Архейско-раннепротерозойский этап

АРХЕЙСКО-РАННЕПРОТЕРОЗОЙСКИЙ ЭТАП
АРХЕЙ (от греч. archaios древний), ПРОТЕРОЗОЙ (от греч. proteros
более ранний и zoe жизнь)
Рассматриваемый отрезок геологической истории Земли соответствует
раннеокеанической стадии (3,7-3,6 — 1,6 млрд лет).
СТРАТИГРАФИЯ.
Архейская эонотема подразделяется:
эра
система
Продолжительность, млрд. лет
Лопийская
Позднеархейская
3,0 ÷ 2,6
(рэндская)
Среднеархейская
Свазийская
3,45 ÷ 3,0
Саамийская
Раннеархейская
3,7-3,6 ÷ 3,45
(Исуанская)
Протерозойская эонотема подразделяется:
эра
система
Продолжительность, млрд. лет
Вендская
0,65 ÷ 0,57
Позднепротерозойская
Стертская
0,85 ÷ 0,65
(синийская)
Каратавская
1,05 ÷ 0,85
1,35 ÷ 1,05
Среднепротерозойская Юрматинская
(рифейская)
Бурзянская
1,6 ÷ 1,35
Карельская
Раннепротерозойская
2,6 ÷ 1,6
(афебийская)
Гуронская
Рифей в Канаде называют альгонком, а в Китае — синием.
Приведенное стратиграфическое разделение протерозоя не является
общепринятым.
СОСТАВ ОТЛОЖЕНИЙ. РАЗРЕЗЫ.
Отложения выходят на поверхность на Скандинавском и Кольском пвах, на юге Украинской ССР, в Сибири, Канаде, Южной Америке,
Африке, на Индостанском п-ве, в Западной и Центральной Австралии.
Ограниченные по площади обнажения этих пород встречены также в
горных областях: на Кавказе, в Тянь-Шане, Алтае, Саянах, Гималаях,
Андах и т. д. Одним из наиболее изученных районов развития архейских и
нижнепротерозойских комплексов является Кольский п-в.
Это почти исключительно глубокометаморфизованные образования:
гнейсы, гранитогнейсы, кристаллические сланцы, джеспилиты, филлиты,
мраморы, кварциты. Толща сильнометаморфизована, дислоцирована,
прорвана гранитными интрузиями.
Мощность
образований
измеряется
десятками
километров.
Наблюдается постепенное ослабление степени дислоцированности и
1
метаморфизма пород от более древних к относительно более молодым
комплексам, в этом направлении уменьшается и количество интрузий. Все
это свидетельствует о постепенном ослаблении напряжения тектонической
деятельности на Земле от архея к протерозою.
!
Смотри
Разрезы: см. рис. 1-6 – Интернет.
ИСТОРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ.
Термические процессы в недрах Земли не прекратили своё интенсивное
проявление с завершением лунной и нуклеарной стадий развития. В
архейскую эру продолжался ещё сравнительно интенсивный разогрев земных
недр. Однако в отличие от ранних стадий, когда тепловой поток
беспрепятственно уходил в околоземное пространство, теперь он
задерживается мощной земной корой континентального типа. Происходило
своеобразное накопление тепла в недрах, что, вероятно, повышало
температуру и могло приводить к частичному расплавлению пород мантии.
Увеличение температуры вызывало общее разуплотнение вещества
Земли. Эклогит, например, мог переходить в базальты, увеличивая при этом
свой объём на 12—15 %. Разуплотнение и фазовые переходы мантийного
вещества приводили, очевидно, к увеличению общего объёма Земли. Этому,
однако, препятствовала земная кора. Противоборство расширяющихся недр и
жёсткой коры продолжалось до некоего критического момента. И вдруг
земная кора «лопается» во многих местах и расползается, давая возможность
вырваться из недр избытку вещества. Ломке первоначальной коры могли
способствовать и другие силы, например ротационные.
Растрескивание и раздвижение первичной земной коры приводили к
образованию линейных зон, обладающих большой подвижностью,—
протогеосинклиналей, в которых протекали активные вулканические
процессы с излиянием лав в основном базальтового состава. Вулканы
занимали центральные части зон и были приурочены к первичным трещинам.
Между вулканической цепью и раздвигающимися в разные стороны
разорванными краями континентальной коры возникали океаны, в них
происходили интенсивные процессы накопления осадков, компенсирующие
прогибание коры. Материал поступал со стороны вулканических гор, а также
с континентальных массивов или островов материкового типа. В морских
бассейнах формировались преимущественно породы хемогенного
происхождения. К ним относят джеспилиты, состоящие из оксидов
кремния и железа, осевших из морской воды, хемогенные известняки,
доломиты, в прибрежных частях океанов — железисто-оолитовые
образования с включениями песка и гальки.
Размеры,
очертания
и
положение
океанов,
заполнявших
протогеосинклинальные прогибы, конечно, не совпадали с современными.
Они так же, как и вся земная кора, прошли долгий и сложный путь эволюции,
не раз изменяя конфигурацию. Предполагается, что 2,5 млрд. лет назад объём
2
гидросферы уже составлял не менее 55 % современной.
Протогеосинклинали
архея
отличались
от
последующих
геосинклиналей. Они не разделялись относительно стабильными
платформенными массивами, не было дифференцировано их внутреннее
строение, нечётко выделялись глубинные разломы. Лишь в раннем
протерозое, вероятно, начали развиваться типичные геосинклинали.
Характерно, что в их пределах стали обособляться внутренние области —
эвгеосинклинали, где формировались подводные вулканические породы, и
внешние области (миогеосинклинали), выполненные исключительно
карбонатными и обломочными породами (известняками, глинами,
песчаниками и т.д.).
В то далёкое время большая часть земной коры испытывала
интенсивный геосинклинальный режим развития. Возникшие геосинклинали
почти полностью разрушили и переработали первичную континентальную
кору. Мощные стихии сотрясали поверхность планеты. Извержения
вулканов, огненные лавовые потоки, двигающиеся к подножию гор со
скоростью современных автомобилей, пары воды, воздымающиеся при
соприкосновении лавы с водами морей и океанов, землетрясения, ломающие
кору, как яичную скорлупу, придавали лику Земли грозный вид.
В раннем протерозое не произошло принципиальной смены
тектонического режима по сравнению с археем. Эпиархейские ядра
подвергались дроблению и частичному «растаскиванию» с образованием
нового
поколения
протоокеанов,
где
развивались
и
новые
протогеосинклинали. Продолжали накапливаться мощнейшие толщи
хемогенных, кремнистых и карбонатных пород, интенсивно формировались
эффузивные образования. Сравнительно меньшая дислоцированность отложений и более низкая степень их метаморфизма указывают на некоторое
стабилизирующее влияние эпиархейских ядер на тектонический режим
развития раннего протерозоя.
Активные тектонические процессы архейского и раннепротерозойского
времени приводили к выносу из недр Земли огромного количества вещества
и энергии. По сути дела накопление мощнейших толщ осадочных и
магматических пород явилось результатом эффузивных процессов,
поставлявших на поверхность глубинное вещество.
Периоды накопления осадочных и магматических отложений длились
многие десятки, даже сотни миллионов лет. Одновременно с выносом
глубинного вещества из недр планеты уходила и энергия. Отсутствие
континентальной коры в геосинклиналях приводило здесь к повышенной
теплоотдаче. Геосинклинали могли выполнять роль своеобразных окон,
сквозь которые «проветривались» недра Земли.
Планета остывала. Можно предположить, что охлаждение недр
приводило к некоторому уменьшению объёма вещества. Наиболее ощутимо
это происходило, вероятно, в областях первоначально большего разогрева,
т.е. в геосинклиналях, так как здесь наиболее интенсивно удалялось тепло с
поверхности Земли. Уменьшение объёма вещества недр неизбежно
3
приводило к тому, что пластины коры, раздвинутые в стороны в период
активного разогрева, начинают двигаться к исходным рубежам. Этому
препятствовали осадочные и магматические толщи, заполнившие
геосинклинальные прогибы. Одновременно начинают преобладать
восходящие вертикальные движения. Происходила инверсия тектонического
режима в геосинклиналях. Накопленные сравнительно пластичные толщи
осадочных пород коробятся, сминаются в складки, «выпирают» из прогибов.
Возникшие складки, подобно вееру, распадаются в разные стороны от осевых
частей геосинклиналей, образуя горные хребты.
Меняется состав вулканических лав: базальты сменились андезитами,
риолитами, порфиритами — эффузивными породами с повышенным
содержанием кремнезёма. Магматические породы, которые содержат окиси
кремния более 65 %, называют кислыми. Появление кислых пород в эпохи
складчатости можно объяснить тем, что в магматические процессы были
вовлечены накопившиеся осадочные толщи, обогащённые кремнезёмом.
2,7 млрд лет тому назад произошло катастрофические событие
выделение оксидно-железного земного ядра. Этот процесс сопровождался
образованием мощнейшего конвекционного течения мантийного вещества.
Мантийный поток привел к перемещению имеющихся фрагментов
континентальной коры, нуклеаров к одному из полюсов планеты,
расположенному над нисходящей ветвью конвекционного потока. Так
сформировался первый в истории Земли суперматерик – Моногея (Мегагея,
по Г. Штилле; Пангея, по А. Вегенеру)
Изучение разрезов архея и нижнего протерозоя позволяет выделить три
основные особенности геологической: истории того времени:
1. Широкое - развитие интрузивных и эффузивных пород,
свидетельствующих о большой активности магматических
процессов. Они носили коровый характер, что свидетельствует с
разогреве коры вплоть до нижней части «гранитного» слоя.
2. Сильная дислоцированность и глубокий метаморфизм пород,
указывающие на периодическое проявление эпох диастрофизма.
3. Огромные мощности отложений, доказывающие существование
интенсивного и устойчивого прогибания земной коры, а также
процессов поддвига литосферных плит, сопровождавшихся
скучиванием материала в аккреционные призмы.
Все эти черты говорят о типично геосинклинальных условиях развития,
а поскольку отложения, характерные для геосинклинальных областей,
встречены повсеместно, то можно утверждать, что такой режим развития
земной коры преобладал в архее и раннем протерозое.
ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ.
В геологической истории Земли эпохи складчатости играли очень
важную роль. В.Е.Хаин рассматривает их как революционные эпохи,
выделяя в противовес им эволюционные эпохи — периоды прогибания
4
геосинклиналей и накопления осадочных толщ.
В революционные эпохи происходит коренное преобразование лика
Земли; океаны резко сокращают свои размеры, растут горы, изменяется
состав
вулканических
лав,
извержения
вулканов
приобретают
катастрофический взрывной характер, образуются новые глубинные
разломы, дробящие земную кору и усложняющие её строение. И всё это в
течение каких-нибудь нескольких миллионов лет, т.е. за период в 10—20 раз
короче, чем любая эволюционная эпоха. В связи с этим такие
революционные моменты в жизни Земли называют эпохами диастрофизма
— эпохами, когда происходят глобальные катастрофы.
Проявление эпох диастрофизма носит периодический характер. В
истории архея и раннего протерозоя выделяют несколько таких эпох. Они
проявлялись на земном шаре не одновременно, но некоторые из них
обладали достаточной синхронностью и оставили чёткие следы, по которым
геологи смогли установить их спустя несколько миллиардов лет.
В архее проявлялись значительные по масштабам эпохи
складчатости, отражавшие закрытие океанических структур.
О. Г. Сорохтин на основании определения времени образования
гранитных интрузий уточнил возраст тектоно-магматических эпох (циклов)
в истории Земли. Вместе с тем необходимо отметить, что тектоническая и
магматическая активность в отдельных районах по времени часто не
совпадает с тектоно-магматическими эпохами планетарного характера.
Следовательно, в разных районах мира возможны довольно существенные
разбросы возраста тектоно-магматических эпох.
1.
Белозерская ТМЭ
3,5 млрд.лет
2.
Кольская (трансваальская, саянская)
3,05 млрд.лет
3.
Кенорская (беломорская, лаврентьевская, родезийская, шамваянская)
2,7 млрд.лет
4.
Альгонкская
2,44 млрд.лет
5.
Раннекарельская
2,23 млрд.лет
6.
Балтийская (эбурнейская, пенокийская)
Карельская (гудзонская, свекофонская, буларенинская,
лаксфордская)
1,98 млрд.лет
7.
1,67 млрд.лет
В течение Белозерской и Кольской ТМЭ (начало и середина архея)
протекали процессы гранитизации и одновременно с ними возникали первые
осадочные бассейны. Для этого времени известны не только терригенные
(правда, подвергшиеся сильному метаморфизму) толщи, но и карбонатные
породы, и даже образования кор выветривания.
В Кенорскую ТМЭ в конце архея были сформированы ядра будущих
крупнейших устойчивых геоструктурных элементов Земли — ядра
континентальных платформ. В последующие тектоно-магматические эпохи
ядра платформ продолжали нарастать.
5
В течение Кенорской, Альгонкской, Раннекарельской, Балтийской,
Буларенинской и Карельской ТМЭ сформировались фундаменты всех
известных древних континентальных платформ: Восточно-Европейской,
Сибирской, Китайской, Таримской, Индостанской, Африкано-Аравийской,
Восточно-Австралийской, Северо- и Южно-Американской. На протяжении
почти 1 млрд. лет (от 2,7 до 1,67 млрд. лет назад) происходило формирование
первичного гранитогнейсового слоя земной коры, а наличие карбонатных
осадочных пород способствовало образованию щелочных интрузий.
Огромные плутоны гранитоидов, площадь которых превышала тысячи
квадратных километров, среди древнейших осадочных пород фиксировали
обширные платформенные структуры, называемые щитами. Примеры таких
участков — Балтийский, Украинский, Алданский, Канадский, Гвианский,
Бразильский, Аравийский щиты.
Карельская ТМЭ привела к закрытию ряда океанических структур, а в
дальнейшем с помощью геосинклинальных процессов — к возникновению
первых настоящих платформ (древние, или эпикарельские платформы – см.
докембрийская структура земной коры – Задание №2, Интернет),
образовавших ядра будущих континентов.
Первоначальное
положение
эпикарельских платформ отличалось от
наблюдаемого в настоящее время. Часть
платформ образовывали ассоциацию
древних платформ северного полушария,
названную
Лавразией,
часть
—
ассоциацию древних платформ южного
полушария, названную Гондваной. Эти
древние
ассоциации
платформ
полностью
или
частично
были
разделены широтным океаном Тетис.
Произошла
принципиальная
смена
тектонического режима развития Земли:
Реконструированное
положение
континентов и океанов перед началом
режим всеобщей океанизации сменился
позднего протерозоя.
сосуществованием океанов и континентов
Штриховка
–
древние
эпикарельские
платформы, как крупнейших геологических структур
Активно проявляются
объединяющиеся
в
два тектоносферы.
суперконтинента Лавразию (I) и геосинклинальные
процессы
на
Гондвану (II).
заключительных
стадиях
развития
океанов и перехода их в континенты. С
ростом континентов сократились очаги
вулканизма,
которые
теперь
уже
концентрировались
только
в
геосинклинальных зонах. В связи с этим уменьшилось и количество
материала, поступавшего на поверхность планеты из её недр, замедлился
рост литосферы Земли.
6
!
Смотри
Геодинамический режим развития Земли в катархее-раннем
протерозое– Интернет.
Эпохи складчатости сопровождались проявлением интенсивных
складчатых
процессов,
регионального
метаморфизма
и
гранитообразования. В результате возникли жесткие участки земной коры,
положившие начало формированию континентальных платформ.
Образование их определялось надвиганием островодужных систем с
океанической корой в их основании на гранито-гнейсовые купола
первичной континентальной коры. Это привело к формированию
своеобразных зеленокаменных поясов, столь характерных для архея.
Породы при этом испытали относительно слабый (зеленосланцевый)
метаморфизм, повышающийся до амфиболитового лишь вблизи крупных
массивов гранитоидов. Это так называемые эпиархейские ядра
(протоплатформы). До настоящего времени они сохранились в виде
срединных массивов в составе некоторых современных кристаллических
щитов древних платформ.
Возникновением
древних
платформ
заканчивается
раннегеосинклинальная стадия, и с позднего протерозоя начинается
новая, геосинклинально-платформенная стадия развития Земли,
продолжающаяся до настоящего времени.
Важным результатом раннегеосинклинальной стадии развития Земли
явился вынос из мантии значительных количеств радиоактивных
элементов (урана, тория, калия), которые концентрируются уже в
гранитогнейсовом слое коры. Это привело к снижению общего теплового
потока, понижению уровня астеносферы, что способствовало консолидации
коры в целом.
ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ.
Молодость нашей планеты поражает не только чрезвычайно активными
тектоническими
движениями,
грандиозностью
геологических
преобразований. Неповторимость того времени проявилась также в
специфике гидросферы и атмосферы.
Непривычную обстановку застали бы мы на Земле 3,5—3 млрд. лет
назад. Первое, что бросилось бы в глаза,— это обширные океанические
пространства, разделённые архипелагами островов. Тут и там над
архейскими океанами возвышались конусы вулканических гор. Привычные
континенты — крупные массивы суши — нам вряд ли удалось бы
обнаружить. Они появляются только в самом конце архея, после проявления
кеноранской эпохи диастрофизма, и разрастаются уже в протерозое. Крупные
размеры континенты приобретают лишь в позднем протерозое, после
образования древних платформ, объединившихся в Лавразию и Гондвану.
Это были голые, гористые пустыни с довольно разветвлёнными речными
артериями.
7
Необычно быстро в то далёкое время происходила смена суток. Как
считает австралийский учёный Б.Хант на основании изучения известковых
скелетов коралловых полипов, многие сотни миллионов лет назад скорость
вращения Земли вокруг оси была намного больше современной.
Соответственно укорачивалась продолжительность суток до 9 часов, а
земной год длился около 900 суток. Замедление вращения земного шара
явилось следствием влияния лунных приливно-отливных сил. В архее Луна
располагалась значительно ближе к нашей планете, и её притяжение
оказывало сильное воздействие на Землю. В краткие ночные часы того
времени огромная Луна занимала половину небосвода, озаряя ярким
серебристым светом безжизненную сушу и воду.
Вода архейских океанов была, вероятно, слабо солоноватая. По мнению
академика Н.М.Страхова, концентрация солей в них не превышала 2,5%,
тогда как солёность современных океанических вод в среднем составляет
3,5%. В химическом составе вод преобладали такие соединения, как SiO2, Fе,
Мn, НСО3, СО2, выносимые из гранитного слоя коры. Отсутствие
океанической растительности и организмов, усваивавших кремнезём (таких,
например, как современные диатомовые водоросли, радиолярии, губки),
приводило к накоплению его в морской воде и осаждению. Поэтому в
древних толщах много кремнистых пород типа кварцита.
Необычной была и атмосфера. В архее и в первой половине
протерозоя она была практически бескислородной. Заметное количество
кислорода появилось позже, в конце протерозоя, как результат фотосинтеза
растений, и составляло, по-видимому, до 50 % его современной величины.
Возрастание запасов кислорода способствовало дальнейшему развитию
животных и растений, использовавших его в процессе обмена.
В атмосфере преобладали углекислота, водород, аммиак, содержался
также
азот,
сероводород,
редкие
газы.
Атмосфера
обладала
восстановительным характером и гораздо меньшей плотностью, чем
современная.
Естественно возникает вопрос: на основании чего можно делать такие
выводы? Оказывается, что, изучая реликтовые газы в минеральных
включениях кварцевых пород, образовавшихся в океанах архея и протерозоя,
можно установить содержание газов в морской воде и состав атмосферы того
времени. Такие исследования были проведены сибирскими учёными.
Ю.П.Казанский, например, доказал, что в обломках кварцитов архейского
возраста концентрация углекислоты равна 44,2%, а кислорода 5,5%. В
породах протерозоя эти значения соответственно равны 34,5 и 13,7%, в
палеозойских породах - 7,6 и 18,0 %. В современной же морской воде
углекислоты содержится 3,2%, кислорода 34,1 %. Отсюда следует, что от
архея до наших дней в гидросфере и атмосфере происходит неуклонное
увеличение кислорода и уменьшение углекислоты. Считается, что рост доли
кислорода в атмосфере происходил неравномерно. Так, например, резкое
повышение произошло в девоне — карбоне (350—300 млн. лет назад). Затем
содержание кислорода уменьшилось, и в триасе (примерно 200 млн. лет
8
назад) его было в три раза меньше современного. В середине мезозойской
эры (около 150 млн. лет назад) произошло новое повышение массы
кислорода, достигшей современного значения.
Согласно данным Т. Шопфа, температура вод древних океанов могла
достигать 100 °С (3,8 млрд лет назад) и лишь к концу раннего протерозоя
понизилась до 22 °С (2 млрд лет назад). Концентрация солей в морской воде
архея, по-видимому, составляла около 2,5‰, т. е. была ниже современной
(3,5‰). В результате разрушения первичного «гранитного» слоя коры,
обогащенного кремнеземом, железом и марганцем, выноса продуктов
разрушения в Мировой океан, а также благодаря активной вулканической
деятельности рифтовых зон, в химическом составе вод стали преобладать
такие вещества как SiO2, Fе, Мn, НСОз, СО2. Смена восстановительных
условий окислительными вызвала резкое падение подвижности железа и
массовое выпадение его в осадок в виде гидроксида. Отсутствие
океанической растительности и организмов, усваивавших кремнезем
(например, современные диатомовые водоросли, радиолярии, губки)
приводило к накоплению его в морской воде и осаждению. Все это
способствовало образованию в древних толщах большого количества
кремнистых пород типа кварцитов, обогащенных железом (джеспилиты). В
конце архея несколько увеличилась площадь суши. Эпиархейские ядра
представляли собой уже отдельные крупные материковые участки.
В раннем протерозое океанические воды, по-видимому, полностью
перекрыли срединно-океанические хребты и частично затопили возникшую
материковую сушу. Химический состав морской воды и атмосферы
постепенно изменялись в сторону увеличения содержания кислорода и
сокращения количества диоксида углерода. Конец раннего протерозоя
знаменовался возникновением первых региональных областей суши,
положивших начало формированию современных континентов.
Суша имела горный рельеф, в ее пределах активно протекали
магматические процессы, которые к концу протерозоя стали постепенно
затухать. По мере увеличения территории суши оформилась и
гидрографическая сеть речных артерий.
Первые континенты были практически лишены растительности.
Возможно, что на поверхности пород существовали редкие колонии
микрофлоры (бактерии, водоросли). В целом же, древняя суша
представляла собой голую гористую пустыню, где господствовали стихии и
внешней, и внутренней динамики Земли. Океан же давал приют
примитивной, но относительно разнообразной жизни.
Климат. Начиная с архейской эры, когда уже возникли гидросфера и
атмосфера, ведущую роль в распределении тепла на поверхности планеты
играет энергия Солнца. Если это так, то на Земле уже в архейскую эру
должна была бы существовать климатическая зональность, поскольку
количество солнечного тепла зависит от широты местности.
Наличие климатических зон в архее может быть подтверждено
некоторыми, хотя и единичными, фактами. К ним относятся, в частности,
9
находки древних метаморфизованных ледниковых отложений —
тиллитов. Остатки их установлены, например, в Северной Америке, в
Центральной и Южной Африке, в Южной Австралии, в Сибири. Центр
древних оледенений определить пока не удаётся. Для Северной Америки
известно, что следы ледников и пути их движения прослеживаются в
широтном направлении почти на 1850 км к северу от 42° с.ш. Установлено
также, что мощность тиллитов раннего протерозоя достигает 160—180 м.
Толща состоит из переслаивающихся тиллитовых горизонтов и глинистых
сланцев, накопление которых происходило уже в озёрных или речных
условиях.
Следовательно,
эпохи
оледенения
чередовались
с
межледниковыми эпохами, когда размеры ледника сокращались и на его
месте возникали озёра ледникового происхождения.
По мнению Н.М.Страхова, древнее оледенение носило горный характер.
Таких ледников, какие мы видим сейчас в Антарктиде площадью до 13 млн.
км2, в архейскую и протерозойскую эры, вероятно, не было, так как не было
ещё обширных континентальных массивов. Скорее всего, ледники
покрывали вершины отдельных гор или горных массивов и языками
спускались к подножиям.
Наряду с ледниковыми отложениями в древних толщах встречаются и
метаморфизованные органические остатки, очевидно, растительного
происхождения (скорее всего, водоросли) — это различные графитовые
сланцы, включения графита в другие породы. Косвенно развитие
примитивной растительности в древних океанах указывает на
сравнительно тёплый климат, существовавший в отдельных зонах земного
шара. Возможно, что тёплый климатический пояс располагался по
побережью океана Тетис. На основании этих скудных данных можно сделать
вывод лишь о наличии климатической зональности, существовавшей на
Земле 2—3 млрд. лет назад. Как проходили климатические пояса и какие
именно пояса существовали — об этом пока ничего не известно.
В последнее время распространяются утверждения о необычайно
высоких температурных условиях в древней атмосфере и гидросфере нашей
планеты. В частности, доказывается, что примерно 3,8 млрд. лет назад
температура океанических вод достигала 100°С; 3 млрд. лет назад
температура атмосферы и гидросферы на Земле в среднем составляла уже
70°С. Почти два миллиарда лет понадобилось, чтобы она понизилась до
30°С. Как видим, палеогеография архея ещё во многом противоречива и
очень далека от своей окончательной расшифровки.
ОРГАНИЧЕСКИЙ МИР.
Породы архея и раннего протерозоя дошли до нас в сильно изменённом
состоянии. Высокие давления и температуры преобразовали первоначальный
облик породы, уничтожив всякие следы древней жизни.
Поэтому изучение древнейшего животного и растительного мира
связано с огромными трудностями. Однако за последнее время с помощью
современных приборов удалось кое-что прояснить и в облике самых первых
10
организмов на Земле.
Изучая с помощью электронного микроскопа, химических и изотопных
анализов сланцы свиты Онвервахт, возраст которых превышает 3,2 млрд. лет,
учёные Аризонского университета обнаружили в них тысячи мельчайших
образований сферической, нитеобразной и скорлуповидной формы. Размеры
частиц не превышали 0,01 мм. Исследования проводились в специально
оборудованной лаборатории, исключавшей возможность загрязнения
образцов посторонними организмами. Найденные образования представляют
собой окаменевшие остатки одноклеточных морских водорослей. Однако
другие исследователи критически относятся к этим выводам, полагая, что эти
образования могут иметь небиологическое происхождение.
В ещё более древних породах Западной Австралии (разрез Пилбара,
возраст 3,5 млрд. лет) обнаружены строматолиты — особые формы структур,
связанные с деятельностью синезелёных водорослей.
Подобные остатки водорослей и бактерий в породах с изотопным
возрастом 2,7—3,1 млрд. лет обнаружены в кремнистых и железистых
сланцах Северной Америки, Центральной Африки и Австралии.
Эти находки дают основание полагать, что к началу архейской эры
закончилась химическая эволюция и началась биологическая.
Возможным подтверждением этого является недавно сделанное открытие
учёными ФРГ, Дании и Швеции, которые обнаружили в горячих сернистых
источниках Исландии неизвестные ранее науке термостойкие бактерии.
Эти организмы преспокойно живут в кипятке, а серу они используют в
качестве ежедневного рациона.
Ещё более сенсационное открытие было сделано при исследовании
горячих струй, бьющих со дна Тихого океана в районе ВосточноТихоокеанского хребта (21° с.ш.). Это так называемые «чёрные гейзеры»
(или «чёрные курильщики»). Давление воды в районе их действия 25 МПа, а
температура поднимается выше 350°С. И в этих условиях были
обнаружены термостойкие бактерии. По мнению учёных это реликтовые
бактерии, обитавшие на Земле 4 млрд. лет назад!
На основании изложенного можно с большой долей достоверности
предполагать, что уже в океанах архея и раннего протерозоя господствовали
простейшие одноклеточные организмы: бактерии, водоросли, грибы,
простейшие животные. Нельзя исключать и возможность заселения
бактериями и лишайниками древней суши. Органическая жизнь могла тогда
развиваться непосредственно в горных породах, которые служили
своеобразным щитом, укрывавшим древние организмы от губительного
космического излучения.
Интересные находки, доказывающие возможность жизни внутри камня,
были сделаны биологом Фридманном в 1974 г. Им была обнаружена в
Антарктиде колония микроскопических лишайников, живущих в глыбах
песчаника, причём они никоим образом не выдают своего присутствия на
поверхности камня.
В архее происходило приспособление первых организмов к различным
11
формам питания. Одни организмы усваивали в процессе фотосинтеза
питательные вещества из воды, углекислоты и неорганических солей
(автотрофы); другие либо жили за счёт автотрофов (гетеротрофы), либо
питались разлагающимися органическими остатками
(сапрофаги).
Происходило деление органического мира на царство растений и царство
животных.
В протерозое, по-видимому, появились первые многоклеточные
организмы.
Это
наиболее
примитивные
формы
без
чётко
дифференцированных тканей. К ним относятся, в частности, представители
типа губок — водные организмы, ведущие придонный прикреплённый образ
жизни. Форма губок разнообразна: она может напоминать цилиндр, кубок,
бокал, шар. В мягкой ткани животного имеется органический или
минеральный скелет, состоящий из спикул. Представители губок до сих пор
населяют моря и океаны нашей планеты, однако первые примитивные губки
давно вымерли и до нас дошли лишь в ископаемом состоянии.
Несколько
позднее
губок
появляются
представители
типа
кишечнополостных. У них уже намечается дифференциация тканей и
органов. Представители кишечнополостных, так же как и губок, дожили до
наших дней и широко расселились в морях, океанах и даже в пресных
водоёмах. Среди них хорошо известные нам кораллы, медузы, гидры.
Из растений в архее и раннем протерозое активно развиваются
синезелёные водоросли. Остатки этих водорослей в виде шаровидных,
грибовидных и столбообразных известковых тел, характеризующихся тонкой
концентрической слоистостью (строматолиты), часто находят в породах
протерозоя. Считают, что первыми представителями органической жизни
на Земле были именно синезелёные водоросли. В Московском
Государственном университете были поставлены опыты, показавшие, что
синезелёные
водоросли
могут
существовать
в
условиях,
«противопоказанных» другим растениям и животным. В герметически
запаянном стеклянном шаре эти водоросли жили более 16 лет! Все другие
обитатели подобных стеклянных шаров быстро погибли, некоторые бактерии
«держались» 12 лет. Это доказывает, что синезелёные водоросли могут
развиваться даже в бескислородной среде.
Поразительная приспособляемость этих водорослей видна из того, что
сейчас они встречаются в ледяной Арктике, в горячих гейзерах, на дне
Мёртвого моря, в нефтяных источниках, в горах на высоте более 5000 м.
Это единственные живые организмы, выдержавшие взрывы атомных и
водородных бомб. Такая удивительная жизнестойкость позволяет
предполагать неземное происхождение синезелёных водорослей. Как бы то
ни было, но это первые организмы, появившиеся не только в древнейших
океанах, но и на суше.
Исследования американского профессора Э.Баргхорна показали, что
синезелёные водоросли первыми стали заимствовать из воды газообразный
кислород. В океанах около их колоний создавалась своеобразная «водяная»
атмосфера, насыщенная кислородом. Этим кислородом дышали первые
12
морские организмы (кишечнополостные, губки). Постепенно кислород стал
выделяться в атмосферу, заполнять её. Благодаря жизнедеятельности
синезелёных водорослей на нашей планете начала формироваться
кислородная среда.
По мнению А.С.Монина и О.Г.Сорохтина, существовал ещё один
источник кислорода на Земле — это распад окислов железа, протекавший в
недрах нашей планеты при её гравитационной дифференциации. Часть
кислорода при этом высвобождалась и также пополняла атмосферу, меняя её
химический состав.
ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ.
Специфика гидросферы и атмосферы архея и раннего протерозоя
определила и своеобразный комплекс осадков и полезных ископаемых того
времени: широкое развитие получили кремнистые породы (кварциты и
джеспилиты). Джеспилиты, представляющие собой железистые кварциты,
встречаются в колоссальном изобилии в древних толщах, но практически
отсутствуют в позднем протерозое, в палеозойских и более молодых
отложениях. Часто джеспилиты образуют высококачественные железные
руды. Месторождения железа такого типа известны в районах Курской
магнитной аномалии (КМА), Кривого Рога, в Северной Америке, в Африке.
Содержание железа достигает при этом 62%. О масштабах
железонакопления архея и раннего протерозоя можно судить по
установленным запасам железных руд: запасы древних руд оцениваются в
3000 млрд. т, тогда как запасы железных руд последующих эр не превышают
135 млрд. т.
Марганцевые руды, практически повсеместны.
Медно-никелевые руды, с которыми связано до 90 % всей добычи
никеля за рубежом (Канада), из них попутно извлекаются платина,
палладий.
Месторождения кобальта (Замбия);
Золото в золотоносных конгломератах Африки и гидротермальных
жилах Канады, Бразилии, Африки, Индии, Австралии. В сходных
условиях и в тех же районах, что и месторождения золота, встречаются
месторождения урана, на долю которых приходится до 80 % годовой
зарубежной добычи этого полезного ископаемого.
Основная часть добычи тория, тантала, ниобия, берилия и лития
связана с пегматитовыми полями архея и протерозоя.
Некоторые магматические и метаморфические породы (граниты,
гнейсы, сланцы, кварциты и др.) используют в качестве строительного
материала.
Среди осадочных пород раннего протерозоя сравнительно широко
развиты известняки и доломиты, образованию которых способствовало
широкое распространение в атмосфере и гидросфере СО2 и НСО3.
Интересно, что в древних толщах отсутствуют каменная соль,
ангидриды, гипс, фосфориты. Причины этого полностью не выяснены.
13
Остаётся добавить, что все осадочные породы архея и раннего протерозоя
обломочного или химического происхождения.
Несмотря на большие масштабы развития осадочных отложений в
древних океанах (имеются в виду и те метаморфические породы, которые
образовались из осадочных), они составляют лишь 40% от общего объёма
пород архея (по данным А.И.Тугаринова). В середине протерозоя их
удельный вес уже достиг 80%. К позднему протерозою интенсивность
магматических процессов резко уменьшилась, о чём можно судить по
сокращению объёма магматических пород с 60 до 20%.
14