить, что какой-то обширный участок моря был отрезан от связи с открытым океаном в результате поднятия части его дна; в этом случае образовалась бы лагуна с соленой водой, которую испарение постепенно концентрировало бы до такой степени, что со временем в ее водах ничто не смогло бы жить. Либо же озеро могло быть отравлено притоком источников и ручьев, несущих различные соли в растворенном виде, что делало его непригодным для жизни любого рода, как животной, так и растительной. Многие отложения красного песчаника, как отмечал сэр Э. К. Рэмзи, очевидно, являются лагунными образованиями, что подтверждается присутствием сопутствующих пластов каменной соли, гипса и магнезиального известняка. Они медленно накапливались в огромных внутренних морях или бессточных озерах, воды которых подвергались испарению и концентрации, хотя время от времени они, по-видимому, более или менее свободно сообщались с океаном. Однако красноцветные глинистые пласты Джеда, хотя и лишены окаменелостей, не содержат никаких следов каменной соли или магнезиального известняка. Единственная общая черта, которую они имеют с соленосными толщами нового красного песчаника Англии, — это их цвет, обусловленный присутствием перекиси железа, которая, как нам трудно представить, могла отложиться в иле моря, свободно сообщающегося с океаном. Но спокойное озеро, питаемое ручьями и реками, дренирующими древний вулканический район, — это именно тот тип водоема, в котором можно ожидать накопления сильно железистого ила и песка. Такое озеро, загрязненное различными солями и т. д., приносимыми в него ручьями и источниками (некоторые из которых могли быть термальными, ибо, как мы увидим далее, вулканические силы, хотя и находились в состоянии покоя, еще не угасли), вполне могло быть непригодным для животных или растений, и, вероятно, это одна из причин, почему красноцветные глинистые пласты Джеда так бедны окаменелостями.
Спустя некоторое время физические условия в рассматриваемых регионах претерпели дальнейшие изменения. Произошло значительное опускание суши, и воды нашего внутреннего моря или озера поднялись высоко по склонам Чевиот-Хилс. Заметьте теперь, как меняется характер осадочных пород. Преобладающий красный цвет исчез, и белый, желтый, бледно-зеленый или серый песок начал заполнять ложе озера. Тем не менее, железистые вещества все еще присутствовали в достаточном количестве, чтобы местами окрашивать осадки в красный цвет. С появлением этих более светлых песчаных отложений условия, по-видимому, стали более пригодными для поддержания жизни. Рыбы своеобразных форм, которые, подобно панцирной щуке озер Северной Америки, были снабжены прочным чешуйчатым панцирем из твердой кости, стали встречаться в изобилии, в воде росли водоросли, а соседняя суша поддерживала растительность, ныне весьма скудно представленную немногими сохранившимися остатками растений. В некоторых местах чешуя рыб встречается в значительном количестве. Она принадлежит к нескольким родам и видам, которые более или менее характерны для формации древнего красного песчаника. Самой примечательной формой был Pterichthys, или крылоплавниковая рыба. Его тупоконечная голова и передняя часть тела были заключены в сплошной костный панцирь, образованный соединением многочисленных костных чешуек или пластин. Два любопытных изогнутых шиповидных отростка занимали место грудных плавников и, возможно, использовались существом для передвижения по дну моря или озера, в котором оно обитало. Задняя часть тела была покрыта костными чешуйками, но они не были соединены швами. Другими видами рыб были Holoptychius и Coccosteus, обе из которых, подобно Pterichthys, были снабжены костной чешуей. Чешуя первого перекрывалась и имела любопытную морщинистую поверхность. Голова Coccosteus была защищена большим костным щитом или панцирем, а аналогичный костный панцирь покрывал брюшную область.
Органические остатки этих рыбоносных толщ, однако, слишком скудны, чтобы позволить нам составить какое-либо представление о типе климата, который характеризовал этот район в столь отдаленный период; но если мы будем полагаться на окаменелости, найденные в пластах того же или примерно того же возраста в других местах, мы можем быть почти уверены, что климат был мягким и способствовал развитию на суше обильной растительности, состоящей из папоротников, крупных тростников и плаунов, которые достигали размеров больших деревьев, хвойных и других странных деревьев, не имеющих современных аналогов.
Представляется наиболее вероятным, что когда суша в районе Чевиот-Хилс опустилась, позволив древнему озеру достичь, так сказать, более высокого уровня, была установлена некоторая связь с внешним океаном. Красный железистый ил перестал бы накапливаться или собирался бы лишь время от времени; отложения по большей части были бы белыми, желтыми или бледно-зелеными; и рыба могла бы проникать из моря. Однако связь с океаном, вероятно, никогда не была очень свободной, а была подвержена частым прерываниям.
Здесь, таким образом, заканчивается третий великий период времени, представленный горными породами района Чевиот-Хилс. Первый период, как мы видели, завершился отложением силурийских пластов. Вслед за этим последовал огромный промежуток времени, не зафиксированный в Чевиот-Хилс присутствием каких-либо горных пород, но представленный в других регионах более молодыми членами силурийской системы. В течение этой не зафиксированной части прошлого силурийские пласты Чевиот-Хилс были уплотнены, сжаты, смяты в складки, подняты на поверхность и превращены в холмы и долины под воздействием субаэральных сил. Затем начался второй период формирования горных пород в нашем районе. Вулканы извергали последовательные пласты расплавленного вещества и ливни камней и пепла, тем самым создавая скальные массивы самых высоких частей Чевиот-Хилс. Эти извержения относятся к эпохе древнего красного песчаника и составляют часть того, что мы называем нижним древним красным песчаником. После угасания вулканов прошел еще один длительный период, который не представлен в Чевиот-Хилс наличием каких-либо горных пород. Именно тогда, как мы знаем, великий вулканический массив подвергся денудации и превратился в систему холмов и долин. Теперь, поскольку очевидно, что красные пласты Джеда и других мест также относятся к эпохе древнего красного песчаника, следует, что они должны занимать более высокое положение в формации древнего красного песчаника, чем сильно денудированные изверженные породы, на которых они лежат несогласно. Разумный вывод заключается в том, что денудация или разрушение изверженных пород нижнего древнего красного песчаника Чевиот-Хилс происходили в течение того периода, который представлен в других районах Шотландии тем, что называется средним древним красным песчаником, так что пласты Джеда будут, таким образом, классифицироваться как верхний древний красный песчаник.
Fig. 8.—s, Silurian strata; i, Cheviot Igneous Rocks (Lower Old Red Sandstone); r, Upper Old Red Sandstone series; c, Kelso Igneous Rocks (Lower Carboniferous); d, Lower Carboniferous Sandstones, Shales, etc.
Теперь я перехожу к рассмотрению некоторых горных пород, которые, хотя они развиты главным образом за пределами нашего района, все же требуют некоторого внимания, прежде чем мы сможем завершить наше описание геологической истории Чевиот-Хилс. Упомянутые породы состоят главным образом из древних лавовых пластов, которые очень близко напоминают таковые нижнего древнего красного песчаника. Они появляются на южной стороне долины Твид ниже Келсо, откуда они простираются на юго-запад и запад, пересекая реку у Макерстауна и поворачивая на север, образуя холмы вокруг Смейлхолма, Стихилла и Хьюма (рис. 8). К востоку от этих пород долина Твид занята большой толщей серых песчаников, а также серых и синих сланцев и глин, с которыми связаны тонкие прослои цементного камня и местами грубозернистые песчанистые известняки, называемые корнстоунами. Эти пласты залегают на окраинах изверженных пород Келсо и явно более позднего происхождения, чем они, поскольку в их нижних пластах, которые часто являются конгломератовыми, мы находим многочисленные окатанные обломки изверженных пород, на которые налегают песчаники и сланцы. Последние дали ряд окаменелостей, как животных, так и растений, о которых я упомяну позже. В русле Тевиота близ Роксборо и в других местах изверженные породы Келсо залегают на беловатых и красноватых песчаниках, которые, очевидно, являются верхними членами красных пластов Джед-Уотер и других местностей.
Пласты, близко напоминающие серые песчаники и сланцы долины Твид, появляются среди Чевиот-Хилс в верховьях Джед-Уотер, где они отмечены присутствием мощных массивных песчаников, которые образуют все вершины холмов между Хангри-Ло и высотами, возвышающимися над истоками Лиддел-Уотер — наибольшая высота достигает Картер-Фелл, что составляет 1815 футов над уровнем моря. Пласты в этом месте содержат немного нечистого известняка и тонкие пласты угля, в то время как пласты лавы и туфа появляются, перемежаясь в этой серии.
Fig. 9.—Section across old volcanic neck. The dotted line above suggests the original form of the volcano; b, plug of igneous rock which rose in a molten state and cooled in the vent.
Теперь давайте быстро суммируем выводы, подсказанные этими кратко изложенными фактами. Мы видели, что верхний древний красный песчаник начал отлагаться в озере, которое, по мере того как шло время, вероятно, сообщалось с морем, в то время как суша подвергалась процессу опускания, так что площадь отложения значительно увеличилась, и осадки постепенно накапливались в местах и на уровнях, которые существовали как суша, когда древнее озеро впервые появилось в районе Чевиот-Хилс. Древние лавовые пласты Келсо показывают, что вулканические силы, которые долгое время находились в покое, снова стали активными. Огромные потоки расплавленного вещества извергались из недр земли и изливались по дну внутреннего моря. Но все крупные вулканы этого периода были ограничены центром долины Твид. Однако немало маленьких изолированных вулканов, по-видимому, усеивали морское дно за пределами района Келсо. Из них выбрасывались ливни камней, а иногда они также извергали расплавленное вещество. Их местоположение теперь представлено округлыми холмами, которые возвышаются более или менее резко над уровнем волнистых участков, где они встречаются (рис. 9). Среди наиболее заметных — Руберс-Ло, Блэк-Ло, Даниан и Лантон-Хилл. Конечно, остались только закупоренные жерла или некки; все рыхлые продукты извержения, которыми они, должно быть, когда-то были окружены, давно были стерты и смыты. Наконец, вулканы Келсо погасли, и маленькие, вероятно, также вымерли в то же время. Затем последовал еще один долгий период, в течение которого внутреннее море исчезло, а его высохшее дно подверглось денудационному воздействию субаэральных сил. Вулканические породы района Келсо подверглись значительной эрозии, в то время как более мягкие песчаные пласты, среди которых они извергались, несомненно, испытали еще большее разрушение. Вскоре, однако, сцена снова меняется; и то, что сейчас является долиной Твид, становится широким эстуарием, берега которого поначалу образованы изверженными породами Келсо. В этот эстуарий реки и ручьи несут продукты разрушения Южных возвышенностей и устилают его дно песком и илом. Время от времени папоротники и крупные хвойные деревья приносятся течением и, напитавшись водой, опускаются на дно, где они оказываются погребенными в медленно накапливающихся осадках. Характер этих погребенных растений показывает, что климат должен был быть мягким. Они принадлежат к видам, характерным для каменноугольной системы, и мы смотрим на них с интересом как на предшественников того огромного растительного покрова, который со временем должен был покрыть обширные территории в Британии и дать начало нашим угольным пластам, источнику такого большого национального богатства. В водах эстуария в изобилии встречались крошечные ракообразные существа, называемые ципридами, и с ними был связан ряд мелких моллюсков, главным образом брюхоногих. Местами на дне эстуария накапливались значительные количества известкового ила и песка, которые со временем образовывали пласты цементного камня и нечистого известняка или корнстоуна. Как долго это состояние вещей сохранялось в долине Твид, мы не можем сказать; но мы знаем, что после того, как накопилась очень значительная толща осадков, эстуарные условия преобладали над юго-западным концом того, что сейчас является хребтом Чевиот. Это указывает на значительное опускание суши. В этом же регионе проявилась вулканическая деятельность, и были выброшены потоки лавы и ливни обломочных материалов — остатки которых видны в Хангри-Ло, Кэтклью-Шин и верховьях Джеда. Мягкие климатические условия сохранялись; и кое-где, вдоль того, что было либо низкими островками, либо плоскими илистыми берегами эстуария, растения росли в достаточном количестве, чтобы образовать массы растительности, которые, впоследствии погребенные под илом и песком, были сжаты и минерализованы, и таким образом превратились в уголь. Единственное место, где они сейчас встречаются, — это гребень Чевиот-Хилс на Картер-Фелл. Процесс опускания продолжался, и толстый слой песка постепенно распространился по месту затопленных лесов. Чтобы проследить физическую историю непосредственно после этого, мы должны выйти за пределы района Чевиот-Хилс; и, возможно, будет достаточно, если я просто укажу, что эти эстуарные или озерные условия, которые преобладали в течение долгого времени не только над районами Твид и Чевиот, но и в различных других частях Шотландии, в конце концов уступили место морю. В этом море в изобилии встречались кораллы, морские лилии и многочисленные моллюски и рыбы — все это указывает на преобладание мягких климатических условий. Органические остатки и геологическое положение эстуарных пластов Твид и Чевиот-Хилс — залегающих, как они это делают, на верхнем древнем красном песчанике — доказывают, что они принадлежат к нижней серии великой каменноугольной системы.