Вопрос 1. Особенности геологической истории и развития биосферы в докембрийский период. Докембрийский период

В докембрии выделяют архей ранний или катархей, млрд лет назад (до 3,15) и поздний архей (до 2,50)., а также протерозой – ранний (до 1,65) и поздний (до 0,57).

Ранний архей. Возникновение протоконтинентальной коры (4,0‑3,15 млрд лет)

Породы катархея обнаружены практически на всех континентах и представлены гранитогнейсами («серые гнейсы»), в которых натрий преобладает над калием. Они либо выделились из мантии, либо образовались путем метасоматической переработки первичной базальтовой коры.

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. У современных гидросферы и литосферы близкое соотношение масс ~3,1%. Часть воды пополняет гидросферу, а часть участвует в серпентинизации мантийных оливинов.

Наиболее древние следы деятельности организмов найдены в Австралии (возраст 3,5 млрд лет) и Трансваале (возраст 3,1-3,4 млрд лет). Близкий возраст имеют и древние экосистемы – цианобактериальные маты, следы которых запечатлены в строматолитах. Последнее доказывает, что автотрофы появляются на начальных стадиях развития жизни.

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.

Ряд признаков свидетельствует об отсутствии в древних атмосфере и гидросфере свободного кислорода:

• в породах много легко окисляющихся, но не окисленных веществ: пирита и др.

• типичны осадочные железомарганцевые руды, следовательно, элементы мигрируют вместе, а это указывает на недостаток кислорода, в окислительной среде их пути расходят-ся, 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 континентальной коры 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 континентальной 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 с выделением кислорода, были синезеленые 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. 23). 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. Интенсивное отложение карбонатов начинается по позднее (в протерозое) мере активизации жизни в гидросфере.

Основными итогами геолого-геохимического развития земной коры в архее являются:

• образование ядер будущих платформ, 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.