Тектонические циклы архея

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ

AR₁ – СААМСКИЙ ТЕКТОНИЧЕСКИЙ ЦИКЛ

4,0–3,15 млрд лет назад

Начиная с рубежа 4,0 млрд лет развитие Земли пошло по другому пути, выражением чего стало формирование континентальной земной коры. Этот этап документирован породами.

Породы. Самые древние породы Земли имеют возраст 4,0–3,8 млрд. лет В Западной Австралии в кварцитах возрастом 3,4–3,5 млрд лет открыты зёрна циркона, датированные в 4,3–4,2 млрд, лет. Это древнейшие минералы на Земле. Ассоциация пород нижнего архея (АR₁) довольно однообразна и называется «серыми гнейсами». Местоположение «серых гнейсов» – древнейшей протоконтинентальной коры: 1) провинция Слейв на западе Канадского щита; 2) комплекс Исуа в Гренландии; 3) аульский комплекс Украинского щита; 4) центральная часть Алданского щита; 5) Бразильский щит; 6) юг Африканской платформы (Свазиленд, Зимбабве); 7) запад Австралийской платформы (Пилбара, Йилгарн).

Древнейшие породы Пилбары, Австралия	Зерна цирконов, датированные в 4,3–4,2 млрд лет, из «серых гнейсов» Пилбары возрастом 3,4 млрд лет

В настоящее время породы нижнего архея именуются тоналит-трондьемит-гранодиоритовой (ТТГ) ассоциацией. Такие породы образовывались вплоть до современной эпохи на участках геосинклинальных поясов, где субдукции подвергается молодая океанская кора. В составе преобладают щёлочи натрия, семейство гранодиоритов. Тоналитовая кора близка, но не тождественна современной континентальной коре, поэтому её называют протоконтинентальной. На рисунке ТТГ комплексы показаны стрелками.

Условия формирования протоконтинентальнои коры. Первоначально считалось, что породы ТТГ образовались при непосредственном переплавлении первичной базальтовой коры над горячими мантийными струями (плюмами). Обогащению земной коры окислами кремния способствовало в эпоху отсутствия гидросферы интенсивное химическое выветривание. Новая гипотеза в упрощенном виде представляет процесс так. Сначала над плюмами, которые изобиловали в то время в астенофере, образуется мощная океанская кора, состоящая из базальтов и коматиитов, а затем под влиянием скучивания, торошения (или субдукции, или обдукции) в межплюмовом пространтсве ее низы плавятся с формированием пород ТТГ-состава. Метеоритная бомбардировка могла определять локализацию мантийных струй.

На рубеже примерно 3,5 млрд лет происходит смена режима хаотичной конвекции (режима мантийных струй) режимом упорядоченной мелкоячеистой конвекции с обособлением множества микроплит с ядрами протоконтиненталъной коры. Ядра протоконтинентальнои коры выступали над поверхностью мелководного протоокеана отдельными островами. Это ядра будущих материков.

Таким образом, на этом этапе развития Земля обогатилась двумя оболочками – протоконтинентальнои корой и гидросферой. Гидросфера образовалась, как и атмосфера в результате взрывной дегазации мантии.

Органический мир раннего архея представлен бактериями и цианобионтами. Это одноклеточные доядерные (прокариоты) организмы. Они эволюционируют крайне медленно, образовывали в условиях высоких температур и пониженного количества кислорода бактериальные маты.

Первые примитивные прокариотные клетки (ДНК расположена в цитоплазме). В клетках эукариот (внизу) ДНК сосредоточена в хромосомах внутри клеточного ядра	Ископаемые прокариоты архея
	Современные цианобионты	Бактериальные маты

AR₂ – БЕЛОМОРСКИЙ ЦИКЛ

3,15–2,50 млрд лет назад

Породы и структуры. Породы верхнеархейской эонотемы распространены в фундаменте древних платформ (на рисунке показаны черным цветом), несогласно залегают на серых гнейсах. В строении архейских блоков различают три типа структур: зеленокаменные пояса, гранито-гнейсовые поля, гранулитовые пояса.

Канадский щит – типовые разрезы зеленокаменных поясов

Зеленокаменные пояса представлены полосами неправильных очертаний длиной в сотни километров. В разрезе представляют собой синклинорий. Они заполнены мощными (15–20 км) толщами осадочно-вулканогенных пород, метаморфизованных до зеленосланцевой и амфиболитовой фаций. Толщи имеют трехчленное строение: 1) внизу – основные и ультраосновные вулканиты (базальты и коматииты), джеспилиты; 2) в средней части – более кислые вулканиты (до риолитов); 3) в верхней части – грубообломочные осадочные породы, напоминающие молассы. По своей тектонической природе нижняя толща напоминает более поздние офиолиты, поэтому их называют «протоофиолитами». Вулканиты средней части сходны с сериями вулканических островных дуг. Таким образом, зеленокаменные пояса имеют большое сходство с фанерозойскими геосинклинальными поясами.

Гранито-гнейсовые поля разделяют и обрамляют зеленокаменные пояса, имеют купольное строение и образуют крупнейшие кольцевые структуры. По составу отвечают настоящим калиевым гранитам, имеют гнейсовую текстуру. Это первая континентальная кора.

Верхнеархейский зеленокаменный пояс Барбертон (тектонотип, расположен на юге Африки в Свазиленде)	Схематический разрез, показывающий структуру верхнеархейских гранито-гнейсовых куполов (3) и зеленокаменных поясов (1)

Гранулитовые пояса являются результатом тектоно-термальной переработки континентальной коры. Породы сформировались при среднем давлении и высокой температуре (750–1000^оС).

Тектонические обстановки (условия формирования структур). Протоконтинентальная кора растягивалась (пластичный рифтинг), на этих участках закладывались первые подвижные пояса Земли – зеленокаменные пояса с образованием бассейнов, близких к океаническим. Во второй половине позднего архея рифтинг местами переходил в спрединг с образованием бассейнов с океанической корой. Мощная и тяжелая из-за участия коматиитов кора должна была быстро подвергаться субдукции и плавлению в мантии. Соответственно бассейны зеленокаменных поясов были короткоживущие. Таким образом, тектоника плит заработала на Земле около 3 млрд лет назад. Ее называют эмбриональной, или мультиплитной, так как плиты были небольшие. Заканчивали свое развитие зеленокаменные пояса так же как фанерозойские ГСП: интенсивным сжатием, складчато-надвиговыми деформациями, широким проявлением гранитообразования, формированием зрелой континентальной коры.

Таким образом, ядра протоконтинентальной коры преобразуются к концу архея в микроконтиненты, а затем, предположительно, в суперконтинент, в который стягивается вся континентальная кора. Поверхность Земли разделилась на суперконтинент Пангею и Мировой океан – Панталассу. Его глубина значительно меньше современной (по некоторым оценкам до 870 м) за счёт меньшего объёма воды. Возникает характерная для Земли диссимметрия, причина которой возможно связана с падением на Землю астероида и формироваем Луны.

Органический мир. Бактерии, цианобионты (только они могли выдерживать высокую температуру).

Цианобионты научились разлагать воду, выделяя кислород. Атмосфера стала насыщаться кислородом. Организмы также уменьшали содержание углекислого газа, благодаря фиксации углерода. От смертельного ультрафиолетового излучения организмы спасались в толще воды. Жизнь сама поддерживала условия своего существования.

Климат жаркий влажный (парниковый эффект). Солнце обладало ещё низкой светимостью, но оледенений не было из-за высокого теплового потока из земных недр. В связи с жизнедеятельностью цианобионтов появляются первые карбонатные породы – доломиты (онколитовые).

Залежи полезных ископаемых невелики (в связи с низкой скоростью выноса рудных элементов из мантии в земную кору). Наиболее важные: Fe, Mn, Au, хромиты, графит.