2. Эволюция химического состава Океана

Эволюция океана должна была развиваться по пути снижения минерализации, плотности воды, удельного веса. В работе О.Г.Сорохтина и С.А.Ушакова (1991) отмечено, что общая соленость архейских морей и океанов была заметно выше солености современных океанов.

Представляется достаточно логичным положение Е.В.Посохова (1977) о том, что первоначально существовал один единственный химический тип хлоридных кальциево-магниевых или магниево-кальциевых вод и что континентальные воды на первых порах принадлежали к тому же типу, что и морские. Впоследствии континентальные воды испытывали эволюционные изменения совместно с изменением газового состава атмосферы, с появлением и выветриванием основных и ультраосновных пород в области суши.

Этот отрезок времени приурочен примерно к границе архея и протерозоя и характеризуется изменением термального режима Земли.

С этим этапом связано начало процессов окисления растворенных в воде океана серы и сероводорода, а в области суши — сульфидов с образованием в океане иона SO4 \ С этого момента в химическом составе вод океана пошел процесс постепенного нарастания содержания сульфат-иона. Неуклонное увеличение количества сульфатной серы в осадочных породах с уменьшением их возраста омечают А.Б.Ронов и др. (1990). В фанерозойский этап истории развития морей и океанов, для которого имеются данные термобарогеохимии, В.М.Ковалевичем (1990) отмечается направленный процесс роста концентрации иона SO4 " в воде океана.

Если рассматривать мегациклы галогенеза с точки зрения их сходства в повторении процессов кристаллизации солей сначала из хлоридных, а затем сульфатных растворов, то они могут быть сравнимы с глобальным циклом дегазации воды из мантии и эволюции вод океана. В этом цикле, по всем данным, первая стадия была хлоридная, вторая — сульфатная. Сравнение эволюции химического состава вод бассейнов морского генезиса и истории эволюции вод Мирового океана, очевидно, правомерно и, скорее всего, находится в таком же отношении, как онтогения и филогения.

Таким образом, эволюция вод Мирового океана идет от хлоридного типа через сульфатный к гидрокарбонатному и от существенно ювенильного к существенно вадозному. По крайней мере за фанерозойское время в геологической истории Земли не было событий, которые могли повлиять на химический состав вод океана в такой степени, чтобы превращать его из сульфатного в хлоридный и наоборот.

Два фанерозойских мегацикла галогенеза связаны с двумя суперциклами конвекции в мантии и обусловлены состоянием термодинамической активности недр, выражающейся в конечном счете в выходе энергии в бассейны седиментации различного тектонотипа. Конкретные фазы галогенеза отражают момент окрытия недр и внедрения в морские бассейны хлор-кальциевых вод.

БИЛЕТ 22

1. «Геохимические революции» в истории Земли

В истории Земли можно установить несколько геохимических революций, каждая из которых резко отражалась на характере осаждения СаС03. Таким образом, можно использовать СаС03 в качестве палеоклиматического индикатора. Эти революции обусловлены метаболической эволюцией и поэтому являются одновременно и результатом, и возможной причиной разв.организмов.

Революция 1

Синтез аминокислот (опыт Мюллера) привел к эволюции, выразившейся в переходе от первичной атмосферы, состоявшей из NH3, СН4, Н20 и, воз­можно, H2S, к атмосфере, богатой Н20 = N, которая постепенно обогащалась СО2. Свободный водород первичной атмосферы, возможно, выносился из гравитационного поля Земли; метан и аммиак в отсутствии водорода ста­новились неустойчивыми и, возможно, также диссоциировали с образованием СО2 и N — газов, весьма важных в современной атмосфере. В результате активной вулканической деятельности в атмосферу дополнительно вносился СО2. Первичная атмосфера должна была определять резко выраженную восстановительную среду. Жизнь должна была быть исключительно анаэробной. Поэтому «добиологический океан», возможно, составлял всего лишь 5—10% современного Мирового океана. Соответственно атмосферное давление пара было крайне низким и потому неблагоприят­ным для субаэральной эрозии. Время революции (3,8 ± 0,3) -109 лет.

Революция 2

По мере обогащения атмосферы СО 2 для одноклеточных хлорофилловых растений становился возможным фотосинтез сахаров из воды и С02. Постепенно образовывался свободный кислород, значительное количество которого вступало в реакции окисления. Кроме того, отсутствовал верхний атмосферный экран, который мог бы препятствовать проникновению ультрафиолетового излучения. Сле­довательно, озон (03) мог находиться на поверхности Земли в свободном состоянии, способствуя быстрой эрозии. Быстрое развитие осадконакопления грауваккового типа характерно для этой фазы истории Земли.

В известняках, накопившихся в это время, как правило, были строма­толиты. В течение рассматриваемой фазы, вероятно, только фотосинтезирующие водоросли могли поглощать достаточное количество С02, тем самым способствуя осаждению СаС03. Предполагается, что сложные многоклеточные организмы (морские черви и др.), дышащие кислородом, были уже широко развиты, но их остатки не сохранились в ископаемом состоянии. В морях середины докембрия значение рН было крайне низким (примерно 4—5). Лишь в резуль­тате систематического поглощепия СО 2 водорослями и его накопления в виде СаС03 значение рН возросло до 7 к началу кембрия. Время революции (2,9 ± 0,2)-109 лет.

Революция 3

Постоянное поглощение С02 как при образовании известняков, так и в процессе гранитизации осадков в позднем докембрии привело к возра­станию рН до величины 7. Поскольку более развитые многоклеточные организмы могут изменять значение рН своей жидкости в больших пределах, появилась возможность формиро­вания твердых раковин. у мягкотелых организмов позднего докембрия в связи с ухудшением условий выделения избытка кальция из системы кровообращения в местах соприкосновения мантии с морской водой началось отложение СаС03.. Время революции (6 ± 0,3)• 108 лет.

Революция 4

Почти на всем протяжении палеозоя наблюдалась постепенная эволю­ция организмов, сопровождаемая поглощением С02 в результате образова­ния органогенных карбонатов или же химического осаждения. Резкое воз­растание поглощения С02 из атмосферы началось в карбоне. Континенталь­ная растительность начала развиваться в силуре (Австралия) и девоне (повсеместно), однако в незначительном масштабе. Расцвет континенталь­ной флоры в карбоне обусловил сокращение С02 в атмосфере. В Южном полушарии пермь явилась эпохой грандиозного угленакопления. Предпо­лагается, что рН морей медленно возрастало от 7 до 8. Это не отразилось заметно на многих морских организмах, но тем не менее к концу перми некоторые организмы исчезли.

Время революции (2,5 ± 0,5)-108 лет.

Революция 5

Это было время необычайно широкого распространения выделяющих известь пелагических организмов (водорослей, фораминифер). В результате жизнедеятельности этих организмов в меловом периоде образовалась формация белого мела. парциальное давление С02 было низким, а поверхностные воды океанов были пересыщены СаС03. Концентрация ионов Са2+ и темпе­ратура были высокими, привнос Са2+— значительным. источником Са2+ является выветривание кристаллических пород континентов латеритного и подзольного типа.

Время революции (1,2 ± 0,2)-108 лет.