Физико-географические условия

Особенности метаосадочных пород нижнего архея указывают на существование горячей гид­росферы. Изучение изотопного состава кремнистых пород, в частности отношений дейтерия к во­дороду и изотопов ¹⁸О/¹⁶О, зависящих от температуры, показало следующее распределение сред­негодовой температуры (Салоп, 1982):

В раннем архее температура поверхности Земли была, вероятно, выше 70°С или даже выше 100°С. Такая температура поверхности могла быть обусловлена только парниковым эффектом, со­зданным мощной атмосферой. Напрашивается аналогия с современной атмосферой Венеры, тем­пература поверхности которой 480°С, давление углекислой атмосферы около 90 бар.

Атмосфера и гидросфера являются в основном продуктами дегазации и отделения жидких и газообразных составляющих из мантии. Формирование первичной земной коры сопровождалось образованием первичной, существенно водородной, атмосферы, позднее рассеявшейся в косми­ческом пространстве. Вторичная примитивная (первичная в геологическом смысле) атмосфера возникла только после снижения температуры, когда газы уже не могли преодолеть силу притяже­ния. В дальнейшем атмосфера менялась в зависимости от процессов вулканизма, седиментации, а затем и от фотосинтеза растений.

Состав примитивной атмосферы соответствовал составу газовых продуктов вулканических извержений (водяной пар, углекислота, азот, "кислые дымы" - НС1, HF, H₂S, аммиак, метан).

Содержание воды в мантии Земли в три раза больше массы воды современных океанов. Источ­ником этой воды явился процесс образования лав базальтового и андезитового состава. Углекисло­ты за геологическую историю отложилось в карбонатах в 10 тыс. раз больше, чем теперь содер­жится ее в атмосфере (а усвоенной растениями и погребенной в 1000 раз больше, чем в атмосфере).

Первичная атмосфера содержала около 99% СО₂ (без учета воды). Давление должно было со­ставлять около 70 бар, а с учетом растворения СО₂ в гидросфере 50-60 бар. При таком давлении температура кипения воды должна быть 260-285°С.

Свободный кислород во вторичной (примитивной) атмосфере практически отсутствовал. Ос­новной его источник - биогенный фотосинтез. Кислород, как указывает Л.И.Салоп, отсутствовал в этой атмосфере, судя по изотопному составу серы в осадочных породах, до рубежа примерно 2,3-2,4 млрд. лет (PR|). По данным М.Руттена (1973), около 3 млрд. лет назад была превышена точка Юри, когда содержание кислорода составляло 0,001 от современного, а к концу архея (2,5 млрд. лет) была достигнута точка Пастера, в которой содержание кислорода составляет 0,01 от современного. До этого уровня атмосфера еще считается бескислородной. Анализ газовых включений в хемогенных кварцитах иенгрской серии дал такие результаты: СО₂ - 60%, H₂S, SO,, NH₃, HCI, HF около 35%, N₂ + редкие газы 1-8%. В более молодых хемогенных кремнистых осад­ках содержание кислорода закономерно увеличивается: AR₂- 5,5%, PR-PZ, - 12%, PZ₂-KZ - 18%. Одновременно происходит снижение содержания СО₂ от 42% в AR₂ до современного в кайнозое.

Таким образом, атмосфера раннего архея была очень плотной, бескислородной, горячей и со­стояла в основном из паров воды, углекислоты и ряда других компонентов (характерна "кислые дымы"). Такая атмосфера обусловливала сильный парниковый эффект.

Гидросфера в раннем архее была резко углекислой, содержащей сильные кислоты, т.е. была агрессивной, заметно минерализованной и соленой. Об этом свидетельствуют и древние эвапори-ты (федоровский комплекс на Сибирской платформе, в Канаде, Бразилии). В результате взаимо­действия с большим количеством щелочей и щелочных земель состав воды приблизился к нейт­ральному (рН около 7).

ПОЗДНЕАРХЕЙСКИЙ ЭОН (ВЕРХНЕАРХЕЙСКАЯ ЭОНОТЕМА) - AR,