9.1.4. Палеогеография
Если палеоархей был временем формирования первичной “серогнейсовой” коры, мезо- и неоархей оставил многочисленные зеленокаменные пояса, мощные серии высокомагнезиальных коматиитов, а раннепротерозойский эон известен появлением протоавлакогенов, расцветом железорудно-кремнистого накопления и появлением настоящих разломов, то громадный по протяженности поздний протерозой оставил системы континентальных рифтов, крупнейших в истории Земли. Попеременно менявшиеся обстановки растяжения и сжатия (с общей тенденцией к растяжению) вели к формированию рельефа поверхности Земли, эволюционировавшего в течение рассматриваемого этапа.
Развитие рельефа подчинялось тектонической деятельности, носившей цикличный характер. Растяжение земной коры приводило к образованию рифтовых впадин и распаду Пангеи I, заложению между её частями морских и океанических бассейнов. Это Протояпетус, Прототетис, Палеоазиатский океан, Протопацифик, также ряд более меньших водоемов –Мозамбикский, Гренвильский и другие. Они были относительно мелководны шельфового типа, и только в отдельных частях накапливались глубоководные флишевые, кремнистые и черносланцевые толщи.
Замыкание морских бассейнов и коллизия приводили к созданию горных сооружений, которые фиксируются наличием моласс в разрезах. Именно в рифее появились обломочные молассы большой мощности типа современных, что свидетельствует о значительном размахе рельефа. Он был относительно приподнят и в пределах раннедокембрийских кратонов, где в авлакогенах происходило накопление обломочных толщ мощностью в первые километры. Кроме того, существовали плоские обширные впадины (Таудени, Конго, Сан-Франциску и др., где накапливались мелководные толщи.
Горные сооружения нивелировались, превращаясь в платформенные участки, причлененные к раннекембрийским кратонам, и завершая, таким образом, тектонический цикл. Их было три – готский, гренвильский и байкальский. Наиболее масштабным был последний, проявленный на всех континентах.
В рифее существовали эрозионно-денудационные и аккумулятивные равнины, эпиконтинентальные моря с обширными шельфовыми участками, лагуны, островная суша, геосинклинальные прогибы, островные дуги, окраинно-континентальные вулканические пояса. В областях аккумуляции происходило накопление различных по составу вулканогенно-осадочных и осадочных толщ.
Климаты.По наличию строматолитов, тиллитов, эвапоритов, кор выветривания устанавливаются различные типы климатов, а, следовательно, климатическая зональность.
Широкое распространение в раннем и среднем рифее шельфовых высокомагнезиальных известняков и доломитов свидетельствует о мягком и теплом климате. По изотопам водорода и кислорода в сингенетичных кремнях карбонатных пород установлено, что средние температуры у земной поверхности 1,3-1,2 млрд лет назад колебались в пределах 40-50 °С. Такие температуры и насыщенность атмосферы углекислым газом способствовали образованию строматолитов и микрофитолитов, особенно в среднем рифее.
В аридных условиях формировались эвапориты, в ледниковых – тиллиты. Эвапориты широко развиты в Центральной Австралии, где расположен крупный бассейн Амадиес, в котором накапливались доломиты, гипсы и соли. Эвапориты рифея известны в Иркутской впадине, в Северной Америке, Южной Африке.
Ледниковые образования известны на двух уровнях – 750-720 и 680-650 млн лет. Нередко мощный горизонт нижних тиллитов разделяется на два подгоризонта, между которыми залегают межледниковые отложения. В Восточной Европе, Африке, Юго-Восточной Азии позднерифейское оледенение имело покровный характер, ледники занимали огромные площади. На Сибирской платформе ледниковые отложения имеются только на Енисейском кряже.
Атмосфера. Широкое развитие красноцветных пород указывает на заметное увеличение содержаний свободного кислорода по сравнению с его содержаниями в карелии, что связано с увеличением биомассы фотосинтезирующих водорослей. Обилие красноцветов объясняется отсутствием растительного покрова на суше, поскольку органика переводит трёхвалентное железо в двухвалентное. Следствием этого является исчезновение к рифею железистых кварцитов и появление красноцветных формаций.
Достижение содержания кислорода точки Беркнера-Маршала (10 %) в рифее способствовало появлению в верхних слоях атмосферы озонового слоя, защищающего биос от гибели и рост его содержаний. Резко увеличилось количество органогенных пород и, прежде всего карбонатных. Это приводило к изъятию СО2 из атмосферы, количества которого значительно уменьшились по сравнению с содержанием его в раннем протерозое. В рифее впервые начали формироваться мощные толщи известняков и доломитов. Удаление громадных масс СО2 из атмосферы не только уменьшило её плотность, но как следствие вызвало аридизацию климата, уменьшение парникового эффекта, возникновение локальных центров оледенений.
Появление свободного кислорода позволило организмам перейти от энергии анаэробного брожения к более выгодному (в 30-50 раз) окислению при дыхании. Одновременно продолжалось изъятие углерода. Это фиксируется резким в истории Земли приростом глобального обилия и разнообразия строматолитов. В процессе развития органической жизни в значительных объемах наряду с накоплением в атмосфере углерода происходило его изъятие из неё. Если на рубеже архея и протерозоя она была преимущественно азотной, то нарастание количеств О2 было одновременно с изъятием из нее части N.
Освобождение атмосферы от NH3 и CH4 в рифее поначалу шло медленно благодаря кислороду, выделяющемуся фотодиссоциацией Н2О и СО2 под действием жесткого светового и космического излучения. Но нарастающий фотосинтез во много раз интенсифицировал этот процесс и привел к созданию в рифее атмосферы, близкой к современной.
Гидросфера. С появлением свободного кислорода, способного окислять серу и сероводород, появился сульфатный ион, количество которого нарастало, и хлоридно-карбонатные воды сменились сульфатно-карбонатно-хлоридными, что определило возможности осаждения эвапоритов. По Н.М. Страхову, нынешний анионный состав океанских вод достался Земле от рифея. Соленость воды повысилась до 3,5%, резко уменьшилось содержание СО3-. В катионном комплексе преобладают щелочи, а основным компонентом солей является NaCl, карбонатов всего 1,21 от суммы солей. Возросшая соленость Мирового океана привела к переводу в осадок хлоридов Na, K, Mg в отдельных водоемах аридных зон. Эта разгрузка от хлоридов и сульфатов позволила в течение этапа сохранять соленость Мирового океана на уровне современной.
Другой особенностью этого этапа является развитие органической жизни, присутствующей практически во всей массе океанической воды и оказывающей большое влияние на осадочный процесс. Практически вся масса поступающего с суши тонкого материала и донный осадок проходит через различные организмы (фильтрующие, илоеды), что позволяет говорить о механо-био-хемогенном осадконакоплении. Важную роль в этом процессе играют бактерии. Их первой и наиболее важной функцией является создание среды минералообразования (регулирование параметров рН, Eh, концентраций O2, CO2, H2S, что определило появление аутигенных минералов. Наряду с этим бактерии являются концентраторами целого ряда химических элементов – углерода, водорода, азота, фосфора, серы, железа, марганца, некоторых редких и малых элементов.
Осадконакопление в рифее носило разнообразный характер, определяемый тектоническим и климатическим факторами. В подвижных поясах широко были развиты флишевая, черносланцевая и кератофиро-спилитовая формации, впервые появились мощные молассы, как вулканогенно-осадочные, так и терригенно-карбонатные, свидетельствующие о появлении складчатых областей с расчлененным рельефом. В рассматриваемый этап начали формироваться мощные карбонатные толщи, вначале преимущественно доломиты хемогенного происхождения. Во второй половине рифея значительную роль начали играть органогенные строматолитовые известняки, особенно в миогеосинклинальных зонах. Постепенно уменьшалась количество кремнистых пород, но увеличивался объём фосфоритоносных образований в виде мелкозернистых пластовых фосфоритов.
В авлакогенах на древних кратонах наибольшее распространение имеют полевошпатокварцевые и кварцевые песчаники, тяготеющие к нижним частям разрезов. Выше появляются аргиллиты, глауконит-кварцевые песчаники и карбонатные породы. Значительную роль играют эффузивно-осадочные толщи и пласты эффузивов долеритового состава, внедрявшиеся по глубинным разломам. В синеклизах формировались терригенно-карбонатные толщи, в составе которых преобладали хемогенные доломиты. Заметное распространение приобретают тиллиты как наземного, так и морского происхождения, а также сульфаты – гипсы и ангидриты.