Глава 19. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ В ДОКЕМБРИИ

Докембрийский отрезок истории Земли занимает огромный промежуток времени - от рождения планеты до рубежа всего лишь в 550-570 млн. лет назад. Иными словами, на докембрийский этап приходится более чем 4 млрд. лет. Однако проследить геологическую историю Земли мы можем, только опираясь на известные нам древнейшие горные породы. Пытаясь заглянуть еще глубже в историю Земли, мы вступаем в область догадок и предположений. В данном разделе нет необходимости рассматривать проблему происхождения нашей планеты. Земля, так же как и Луна, примерно 4 млрд. лет назад подверглась усиленной метеоритной бомбардировке, но результат этой космической "атаки" от нас скрыт завесой позднейших изменений в лике Земли. Догадаться о том, что произошло на Земле в то время, мы можем, посмотрев на поверхность Луны, где благодаря отсутствию атмосферы и каких-либо экзогенных геологических процессов, кроме обвалов и оползней, конечный результат метеоритной бомбардировки сохранился очень хорошо.

В 1978 г. в СССР была принята стратиграфическая шкала докембрия (табл. 19.1), включающая два основных подразделения: архей и протерозой, называемых эонами - длительность которых намного превышает временной интервал фанерозойских эр. Разделение архейского эона на две половины: позднюю и раннюю с рубежом около 3 млрд. лет не общепринято, но поздний протерозой, начиная с рубежа 1,65 млрд. лет, знаменует собой качественно новый историко-геологический этап в развитии Земли и в этом отношении может противопоставляться этапу, охватывающему протерозой и архей в целом. Рубеж в 3,5 млрд. лет как геологическая граница раннего архея, конечно, условный и по мере получения новых данных абсолютного возраста может измениться.

Таблица 19.1. Стратиграфическая шкала расчленения докембрия в СССР

Палеонтологический метод в ограниченном масштабе применим для расчленения лишь верхнего протерозоя, в карбонатных породах которого широко развиты страматолиты - следы жизнедеятельности синезеленых водорослей, и в самой верхней части рифея - бесскелетная фауна. Наиболее важная роль в расчленении докембрийских образований принадлежит радиометрическому методу. Однако благодаря многократному метаморфизму и процессам складчатости установление истинного возраста древних пород представляет трудную задачу. Тем не менее, для докембрийских образований разных материков сейчас имеются тысячи определений абсолютного возраста, на которые и можно опираться при выработке естественной периодизации докембрийской геологической истории.

Учитывая характер докембрийских комплексов пород, их взаимоотношения между собой, вещественный состав, метаморфизм, радиометрические и другие данные, выделяют четыре главнейших историко-геологических этапа докембрийской истории Земли: 1) лунный, или догеологический; 2) архейский-3,5 до рубежа в 2,6(2,5) млрд. лет; 3) раннепротерозойский - 2,6(2,5)-1,65 млрд. лет; 4) позднепротерозойский- 1,65-0,57 млрд. лет. Последний этап по стилю развития и характеру пород гораздо теснее связан с фанерозойскими этапами, хотя наиболее важное его отличие от них заключается в отсутствии хорошо развитых форм жизни.

ДОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЭТАП

Рассматривать геологическую историю Земли мы начинаем обычно с раннего архея, т.е. с того момента, с которого сохранились древнейшие горные породы. Со времени образования Земли как планеты Солнечной системы - 5-6 млрд. лет назад - около 1 млрд. лет прошло до формирования сравнительно тонкой, неустойчивой земной коры, которая легко дробилась, расплавлялась и возникала вновь. Через трещины изливались огромные количества магмы, заполняя большие пространства и образуя "лавовые моря", напоминающие, наверное, таковые на Луне.

В эту же эпоху грандиозной вулканической деятельности Земля подвергалась усиленной метеоритной бомбардировке. Земная кора становилась толще и прочнее, лавы изливались уже более сосредоточенно, вдоль крупных разломов. Возникла первичная атмосфера, отличавшаяся от современной - азотно-кислородной. Основным источником газообразных соединений были вулканические извержения, поставлявшие азот, аммиак, углекислоту, водяные пары, метан, водород, инертные газы, соляную, борную, плавиковую кислоты и многие другие. Сначала атмосфера была бескислородной, она теряла гелий и водород за счет отделения их в мировое пространство. Начало развития органической жизни вызвало появление кислорода, концентрация которого медленно повышалась. Когда земная кора остыла до температуры ниже точки кипения воды, последняя стала занимать определенные пространства на Земле - возникли первые озерные и морские бассейны. Появилась возможность размыва и переотложения материала, т.е. начали формироваться осадочные породы. Таким образом, догеологический этап развития Земли, иногда называемый Лунным, продолжался сравнительно недолго - от образования первой земной коры до появления гидросферы.

АРХЕЙСКИЙ ЭТАП

Древнейшие нижнеархейские породы, являющиеся фундаментом для всех более молодых толщ на щитах многих древних платформ - Северо-Американской, Австралийской, Индостанской, Африканской, Восточно-Европейской и Сибирской, представлены комплексом так называемых "серых гнейсов", сильно метаморфизованных магматических пород среднего (андезитового) состава, как вулканических, так и интрузивных, образующих вулканоплутоническую ассоциацию. Эти комплексы слагают реликты наиболее древней протоконтинентальной коры, возраст которой оценивается в 3,9-3,5 млрд. лет. Это - катархей, или древнейший архей. Однако все еще дискутируется вопрос о том, какая по строению земная кора лежала в основании древних платформ - была ли она по составу сиалической (протоконтинентальной) или меланократовой (океанской), состоящей из основных магматических пород. Неизвестно, была ли первичная древнейшая кора, состоящая из "серых гнейсов", сплошной или в ней были промежутки - своеобразные "окна" с меланократовой корой.

На этом фундаменте древних платформ залегают мощные и разнообразные комплексы уже собственно архейских пород, сильно метаморфизованных и дислоцированных. Среди них выделяются две важнейшие группы. С одной стороны, это разнообразные натровые и калинатровые граниты и гнейсы, причем среди последних находятся такие породы, как метавулканиты ("мета" значит метаморфизованные) основного и реже кислого состава, метаконгломераты, мета-кварциты, железистые кварциты и мраморы. А с другой - зеленокаменные11 узкие пояса, сложенные относительно слабометаморфизованными ультраосновными (так называемыми коматиитами), основными и средними вулканитами и реже кремнистыми и песчано-глинистыми отложениями.

Эти вулканические прогибы в позднем архее подверглись складчатости, а их гранитогнейсовый фундамент испытал энергичную гранитизацию. Для архея устанавливается несколько генераций зеленокаменных поясов, отличающихся по своему развитию. Для одних характерен резко контрастный, или бимодальный, вулканизм (ультраосновные, основные и кислые вулканиты), для других, наоборот, последовательно дифференцированные вулканические серии.

Наиболее характерной чертой архейских комплексов всех древних платформ, кроме, пожалуй, пород зеленокаменных поясов, является сильнейший и неоднократный метаморфизм, развивавшийся в условиях высоких температур и давлений при погружении на большие глубины. Наличие повышенного по сравнению с более поздним временем теплового потока привело в конце позднего архея на рубеже около 2,7 млрд. лет к повсеместной гранитизации древнего гнейсового фундамента. Характер деформаций всех этих пород, стиль их структуры указывает на ведущую роль пластического течения масс. Несомненно, проявлялись также вертикальные и горизонтальные тектонические движения, о чем свидетельствуют реликты первично осадочных пород - конгломератов и кварцитов. Благодаря мощному разогреву еще неустойчивая земная кора легко подвергалась растяжению и в разрывы устремлялась ультраосновная и основная магма, формируя зеленокаменные троги вулканических пород. Резко повышенный тепловой поток и гранитизация с привносом ряда элементов должны были вызывать также увеличение объема вещества, что, в свою очередь, приводило к сильным деформациям.

Кроме зеленокаменных поясов в архее развиты и так называемые парагнейсовые пояса, наложенные на раздробленный древнейший фундамент. В прогибах, за счет которых и сформировались эти пояса, накапливались преимущественно обломочные осадки, испытавшие потом неоднократный и очень сильный метаморфизм вплоть до гранулитовой фации и интенсивную складчатость. Зеленокаменные и парагнейсовые, или гранулитовые, пояса - это реликты древнейших подвижных зон Земли.

Характерной особенностью архейских метаморфических толщ являются гнейсовые купола и овалы - в десятки километров в диаметре, замкнутые структуры, с полого залегающими "слоями" в центральной (апикальной) части купола и с очень сложной складчатостью в краевых зонах. В условиях разогрева плотность вещества уменьшалась, и оно всплывало подобно гигантскому пузырю. Таким образом, гранитизированные, высокопластичные гнейсовые массы как бы "перемешивались", поднимаясь и погружаясь, создав к концу архея первичную континентальную кору на значительной поверхности земного шара. В архейское время температуры на поверхности Земли могли превышать 100-250 ^oС. Однако и в этих условиях уже зарождалась жизнь и происходили процессы осадконакопления, которые отличались от современных. Низкое содержание кислорода в архейской атмосфере Земли сказывалось на слабом экранирующем эффекте озонного слоя, и губительные для всего живого наиболее короткие волны ультрафиолетовой части спектра свободно достигали поверхности Земли.

Подводя итог рассмотрению архейской истории Земли, можно констатировать, что нам все-таки еще очень мало известно об этом древнейшем этапе развития. Все породы настолько сильно изменили свой первичный облик, что восстановить его нередко оказывается невыполнимой задачей. К концу раннего архея уже существовал, хотя. возможно и не повсеместно, гранитогнейсовый слой земной коры, который уже 3,0-3,3 млрд. лет назад подвергался раскалыванию с формированием зеленокаменных и гранулитовых поясов. Следы еще более ранней стадии развития практически исчезли.

Естественно, что для архейского времени не приходится говорить о каких-либо типах тектонических структур, напоминавших фанерозойские. Какие-то морские бассейны, по-видимому, могли существовать.

Рис. 19.1. Схема эволюции органического мира и главнейшие глобальные события в позднем архее-протерозое

К концу архея огромные пространства были охвачены гранитизацией и складчатостью и образовался гигантский массив с протоконтинентальной корой. Остается неясным, что же можно было противопоставить этому массиву не менее грандиозный протоокеан? И где он находился?

Органический мир архея. Земля - это единственная планета Солнечной системы, на которой сформировались условия, благоприятные для возникновения жизни (рис. 19.1). Исключительную роль сыграли размеры Земли и земные температуры. В первом случае гравитационное притяжение таково, что обеспечивает удержание атмосферы вблизи поверхности Земли, а во втором - диапазон температур приводит к тому, что подавляющая часть воды способна находиться в жидком состоянии - в наиболее благоприятной форме для жизни. Архейский эон включает тайну возникновения жизни на Земле. Вряд ли мы когда-нибудь получим доказательства эволюции самых ранних этапов жизни хотя бы потому, что клетки разрушаются и наиболее древние из них для нас, по-видимому, навсегда потеряны. Можно констатировать, что наиболее древние следы органической жизни в настоящее время установлены в породах с возрастом в 3,4- 3,5 млрд. лет. Они более чем на 1,5-1,2 млрд. лет отстоят от времени образования Земли (4,7-5,0 млрд. лет).

В течение огромного промежутка времени господствовали организмы, которые были лишены внутренней структуры клеток, в них не было ядра, и ДНК не могла группироваться в дискретные хромосомы. Подобные организмы называются прокариотическими в отличие от эукариотических, клетки которых обладают ядром, сложной внутренней структурой и хромосомами.

Архейский эон - это время прокариотов - бактерий и синезеленых водорослей, единственных следов жизни столь далекого прошлого. Наиболее древние организмы, представляющие собой следы жизнедеятельности синезеленых водорослей и называемые строматолитами, обнаружены в Австралии, в районе Пилбара. Их возраст оценивается примерно в 3,5 млрд. лет. В архейских породах присутствует углерод в виде графита, являющийся результатом концентрации его какими-то организмами. Изотопный состав углерода в архее примерно такой же, как и связанный с биологическими объектами сегодняшнего дня.

Таким образом, несмотря на то, что следы органической жизни фиксируются уже в раннем архее, палеонтологический метод для расчленения древнейших отложений практически не играет роли. Необходимо помнить, что в архейской атмосфере уровень кислорода еще далеко не достиг современного, но было много метана, аммиака, углекислоты, паров воды.

¹¹ Благодаря метаморфизму в основных вулканических породах развивается хлорит, который придает породам зеленый цвет.