Глава 6

ДОКЕМБРИЙ. АРХЕЙСКИЙ И ПРОТЕРОЗОЙСКИЙ АКРОНЫ

(АКРОТЕМЫ) - AR + PR

Особенности развития земли в докембрии

Термин "докембрий" очень удобен тем, что охватывает весь период геологической истории Земли с тех пор, когда на ней начали происходить геологические процессы, и до начала кембрия. Этот отрезок времени в разных источниках оценивается по-разному, но расхождения небольшие. Начало докембрия - примерно 4,0 млрд. лет, окончание - 570 млн. лет. Иногда докембрий называ­ли азоем ("безжизненный"), криптозоем ("скрытая жизнь"), подчеркивая этими названиями отсут­ствие жизни или развитие лишь простейших форм организмов в докембрийские эры. В настоящее время установлено, что оба эти названия оказываются неверными, поскольку низшие биологичес­кие формы появились практически одновременно с древнейшими проявлениями осадконакопле-ния, а в позднем докембрии кроме низших существовали сравнительно высокоорганизованные формы. К рифейским и вендским отложениям в принципе можно применить биостратиграфичес­кий метод (при более совершенной его разработке). Этому способствовали многочисленные на­ходки строматолитов в рифейских отложениях и бесскелетной фауны эдиакарского типа в венде. Таким образом, поздний протерозой нельзя уже относить и к криптозою, поскольку жизнь там су­ществовала в явной, а не скрытой, микроскопической, форме.

Докембрийский промежуток времени составляет 7/8 истории Земли. В это время зародилась жизнь, радикально преобразовалась земная кора и заложились ее главные структуры, образова­лась большая часть (свыше 60%) минеральных ресурсов. Однако изучен докембрий относительно слабо и тому есть объективные причины. Дело прежде всего в сильной дислоцированности до-кембрийских пород и высокой степени их метаморфизма.

Главный вид метаморфизма в докембрии - региональный, происходящий при высоких темпе­ратурах и давлении. В большинстве случаев соблюдается следующая закономерность: чем старше породы, тем сильнее они метаморфизованы. Древнейшие породы настолько сильно метаморфизо-ваны, что бывает весьма трудно, а порой и невозможно определить, за счет каких пород - осадоч­ных или изверженных - они возникли. Широко распространенные в докембрийских образованиях процессы метасоматоза, гранитизации привели к формированию мигматитов - своеобразных по­род полосчатой текстуры, а то и к полной метасоматической переработке исходных пород и пре­вращению их в граниты. Эти процессы шли, как правило, с интенсивным привносом и выносом элементов и соединений горячими паро-водными растворами. Мигматиты и граниты слагают об­ширные гранитогнейсовые поля.

Другая отличительная особенность докембрийских пород - сильная их дислоцированность, наличие сложных складок многих порядков. Среди докембрийских образований по характеру тек­тоники можно выделить ряд структурных этажей, свидетельствующих о проявлении в докембрии целого ряда эпох складчатости. Исследователям приходится мириться с приблизительностью и неточностью расчленения и корреляции докембрийских образований по степени метаморфизма, глубине магматической и тектонической переработки, петрографическим особенностям пород, поскольку к докембрию невозможно в полной мере применить биостратиграфический метод. Ра-

диалогические методы также имеют большие ограничения, связанные с сильным искажением да­тировок под влиянием упомянутых выше вторичных изменений, "омолаживающих" древнейшие породы. Наиболее подходящим для расчленения докембрия является геоисторический метод, при-'

меняемый совместно с радиогеохронологическим.

Своеобразие условий в докембрии привело к формированию пород, характерных только для этого времени. Примером могут служить джеспилиты - железистые кварциты, состоящие из поло­сок, сложенных преимущественно кварцитом и гематитом (либо магнетитом). Джеспилиты в ос­новном приурочены к протерозойским толщам; образовались они при участии микроорганизмов.

Докембрий расчленен на крупные стратиграфические единицы, границы между которыми со­впадают с проявлениями диастрофизма. Наиболее общее подразделение докембрия было осуще- . ствлено в конце XIX в. Американский геолог Дж.Дэна назвал в 1872 г. самые древние образова­ния архейскими (греч. архэос - древний). Но с находками остатков бактерий и цианобионтов ар-хей можно называть также археозой (греч. архэос - древний, зоэ - жизнь). Последний термин тоже принадлежит Дж.Дэну. Э.Эммонс и Д.Уолкотт в 1888 г. выделили верхнюю часть этих древ­нейших толщ, содержавшую остатки: жизнедеятельности организмов, под именем протерозойских (греч. протерос - первичный, зоэ - жизнь).

Эти подразделения долгое время существовали в ранге эр (групп), но после того, как выяви­лась их значительно большая продолжительность (около 2 млрд. лет каждое) по сравнению с эра­ми фанерозоя, потребовалось ввести новые, более крупные геохроны (стратоны). В ныне действу­ющем стратиграфическом кодексе (1992) архей и протерозой имеют ранг акронов (акротем), деля­щихся каждый на два зона - ранний и поздний, которые в стратиграфической шкале соответству­ют эонотемам - нижней и верхней (табл. 1, цв. вкл.). Нижне- и верхнеархейская эонотемы не име­ют более дробных подразделений в международной стратиграфической шкале, а нижний протеро­зой делится на две эратемы - нижнюю и верхнюю. В России их называют нижний карелий и верх­ний карелий, поскольку наиболее представительные и хорошо изученные разрезы протерозоя на­ходятся в Карелии. Верхний протерозой подразделяется на рифей и венд. Ранг рифея не совсем ясен, а венд - это период (система). Рифей делится на три эратемы (эры): нижнерифейскую, сред-нерифейскую и верхнерифейскую (табл. 1, цв. вкл.).

Жизнь зародилась в раннем архее и была первоначально представлена прокариотами - одно­клеточными организмами, не имеющими ядра. К ним относятся бактерии и цианобионты (сине-зеленые водоросли). Последние сыграли решающую роль в формировании кислородной атмосфе­ры. Как указывает М.Руттен (1973), содержание кислорода, продуцируемого неорганическим пу­тем, не может подняться-выше 0,001 епГсовременного содержания в атмосфере. Это так называе­мый "уровень Юри". Фотосинтез содержащих хлорофилл цианобионтов примерно 3 млрд. лет на­зад стал настолько распространенным, что содержание кислорода в атмосфере росло быстрее, чем его потери при окислении минералов земной коры. Таким образом уровень Юри был преодолен. Но такая атмосфера считается еще бескислородной. Кислородная атмосфера должна содержать не менее 0,01 от современного уровня кислорода, принятого за 1 (или не менее 1%). Это - "уровень Пастера". Этот уровень был превзойден тогда, когда интенсивность органического фотосинтеза увеличилась до такой степени, что производство кислорода превысило его затраты не только на окисление минералов, но и на дыхание тгрг анйзмов: Такой переход от первичной бескислородной к современной'^и^лороднбй атмосфере произошел--1,8-1,4 млрд. лет назад. Приблизительно в это время (начало рифея) массовое развитие приобретают структурные биолиты (строматолиты), ак-ритархи, фитопланктон. К среднему рифею (1,3 млрд. лет назад) возникают первые грибы и водо­росли (рис. 35). В начале позднего рифея (около 1 млрд. лет назад) появляются в весьма заметном¹ количестве эукариоты - одно- и многоклеточные организмы, клетки которых содержат ядро. Вен­дский период - это время массового появления бесскелетных животных - своеобразной фауны эдиакарского типа (рис. 36).

В продолжение архейского акрона земная кора была повсеместно весьма подвижной и прони­цаемой. Дифференциация на платформы и геосинклинали отсутствовала. Лишь в конце раннего архея режим приблизился к геосинклинальному. Для пород архея с возрастом древнее 2,8 млрд. лет характерны основной и ультраосновной вулканизм и гранитизация. В это время земная кора повсеместно находилась в эвгеосинклинальных условиях (пангеосинклинальная стадия, по В.В.Белоусову). Архейские толщи часто образуют гранитогнейсовые купола - округлые или удли­ненные в плане структуры, сложенные в ядре гранитами, а по периферии гранитогнейсами, миг­матитами и кристаллическими сланцами. Формирование таких структур связывается с пластичес­ким течением вещества.

В докембрии выделяется несколько крупных этапов геологического развития, разделенных глобальными диастрофическими циклами (эпохами складчатости, тектогенеза) первого порядка, которые имели место 3750-3500 (саамский), 2800-2600 (кеноранский, или беломорский), 2000-1900 (карельский), -1000 (гренвиллский) и 680-650 (катангский, или байкальский) млн. лет тому назад. Кроме того,, выделяются диастрофические циклы второго и более низких порядков, о кото­рых будет сказано ниже.

В результате саамского тектогенеза сформировались обширные складчатые овалы, сложенные комплексами "серых гнейсов", т.е. в большинстве своем плагиогнейсов тоналитового, трондьеми-тового и гранодиоритового состава, подстилающих породы зеленокаменных архейских поясов.

Кеноранская складчатость, проявившаяся 2,8 млрд. лет назад в Южной Африке, привела к образованию здесь самого древнего на планете относительно жесткого участка - протоплатфор-мы. Беломорская складчатость, проявившаяся примерно в это же время, также обусловила отми­рание протогеосинклинального режима на отдельных участках и превращение их в протоплатфор-мы (Анабарский массив, Алданский щит и др.). Более поздние эпохи тектогенеза привели к увели­чению площади протоплатформ. Таким образом, начиная с конца архея (2,8 млрд. лет назад) мож­но говорить о протоплатформенной стадии развития земной коры. Между протоплатформами су­ществовали протогеосинклинали (предшествующие геосинклиналям), где господствовали хе же условия, что и в пангеосинклиналях.

Карельская складчатость в конце раннего протерозоя завершила новый цикл геосинклиналь­ного осадконакопления. Одним из ее следствий явилось отмирание геосинклинального режима на обширных площадях, образование первых крупных стабильных блоков - эпикарельских плат­форм, которые получились при слиянии протоплатформ после консолидации находившихся меж­ду ними протогеосинклиналей. В пределах этих территорий началось формирование типичного ллатформенного чехла.

Таким образом, к концу раннего протерозоя (завершение карельской складчатости) на значи­тельной части Восточной и Северной Европы образовалась Восточно-Европейская платформа, на большей части Средней Сибири - Сибирская платформа, на севере Китая и Корейском полуостро­ве - Китайско-Корейская и Таримская платформы, на юге Китая - Южно-Китайская платформа, на большей части полуострова Индостан - Индийская платформа, в центральной и западной час­тях Австралии - Австралийская платформа (рис. 37). В Африке и на Аравийском полуострове вы­деляются Северо-Африканская, Южно-Африканская и Аравийская платформы, на большей части Северной Америки - Северо-Американская платформа. Две платформы намечаются на большей части Южной Америки. Почти всю Антарктиду, за исключением ее западной части, занимает Ан­тарктическая платформа. Наряду с платформами существовали геосинклинали и геосинклиналь­ные пояса, отделявшие эпикарельские платформы друг от друга и отличавшиеся от протогеосинк­линалей линейными структурами.

Произошедшая в конце рифея и в венде байкальская складчатость привела к окончательной консолидации древних платформ. С докембрия существуют Северо-Американская, Восточно-Ев­ропейская, Сибирская, Китайская, Южно-Американская, Африкано-Аравийская, Индийская, Ав­стралийская, Антарктическая платформы. Предполагают, что последние пять южных платформ в палеозое составляли суперплатформу Гондвана.

Разрез протоплатформенного чехла в Трансваале (заимствовано у Г.И.Немкова и др., 1986): 1 - древние граниты; 2 - кварциты и сланцы серий Доминион-Риф и Витватерсранд (нижний протерозой); 3 - кислые лавы серии Вентерсдорп; 4-7 - серия Трансвааль (4 -кварциты, 5 - доломиты, б - железистые кварциты, 7 - сланцы); 8-9 - серия Ватерберг (верхний протерозой): 8 - кварциты, 9 - песчаники; 10 - разлом (поверхность надвига)

Взаимоотношение толщ архея и протерозоя в райо­не Сегозера, Карелия (М.В.Муратов, 1974): 1,2-ятулий (серии: 1 - средняя, 2 - нижняя); 3 - тунгуд-ско-надвоицкая серия; 4 - породы архея

Д окембрий района оз. Верхнее (Северная Америка), поЧ.Стоквеллу и Ф.Кингу: 1 - архей; 2 - надсерия Гурон; 3 -граниты; 4 - серия Кивино; 5 - ультраосновная интрузия

Рис. 37. Схема эпикарельских платформ и геосинклиналей. Области складчатостей: а - позднекарельской и более древ­них; б - позднепротерозойских, в том числе байкальской; в - геосинклинали и геосинклинальные пояса. 1-ХШ - плат­формы: / - Восточно-Европейская, // - Сибирская, /// - Китайско-Корейская, IV - Таримская, V - Южно-Китайская, VI - Северо-Американская, VII - Южно-Американская, VIII - Северо-Африканская, IX - Южно-Африканская, X -Аравийская, XI- Индийская, XII- Австралийская, XIII- Антарктическая; 1-7 - геосинклинальные пояса и геосинкли­нали: / - Урало-Монгольский, 2 - Грампианская, 3 - Аппалачская, 4 - Иннуитская, 5, 6 - Тихоокеанский, 7 - Среди­земноморский (заимствовано у Е.В.Владимирской и др., 1985)

Все время после байкальской складчатости можно назвать временем платформ и геосинкли­налей. Геосинклинальные условия господствовали в пределах следующих участков. Между Вос­точно-Европейской, Сибирской и Китайской платформами располагался Урало-Монгольский под­вижный (геосинклинальный) пояс. Между Северо-Американской и Восточно-Европейской плат­формами прослеживается Грампианская геосинклинальная область Северо-Атлантического под­вижного пояса, Северо-Американскую платформу окаймляли с севера Иннуитская геосинклиналь­ная область, с юго-востока Аппалачская геосинклиналь этого же пояса. Вокруг всей береговой ча­сти Тихого океана располагался громадный Тихоокеанский подвижный пояс с двумя ветвями - За­падно- и Восточно-Тихоокеанской геосинклинальными областями. Между Гондваной и платфор­мами Северного полушария располагался субширотный Средиземноморский подвижный пояс.

Среди докембрийских образований выделяются литолого-стратиграфические комплексы -ассоциации горных пород, отличающиеся литологическим своеобразием, отвечающие крупному этапу геологического развития территории и занимающие определенное стратиграфическое поло­жение, отделяясь от смежных по разрезу комплексов структурным или значительным стратигра­фическим несогласием. Комплекс - наиболее крупная единица местной стратиграфической шка­лы; он объединяет ряд серий или свит и имеет собственное название, образованное от названия стратотипической местности, либо наиболее типичной серии, входящей в его состав. С помощью комплексов крупные стратиграфические подразделения докембрия в ранге эонотем и эратем полу­чают более дробное расчленение.

В нижнем архее, согласно данным Л.И.Салопа (1982), выделяются следующие литолого-­стратиграфические комплексы (снизу вверх): иенгрский, унгринский, федоровский, сутамский, слюдянский, исуанский (серия Исуа). В верхнем архее различают комплексы: коматиитовый, кива-тинский, тимискамингский, Модис.

В составе нижнекарельской эратемы выделяются шесть литостратиграфических комплексов (снизу вверх): доминион-рифский (тунгудско-надвоицкий), Витватерсранд, нижнеятулийский, вер-хнеятулийский (анимикийский), ладожский (трансваальский), вепский. В верхнекарельской эрате-ме, как и в более молодых образованиях, литостратиграфические комплексы не выделяются.

Докембрийские образования чрезвычайно богаты полезными ископаемыми. В докембрии со-*, средоточено свыше 70 % запасов железа и хрома; 70 % золота, урана, никеля; свыше 60 % меди и марганца; 100 % добычи мусковита и флогопита. Это обстоятельство определяет важное практи­ческое значение изучения докембрия.

АРХЕЙСКИЙ АКРОН (АРХЕЙСКАЯ АКРОТЁМА) - AR

Архейский акрон продолжался свыше 1,5 млрд. лет, хотя точно длительность его неизвестна и нижняя граница не установлена. Она определяется условно возрастом наиболее древних пород и может понизиться по мере получения новых данных, хотя вряд ли этот возраст, приближающийся сейчас к 4,2 млрд. лет, значительно изменится. Породы архея прослежены на щитах древних плат­форм. Возраст пород серии Исуа в Гренландии оценивается в 3.760-4.000 млн. лет (магнетитовые кварциты, тоналиты). Гранулито-гнейсы и чарнокиты канского комплекса Южно-Енисейского поднятия Сибирской платформы имеют возраст 4.100 млн. лет. По сообщению австралийских геологов на Международном геологическом конгрессе в Москве в 1984 г., гнейсы щита Йилгарн. Австралийской платформы имеют возраст 4.100-4.200 млрд. лет. Верхняя возрастная граница ар­хейского акрона проводится на уровне 2.500-2.600 млн. лет.

По принятой в России стратиграфической шкале докембрия (табл. 1, цв. вкл.) архей делите» на две части в ранге эонотем - нижний и верхний архей, которым соответствуют ранне- и поздне-архейские зоны.

РАННЕАРХЕЙСКИЙ ЭОН (НИЖНЕАРХЕЙСКАЯ ЭОНОТЕМА) - AR,