Ранние этапы развития Земли. Докембрий

    Разогрев  недр пра-Земли происходил за счет сжатия вещества под давлением вышележащих слоев, распада радиоактивных элементов и бомбардировки поверхности мелкими планетезималями. За 100 миллионов лет на поверхность Земли выпало до 3× 1022 кг вещества, в том числе до 6× 1019 кг летучих веществ (вода, органика и различные газы). При столкновении с Землей они разрушались, взрываясь - происходил нагрев, дегидрация и дегазация, "перемешивание" вещества пра-Земли, сглаживание химических неоднородностей. Молодая формирующаяся Луна находилась на расстоянии нескольких десятков тысяч километров от Земли. Мощные приливные силы тормозили вращение и разогревали недра Земли и Луны.

    Этот  этап эволюции Земли называют "догеологическим".

    Шла крупномасштабная дифференциация вещества: еще до завершения аккумуляции планеты "тонувшие" тяжелые элементы и  их соединения образовали первичное  ядро и мантию, а "всплывшие" легкие элементы и их соединения образовали тонкую первичную кору, состоявшую как у всех планет земной группы, из вулканических базальтов, перекрытых сверху толщей отложений, родственных  по составу каменным метеоритам. Древнейшие каменные породы Земли имеют возраст 3,96 млрд. лет. Под действием высоких  температур и давлений базальты метаморфизировались, переплавлялись, обогащались кремнеземом и преобразовывались в гранитно-гнейсовые породы.

    Второй  этап развития Земли - от образования  коры до образования гидросферы - называется "лунным".

    На  ранних этапах развития Земли кора континентов формировалась под  непосредственным влиянием восходящих потоков из мантии, вокруг первоначально  сформировавшихся, сложенных серыми гнейсами праконтинентальных ядер, ставших основными частями современных континентов.

    Процесс дифференциации недр Земли растянулся на миллиарды лет и не закончился до сих пор. В разных районах он шел с разной, переменной скоростью, что привело к образованию  и движению материков и океанских  впадин. Тектоническая деятельность - подъем и опускания больших участков поверхности, горизонтальные движения отдельных плит, землетрясения не прекратились в наше время. Легкие расплавы веществ в виде магмы продолжают подниматься из мантии в литосферу  и при извержениях вулканов частично прорываются наружу.

    Строение  поверхности Земли, как и других планет земной группы, определяется эндогенными (тектоника глобальных материковых  плит) и экзогенными процессами (атмосферными, гидросферными, ледниковыми и т. д.). Теория развития ранней литосферы Земли в очаговых структурах вблизи экватора хорошо согласуется с данными о внутреннем строении планет земной группы. На Венере, Марсе и крупнейших планетоидах вулканические структуры и проявления тектонической активности также тяготеют к экваториальным областям.

    Первичная атмосфера Земли состояла в значительной мере из водорода Н2, входившего ранее в состав протопланетной туманности и выделявшегося при дегазации земных недр. Атмосфера была гораздо плотнее современной и мощный парниковый эффект усиливал разогрев поверхности планеты.

    Высокая температура атмосферы и, вероятно, интенсивные ударные бомбардировки  привела к изменению ее состава. На рубеже 4,0-3,9 млрд. лет назад большая  часть водорода улетучилась в  космос или вошла в состав земных горных пород. Уход водорода снизил давление в атмосфере, на поверхности и  в недрах планеты, уменьшил действие парникового эффекта. Атмосфера  Земли стала состоять из смеси  газов СО2, СО, N2, NН3, СН4, Н2О и других; кислород в ней практически отсутствовал. На изменение состава атмосферы влиял приток газов, выделявшихся из мантии. К этому времени закончился период интенсивной ударной бомбардировки Земли: количество выпадавшего на ее поверхность космического вещества снизилось до 108 кг/год. Луна постепенно удалялась от Земли, слабело действие приливных сил, разогревавших недра Земли и тормозивших ее вращение. Земля остывала. При снижении температуры поверхности Земли ниже 1500С в результате конденсации водяных паров возникали первые открытые водные бассейны.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раннеархейский этап. Развитие протокоры в катархее

    Существует  ли какая-нибудь другая планета в  Солнечной системе, похожая на Венеру?

    Геологические свидетельства последних лет  вполне определенно указывают на то, что Венера - если и не полный аналог, то, по крайней мере, двойник  Земли, находящийся на самой ранней - так называемой катархейской, или раннеархейской, стадии ее развития *.

    Катархей - это "эра, когда была безжизненная Земля, окутанная горячей, ядовитой для живых существ атмосферой, лишенной кислорода; гремели вулканические извержения, сверкали молнии, жесткое ультрафиолетовое излучение пронизывало атмосферу". Такая картина катархея предстает из современных научных исследований.

    По  мнению большинства исследователей, в катархее Земля имела все присущие ей твердые оболочки - кору, мантию и ядро. Проведенный недавно изотопный анализ 176Lu/176Hf минеральных включений циркона в породах возрастом 3,9 млрд. лет позволил установить, что выделение материала коры из мантии, а следовательно, и базальтовый вулканизм происходили на Земле как минимум 4,3 млрд. лет назад и продолжались не менее 350 млн. лет.

    Самые древние обнаруженные на Земле породы датируются 4,0-3,5 млрд. лет *. Древнейшие катархейские и нижнеархейские породы, являющиеся фундаментом для всех более молодых толщ на щитах Северо-Американской, Австралийской, Индостанской, Африканской, Восточно-Европейской и Сибирской древних платформ, представлены комплексом так называемых "серых гнейсов" - сильно метаморфизованных магматических пород среднего состава (тоналитов, трондьемитов, гранодиоритов и др.), подвергнутых впоследствии интенсивному метаморфизму.

    Характерной особенностью катархейских и нижнеархейских метаморфических толщ являются гнейсовые купола и овалы, имеющие размеры в десятки или сотни километров в поперечнике. Это замкнутые структуры с полого залегающими "слоями" в центральной части купола и с очень сложной складчатостью в краевых зонах. Как полагают, в процессе дифференциации мантии или выплавления из нее вещества коры плотность ее вещества уменьшалась и оно всплывало на поверхность подобно гигантскому пузырю. Высоко пластичные "гранитизированные гнейсовые" массы "как бы перемешивались, поднимаясь и погружаясь", создав к концу катархея или раннего архея первичную континентальную или протоконтинентальную кору на поверхности земного шара.

    Таким образом, к концу катархея или раннего архея уже существовал, хотя, возможно, и не повсеместно, протоконтинентальный гранитогнейсовый слой земной коры. Эта кора появилась на рубеже 4,0-3,8 млрд. лет назад.

 

    Существует  точка зрения, согласно которой древнейшая кора, состоящая из "серых гнейсов", первоначально по своему составу  была океанической или базальтовой  и в дальнейшем была преобразована  в континентальную. Она интенсивно перерабатывалась продуктами дегазации - горячими растворами и газами - ранней Земли с привносом кремнезема и щелочей. Дегазация вызывала процессы метаморфизма вплоть до плавления с общим подкислением состава коры.

    Наличие ранней базальтовой коры подтверждается находками в архейских "серых" гнейсах более древних метаморфизованных  блоков основного состава.

    По  мнению большинства специалистов, в  катархее и раннем архее (возможно, даже в среднем архее до 3,2-3,0 млрд. лет назад) отсутствовали процессы тектоники плит *. И только начиная с 3,2-3,0 млрд. лет развитие земной коры и литосферы пошло по плито-тектоническому сценарию, который играет определяющую роль и в настоящее время.

    По  существующим представлениям, от 60 до 85% современной континентальной  коры было сформировано в архее; ее мощность составляла около 35-40 км.

 
 
 
 
 
 
 

Позднеархейский этап

    Позднеархейский — раннепротерозойский этап (3,5—2,0 млрд. лет). На этом этапе продолжалось наращивание земной коры: на ее поверхности со временем накапливались мощные вулканические и осадочные толщи. За время течения этапа процессы резкого изменения пород, т. е. метаморфизма и гранитизации, а также образование складчатости проявились дважды — на рубежах около 2,6 и 2,0 млрд. лет назад; это дает основание выделить два подэтапа: позднеархейский и раннепротерозойский.

    Геосинклинальные  пояса и древние платформы  неогена. Древние платформы и  крупные срединные массивы с  раннекембрийским фундаментом. Срединные  массивы с ранне- или с позднекембрийским фундаментом. 3. Геосинклинальные пояса (поздний протерозой, ранний кайнозой).

    В течение первого подэтапа в результате главным образом подводных извержений накапливались мощные толщи вулканических пород преимущественно базальтового состава. Наряду с ними накапливаются и осадочные толщи, нередко со значительным содержанием кварца. Мощность осадочных толщ, например, на Канадском щите местами огромна — она достигает 6—9 км. Следовательно, уже на данной стадии развития коры существовали и разрушались достаточно крупные ее поднятия, сложенные гранито-гнейсовыми породами. Эти поднятия выступали в виде островов среди морей архея. Архейский подэтап завершился эпохой складчатости, сопровождавшейся метаморфизмом и гранитизацией горных пород. В результате на многих щитах — Канадском, Южно-Африканском, Балтийском — образовались чрезвычайно характерные многочисленные "семейства" гранито-гнейсовых куполов, группирующихся нередко в овалы. Кое-где такие купола располагаются настолько тесно, что осадочно-вулканогенные толщи архея сохранились лишь в узких промежутках между ними, где они слагают сжатые и сильно смятые в складки зоны прогибов — так называемые синклинории.

    Архейские области прогибания обладают многими чертами сходства с будущими геосинклиналями — в них чередуются осадочные и вулканические отложения, суммарная мощность которых весьма значительна — нередко превышает 10 и достигает 20 км. Во всех областях прогибания наблюдались явления складчатости различной интенсивности, сопровождавшиеся метаморфизмом, а также процессами гранитизации. Платформ в архее еще не было, а глубинные разломы в условиях высокопроницаемой и разогретой земной коры быстро «залечивались» и перемещались в новое положение. Мало различался и состав осадочно-вулканических толщ разных районов. Однако, как показывают исследования, проведенные в последнее время, в архее намечаются глубинные разломы и более жесткие структуры с осадками и лавами разного состава.

    В результате процессов складчатости, метаморфизма и гранитизации обширные площади, поднявшиеся над уровнем океана, объединились в первичные материки, или протоконтиненты. Однако в начале раннепротерозойского подэтапа объединение сменилось раздроблением коры, при этом обособились относительно устойчивые глыбы земной коры. Эти глыбы (иногда их называют протоплатформа-ми) включают и более древние жесткие ядра из пород гранито-гнейсового состава. На поверхности глыб местами возникли плоские прогибы, заполнившиеся красноцветными обломочными, карбонатными и вулканогенными толщами. Устойчивые глыбы имеют угловатые контуры: они ограничены разломами в древнейшей континентальной коре.

    Большинство будущих древних платформ возникло в результате слияния ряда таких  глыб, или массивов, разделенных  узкими (в десятки километров), но длинными прогибами. Наряду с узкими прогибами существовали и более  широкие подвижные пояса, сохранившие  свою подвижность и на следующих  этапах геологической истории. По всем основным особенностям своего строения и развития эти ранне-протерозойские подвижные пояса уже вполне соответствуют современному представлению о геосинклиналях. Но высоких гор, от разрушения которых образуется обломочный материал, на месте геосинклиналей того времени еще не возникло. Во многих раннепротерозойских геосинклиналях уже довольно отчетливо различаются внешние зоны, в которых отлагались почти исключительно осадочные толщи, включая известняки и доломиты, и внутренние зоны, в которых накапливались продукты подводных извержений — лавы, вулканические туфы и др. Раннепротерозойское время закончилось новой эпохой складчатости, метаморфизма и гранитизации. Первичный гранито-гнейсовый слой еще раз увеличился таким образом; его формирование в пределах современных древних платформ на этом по существу закончилось.

    Отметим, что тектонические процессы в. раннем протерозое сопровождались выносом  из мантии и более глубоких горизонтов коры значительных количеств естественнорадиоактивных элементов — урана, тория, калия, которые концентрировались в гранитоидах и в обломочных толщах. Конец раннего протерозоя — 2 млрд. лет до н. э. — оказался очень важным рубежом в тектонической истории Земли. К этому времени в основном закончились процессы изменения общего характера развития литосферы, начавшиеся на рубеже 2,5 млрд. лет, поэтому ранний протерозой можно считать переходным этапом в развитии земной коры.

    Среднепротерозойский  этап (2,0—1,4 млрд. лет). Этот этап, в течение  которого продолжалось развитие континентальной  коры, относительно плохо «документирован» осадками и потому с тру дом поддается расшифровке. Как постепенно проясняется в последние годы, эволюция коры на протяжении этого периода подразделялась, видимо, на два подэтапа.