АРХЕЙСКИЙ ЭТАП(3,5-2,6 млрд. лет)

Древнейшие нижнеархейские породы, являющиеся фундаментом для всех более молодых толщ на щитах многих древних платформ - Северо-Американской, Австралийской, Индостанской, Африканской, Восточно-Европейской и Сибирской, представлены комплексом так называемых "серых гнейсов", сильно метаморфизованных магматических пород среднего (андезитового) состава, как вулканических, так и интрузивных, образующих вулканоплутоническую ассоциацию. Эти комплексы слагают реликты наиболее древней протоконтинентальной коры, возраст которой оценивается в 3,9-3,5 млрд. лет. Это - катархей, или древнейший архей. Однако все еще дискутируется вопрос о том, какая по строению земная кора лежала в основании древних платформ - была ли она по составу сиалической (протоконтинентальной) или меланократовой (океанской), состоящей из основных магматических пород. Неизвестно, была ли первичная древнейшая кора, состоящая из "серых гнейсов", сплошной или в ней были промежутки - своеобразные "окна" с меланократовой корой.

На этом фундаменте древних платформ залегают мощные и разнообразные комплексы уже собственно архейских пород, сильно метаморфизованных и дислоцированных. Среди них выделяются две важнейшие группы. С одной стороны, это разнообразные натровые и калинатровые граниты и гнейсы, причем среди последних находятся такие породы, как метавулканиты ("мета" значит метаморфизованные) основного и реже кислого состава, метаконгломераты, мета-кварциты, железистые кварциты и мраморы. А с другой - зеленокаменные11 узкие пояса, сложенные относительно слабометаморфизованными ультраосновными (так называемыми коматиитами), основными и средними вулканитами и реже кремнистыми и песчано-глинистыми отложениями.

Эти вулканические прогибы в позднем архее подверглись складчатости, а их гранитогнейсовый фундамент испытал энергичную гранитизацию. Для архея устанавливается несколько генераций зеленокаменных поясов, отличающихся по своему развитию. Для одних характерен резко контрастный, или бимодальный, вулканизм (ультраосновные, основные и кислые вулканиты), для других, наоборот, последовательно дифференцированные вулканические серии.

Наиболее характерной чертой архейских комплексов всех древних платформ, кроме, пожалуй, пород зеленокаменных поясов, является сильнейший и неоднократный метаморфизм, развивавшийся в условиях высоких температур и давлений при погружении на большие глубины. Наличие повышенного по сравнению с более поздним временем теплового потока привело в конце позднего архея на рубеже около 2,7 млрд. лет к повсеместной гранитизации древнего гнейсового фундамента. Характер деформаций всех этих пород, стиль их структуры указывает на ведущую роль пластического течения масс. Несомненно, проявлялись также вертикальные и горизонтальные тектонические движения, о чем свидетельствуют реликты первично осадочных пород - конгломератов и кварцитов. Благодаря мощному разогреву еще неустойчивая земная кора легко подвергалась растяжению и в разрывы устремлялась ультраосновная и основная магма, формируя зеленокаменные троги вулканических пород. Резко повышенный тепловой поток и гранитизация с привносом ряда элементов должны были вызывать также увеличение объема вещества, что, в свою очередь, приводило к сильным деформациям.

Кроме зеленокаменных поясов в архее развиты и так называемые парагнейсовые пояса, наложенные на раздробленный древнейший фундамент. В прогибах, за счет которых и сформировались эти пояса, накапливались преимущественно обломочные осадки, испытавшие потом неоднократный и очень сильный метаморфизм вплоть до гранулитовой фации и интенсивную складчатость. Зеленокаменные и парагнейсовые, или гранулитовые, пояса - это реликты древнейших подвижных зон Земли.

Характерной особенностью архейских метаморфических толщ являются гнейсовые купола и овалы - в десятки километров в диаметре, замкнутые структуры, с полого залегающими "слоями" в центральной (апикальной) части купола и с очень сложной складчатостью в краевых зонах. В условиях разогрева плотность вещества уменьшалась, и оно всплывало подобно гигантскому пузырю. Таким образом, гранитизированные, высокопластичные гнейсовые массы как бы "перемешивались", поднимаясь и погружаясь, создав к концу архея первичную континентальную кору на значительной поверхности земного шара. В архейское время температуры на поверхности Земли могли превышать 100-250 ^oС. Однако и в этих условиях уже зарождалась жизнь и происходили процессы осадконакопления, которые отличались от современных. Низкое содержание кислорода в архейской атмосфере Земли сказывалось на слабом экранирующем эффекте озонного слоя, и губительные для всего живого наиболее короткие волны ультрафиолетовой части спектра свободно достигали поверхности Земли.

Подводя итог рассмотрению архейской истории Земли, можно констатировать, что нам все-таки еще очень мало известно об этом древнейшем этапе развития. Все породы настолько сильно изменили свой первичный облик, что восстановить его нередко оказывается невыполнимой задачей. К концу раннего архея уже существовал, хотя. возможно и не повсеместно, гранитогнейсовый слой земной коры, который уже 3,0-3,3 млрд. лет назад подвергался раскалыванию с формированием зеленокаменных и гранулитовых поясов. Следы еще более ранней стадии развития практически исчезли.

Естественно, что для архейского времени не приходится говорить о каких-либо типах тектонических структур, напоминавших фанерозойские. Какие-то морские бассейны, по-видимому, могли существовать.

Рис. 19.1. Схема эволюции органического мира и главнейшие глобальные события в позднем архее-протерозое

К концу архея огромные пространства были охвачены гранитизацией и складчатостью и образовался гигантский массив с протоконтинентальной корой. Остается неясным, что же можно было противопоставить этому массиву не менее грандиозный протоокеан? И где он находился?

Органический мир архея. Земля - это единственная планета Солнечной системы, на которой сформировались условия, благоприятные для возникновения жизни (рис. 19.1). Исключительную роль сыграли размеры Земли и земные температуры. В первом случае гравитационное притяжение таково, что обеспечивает удержание атмосферы вблизи поверхности Земли, а во втором - диапазон температур приводит к тому, что подавляющая часть воды способна находиться в жидком состоянии - в наиболее благоприятной форме для жизни. Архейский эон включает тайну возникновения жизни на Земле. Вряд ли мы когда-нибудь получим доказательства эволюции самых ранних этапов жизни хотя бы потому, что клетки разрушаются и наиболее древние из них для нас, по-видимому, навсегда потеряны. Можно констатировать, что наиболее древние следы органической жизни в настоящее время установлены в породах с возрастом в 3,4- 3,5 млрд. лет. Они более чем на 1,5-1,2 млрд. лет отстоят от времени образования Земли (4,7-5,0 млрд. лет).

В течение огромного промежутка времени господствовали организмы, которые были лишены внутренней структуры клеток, в них не было ядра, и ДНК не могла группироваться в дискретные хромосомы. Подобные организмы называются прокариотическими в отличие от эукариотических, клетки которых обладают ядром, сложной внутренней структурой и хромосомами.

Архейский эон - это время прокариотов - бактерий и синезеленых водорослей, единственных следов жизни столь далекого прошлого. Наиболее древние организмы, представляющие собой следы жизнедеятельности синезеленых водорослей и называемые строматолитами, обнаружены в Австралии, в районе Пилбара. Их возраст оценивается примерно в 3,5 млрд. лет. В архейских породах присутствует углерод в виде графита, являющийся результатом концентрации его какими-то организмами. Изотопный состав углерода в архее примерно такой же, как и связанный с биологическими объектами сегодняшнего дня.

Таким образом, несмотря на то, что следы органической жизни фиксируются уже в раннем архее, палеонтологический метод для расчленения древнейших отложений практически не играет роли. Необходимо помнить, что в архейской атмосфере уровень кислорода еще далеко не достиг современного, но было много метана, аммиака, углекислоты, паров воды.

Развитие Земной коры

Рис. 18.9. Наиболее важные глобальные события в геологической истории

Рассматривать геологическую историю нашей планеты можно только с того времени, с которого сохранились наиболее древние свидетели этой истории - горные породы и минералы. Однако первым древнейшим этапом образования Земли следует считать интервал времени, в течение которого она сформировалась как одна из планет Солнечной системы, т.е. это время аккрециивещества газопылевой туманности, которое, по мнению исследователей, не было продолжительным и, по-видимому, составляло не более 100 млн. лет (рис. 18.9).

Второй древнейший этап часто именуют догеологическим, так как горных пород этого времени практически не сохранилось, а процессы, протекавшие на данном этапе, приводили к дифференциации вещества внутри планеты, образованию какой-то первичной земной коры основного состава, выделению внешнего, жидкого ядра Земли и, соответственно, появлению магнитного поля. Вероятнее всего, что в это время энергично проявлялась метеоритная бомбардировка Земли, а ее поверхность напоминала современную Луну или скорее Венеру, учитывая, что существовала бескислородная атмосфера, облака которой плотной пеленой закрывали Землю.

Начиная с рубежа примерно в 4,0-3,5 млрд. лет назад начинается третий этап, который в целом может быть назван докембрийским, а его верхний рубеж был приурочен к границе среднего позднего рифея, т.е. примерно 1 млрд. лет назад. Дело в том, что в позднем рифее начался распад гигантского материка Пангея-1 и заложились все основные подвижные пояса, в дальнейшем развивавшиеся в фанерозое. Длительность докембрийского этапа очень велика - около 3 млрд. лет, и в самом общем виде в нем выделяется ряд крупных стадий: 1) древнеархейская, иликатархейская (4,0-3,5 млрд. лет); 2) архейская (3,5-2,6 млрд. лет); 3) раннепротерозойская (2,6-1,65 млрд. лет) и 4) позднепротерозойская (1,65-1,0 млрд. лет) вплоть до позднего рифея. Все эти стадии различались структурным планом земной поверхности, палеогеографической и палеогеодинамической обстановками, палеоклиматическими условиями. Переход от криптозоя к фанерозою ознаменовался бурным расцветом органической жизни, но уже в венде, т.е. в конце позднего протерозоя, в изобилии появляется бесскелетная фауна.

В позднем рифее произошел распад Пангеи-1 на Гондвану и Лавразию - два гигантских материка, а в венде начала распадаться и Лавразия и именно в это время заложились главные подвижные пояса.

Рассмотрение геологической истории Земли в фанерозойском зоне можно вести по эрам: палеозойской, мезозойской и кайнозойской. Однако естественные историко-геологические этапы несколько отличаются от рубежей указанных эр и будет логичнее проанализировать историю именно по этапам, а не по эрам. В фанерозойской истории выделяется целый ряд гораздо менее продолжительных этапов, чем в докембрийской истории. Каждый из них начинался с раскрытия океанов, а заканчивался сближением литосферных плит, закрытием океанов и складчатостью накопившихся осадочных и магматических пород. Выделяются: 1) раннепалеозойский (каледонский)этап, начавшийся в позднем рифее или венде и закончившийся складчатостью в силурийский период; 2) позднепалеозойский (герцинский) этап - девон-пермь, иногда захватывающий и ранний триас; 3) мезозойский (киммерийский) этап - триас (местами захватывает и конец позднего палеозоя) - юра со складчатостью в середине юры; 4) мезозойско-кайнозойский (альпийский) этап, начавшийся в ранней юре и закончившийся складчатостью в неогене. Не во всех районах Земли эти этапы начинались и заканчивались одновременно, но в целом последовательность примерно такая, как показано выше.

Выяснением закономерностей развития земной коры занимается историческая геология. Для стратиграфического расчленения геологических разрезов используются методы: литологический, палеонтологический, микропалеонтологический, спорово-пыльцевой, палеомагнитный, сейсмостратиграфии. Для абсолютной датировки геологических пород используется радиометрический метод, основанный на постоянной скорости радиоактивного распада изотопов. Геохронологические и стратиграфические подразделения - основа периодизации истории Земли. Основой реконструкций физико-географических обстановок геологического прошлого является метод актуализма.