учебники / Гаврилов В.П. «‎Общая и историческая геология и геология СССР»

незначительных электрических разрядов. Опытным путем были

получены также аминокислоты из лримитивных углеродистых

соединений с помощью коротковолновых ультрафиолетовых лу­ чей, способных проникать глубоко в атмосферу Земли.

В качестве примера формирования органического соедине­

ния из газовой смеси и водяных паров под действием солнеч­ ного излучения приведем реакцию образования глюкозы:

QC02 + 6Н20 + hv = СоН12О6 + 602 t ,

Глюкоза

где hv- квант солнечного излучения с частотой v.

В результате этой реакции высвобождался кислород, кото­ рый постепенно обогащал атмо- и гидросферу. Считают, что

аналогичные условия существовали в ранние периоды развития

нашей планеты. С течением времени органические соединения абиогенноrо происхождения все более насыщали протоокеаны, формируя, по образному выражению А. И. Опарина, «nервич­ н.ый бульон». Из хаоса взаимоперекрещивающихся реакций водного раствора формиравались многомолекулярные компле­

ксные системы, которые, в свою очередь, оформлялись в так на­

зывае\-fые коацерватн.ые капли. Возможность образования коа­ церватов подтверждена и лабораторными исследованиями. Коа­

церваты представляли собой своеобразные молекулярные рои или кучи, которые, достигнув определенной величины, выделя­

лись из общего раствора в форме резко очерченных капель.

Белковые коацерваты обладали внешней и внутренней структу­

рой, отличающей их от простых капель. Выделившись из «Лер­

вичного бульона», коацерваты сохраняли способность взаимо~

действовать с внешней средой. Вещество, окружающее каплю,

не только логлощалось ею, но и претерпевало различные хими­

ческие преобразования.

Постепенно коацерватные капли превращались в системы,

способные не только к самосохранению, но и к росту и увеличе­

нию своей массы за счет вещества окружающей внешней

среды. Такие системы, активно взаимодействующие с внешней

средой, обладающие динамической устойчивостью и способные

не только сохраняться, но и расти в условиях «первичного

бульона», А. И. Опарин предложил называть «nротобион.тами;ь. Протобионты были намного более сложными организмами,

чем коацерваты, но на много порядков ниже, чем самые при­

митивные живые существа.

Дальнейшая химическая эволюция в протоокеанах приве,11а

к усложнению структуры протобионтов и возникновению пред­

биологических многолюлекулярных систем, которые в свою

очередь преобразовывались g дезоксирибон.уклеиновую кислоту

(ДНК). Последняя обладала важным свойствомметаболи­

ческой. инертностью, т. е. определенным консерватизмом живой

261

системы. Вначале в «первичном бульоне» был возможен только беспорядочный синтез нуклеотидов. С появлением ДНК про­

изошло закрепление внутримолекулярной структуры во вновь

синтезировавшихся нуклеотидах, что предопределило наслед­

ственность. ДНК послужила основным материалом для фор­

мирования клеток, в частности клеточного ядра. Самые низко­

организованные живые существа (бактерии, синезеленые водо­

росли) характеризуются отсутствием истинного ядра в клетке. Ядерное вещество представляет собой сферические или скру­ ченные образования, состоящие из ДНК и обладающие харак­

терными для ядра химическими свойствами. У таких организ­

мов ДНК распо.'Iагается в клетке свободно, не отделяясь от

цитоплазмы ядерной мембраной. Эти организмы получили на­ звание прокариотов (доядерные). При делении таких прими­ тивных клеток, вероятно, происходит простой распад ядерного вещества на два дочерних фрагмента. Более высокоорганизо­

ванные организмы (и одноклеточные, и многоклеточные)

имеют настоящее ядро, окруженное мембраной и резко ограни­

ченное от цитоплазмы. Такие организмы называют эукарио­

тами (ядерными).

Появление клетки было началом принципиально нового

этапа в р-азвитии жизнибиологической эволюции. Для воз­

никновения клетки потребавались промежуток времени в не­

сколько сотен миллионов лет, а также смена бесчисленного

множества поколений доклеточных существ.

Концепция А. И. Опарина о происхождении жизни на Зе­

мле, хотя и наиболее аргументирована, но не единственна.

В настоящее время возрождаются идеи панспермии, согласно которой во Вселенной повсеместно расnространены микроско­

пические зародыши жизни (споры микроорганизмов). Переме­

щение их в космическом пространстве осуществляется метеори­

тами, кометами, солнечным ветром. Попадая в благоприятные

условия, споры прорастают, давая начало жизни. Возрож­

дению гипотезы панспермии, которая существует с давних

времен, способствовали новые данные по изучению метеоритов.

Первые доказательства существования аминокислот в космиче­

ском пространстве были получены в 1970-1971 годах при изу­

чении метеорита Мерчесан (Австралия). В нем было обнару­

жено 18 аминокислот, 6 из которых входят в состав белков жи­

вых организмов. Американскими учеными при исследовании

метеорита, упавшего в Тасмании, были обнаружены волокни­ стые покрытия, напоминающие грибки. По мнению ученых­

это микроорганизмы, «поселившиеся» на метеорите задолго до

образования ЗемJш. На другом космическом пришельце, най­

денном в австралийской nров. Виктория, обнаружен уголь,

представляющий собой продукт жизнедеятельности спор и бак­

терий, аналогичный тем, которые были выявлены на тасман-

262

ском метеорите. Эти и некоторые другие факты nозволяют до­

пускать возможность существования «спор жизни» во Все­ ленной.

С новой гипотезой о происхождении жизни на Земле высту­

пила группа нидерландских ученых на 27 -ом Международном

геологическом конгрессе, проходившем в г. Москве ( 1984 г.). Опытным путем в гелиевом термостате, обеспечивающем кос­ мический холод и вакуум, учеными были получены сложные органические молекулы (карбоксильные группы кислот, амино­ группы, мочевина и др.). Как предполагают, подобные соеди­

нения могли попасть на нашу планету в самом начале ее раз­

вития (около 3,8 млрд лет назад) при прохождении через пы­ левые космические облака. Расчеты показывают, что за время (0,1-1 млн лет) прохождения Земли типичного пылевого об­

лака на ее поверхность могло осесть 108-1010 т органического

вещества, что превосходит современную биомассу Земли. Микроскопические пылинки, покрытые слоем органических мо­ лекул, опустившись на поверхность Земли, доставили таким

образом строительные блоки будущих организмов.

Архей и ранний протерозойначальные периоды биологи­ ческой эволюции. Органическая жизнь была представлена

тогда самыми примитивными бесскелетными формами живот­

ных и растений. В связи с этим, а также с сильными измене­ ниями (выветривание, метаморфизм и т. д.) отложений того

времени, уничтожившими даже скудные органические остатки,

палеонтологический метод непримеиим для расчленения дан­

ных толщ. Оно производится исключительно по петрографиче­

ским признакам, степени метаморфизма пород и данным изо­

топного возраста. Именно поэтому стратиграфическая схема архея н раннего протерозон не имеет общепринятых подразде­

лений.

§2. СОСТАВ И СТРОЕНИЕ ОТЛОЖЕНИЯ АРХЕЯ

ИНИЖНЕГО ПРОТЕРОЗОЯ

Древнейшие отложения выходят на поверхность на Сканди­ навском н Кольском п-вах, на юге Украинской ССР, в Сибири, Канаде, Южной Америке, Африке, на Индостанеком п-ве, в Западной н Центральной Австралии. Ограниченные по пло­

щади обнажения этих пород встречены также в горных обла­

стях: на Кавказе, в Тянь-Шане, Алтае, Саянах, Гималаях, Ан­

дах и т. д. Одним из наиболее изученных районов развития архейских и нижнепротерозойских комплексов является Коль­ ский п-в. Особенности строения его разрезов типичны и для

других . подобных районов земного шара, в связи с чем эти

разрезы часто рассматривают в качестве типовых, или эталон­

ных. Обычно здесь выделяют три серии: беломорскую, лопекую

263

и карельскую. Первая nредставлена тонкозернистыми полево­

шпатовыми парагнейсами с изотопным возрастом 3,5-3 млрд лет; втораягнейсами, амфибо;штовыми сланцами, мрамо­ рами с возрастом 3-2,6 млрд лет; третьяконгломератами,

кварцитами, железистыми кварцитами (джеспилитами), воз­

раст которых 2,6-1,6 млрд лет. Отложения первых двух серий

относятся к архею, а третьей серии- к раннему протерозою.

Толща сильнометаморфизованных и дислоцированных пород

Прорвана гранитными интрузиями различной генерации: древ­

ние катархейские граниты, красные микраклиновые граниты и

граниты рапакиви, возраст которых 1,6 млрд лет.

На Северо-Американском континенте наиболее древние от­

ложения обнажены в северо-восточной части Канады и в Грен­

ландии (Канадский щит). В их составе выделяют две серии: кенаранекую (архей), сложенную гранито-гнейсовыми мигма­

титами, слюдистыми и графитовыми сланцами, кварцитами,

яшмами (3,1-3 млрд лет) и гудзонскую (нижний протерозой),

состоящую из известняков, доломитов, кварцитов, джеспилитов.

Толщи прорваны интрузиями гранитов.

Африканский континент характеризуется широким разви­

тием на дневной поверхности древних пород, которые обычно

подразделяют на три серии: свазилендскую (западно-ниль­ скую), загаридекую (архей) и эбурнейскую (нижний протеро­ зой). В их составе выделяют различные сланцы, джеспилиты,

мигматиты, чарнокиты, кварциты; толщи прорваны интру­

зиями гранитов.

Архейские и нижнепротерозойские толщи других областей

земного шара сходны по своему составу и строению с рассмо­

тренными ранее комплексами. Они сильно метаморфизованы,

дислоцированы и прорваны гранитными интрузиями. Это­

почти исключительно глубокометаморфизованные образования:

гнейсы, гранитогнейсы, кристаллические сланцы, джеспилиты,

филлиты, мраморы, кварциты. Мощность образований измеря­

ется десятками километров. Наблюдается постепенное ослаб­

ление степени дислоцированности и метаморфизма пород от

более древних к относительно более молодым комплексам,

в этом направлении уменьшается и количество интрузий. Все

это свидетельствует о постепенном ослаблении напряжения тектонической деятельности на Земле от архея к протерозою.

§ 3. ИСТОРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ

Изучение разрезов архея и нижнего протерозон позволяет вы­

делить три основные особенности геологической истории того

времени. Во-первых, чрезвычайно широкое развитие интрузив­

ных И эффузивных пород, свидетельствующих о большой ак­

тивности магматических процессов. Во-вторых, сильная дисло-

264

цированность и глубокий метаморфизм пород, указывающие

на периодическое проявление эпох диастрофизма. В-третьих,

огромные мощности древних толщ, доказывающие существова­

ние интенсивного и устойчивого прогибания земной коры, а также процессов поддвиrа литосферных плит, еопровождав­

шихся скучиванием материала в аккреционные призмы. По-ви­

димому, уже в архее и раннем протерозое были развиты про­

цессы деструкции литосферы с раскрытием океанических впадин посредством рифтогенеза и формирования новой континен­

тальной коры через геосинклинальный режим развития. Все это указывает на появление новой геодинамической обстановки

континентального облика.

В морских бассейнах формиравались преимущественно по­

роды хемогенного происхождения. К ним относят джеспилиты, состоящие из оксидов кремния и железа, осевших из морской

воды, хемогенные известняки, доломиты, в прибрежных частях

океанов- железисто-оолитовые образования с включениями

песка и гальки.

Основной источник материала для этих первых осадочных толщ, по мнению Н. М. Страхова,- эффузивный процесс, в ре­

зультате которого глубинное вещество Земли попадало на .ее поверхность. Благодаря этому увеличивалась общая масса зем­ ной коры и литосферы.

Вархее проявлялись значительные по масштабам эпохи

складчатости, отражавшие закрытие океанических структур.

Одну из первых таких эпохбелозерекую- А. И. Тугаринов

и Г. В. Войткевич выделяют уже в самом начале архея

(3,5 млрд лет± 0,1 млрд лет). В конце архейской эры прояви­ лась беломорская (кеноранская) эпоха складчатости (2,6 м,лрд лет±О,l млрд лет), обусловившая проявление интенсивных

складчатых процессов, регионального метаморфизма и гра­ нитообразования. В результате возникли жесткие участки зем­

ной коры, положившие начало формированию континенталье ных платформ. Образование их определялось надвиганием

островодужных систем с океанической корой в их основании

на гранито-гнейсовые купола первичной континентальной коры.

Это привело к формированию своеобразных зеленокаменных

поясов, столь характерных для архея. Породы при этом испы­ тали относительно слабый (зеленосланцевый) метаморфизм. повышающийся до амфиболитового лишь вблизи крупных мас­

сивов гранитоидов. Эти эпиархейские ядра (протоплатформы,

по Е. В. Павловскому) представляли собой еще не очень

устойчивые массы, переработаиные частично или полностью

врезультате последующих тектоно-магматических процессов.

До настоящего времени элиархейские протоплатформы сохра-

265

нились в виде срединных массивов в составе некоторых совре­

менных кристаллических щитов древних платформ.

Однако принципиальной смены тектонического режима

враннем протерозое по сравнению с археем не произошло.

Эпиархейские ядра подвергзлись дроблению и частичному «ра­

стаскиванию» с образованием нового поколения протоокеанов, где развивзлись и новые протогеосинклинали. Продолжали на­ капливаться мощнейшие толщи хемогенных, кремнистых и

карбонатных пород, интенсивно формировзлись эффузивные

образования. Сравнительно меньшая дислоцированность отло­

жений и более низкая степень их метаморфизма указывают на некоторое стабилизирующее влияние эпиархейских ядер на

тектонический режим развития раннего протерозоя.

Раннекарельская (пенокийская, эбурнейская) и последовав­ шая за ней позднекарельская эпохи складчатости ( 1,6 млрд лет) привели к закрытию ряда океанических структур,

а в дальнейшем с помощью геосинклинальных процессов­

к возникновению первых настоящих платформ (древние, или эпикарельские платформы), образовавших ядра будущих кон­ тинентов. Произошла принципиальная смена тектонического

режима развития Земли: режим всеобщей океанизации сме­

нился сосуществованием океанов и континентов как крупней­

ших геологических структур тектоносферы. Активно проявля­

ются геосинклинальные процессы на заключительных стадиях

развития океанов и перехода их в континенты. С ростом кон­

тинентов сократились очаги вулканизма, которые теперь уже

концентриравались только в геосинклинальных зонах. В связи

с этим уменьшилось и количество м~териала, поступавшего на

поверхность планеты из ее недр, замедлился рост литосферы Земли.

Однако процесс становления континентов и древних плат­

форм, как основной их составной части, был во времени ра­

стянут. Хотя раинекарельская складчатость проявилась по­

рядка 2 млрд лет назад, отмирание геосинклинальнога режима

в пределах возникших древних платформ растянулось еще на

несколько сотен миллионов лет. Жесткие массивы платформ

были разделены остаточными внутренними геосинклинальными

трогами (интракратонные геосинклинали). Примерам может

служить Ладожская геосинклиналь в Карелии. Лишь проявле­

ние позднекарельской складчатости (1,6 млрд лет) привело

к полному отмиранию геосинклинальнаго режима в остаточных

трогах на древних платформах. Магматические процессы того

времени носили кбровый характер, что свидетельствует с разо­

греве коры вплоть до нижней части «гранитного» слоя. Это

привело к гомогенизации, повышению изотропности, упроче­

нию и консолидации фундамента древних платформ. Данный

процесс, по предложению А. А. Богданова, получил название

266

кратонизацuu, а сам период развития древних платформ­

стадией кратонизации.

Размеры и очертания эликарельских платформ в резуль­

тате последующих эпох складчатости частично изменились.

Некоторые из них были расчленены на отдельные глыбы (сре­

динные массивы). К началу позднего протерозон в структуре литосферы существовали следующие эпикарельские платформы

(рис. 53): Северо-Американская ( 1), Восточно-Европейская (2), Сибирская (3), Гиперборейская (4), Южно-Американская (5),

Африкано-Аравийская (6), Индийская (7), Восточно-Азиатская, Китайская или Корейско-Китайская (8), Австралийская, или Западно-Австралийская (9), и Антарктическая, или Воеточно­ Антарктическая ( 10). Первые четыре платформы образуют ас­

социацию древних платформ северного полушария, названную

Лавразией, последние пятьассоциацию древних платформ

южного полушария, названную Гондваной. Взаимоотношение

Воеточно-Азиатской платформы с названными ассоциациями

платформ и ее принадлежиость к одной из них не вполне ясны. Первоначальное положение эликарельских платформ отли­ чалось от наблюдаемого в настоящее время. Вероятно, плат­

формы северного и южного полушарий группиравались в не­

посредственной близости друг от друга, образуя либо единый материк (Мегагею, по Г. Штилле; Пангею, по А. Вегенеру), либо два суперконтинентаЛавразию и Гондвану (по А. Дю Тойту), полностью или частично разделенных широтным океа­ ном Тетис.

§ 4. ПдЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Атмо- и гидросфера архейской эры по химическому составу зна­ чительно отличается от современных. Существующие в настоя­ щее время представления об эволюции атмосферы предпола­ гают несколько этапов ее изменения. Допускаются наличие бес­ кислородной атмосферы в архее и в первой половине протеро­

зон и появление заметного количества кислорода лишь в позд­

нем протерозое. С помощью изучения реликтовых газов в мине­

ральных включениях кварцевых пород водного происхождения

устанавливается содержание различных газов в морской воде того времени, что позволяет выяснить химический состав не

только гидра-, но и атмосферы.

Исследования, проведеиные учеными Сибирского отделения

АН СССР, показали, что в кремнистых породах архея и про­

терозон содержится 44,2% углекислого газа, 5,5% кислорода,

19% азота и редких газов. В кремнистых породах девояа те

же компоненты соответственно присутствуют в количествах

7,6; 18,0 и 74,4 %, а в современной морской воде их содержа-

268

ние составляет 3,2; 34,1 и 62,7%. К.роме того, в составе древ­ них пород содержится до 32 % таких газов, как сероводород,

аммиак, хлористый водород, ~оторые в более молодых породах

практически отсутствуют. Таким образом, атмосфера архея и

раннего протерозон носила восстановительный характер, в ее

состав входили угольная кислота, водород, аммиак, азот, серо­

водород, редкие газы, кислород же практически отсутствовал.

Лишь позднее в результате развития органической жизни и

фотосинтеза в атмосфере и в океанической воде постепенно

увеличилось содержание кислорода, которое к концу позднего

протерозоя, по-видимому, составляло до 50 % его современной величины. Возрастание запасов кислорода способствовало

дальнейшему развитию животных и растений, использовавших его в процессе обмена.

Типичным ландшафтом архея были, вероятно, мелководные

океанические бассейны с отдельными островами и архипела­

гами островов, которые образовывали не перекрытые водой горные цепи срединно-океанических хребтов. Монолитные кон­ тинентальные массивы в то время отсутствовали. Согласно дан­

тате разрушения первичного «гранитного» слоя коры, обога­

щенного кремнеземом, железом и марганцем, выноса продук­

тов разрушения в Мировой океан, а также благодаря актив­

ной вулканической деятельности рифтовых зон, в химическом

составе вод стали преобладать такие вещества как Si02, Fe, Mn, НС03, СО2• Смена восстановительных условий окислитель­

ными вызвала резкое падение подвижности железа и массовое

выпадение его в осадок в виде гидроксида. Отсутствие океани­

ческой растительности и организмов, усваивавших кремнезем

(например, современные днатомавые водоросли, радиолярии,

губки) приводило к накоплению его в морской воде и осажде­ нию. Все это способствовало образованию в древних толщах

большого количества кремнистых пород типа кварцитов, обо­

гащенных железом (джеспилиты). В конце архея несколько увеличилась площадь суши. Элиархейские ядра представляли

собой уже отдельные крупные материковые участки.

В раннем протерозое океанические воды, по-видимому, пол­

ностью перекрыли срединно-океанические хребты и частично затопили возникшую материковую сушу. Химический состав

морской воды и атмосферы постепенно изменялись в сторону увеличения содержания кислорода и сокращения количества

диоксида углерода. Конец раннего протерозон знаменовался

возникновением первых региональных областей суши, поло-

269

живших начало формированию современных континентов. Суша имела горный рельеф, в ее пределах активно протекали

магматические процессы, которые к концу протерозон стали

постепенно затухать. По мере увеличения территории суши оформилась и гидрографическая сеть речных артерий. Первые

континенты были практически лишены растительности. Воз­

можно, что на поверхности пород существовали редкие коло­

нии микрофлоры (бактерии, водоросли). В целом же, древняя

суша представляла собой голую гористую пустыню, где господ­ ствовали стихии и внешней, и внутренней динамики Земли.

Океан же давал приют примитивной, но относительно разно­

образной жизни.

Вероятно, в архее и раннем протерозое уже существовала

климатическая зональность. Находки древних метаморфизо­

ванных марен указывают на наличие полярных областей. Оле­ денение, по мнению Н. М. Страхова, носило горный характер

и не захватывало крупных участков суши. В других местах возникали зоны гумидного (влажного, теплого) и аридного

(засушливого) климата. Наличие древних ледников наряду с об­

ластями теплого и жаркого климата свидетельствует о клима­

тической зональности того времени.

§ 5. ПОЛЕЗНЫЕ ИСI(ОПАЕМЫЕ

Климатические и тектонические особенности архейско-ранне­

протерозойского этапа обусловили .формирование определен­

ного комплекса полезных ископаемых. Наиболее характерным полезным исi<апаемым являются железные руды, содержа­ щиеся в железистых кварцитах (джеспилитах). Запасы этих руд составляют не менее 3000 млрд т, тогда как в отложениях фанеразон они не превышают 135 млрд т. Формирование дже­ спилитов, как уже указывалось, было обусловлено специфиче­ ской палеогеографической обстановкой. Богатые месторождения железа подобного типа известны в районах Курской магнитной

аномалии (КМА) и Кривого Рога, а также в Северной Аме­

рике и Африке. Среднее содержание железа в таких рудах до­

стигает 62 %.

В древних толщах сравнительно широко распространены марганцевые руды, образование которых связано с уменьше­

нием миграционной подвижности марганца. По-видимому, вме­

сте с железом и марганцем из океанической воды осаждался

икремний, что способствовало формированию специфических

железных и марганцевых руд.

В древних толщах встречаются ликвационные месторожде­

ния медно-никелевых руд, с которыми связано до 90% всей

добычи никеля за рубежом (Канада), из них попутно извлека­

ются платина, палладий; месторождения кобальта (Замбия).

270