Лекция№1 Стратиграфия и геохронология Архея

1 Стратиграфия и геохронология Архея 1.1 Архейская история. Общее расчленение докембрия 1.2 Ранний Архей 1.3 Средний и поздний Архей 1.4 Геологические обстановки в Архее 1.5 Зарождение жизни Список использованных источников

1 Стратиграфия и геохронология Архея

1.1 Архейская история

Общее расчленение докембрия

Докембрий - совокупность догеологического этапа, а также архейских и протерозойских акронов или промежуток времени около 3,8 млрд. лет, предшествовавший в истории Земли палеозойской эре. Иногда неправильно называется криптозой.

Архей (от греч. archaios -разделений докембрия (AR) древний), нижнее из двух подразделений докембрия(AR).

Архейская группа, нижняя древнейшая группа горных пород докембрия, представленная главным образом различ­ными гнейсами и кристаллическими сланцами, в меньшей мере мраморами, кварцитами, изредка встречаются магнетитовые сланцы и кварциты (джеспилиты). Породы сильно гранитизированы. Органические остатки чрезвычайно редки. Иногда подразделяется на катархей и собственно архей.

Архейская эра (эон), древнейшая эра в геологической истории Земли. Верхний рубеж около 2,6 млрд. лет назад, продолжительность не менее 1,4 млрд лет.

Американский геолог Дж Дэна в 1872 г. наиболее древние метаморфические образования назвал архейскими (греч. «археос» древний). Вслед за ним В. Эммонс в 1888 г, выделил верхню часть древнейших толщ под названием протерозой (греч. «пртерос» — первичный, «зоэ» — жизнь).

В том же году Международный геологический конгресс узаконил такое разделение докембрийских отложений на архейские и протерозойские. В 1889 г. Ч. Уолкоттом в верхней части протерозоя был выделен альгонк. Следует отметить, что в это время для фаиерозойских отложений уже была разработана шкала, очень близкая к современной. В 1894 г. Э. Реневье опубликовал эту шкалу в так называемом хронографе.

Необходимо помнить, что докембрий охватывает 3,5 млрд лет истории Земли, если не считать «догеологическую» стадию ее развития от момента образования планеты 4,6 млрд лет назад до 4,0 млрд лет, о которой практически ничего не известно. Сложность расчленения докембрия заключается в том, что в этот огромный промежуток времени не существовало таких групп организмов, которые испытывали бы быстрое развитие, что является непременным условием зональной стратиграфической шкалы - основы расчленения отложений фанерозоя.

Поэтому для расчленения докембрия, как показал М. А. Семихатов, используются три различных подхода: 1) структурно-вещественный, использовавшийся в основном на ранних стадиях изучения докембрийских отложении; 2) хронометрический, основанный, по существу, на примате времени как такового; 3) хроностратиграфический, наиболее обычный и

традиционный для расчленения фанерозойских отложений, когда выделяются стратотипы, учитывающие особенности напластования, последовательность. Соотношения слоев и анализ органических остатков. Последние, как известно, в докембрии распространены слабо, а главное, они неподвержены быстрой изменчивости.

Таблица 1

Стратиграфическая шкала докембрия Северной Евразии

В настоящее время известны, по существу, две шкалы расчленения докембрийских отложений, используемых, в практической работе. Это стратиграфическая шкала докембрия Северной Евразии, принятая на совещании по общим вопросам расчленения докембрия в Уфе в 1990 г., и шкала докембрийского времени, одобренная Международной стратиграфической комиссией и Международным союзом геологов и предложенная Международной подкомиссией по стратиграфии докембрия в 1988 г. Сравнительный анализ этих шкал показал, что в Международной шкале архейский эон не предусматривает подчиненных подразделений, а протерозойский эон разделяется на три эры. В нашей шкале архейская акротема разделена на две эонотемы, а протерозойская акротема на две эонотемы, нижняя из которых подразделяется, в свою очередь, на две эратемы. В 1991 г. Международная подкомиссия по стратиграфии докембрия рекомендовала разделить архей на четыре эры: эо-, палео-, мезо- и неоархей с рубежами 3,6; 3,2 и 2,8 млрд лет. Шкала показана в таблица 1.

Описывая события 7/8 истории Земли, следует помнить о некоторой условности и спорности расчленения докембрийских образований.

Учитывая все сказанное выше, а также важнейшие события происходящие в докембрийское время, мы рассматриваем архей разделяя его на три подразделения: ранний (4,0—3,5 млрд лет), средний (3,5-3,0) и поздний (3,0-2,5 млрд лет). В протерозойской акротеме предпочтительнее выделение трех эонотем: нижней, средней и верхней, причем нижний рубеж последней 1,0 млрд лет. а средней - 1,9-2,0 млрд лет.

1.2 Ранний Архей (4,0-3,5 млрд лет)

Раннеархейский этап развития Земли охватывает промежуток времени от 4,0 до 3,5 млрд лет, т. е. порядка 500 млн лет, вполне сравнимо со всем фанерозойским эоном. Следует еще paз подчеркнуть, что верхний и особенно нижний пределы этого интервала являются не очень четкими, что связано с трудностями определения абсолютного возраста пород.

Выделение древнейшего этапа в истории Земли, следы которого уже запечатлены в горных породах, связано с проблемой комплекса, относящегося к так называемым «серым гнейсам», впервые установленным на Канадском щите Северо-Американской платформы около 25 лет назад, хотя термин «серые гнейсы» уже давно употреблялся в Швеции. Породы этого комплекса представлены различными гнейсами. В «серый гнейсах» отмечается преобладание Na над К, относительно, высокое содержание: Ni, V и Сг, низкое - U, Th, Rb, Ti и очень низкое соотношение изотопов ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr.

Таким образом, понятие «серые гнейсы» является сборным к ним относятся древнейшие из известных на Земле породы, до метаморфических преобразований представленные эффузивными, интрузивными и гораздо реже осадочными породами. Следовательно, «Серые гнейсы» - это полигенетический комплекс.

Распространение комплексов «серых гнейсов» в различных регионах Мира.

Наиболее древние породы на земном шаре теперь известии практически на всех крупных платформах как северного, так и южного рядов. Чтобы и попытаться реконструировать обстановки времени формирования этих древнейших пород, необходимо рассмотреть строение и структуру наиболее представительных районов распространения «серых гнейсов».

Комплекс «серых гнейсов» платформ северного ряда.

Древнейшие породы в пределах платформ северного ряда развиты на Северо-Американской, Восточно-Европейской, Сибирской и Китайско-Корейской платформах, где они обнажаются в пределах щитов - выступов фундамента этих платформ.

На Севера-Американской платформе наиболее древние датированные породы обнажаются на Канадском щите в районе оз. Верхнего, на п-ове Лабрадор, юго-западе Гренландии и в провинции Слейв на западе щита. В первом из них, где архейские образования занимают самую большую площадь, в долине р. Миннесота, известны породы с возрастом 3,5-3,7 млрд. лет по данным Rb-Sr и U - Pb методов. Они представлены гнейсами тоналитового состава с отдельными блоками и включениями гранулитов - пород высокой степени метаморфизма.

В субпровинции Унгава, на побережье Гудзонова залива, и в некоторых других местах провинции оз. Верхнего развиты поля гранулитов, возраст которых превышает 3 млрд. лет, однако их истинный возраст может быть древнее, так как они подстилают более молодые зеленокаменные пояса. Так что эти гранулиты могут быть одновозрастны с комплексом тоналитовых. гнейсов, сформировавшихся в основном по изверженным породам.

В другой части Канадского щита, на п-ове Лабрадор, в области развития более молодых раннепротерозойских пород, располагается полоса ортогнейсов провинции Нейн. Эти кварц-полевошпатовые тоналитовые «серые гнейсы» с включениями основных эффузивов и осадочных пород местами прорываются дайками основных пород, превращенных в амфиболиты. Абсолютный возраст гнейсов Rb—Sr методом оценивается в 3,6 млрд лет.

Трети район развития древнейших, пород комплекса «серых гнейсов» - это юго-западная Гренландия, где общая площадь выходов - архейских толщ превышает 120000 км², однако еще большая их часть перекрыта ледником. В этом районе развит знаменитый комплекс Исуа, в состав которого входят: амфиболиты, образовавшиеся за счет основных вулканитов; метариолиты; метаосадочные породы: железистые кварциты; конгломераты, в гальках которых присутствуют кварциты; дуниты. Комплекс залегает по периферии гнейсового купола Амтсок, Все описанные выше породы очень сильно дислоцированы и образуют тектонические покровы, причем один эпизод формирования покровов предшествовал образованию гнейсов Нук, а второй произошел позднее. Метаморфизм всех упомянутых образований имел место в интервале 3,0-2,85 млрд лет и не превышал амфиболитовой фации. Только местами процессы происходили в условиях более высоких ступеней метаморфизма - гранулитовой фации.

Сравнительно недавно на западе Канадского щита, в провинции Слейв, был обнаружен еще один район развития древнейших пород. Это гнейсы Акаста__с возрастом 3,96 млрд лет - древнейшим из достоверно установленных на Земле.

На Восточно-Европейской платформе комплекс «серых гнейсов» обнажен в пределах Балтийского и Украинского щитов. В первом из них фрагменты этого комплекса достоверно установлены в Карелин и предположительно на Кольском полуострове, на его северо-восточном побережье и в центральной части. Древнейший субстрат всех более молодых отложений слагается ортомета-морфическими плагиогнейсами, амфиболитами, метавулканитами, как правило, андезитового состава. Эти образования прорываются различными гранитоидами - диоритами, плагиогранитами, гранодиоритами, тоналитами - в которых присутствуют ксенолиты более древних гнейсов. Все эти гранитоиды характеризуются цифрами абсолютного возраста 3,2-3,1 млрд лет.

В центре Кольского полуострова, в Кейвской зоне, обнажается плагиогранитогнейсовый фундамент, отвечающий по своим характеристикам комплексу «серых гнейсов». В Карелии и восточной, Финляндии комплекс основания сохранился лишь в отдельных местах как в позднем архее он был интенсивно гранитизирован.

На Украинском щите древнейшие породы обнажаются в трех субмериднональных блоках: Среднеприднепровском, Орехово-Павлоградском и Подольском. Наиболее представительны из них породы, слагающие аульский комплекс в Среднепрндпепровеком блоке, который подстилает более молодые зеленокаменные образования конкско-верховцевской серии. Аульский комплекс представлен биотитовыми и амфибол-биотитовыми гнейсами, амфиболитами, а также роговообманковыми сланцами и амфиболитами. Радиометрический возраст комплекса оценивается в 3,7±0,1 млрд лет. В других блоках также развиты гнейсовые комплексы, кристаллические сланцы, амфиболиты возраст которых явно превышает 3,0 млрд лет.

Таким образом, на Украинском щите, как и на Балтийском, древнейшие натровые серогнейсовые комплексы являются фундаментом для более молодых архейских, типично зеленокаменных серий пород, в которые они местами включены только фрагментами. Все породы этого комплекса основания подверглись неоднократной гранитизации, метаморфизму и очень сильным деформациям. Несомненно, что «серые гнейсы» присутствуют и в пределах фундамента Русской плиты, где они перекрыты чехлом фанерозойских отложений, но обнаружение их — дело будущих исследований, хотя попытки их выделения по данным бурения уже предприняты.

На Сибирской платформе серогнейсовые комплексы были обнаружены 10-12 лет назад. По данным В.И. Кицула и его коллег, они слагаются биотитовыми гнейсами, гранитогнейсами, плагиогнейсами т. е. преимущественно гиперстеновыми гранитами, обнажающимися в Центральной части Алданского щита и подстилающими более молодую архейскую иенгрскую серию. Радиометрический возраст «серых гнейсов», определенный Рb-Рb методом, составляет около 3,4 - 3,5 млрд лет. Породы, представленные различными гнейсами, которые можно отнести к древнейшему основанию, в последнее время предполагаются на Анабарском массиве Сибирской платформы, а также в пределах ее обрамления: на Енисейском кряже и Смоленском массиве (3,4-3,5 млрд лет). Практически везде комплекс «серых гнейсов» образует куполовидные структуры, обрамляемые более молодыми зеленокаменными поясами. В пределах Китайско-Корейской платформы, известны «серпе гнейсы» с возрастом 2,9 и 3,3 млрд лет, которые входят в состав периферических участков архейских гранитогнейсовых куполов. Определения радиометрического возраста включений в «серых гнейсах» по цирконам U - Pb методом дали цифры в 3,67—3,65 млp лет.

Комплекс «серых гнейсов» платформ южного ряда

На платформах южного ряда Южно-Американской, Африканской, Индостанской, Австралийской и Антарктической - древнейшие образования типа комплекса «серых гнейсов» распространены во многих местах щитов этих платформ.

Несмотря на то что под термином «серые гнейсы» понимается комплекс достаточно разнообразных генетически и по возрасту пород, их общий облик вполне определенный. В подавляющем большинстве случаев это плагиогнейсы тоналитового, трондьемитового и гранодиоритового состава с возрастом 4,0—3,4 млрд лет, по химическому составу они отвечают андезит-дацит-риолитовой известково-щелочной серии пород. В основном «серые гнейсы» являются исходно-магматическими и по петрохимическим и геохимическим особенностям отличаются от таких же по составу пород, образовавшихся в более поздние геологические эпохи. Существуют разногласия по поводу типа и состава первичных пород, из которых сформировались «серые гнейсы». Наиболее распространенная точка зрения заключается в признании вулканической природы «серых гнейсов» за счет плавления базальтов с участием вулканогенно-осадочных и осадочных пород.

Во многих местах наблюдается сложная тектоническая структура «серых гнейсов» с образованием тектонических покровов и гранитогненсовых куполов. Все исходные породы комплекса «серых гнейсов» подверглись интенсивным процессам метаморфизма и гранитизации.

Таким образом, особенности пород комплекса «серых гнейсов», несмотря на их сходство, свидетельствуют о том, что уже в раннем архее условия формирования исходных пород были разнообразны.