Ранний архей. Возникновение протоконтинентальной коры (4,0‑3,15 млрд лет)
Породы раннего архея (катархея) обнаружены практически на всех континентах и представлены гранитогнейсами («серые гнейсы»), в которых натрий преобладает калием. Они либо выделились из мантии, либо образовались путем метасоматической переработки первичной базальтовой коры [25].
В катархее уже существовала гидросфера. К этому времени относят первые осадочные породы. Они обнаружены в Гренландии – серия Исуа (возраст 3,76 ± 0.07 млрд лет). Масса гидросферы примерно соответствовала доле воды (3–4%) в лавах. Близкое соотношение (1.46·106)/(4.7·107) ≈ 3.1% масс у современных гидросферы и литосферы. Часть воды пополняет гидросферу, а часть участвует в серпентинизации мантийных оливинов.
Наиболее древние следы деятельности организмов найдены в Трансваале (возраст 3.1-3.4 млрд лет) и Австралии (возраст 3.5 млрд лет). О возможном существовании жизни судят по изотопному отношению 12C/13C включений углерода в породах. В Сорг отношение меньше, чем в Скарб, поступающем из недр Земли. Близкий возраст имеют и древние экосистемы – цианобактериальные маты, следы которых запечатлены в строматолитах. Последнее доказывает, что автотрофы появляются на начальных стадиях развития жизни.
Ряд признаков свидетельствует об отсутствии в древних атмосфере и гидросфере свободного кислорода:
в породах много легко окисляющихся, но не окисленных веществ: графита, пирита FeS2 и др.
типичны осадочные железомарганцевые руды, следовательно, элементы мигрируют вместе, а это указывает на недостаток кислорода, в окислительной среде их пути расходятся, так как железо переходит из закисной формы в окисную и теряет подвижность;
в породах нет сульфатных отложений – гипса CaSO4·2H2O и ангидрита CaSO4, для образования которых необходим кислород.
Основными итогами этого этапа являются появление континентальная кора и первых экосистем – цианобактериальных матов.
Поздний архей. Формирование континентальной коры (3,15 – 2,50 млрд лет)
Это время развития зеленокаменных поясов (ЗКП), сложенных основными вулканитами и отчасти осадочными породами. ЗКП тянутся на многие сотни километров и примыкают к ядрам протоконтинентальной коры. Мощная термальная проработка пород (образование гранитов рапакиви) сформировали, по мнению многих геологов, единый континент Пангея. Мировой океан был менее глубокий, чем современный.
На границе нижнего и верхнего архея (~ 3.0 млрд лет) появляется свободный кислород. Вероятно, первыми автотрофами, синтезирующими органическое вещество из углекислоты и воды с выделением свободного кислорода, были одноклеточные сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Накопления кислорода не происходило, так как активно шло окисление атмосферных газов, а затем и пород коры.
Состав вод первичного океана определяли два процесса:
растворение в воде атмосферных газов;
эрозия горных пород.
Из атмосферы в океан переходили кислоты, углекислый газ, аммиак, сероводород. Кислоты реагировали с силикатами горных пород, извлекая щелочные и другие элементы. Морские воды превращаются из хлоридных в хлоридно-карбонатные. Концентрация катионов в морской воде примерно совпадает с распространенностью элементов. В то же время содержание главных анионов (хлор и бром) в 200 и 50 раз больше количества, которое могло извлекаться из горных пород. На этом основан тезис А. П. Виноградова:
все анионы морской воды возникли из продуктов дегазации мантии, а катионы - из разрушенных горных пород.
Для осадочного комплекса характерны железистые кварциты и доломиты (рис. 20). Одним из вариантов образования кварцитов могло быть окисление растворимой закиси железа FeO до окиси Fe2O3 с последующим осаждением гидратов Fe(OH)3 и FeO(OH) в комплексе с SiO2·nH2O и органикой. Эти осадки, преобразовавшиеся в железистые кварциты – джеспилиты, образуют железорудные месторождения Криворожского бассейна и Курской магнитной аномалии.
В мелких водоемах появляются карбонатные осадки. В архее кальций и магний извлекались из ультраосновных и основных пород, в которых соотношения Na/K, Mg/K и Mg/Ca больше, чем в кислых породах, поэтому карбонатные отложения представлены доломитами. Образование известняков ограничено. Оно началось позднее – в протерозое. Интенсивное отложение карбонатов начинается по мере активизации жизни в гидросфере.
Основными итогами геолого-геохимического развития земной коры в архейский эон являются:
образование ядер будущих платформ и геосинклинальных областей, которое, весьма вероятно привело к формированию единого континента Пангея,
возникновение осадочных пород с продуктами выветривания: Al, Fe, Ca, Mg и др.
образования океанов и эволюция вод из хлоридных в хлоридно-карбонатные;
становление биосферы – появляются экосистемы с замкнутым биогеохимическим циклом .
Рис. 22. Схема эволюции литологического состава и пропорций осадочных и вулканических пород в областях осадконакопления по [9]