13. Основные этапы эволюции земной коры

1. Космическая шкала событий 2. Догеологический этап 3. Раннеархейский этап 4. Позднеархейский этап

5. Раннепротерозойский этап 6. Рифейский этап 7. Фанерозойский этап

Земля – космическое тело Солнечной системы, входящей в состав Га- лактики Млечного Пути (МП). Астрофизики обосновали космическую шкалу событий, в соответствии с которой шло образование звезд, их скоплений и планет: 1. Возникновение Вселенной (Большой Взрыв) – 13,5 млрд. лет назад;

56

2. Образование Галактики МП – 10 млрд. лет; 3. Образование Протосолнца – 5 млрд. лет; 4. Вспышка Сверхновой в окрестностях Протосолнца – 4,7 млрд. лет; 5. Образование Земли и планет Солнечной системы – 4,5 млрд. лет.

Большинством ученых признается, что Солнце и планеты образовались из газопылевого облака под влиянием энергетического импульса взрыва Сверхновой звезды. Об этом свидетельствуют содержащиеся в космическом веществе тяжелые элементы, которые не могли возникнуть в термодинамиче- ских условиях Солнца. Вспышка породила также гравитационную волну, ко- торая способствовала сжатию газопылевого облака и началу формирования планет. Планеты земной группы образовались путем слипания (аккреции) частиц и довольно крупных тел, которое протекало сравнительно быстро – в течение около 100 млн. лет. Существуют разные мнения относительно осо- бенностей аккреции – гомогенная из сравнительно однородного протопла- нетного вещества и гетерогенная с образованием сначала ядра, а затем ман- тии. Есть и вариант промежуточного творения – сначала образовалось внут- реннее железо-никелевое ядро, затем мантия, а внешнее ядро появилось в хо- де глубинной дифференциации мантийного вещества. Земля уже в процессе аккреции должна была разогреться ввиду выделения энергии при падении на ее поверхность планетезималей. Кроме того, выделялась энергия распада ко- роткоживущих радиоактивных изотопов (Al26, J127 и др.). Луна возникла из земного вещества ненамного позже самой Земли вследствие падения крупно- го астероида, по размеру сопоставимого с Марсом. Находясь вначале близко от Земли, Луна оказывала сильное приливное трение и разогрев вещества. На ранней стадии эволюции Земли произошло термическое событие, вызвавшее плавление, по крайней мере, внешней части мантии. При этом должна была возникнуть первичная кора типа шлака, но она не сохранилась.

Догеологическая стадия охватывает период времени 4,5-4,0 млрд. лет. Ученые обсуждают варианты состояния Земли в то время – Венерианская и Лунная модели. Более вероятна последняя, когда в условиях тонкой и мало плотной первоначальной атмосферы происходила интенсивная метеоритная бомбардировка поверхности, которую слагали базальты и анортозиты («кон- тинентальные» области Луны). За счет дегазации мантии образовалась атмо- сфера, содержащая азот, метан, сероводород и водяной пар.

Раннеархейский этап (4-3 млрд. лет). Свидетельствами этого этапа яв- ляются серые гнейсы – метаморфические породы состава тоналита (грано- диорита). По мнению В.Е. Хаина, наиболее вероятным способом формирова- ния серых гнейсов было плавление базальтов дна первичных морей, предва- рительно испытавших метаморфизм и превращенных в амфиболиты и экло- гиты. Такое превращение, скорее всего, было обусловлено погружением пер- возданной коры в астеносферу, располагавшуюся на небольшой глубине, к тому же насыщенную флюидами и некогерентными элементами. Это погру- жение именуют сагдукцией, которая возникала над восходящими мантийны-

57

ми струями. Серые гнейсы практически повсеместно содержат включения метавулканитов основного состава и метаосадочных пород, среди которых часто встречаются железистые кварциты. Поэтому очевидно, что плавлению подвергались эти категории пород, чему способствовала проработка их флюидами.На этом этапе шло охлаждение поверхности до температур ниже 100оС, наращивалась масса атмосферы и появилась гидросфера – горячий первичный неглубокий океан. В нем на рубеже 3,5 млрд. лет возникла жизнь в форме безъядерных бактерий (прокариотов). Формировалась первичная земная кора, из мантии выплавлялись натровые гранитоиды. Породы этого этапа есть на щитах большинства континентов.

Позднеархейский этап (3,0-2,6 млрд. лет). На этом этапе на серогнейсо- вом основании заложились ранние зеленокаменные пояса. Породы этих поя- сов (амфиболиты, коматииты, джеспилиты, кварциты, местами риолиты) вы- полняют прогибы в серогнейсовом комплексе и между гранито-гнейсовыми куполами. На щитах закартированы до трех генераций зеленокаменных поя- сов с датировками 3,0-2,8-2,4 млрд. лет. Зеленокаменные пояса некоторые тектонисты считают ранними протогеосинклиналями. На некоторых конти- нентах (Юг Африки) возникли протоплатформенные чехлы, сложенные сла- бо метаморфизованными вулканитами, песчаниками, кварцитами, графити- стыми и глиноземистыми сланцами. Некоторые тектонисты считают, что в начале этапа произошло складкообразование (саамский тектонический цикл), внедрение гранитов, в том числе обычных для позднего докембрия и фанеро- зоя калиевых, образовался первый суперконтинент Пангея 0. Плитотектони- сты полагают, что уже тогда произошло образование плит и началось их пе- ремещение в пространстве. По мнению В.Е. Хаина, зеленокаменные пояса развивались по двум основным механизмам – рифтовому и рифтово- спрединговому. К первому отнесены пояса ранней генерации, порядка 3 млрд. лет, а ко второму – второй-третьей генераций. Соответственно текто- ника плит начала функционировать не ранее середины этого этапа. Развитие поздних зеленокаменных поясов, по В.Е. Хаину протекала в три фазы. Первая – в обстановке рифтинга и начального спрединга с накоплением мощных толщ вулканитов и в том числе коматиитов. Излияния происходили в мор- ских условиях. Вторая фаза – субдукционная с образованием вулканических дуг с магматитами известково-щелочной серии, включая дациты и риолиты. Она обычно заканчивалась внедрением гранитоидов трондьемит-тоналитовой натровой ассоциации. Третья фаза характеризуется интенсивным коллизион- ным сжатием и воздыманием, вплоть до орогенеза. Формируются грубообло- мочные отложения (моласса), покровно-складчатые ансамбли, крупные плу- тоны калиевых гранитоидов. Наличие гранулито-гнейсовых поясов считают показателем значительной (более 30 км) мощности континентальной земной коры. Предполагается ее разделение на два слоя – гранитогнейсовый и гра-

58

нулит-базитовый. В конце этапа проявился кеноранский (беломорский) тек- тонический цикл.

Раннепротерозойский этап (2,6-1,7 млрд. лет). На этом этапе существо- вали обширные площади континентальной коры с большими мощностями. Об этом свидетельствуют крупные дайки (Великая дайка Зимбабве длиной 501 км при мощности в южной части 10 км). Появляются расслоенные интру- зии с гаммой пород от ультраосновных до кислых (Бушвельдский лополит с возрастом 2,4 млрд. лет). Сторонники геосинклинально-платформенного уче- ния именуют этот этап протогеосинклинально-протоплатформенным. В каче- стве протогеосинклиналей с дифференцированными комплексами вулкани- тов и осадочных пород, мощными свитами железистых кварцитов рассматри- вают структурные ансамбли Свекофеннский, Черчилл, Эбурнейский, Курско- Криворожский. На протоплатформах накопились осадочные чехлы из мелко- водных и континентальных слабо метаморфизованных отложений. В них есть покровы траппов и свиты вулканитов разного состава (вплоть до кислых). На площади чехлов заложились проторифты (Пенченгский, Имандра- Варзугский, Удоканский и др.). В конце этапа проявились тектонические циклы раннекарельский (2,2 млрд. лет) и позднекарельский (1,7 млрд. лет). В результате второго, по мнению ряда тектонистов, заложились Пангея 1, со- хранявшая единство в течение почти 300 млн. лет.

Рифейский (позднепротерозойский) этап (1,6-0,6 млрд. лет). Вскоре по- сле его начала произошел распад Пангеи-1 с обособлением древних плат- форм (Северо- и Южноамериканской, Восточноевропейской, Сибирской, Ки- тайско-Корейской и Южнокитайской, Африканской, Австралийской, Антарк- тической) и геосинклинально-складчатых (покровно-складчатых) поясов (Се- вероатлантического, Арктического, Урало-Монгольского, Средиземномор- ско-Гималайского, Западно- и Восточно-Тихоокеанского). Эти пояса претер- певали дислокации и интрузивный магматизм в течение готского (1,4 млрд. лет), гренвилльского (1,1 млрд. лет) и дальсланского (делийского, 0,8 млрд. лет) тектонических циклов. С конца этого этапа имеются признаки существо- вания Тихого океана. Проявились этапы тектономагматической активизации на щитах, рифтогенез (Иркинеево-Чадобецкий палеорифт). При распаде Пан- геи-1 более значительное дробление испытали северные части, а на юге со- хранила единство на протяжении более 1,2 млрд. лет Гондвана. С позиций геосинклинально-платформенного учения это соответствующий геотектони- ческий этап, а с позиций плитотектоники – типично плитотектонический этап с дрейфом литосферных плит, раскрытием-закрытием палеоокеанов, горооб- разованием на конвергентных границах, дроблением и соединением осколков плит.

Сторонники плитотектонического развития земной коры и литосферы считают, что тектоника плит функционировала уже в раннем протерозое. От- личительными особенностями были малые размеры плит, имевших полиго-

59

нальные очертания, и значительно большая суммарная длина осей спрединга. Предположительно менее значительной была ширина океанов. Причинами подобной геодинамики были малые размеры конвективных ячей, по крайней мере, в астеносфере. Полигональная решетка плит, разделенных осями спре- динга, наиболее четко выражена в Австралии и Африке.

Фанерозойский этап (<0,7 млрд. лет). Этот этап по общей картине тек- тонического развития следует подразделить на два подэтапа – вендско- раннемезозойский, когда продолжались процессы, характерные для преды- дущего этапа, проявились байкальский, салаирский (раннекаледонский, 500 млн. лет), каледонский (позднекаледонский, 450 млн. лет), герцинский текто- нические циклы. Они вызвали расширение площадей покровно-складчатых поясов, формирование молодых платформ и увеличение мощностей чехлов в синеклизах древних платформ. На них были этапы тектоно-магматической активизации и рифтогенеза (поздние авлакогены). На втором подэтапе про- изошло формирование и сравнительно кратковременное существование су- перконтинента Пангея-2 (около 60 млн. лет). При распаде его возникли моло- дые океаны – крупные Атлантический и Индийский и малый, находящийся в фазе разрастания, Северный Ледовитый. На этом подэтапе завершился мезо- зойский (тихоокеанский) тектонический цикл и проявился, продолжающийся в голоцене, альпийский цикл. Произошло возникновение внутренних морей Евразии, проявился рифтогенез в Африке и Азии. В связи с продолжением альпийского цикла континенты находятся в геократическом режиме с подня- тием платформ и горообразованием во многих частях покровно-складчатых поясов.

В связи с ростом достоверности геологической информации для рифей- ского и фанерозойского этапов выявлена многопорядковая цикличность, вы- разившаяся в ледниковых эрах, великих вымираниях, проявлениях транс- грессий и регрессий океанской части гидросферы.

Наиболее ранней достоверно установленной ледниковой эрой является раннепротерозойская (2,0 млрд. лет), проявленная в гуронской надгруппе Ка- надского щита и ятулийской – Карелии. Следующей широко проявленной эрой (или двумя эрами) была позднерифейская, проявленная в экваториаль- ной Африке, Северо-Западной Канаде, Южной Америке, Патомском нагорье Сибири и в Китае. Возможно, проявились две ледниковые эры – на уровне 900 и 800 млн. лет. Глобальной была вендская (лапландская) ледниковая эра в интервале 610-590 млн. лет, свидетельства которой установлены в Сканди- навии, Карелии, Северной Америке, Сибири, Китае, Африке и Австралии. В палеозое ледниковые эры проявились в позднем ордовике - раннем силуре (445-429 млн. лет), позднем девоне - раннем карбоне (363-353 млн. лет), позднем карбоне - перми (338-256 млн. лет). Н.М. Чумаков, рассмотрев по- следовательность оледенений рифея и фанерозоя, пришел к выводу о перио- дичности порядка 150 млн. лет, совпадающей с проявлениями эндогенной ак-

60

тивности Земли, выраженной вулканизмом, магматизмом и метаморфизмом, которые влияли на содержание углекислоты, прозрачность атмосферы и цир- куляционные процессы в ней. На протяжении почти 3 млрд. лет, с момента возникновения жизни и до вендского периода в биосфере господствовали примитивные формы (бактерии и вирусы). Примерно, 600 млн. лет назад по- следовал эволюционный взрыв – почти внезапное появление мягкотелых беспозвоночных в начале венда, сразу после лапландского оледенения. Столь же внезапным было появление скелетной фауны в начале кембрия. Тектони- ческие предпосылки появления вендской биоты – это байкальский орогенез, повлиявший на состав атмосферы, и возникновение ледниковой эры. По мне- нию А.В. Сочавы, важнейшим фактором биологической эволюции было рез- кие изменения в содержаниях кислорода атмосферы и углекислого газа, вли- явшего на парниковый эффект. Общим фоном, по мнению В.Е. Хаина, являл- ся распад Пангеи-I (Родинии) и появление большого числа спрединговых хребтов, вызвавшее трансгрессию морей.

После появления скелетной фауны произошли, по крайней мере, пять «великих» вымираний и соответствующих обновлений биоты, из которых три-четыре (соответственно, окончания ордовика, девона, перми и триаса), вызваны тектоническими и связанными с ними климатическими причинами, а последняя, вероятно, позднемеловая и позднетриасовая обусловлена паде- нием гигантских метеоритов. О позднемеловом импактном событии свиде- тельствует кратер Чиксулуб на полуострове Юкатан в Мексике, диаметром 180 км и глубиной предположительно 15 км. Попавшее на Землю космиче- ское вещество породило иридиевую аномалию, образование микросферул са- нидина и зерен шокового кварца. Сопоставление сейсмических разрезов пас- сивных окраин позволило П. Вэйлу и др. построить кривую трансгрессий и регрессий Мирового океана. Максимальные трансгрессии имели место в на- чале кембрия, в начале ордовика, в позднем девоне-раннем карбоне, в позд- нем мелу. Самые значительные регрессии произошли в конце венда, конце ордовика, раннем девоне, триасе и в конце неогена. Одной из особенностей кривой Вэйла является ее ассиметрия – трансгрессиям отвечают более поло- гие и длительные отрезки, а регрессии – крутые и кратковременные. Основ- ными причинами колебаний уровня океанов являлись перестройки конвек- тивных ячей в мантии, что влияло на изменение емкости океанских ванн, на- пример, из-за резкого изменения общей длины и объема срединно-океанских хребтов возможной причиной регрессий могла быть коллизия континенталь- ных частей плит, вызывавшая их поднятие и орогенез.

61