Основой для построения подобных карт послужили карты, представленные в Атласе литолого-палеогеографических карт мира (1984, 1989) масштаба 1:60000000. Ввиду того что помещенные в учебнике карты сильно схематизированы, мы рекомендуем для углубленного изучения истории развития Земли и отдельных континентов на протяжении позднего докембрия и фанерозоя пользоваться картами атласа.

С возрождением идей мобилизма и развитием палеомагнитных исследований стало возможным составление палеогеографических карт не на современной, не отвечающей былому расположению континентов и былым контурам океанов, а на основе, им соответствующей. Такие карты получили название палинспастических. Они составляются для эпох начиная со среднеюрской по данным *картирования линейных магнитных аномалий в современных океанах, а для более ранних эпох -- по данным положения континентальных блоков на основании изучения остаточной намагниченности горных пород соответствующего возраста. Поскольку достоверность последних определений понижается с увеличением возраста, снижается и достоверность подобных реконструкций. Палиспастические карты обычно достаточно схематичны и составляются в глобальном или региональном масштабе.

Часть 2. Древнейшая история земли

Земля является одной из 9 планет Солнечной системы, причем относительно небольшой. Для того чтобы представить себе эволюцию Земли как планеты, понять ее геологическую историю, необходимо рассмотреть ее место в Солнечной системе и обсудить существующие концепции формирования последней, которые содержат в себе, пожалуй, больше вопросов, чем исчерпывающих ответов, несмотря на все усилия, предпринятые в этом направлении большой группой исследователей различных специальностей.

4.1 Образование солнечной системы

В настоящее время установлено, что Вселенная, в которой расположена наша Солнечная система, сформировалась между 10 и 18 млрд лет назад, т. е. Вселенная в два раза старше Солидной системы. Причиной ее образования мог быть гигантский взрыв вещества, породивший облачные скопления водорода и гелия. В результате сжатия этих скоплений, вызвавшего разогрев внутренних зон «облаков» до температуры в миллионы градусов, образовались звезды. Слияние ядер водорода вызвало термоядерный процесс, инициировавший в свою очередь формирование гелия, углерода, кислорода и других элементов. Эволюция звезд на протяжении почти 18 млрд лет шла по пути распада и образования новых звезд. Однако рассуждения о возникновении последних пока не выходят за рамки гипотез. В этом ряду стоит и событие, случившееся 4,6 млрд лет назад, приведшее к образованию Солнечной системы в Галактике Млечного Пути -- одной из множества галактик Вселенной, удаленных друг от друга на десятки миллиардов световых лет.

Солнечная система располагается примерно в 3/5 расстояния от центра Галактики Млечного Пути, скрытого от наблюдений скоплением межзвездной пыли. Именно поэтому мы видим край Галактики в виде полосы звезд, огромное количество которых впервые предположил Галилей еще в 1610 г.

Рождение Солнечной системы могло развиваться по следующему сценарию, наиболее проработанному в настоящее время Он предполагает воздействие какой-то силы на протопланетное облако межзвездного вещества с массой около 100 000 солнечных масс. Плотность газово-пылевой туманности составляла от 10 000 до 1 млн молекул на 1 см³. Температура не превышала 20--100 К (Тейлор, Мак-Леннан, 1988). Иными словами, туманность была холодной. Полагают, что состав вещества, слагавшего облако, был очень близок к составу метеоритов -- углистых хондритов (С1), но присутствие в метеоритах минералов с разной температурой плавления говорит о том, что вещество облака имело, повидимому, сложную историю. Во время взрыва сверхновой звезды под действием ударной волны межзвездное вещество начало сжиматься. Либо в этом межзвездном веществе уже существовали различные химические элементы и их изотопы, образовавшиеся при формировании звезд задолго До взрыва, либо в самой взорвавшейся звезде за счет ядерных реакций происходил синтез всех известных химических элементов. В результате воздействия ударной волны протопланетное вещество стало сжиматься, уплощаться и превратилось в линзовидный диск, в центре которого образовалась новая звезда.

Вследствие сжатия температура стала быстро увеличиваться, достигнув за несколько миллионов лет 10--15 млн градусов. При замедлении скорости вращения линза превратилась в тонкий диск, он и далее уплощался, частицы вещества сближались и слипались, образуя планетезимали -- зародыши планет, а центральная звезда превратилась в Солнце, в котором шли термоядерные реакции. Это событие произошло около 4,6 млрд лет назад, хотя возможный интервал составляет от 4 до 6 млрд лет Этот возраст ныне подтвержден определением возраста зерен цирконов в метеоритах.

Таким образом, изложенный выше сценарий допускает возникновение планет из межзвездной пыли, находившейся в гигантских кольцах, окружавших Солнце. Так как кольца взаимно притягивались друг к другу, то планетезимали объединялись в сгустки, которые в конце концов испытали слипание, превратившись в планеты. Подобный процесс формирования Солнечной системы поддерживается большинством астрономов и астрофизиков, несмотря на отдельные расхождения в трактовке тех или иных событий.

Солнце представляет собой обычную звезду, которая содержит 99,8% общей массы Солнечной системы, диаметром около 40 астр ед. Неудивительно, что 0,2% ее массы, представленной планетами, испытывает притяжение Солнцем. Имея внутри температуру порядка 10 млн градусов, а на поверхности около +5600 °С, Солнце создает возможность существования жизни на Земле, и для нас оно, конечно, является исключительной звездой. Термоядерного горючего--водорода у Солнца хватит еще на 5 млрд лет. Солнце начнет в будущем сжиматься, особенно его внутреннее гелиевое ядро, тогда как внешние слои станут расширяться, и оно превратится сначала в «красного гиганта», а затем -- в «белого карлика», пройдя обычный путь эволюции звезд.

4.2 Образование планет, конденсация и аккумуляция межзвездного вещества

Как сказано выше, конденсация межзвездной пыли привела к формированию гигантских колец вокруг Солнца, из которых и возникли планеты. Мы можем лишь строить догадки о том времени, когда, вскоре после своего рождения. Солнце было особенно активным и его масса очень быстро уменьшалась за счет разноса вещества солнечным ветром. Эта аномальная активность, по данным астрофизиков, длилась всего около 1 млн лет. Быстрый вынос летучих элементов из внутренних частей Солнечной системы был следствием мощных вспышек на Солнце и солнечного ветра. Несмотря на этот процесс, в околосолнечных сферах осталось достаточное количество летучих, позволившее сформироваться Земле. Естественно, что планеты, находившиеся вблизи Солнца, ныне относимые к земной группе, т. е. Меркурий, Венера, Земля и Марс, сформировались в более горячих условиях, нежели внешние планеты.

Существует довольно много моделей, рассматривающих превращение колец диска из межзвездного вещества в планеты. Однако все их разнообразие может быть сведено к двум основным моделям. По одной из них, кольца, окружающие Солнце, распадаются на крупные части, которые, сжимаясь, превращаются в планеты. Согласно другой модели, в кольцах межзвездной пыли происходит слипание, «склеивание» частиц, образующих подобие снежного кома -- прообраза будущих планет, которые впоследствии сжимаются. Под действием центробежной силы легкие частицы с внешней стороны диска уносятся в пространство, тогда в плоскости колец диска частицы также будут перемещаться наружу, а самые внутренние части колец, притягиваясь к Солнцу, падают на него, после чего диск приобретает массу, близкую к массе реальных планет.

Таким образом, различие двух моделей состоит в том, что в одной из них огромные шары протопланет коллапсируют до размеров современных планет, а в другой -- слипание планетезималей приводит к формированию таких же по массе планет. В последнее время наметилась тенденция объединения этих моделей в одну, способную удовлетворительно объяснить особенности планет Внутренней и внешней групп. Для первой группы планет предпочтительнее выглядит модель слипания планетезималей, тогда как образование внешних планет-гигантов лучше объясняется протопланетной моделью. Различие в составе внешних планет, которые состоят преимущественно из водорода, кислорода, углерода и в меньшей степени из силикатов, тогда как во внутренних планетах последние преобладают, хорошо согласуется с их большей удаленностью от Солнца, очень низкой температурой и меньшей силой притяжения. Именно вследствие низкой температуры происходит конденсация в виде твердого вещества метана, аммиака и воды. Так как льды из этих веществ обладают меньшей плотностью, чем силикаты, внешние планеты характеризуются малой плотностью и огромными размерами.

По мнению некоторых исследователей, начиная с В. С. Сафронова (1969), процесс превращения диска межзвездной пыли в сгустки планет произошел очень быстро и занял около 100 млн лет. Поскольку объектом изучения для нас является Земля, то нам далеко не безразлично, каким путем и в какой интервал времени произошло ее разделение на оболочки-геосферы.

В настоящее время существуют две основные теории, которые все больше сближаются, дополняя друг друга. Модель гомогенной аккреции предполагает, что из межзвездного, хорошо перемешанного вещества образовались первично гомогенные планеты Солнечной системы и лишь впоследствии, эволюционируя, они приобрели структуру, состоящую из ряда оболочек, которые мы и наблюдаем, например, на Земле (ядро, мантия, кора). Однако этой моделью не так просто объяснить наличие метеоритов разного состава -- каменных, железных и железокаменных. Весьма проблематичной с точки зрения первоначально гомогенной Земли остается формирование ее геосфер в процессе дифференциации, когда изначально холодная Земля начала разогреваться, в результате чего выделилось железное ядро и силикатная мантия. Определенные ограничения на эту концепцию накладывает слишком маленький промежуток времени между образованием Солнечной системы (4,6--4,7 млрд лет), возрастом наиболее древних лунных пород (4,5--4,6 млрд лет), а также метеоритов и древнейших гранитоидов на Земле (около 4 млрд лет), что практически не оставляет времени для дифференциации.

Модель гетерогенной аккреции, впервые предложенная в 1967 г. Э. В. Соботовичем, А. П. Виноградовым, а также А. Рингвудом из Австралии и К. Турекяном и С. Кларком из США, объясняет указанные выше трудности, и суть ее заключается в том, что геосферы Земли формировались одновременно с ее образованием и аккреция планетезималей проходила вместе с конденсацией газово-пылевой туманности, сопровождавшейся понижением температуры. В результате процесса фракционирования наиболее высокотемпературная фаза, состоящая из железных планетезималей, практически не содержащих радиоактивных элементов, образовала ядро Земли. И только после того, как железные планетезимали почти исчерпались, начали слипаться планетезнмали типа каменных метеоритов, состоящих из различных алюмосиликатов. Чем больше внешние оболочки Земли «нарастали» на внутренних сферах, тем больше в них содержалось радиоактивных элементов, так же как и у Луны.

Одновременно с образованием оболочек Земли происходила их дифференциация, имевшая экзотермический характер, а так как мантия, по мере ее нарастания, служила все более эффективным теплоизолирующим экраном, то вследствие перегрева внешнее ядро приобрело пластичное состояние. По мнению Э. В. Соботовича (1979), расплавление внешней оболочки ядра началось еще тогда, когда планетезимали соударялись с орбитальной скоростью, достаточной для плавления их приповерхностного слоя. Иными словами, причиной плавления была кинетическая энергия сталкивающихся и слипающихся железных планетезималей. По-видимому, и после образования ядра процесс дифференциации продолжался, вызывая перераспределение металлической и алюмосиликатной фаз, в результате которого и сформировалась расслоенная структура Земли. Важно подчеркнуть, что, согласно изложенным выше моделям анкреции, время образования ядра не должно превышать первые сотни миллионов лет.

В этот же временной интервал сформировались протомантия и протокора. Возникшая на основе последней земная кора является уже продуктом достаточно длительной дифференциации первичных верхов мантии и коры, которые, будучи наиболее обогащенными радиоактивными элементами, могли подвергаться процессам многократного переплавления и метаморфизма. Важную роль в разогреве коры играла метеоритная бомбардировка Земли, особенно сильная в период 4,3--3,8 млрд лет назад, но с кульминацией около 4,0 млрд лет, которая и способствовала ее усиленной дегазации.

С Землей неразрывно связан ее спутник -- Луна, происхождение которой объясняется несколькими гипотезами, но важно помнить, что Луна сформировалась не позднее 4,2 млрд лет назад, что состав ее пород очень похож на состав земной мантии и что у Луны нет магнитного поля и железного ядра. Существующие гипотезы предполагают: 1) образование Луны из того же газовопылевого облака одновременно с Землей; 2) отрыв Луны от Земли на ранней стадии формирования последней; 3) захват Луны как постороннего тела Землей; 4) скользящий удар о Землю космического тела размером с половину Земли и выброс вещества мантии Земли в околоземное пространство с последующим формированием Луны из этого вещества. Последняя гипотеза пользуется сейчас большой популярностью.

Таким образом. Земля как планета сформировалась около 4,6 млрд лет назад. С момента начала сжатия облака межзвездного вещества газово-пылевой туманности под воздействием вспышки сверхновой звезды прошло около 0,5 млрд лет, а может быть, и меньше. За этот временной интервал сформировались основные земные протосферы и началась та часть истории Земли, длительностью 0,5--0,6 млрд лет, которая скрыта от исследователей, так как возраст древнейших пород не превышает 4,0 млрд лет.

4.3 Доархейский (гадейский) этап развития Земли

Что происходило с нашей планетой и особенно с ее верхней оболочкой в течение первого полумиллиарда лет с начала ее формирования и до появления тех пород, абсолютный возраст которых ближе к рубежу 4,0 млрд лет (уже есть цифры в 3,96 млрд лет) К сожалению, об этом этапе у нас почти нет каких-либо фактических данных и все построения базируются лишь на общих соображениях и на сравнительном анализе с другими планетами и особенно с Луной, где сохранились следы примерно этого же или несколько более позднего временного интервала.

Наиболее правдоподобная на сегодняшний день картина самого начального, после рождения, периода жизни Земли может быть представлена следующим образом. На поверхности Земли формировалась кора из «насыпного» материала, типа лунного реголита, который будучи достаточно мощным (до десятков метров), служил хорошим тепловым экраном, что способствовало разогреванию протокоры за счет распада радиоактивных элементов. В это же время земная поверхность подвергалась непрерывной бомбардировке планетезималями разного размера, в том числе и очень большими, после удара которых кора мгновенно нагревалась и могли появляться настоящие магматические расплавы. Особенно интенсивная бомбардировка имела место около 4,0 млрд лет назад. В это время пейзаж поверхности Земли мог напоминать современный пейзаж Луны. В ударных кратерах возникали лавовые озера, но скорее всего они быстро застывали, так как не было глубинных магматических очагов, которые бы их подпитывали.

Тепловой режим Земли на ранних стадиях ее формирования также можно лишь предполагать, как и ее тектоническую активность. Несомненно, что помимо метеоритной бомбардировки поверхности важную роль в термическом разогреве первично холодной Земли играл процесс гравитационной дифференциации земного вещества, который должен был привести к его расслоению с образованием тяжелого ядра и более легкой силикатной коры. Повышение температуры обеспечивалось распадом радиоактивных элементов и очень сильным приливным взаимодействием в системе Земля--Луна.

Таким образом, приведенные выше данные свидетельствуют о том, что в период метеоритной бомбардировки в верхней оболочке Земли могли возникать обширные участки плавления. Мы не знаем, какие при этом возникали породы, но скорее всего они отвечали базальтам в широком смысле этого слова. Не исключено, что в основании подобных огромных лавовых покровов могли *образовываться анортозиты, как это мы наблюдаем на Луне.

Базальты, андезитобазальты, анортозиты, вероятно, слагали первичную земную кору. Эта кора, возможно, имела, как считает А. А. Маракушев (1992), состав эвкритов -- пироксен-плагиоклазовых метеоритов, но она не сохранилась. По крайней мере поиски реликтов этой протокоры до настоящего времени не увенчались успехом. Недаром В. Е. Хаин назвал эту кору призрачной -- фантомной.

Дискуссионным является вопрос о присутствии и составе атмосферы и гидросферы Земли в период становления протокоры. Сравнение Земли с Луной на ранней стадии предполагает отсутствие атмосферы. Но есть и другая версия, которая предусматривает высокие температуру и давление на поверхности Земли и атмосферу, похожую на венерианскую, состоящую в основном из углекислого газа и отличающуюся большой плотностью.

Во время начальных стадий образования Земли все химические элементы, которые впоследствии вошли в состав гидросферы и атмосферы, находились в твердом веществе первичной Земли в связанном состоянии. Только начавшееся плавление верхней оболочки и появление базальтовых магм привело к образованию водяных паров и газов, выделявшихся из мантии при вулканических процессах.

Протоатмосфера, формировавшаяся за счет дегазации' мантии, состояла из HgO, COs, €N4, СО, HaS, S02, НС1, HBr, HF, Ar, H и целого ряда других газов и соединений, частично растворившихся в воде протоокеанских бассейнов, с которой еще тонкая атмосфера должн'а "была находиться в равновесии. Все это предопределило одну из важнейших особенностей нашей планеты, а именно существование гидросферы и атмосферы с самых ранних стадий ее развития, хотя воды и было еще мало и состав ее несколько отличался от современного -- воды были хлоридными и бессульфатными. А. П. Виноградов (1962) отмечал, что с самого рождения воды океанов уже были солеными и дегазация мантии ответственна за содержание анионов в морской воде, в то время как катионы поставлялись за счет разрушения, эрозии горных пород.

По мнению О. Г. Сорохтина и С. А. Ушакова (1989, 1991, 1993), в ранний период, вследствие близкого расположения Луны к Земле, из-за огромных приливов на последней происходили непрерывные и очень сильные землетрясения, которые оказывали разрушительное воздействие на любой расчлененный рельеф, нивелируя его.

Таким образом, более 0,5 млрд лет ранней истории Земли может быть восстановлено только на основании косвенных данных и умозрительных предположений. Безусловно, все наши соображения на этот счет могут быть изменены, если мы получим какиелибо новые данные. Далека от ясности проблема степени влияния метеоритной бомбардировки Земли, результаты которой до конца еще не оценены, и гипотетичны представления о первичной коре, атмосфере и гидросфере.

Американский геолог Дж. Дэна в 1872 г. наиболее древние метаморфические образования назвал архейскими (греч. «археос» -- древний)'. Вслед за ним В. Эммонс в 1888 г. выделил верхнюю» часть древнейших толщ под названием протерозой (греч. «протерос» -- первичный, «зоэ» -- жизнь). В том же году Международный геологический конгресс узаконил такое разделение докембрийских отложений на архейские и протерозойские. В 1889 г.. Ч. Уолкоттом в верхней части протерозоя был выделен альгонк. Следует отметить, что в это время для фанерозойеких отложений уже была разработана шкала, очень близкая к современной. В 1894 г. Э. Реневье опубликовал эту шкалу в так называемом хронографе.

Необходимо-помнить, что докембрий охватывает 3,5 млрд летисторий Земли, если не считать «догеологическую» стадию ее развития от момента образования планеты 4,6 млрд лет назад до 4,0 млрд лет, о которой практически ничего не известно. Сложность расчленения докембрия заключается в том, что в этот огромный промежуток времени не существовало таких групп организмов, которые испытывали бы быстрое развитие, что является непременным условием зональной стратиграфической шкалы -- основы расчленения отложений фанерозоя.

Поэтому для расчленения докембрия, как показал М. А. Семихатов, используются три различных подхода: 1) структурно-вещественный, использовавшийся в основном на ранних стадиях изучения докембрийских отложений; 2) хронометрический, основанный, по существу, на примате времени как такового; 3) хроностратиграфический, наиболее обычный и традиционный для расчленения фанерозойеких отложений, когда выделяются стратотипы, учитывающие особенности напластования, последовательность,. соотношения слоев и анализ органических остатков. Последние, как известно, в докембрии распространены слабо, а главное, они не подвержены быстрой изменчивости.

Исходя из сказанного, наиболее перспективным методом расчленения докембрийских отложений, по мнению М. А. Семихатова, является историко-геологический с обязательным использованием изотопной геохронологии, значение которой особенно возрастает в архее. Данные радиометрического возраста помогают не только установить пределы границ того или иного подразделения, но и проследить их на площади. Необходимо подчеркнуть,,. что при использовании структурно-вещественного подхода к расчленению докембрия мы сталкиваемся с введением в шкалу явно диахронных подразделений, а не изохронных, что, конечно, предпочтительней.

В настоящее время известны, по существу, две шкалы расчленения докембрийских отложений, используемых в практической" работе. С одной стороны, это стратиграфическая шкала докембрия Северной Евразии, принятая на совещании по общим вопросам расчленения докембрия в Уфе в 1990 г., с другой -- шкала докембрийского времени, одобренная Международной стратиграфической комиссией и Международным союзом геологических наук и предложенная Международной подкомиссией по стратиграфии докембрия в 1988 г. Сравнительный анализ этих шкал показывает, что в Международной шкале архейский зон не предусматривает подчиненных подразделений, а протерозойский зон разделяется на три эры. В нашей шкале архейская акротема разделена на две эонотемы, а протерозойская акротема на две эонотемы, нижняя из которых подразделяется, в свою очередь, на две эратемы. В 1991 г. Международная подкомиссия по стратиграфии докембрия рекомендовала разделить архей на 4 эры эо- палеомезо- и неоархей с рубежами 3,6; 3,2 и 2,8 млрд лет. Обе шкалы показаны в табл 51.

Описывая события 7/8 истории Земли, следует помнить о некоторой условности и спорности расчленения докембрийских образовании.

Учитывая все сказанное выше, а также важнейшие события происходящие в докембрийское время, мы рассматриваем архей' разделяя его на три подразделения: ранний (4,0-3,5 млрд лет)' средний (3,5-3,0) и поздний (3,0-2,5 млрд лет). В протерозойской акротеме предпочтительнее выделение трех эонотем нижней средней и верхней, причем нижний рубеж последней 1,0 млрд лет' а средней -- 1,9--2,0 млрд лет.

5.2 Ранний Архей (4,0-3,5 млрд лет)

Раннеархейский этап развития Земли охватывает промежуток времени от 4,0 до 3,5 млрд лет, т. е. порядка 500 млн лет что вполне сравнимо со всем фанерозойским эоном. Следует еще раз подчеркнуть, что верхний и особенно нижний пределы этого интервала являются не очень четкими, что связано с трудностями определения абсолютного возраста пород.

Выделение древнейшего этапа в истории Земли, следы которого уже запечатлены в горных породах, связано с проблемой комплекса, относящегося к так называемым «серым гнейсам» впервые установленным на Канадском щите Северо-Американской платформы около 25 лет назад, хотя термин «серые гнейсы» уже давно употреблялся в Швеции. Породы этого комплекса представлены различными гнейсами тоналит-трондьемит-гранодиоритового состава с включениями метавулканитов, метаосадочных пород, амфиболитов, иногда железистых кварцитов а также кристаллическими сланцами. Тоналиты и трондьемиты - это средние по составу интрузивные породы из ряда гранодиорита - диорита Их эффузивными аналогами являются анезиты и дациты поэтому нередко считается, что породы комплекса «серых гнейсов» в целом близки андезитодацитовому или даже дацитовому составам В «серый гнейсах» отмечается преобладание Na над К относительно высокое содержание: Ni, V и Сг, низкое - U, Th Rb Ti Т^чень низкое соотношение изотопов ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, равное 0,699-0701 Таким образом, понятие «серые гнейсы» является сборным; к ним относятся древнейшие из известных на Земле породы, до метаморфических преобразований представленные эффузивными интрузивными и гораздо реже осадочными породами. Следовательно, "серые гнейсы» -- это полигенетический комплекс.

Напомним что возраст комплексов «серых гнейсов» превышает 3,3--3,5 млрд лет, но и эти цифры нередко являются омоложенными. Поэтому под комплексом «серых гнейсов» часто понимают наиболее древние породы, известные в пределах щитов платформ.

Распространение комплексов «серых гнейсов» в различных регионах Мира

Наиболее древние породы на земном шаре теперь известны практически на всех крупных платформах как северного, так и южного рядов (рис. 5.1). Чтобы попытаться реконструировать обстановки времени формирования этих древнейших пород, необходимо рассмотреть строение и структуру наиболее представительных районов распространения «серых гнейсов».

Комплекс «серых гнейсов» платформ северного ряда

Древнейшие породы в пределах платформ северного ряда развиты на Северо-Американской, Восточно-Европейской, Сибирской и Китайско-Корейской платформах, где они обнажаются в пределах щитов -- выступов фундамента этих платформ.

На Северо-Американской платформе наиболее древние датированные породы обнажаются на Канадском щите в районе оз. Верхнего, на п-ове Лабрадор, юго-западе Гренландии и в провинции Слейв на западе щита. В первом из них, где архейские образования занимают самую большую площадь, в долине р. Миннесота, известны породы с возрастом 3,5--3,7 млрд лет по данным Rb--Sr и U--РЬ методов. Они представлены гнейсами тоналитового состава с отдельными блоками и включениями гранулитов -- пород высокой степени метаморфизма.

В субпровинции Унгава, на побережье Гудзонова залива, и в некоторых других местах провинции оз. Верхнего развиты поля гранулитов, возраст которых превышает 3 млрд лет, однако их истинный возраст может быть древнее, так как они подстилают более молодые зеленокаменные пояса. Так что эти гранулиты могут быть одновозрастны с комплексом тоналитовых гнейсов, сформировавшихся в основном по изверженным породам.

В другой части Канадского щита, на п-ове Лабрадор, в области развития более молодых раннепротерозойских пород, располагается полоса ортогнейсов (гнейсов, сформировавшихся по интрузивным породам) провинции Нейн. Эти кварц-полевошпатовые тоналитовые «серые гнейсы» с включениями основных эффузивов и осадочных пород местами прорываются дайками основных пород, превращенных в амфиболиты. Абсолютный возраст гнейсов Rb--Sr методом оценивается в 3,6 млрд лет.

Третий район развития древнейших пород комплекса «серых гнейсов» -- это юго-западная Гренландия, где общая площадь выходов архейских толщ превышает 120000 км², однако еще большая их часть перекрыта ледником. В этом районе развит знаменитый комплекс Исуа, в состав которого входят: амфиболиты, образовавшиеся за счет основных вулканитов; метариолиты;

метаосадочные породы: железистые кварциты; конгломераты, в гальках которых присутствуют кварциты; дуниты. Комплекс Исуа залегает по периферии гнейсового купола Амитсок, состоящего из кварц-полевошпатовых тоналитовых разностей гнейсов, обладающих полосчатой или очковой текстурой. Радиометрический возраст гнейсов Амитсок и комплекса пород Исуа, определенный РЬ--РЬ, U--РЬ и Sm--Nd методами, составляет 3,7--3,8 млрд лет, т. е. это одни из древнейших пород на земном шаре. И гнейсы Амитсок, и породы Исуа прорываются дайками метабазитов Амералик. В этом же районе развит более молодой комплекс гнейсов Нук, R--Sr изохронный возраст которых равен ~3,0 млрд лет, т. е. они значительно моложе комплексов Амитсок и Исуа, а также толща Малене, состоящая из амфиболитов и кварцевых парагнейсов, вмещающих пластовые интрузии анортозитов.

Все описанные выше породы очень сильно дислоцированы и образуют тектонические покровы, причем один эпизод формирования покровов предшествовал образованию гнейсов Нук, а второй -- произошел позднее. Метаморфизм всех упомянутых образований имел место в интервале 3,0--2,85 млрд лет и не превышал амфиболитовой фации. Только местами процессы происходили в условиях более высоких ступеней метаморфизма -- гранулитовой фации.

Таким образом, в Гренландии развит один из древнейших комплексов земной коры -- раннеархейский, часть которого безусловно относится к «серым гнейсам», а другая -- скорее характерна для зеленокаменных поясов (Исуа, Малене), о которых речь пойдет ниже. Однако контакты между этими образованиями в основном тектонические и очень трудно понять их истинные возрастные соотношения.

Сравнительно недавно на западе Канадского щита, в провинции Слей-в, был обнаружен еще один район развития древнейших пород. Это гнейсы Акаста с возрастом 3,96 млрд лет -- древнейшим из достоверно установленных на Земле.

На Восточно-Европейской платформе комплекс «серых гнейсов» обнажен в пределах Балтийского и Украинского щитов. В первом из них фрагменты этого комплекса достоверно установлены в Карелии и предположительно на Кольском полуострове, на его северо-восточном побережье и в центральной части. Древнейший субстрат всех более молодых отложений слагается ортометаморфическими плагиогнейсами, амфиболитами, метавулканитами, как правило, андезитового состава. Эти образования прорываются различными гранитоидами -- диоритами, плагиогранитами, гранодиоритами, тоналитами, -- в которых присутствуют ксенолиты более древних гнейсов. Все эти гранитоиды характеризуются цифрами абсолютного возраста 3,2--3,1 млрд лет.

В центре Кольского полуострова, в Кейвской зоне, обнажается плагиогранитогнейсовый фундамент, отвечающий по своим характеристикам комплексу «серых гнейсов». В Карелии и восточной Финляндии комплекс основания сохранился лишь в отдельных. местах, так как в позднем архее он был интенсивно гранитизирован, и представлен амфиболитовыми, пироксеновыми, биотит-плагиоклазовыми гнейсами, тоналитами и гранулитовыми породами,. которые обладают ярко выраженной натровой специализацией и характеризуют изверженные породы среднего состава, близкие в. целом к андезитам. Возраст «серых гнейсов» U--РЬ изохронным методом определен в Мурманском блоке в 3,13 млрд лет, Sm--Nd. методом -- в 3,2 млрд лет, но в Карелии уже есть определения U--РЬ методом в 3,3 млрд лет.

На Украинском щите древнейшие породы обнажаются в трех. субмеридиональных блоках: Среднеприднепровском, ОреховоПавлоградском и Подольском. Наиболее представительны из них породы, слагающие аульский комплекс в Среднеприднепровском блоке, который подстилает более молодые зеленокаменные образования конкско-верховцевской серии. Аульский комплекс представлен биотитовыми и амфибол-биотитовыми гнейсами, амфиболитами, а также роговообманковыми сланцами и амфиболитами. Радиометрический возраст комплекса оценивается в 3,7±0,1 млрд. лет. В других блоках также развиты гнейсовые и гранитогнейсовые комплексы, кристаллические сланцы, амфиболиты и гранулиты," возраст которых явно превышает 3,0 млрд лет.

Таким образом, на Украинском щите, как и на Балтийском,. древнейшие натровые серогнейсовые комплексы являются фундаментом для более молодых архейских, типично зеленокаменных серий пород, в которые они местами включены только фрагментами. Все породы этого комплекса основания подверглись неоднократной гранитизации, метаморфизму и очень сильным деформациям. Несомненно, что «серые гнейсы» присутствуют и в пределах фундамента Русской плиты, где они перекрыты чехлом фанерозойских отложений, но обнаружение их -- дело будущих исследований, хотя попытки их выделения по данным бурения уже предприняты.

На Сибирской платформе серогнейсовые комплексы были обнаружены 10--12 лет назад. По данным В. И. Кицула и его коллег, они слагаются биотитовыми гнейсами, гранитогнейсами, плагиогнейсами, а также эндербит-чарнокитовой формацией, т. е. преимущественно гиперстеновыми гранитами, обнажающимися в центральной части Алданского щита и подстилающими более молодую архейскую иенгрскую серию. Радиометрический возраст «серых гнейсов», определенный РЬ--РЬ методом, составляет около 3,4--3,5 млрд лет. Породы, представленные различными гнейсами, которые можно отнести к древнейшему основанию, в последнее время предполагаются на Анабарском массиве Сибирской платформы, а также в пределах ее обрамления: на Енисейском кряже и Омолонском массиве (3,4--3,5 млрд лет). Практически везде комплекс «серых гнейсов» образует куполовидные структуры, обрамляемые более молодыми зеленокаменными поясами.

В пределах Китайс ко- Корейской платформы, известны «серые *гнейсы» с возрастом 2,9 и 3,3 млрд лет, которые входят в состав периферических участков архейских гранитогнеисовых куполов. «Определения радиометрического возраста включений в «серых гнейсах» по цирконам U--РЬ методом дали цифры в 3,67--3,65 млрд лет. Следует отметить, что «.роме гнейсов, амфиболитов и метавулканитов в состав древнейшего комплекса входят железистые кварциты и мраморы.

Комплекс «серых гнейсов» платформ южного ряда

На платформах южного ряда -- Южно-Американской, Африканской, Индостанской, Австралийской и Антарктической -- древнейшие образования типа комплекса «серых гнейсов» распространены во многих местах щитов этих платформ.

На Южно-Американской платформе подобные породы известны в пределах Гвианского и Бразильского щитов. В первом из них комплекс Иматака в бассейне р. Ориноко сложен орто- и парагнейсами, гранулитами, а материнскими породами части из них служили изверженные породы среднего состава, близкие диоритам и андезитам с возрастом более 3,4 млрд лет, но претерпевшие повторное метаморфическое омоложение в позднем архее -- раннем протерозое.

На Бразильском щите в ряде мест развиты кварц-полевошпатовые и биотитовые ортогнейсы, гранитогнейсы, чарнокиты (гиперстеновые граниты), а также первично осадочные породы, превращенные в парагнейсы, кварциты и железистые кварциты -- джеспилиты. Радиометрические датировки этих образований, подстилающих более молодые зеленокаменные толщи, колеблются от 3,5--3,4 до 3,2--3,1 млрд лет.

Африканская платформа характеризуется серогнейсовыми комплексами, распространенными на юге -- в Свазиленде, Зимбабве и на о. Мадагаскар. Везде они представлены гранитогнейсами, плагиогнейсами, кварц-полевошпатовыми и биотитовыми гнейсами, имеющими в целом тоналит-трондьемитовый состав и радиометрический возраст от 3,6 до 3,1 млрд лет. Во многих местах наблюдается налегание древнейших зеленокаменных образований на эти гнейсы, образующие комплекс их основания.

Наиболее древние гнейсовые комплексы Индостанской платформы с радиометрическим возрастом 3,4--3,3 млрд лет образуют обширные выходы на юге Индостанского полуострова. По составу они отвечают тоналитам, но иногда в них присутствуют и метаосадочные породы, а также метабазиты и амфиболиты, коматииты и другие представители зеленокаменных толщ, однако истинные соотношения между ними не очень ясны. Положение тоналитового комплекса «серых гнейсов» на Индостанской платформе такое же, как и на других: они слагают фундамент всех более молодых пород.

На Австралийской платформе, в ее западной части, располагаются два крупных блока фундамента платформы -- Пилбара и Иилгарн, -- где в составе крупных метаморфических куь'олов выступают биотитовые гнейсы, гранитогнейсы, гранодиориты, тоналиты и другие породы, т. е. типичные представители комплекса «серых гнейсов», с возрастом 3,5--3,3 млрд лет. Гнейсовые купола окаймляются зеленокаменными толщами, слагая их основание.

И наконец, в пределах Антарктической платформы геологами России в районах Земли Эндерби и гор Принца Чарльза были выделены два комплекса пород, состоящих из различных гнейсов, гранитогнейсов, чарнокитов, эндербитов (натриевых чарнокитов), образующих структуры типичных гнейсовых куполов -- с пологим залеганием пород на сводах и сложной складчатостью по краям куполов. Радиометрический возраст пород колеблется от 3,9 до 3,2 млрд лет, а меньшие цифры, по-видимому, отвечают этапам наложенного метаморфизма.

Условия формирования древнейших комплексов пород -- «серых гнейсов»

Несмотря на то что под термином «серые гнейсы» понимается комплекс достаточно разнообразных генетически и по возрасту пород, их общий облик вполне определенный. В подавляющем большинстве случаев это плагиогнейсы тоналитового, трондьемитового и гранодиоритового состава с возрастом 4,0--3,4 млрд лет. По химическому составу они отвечают андезит-дацит-риолитовой известково-щелочной серии пород. В основном «серые гнейсы» являются исходно-магматическими и по петрохимическим и геохимическим особенностям отличаются от таких же по составу пород, образовавшихся в более поздние геологические эпохи. Существуют разногласия по поводу типа и состава первичных пород, из которых сформировались «серые гнейсы». Наиболее распространенная точка зрения заключается в признании вулканической природы «серых гнейсов» за счет плавления базальтов и коматиитов, с участием вулканогенно-осадочных и осадочных пород, а также йнтрузивных тел. Бимодальность вулканических серий подчеркивается присутствием амфиболитов, образовавшихся по базитовым вулканитам.

Во многих местах наблюдается сложная тектоническая структура «серых гнейсов» с образованием тектонических покровов и гранитогнеисовых куполов. Все исходные породы комплекса «серых гнейсов» подверглись интенсивным процессам метаморфизма и гранитизации.

Таким образом, особенности пород комплекса «серых гнейсов», несмотря на их сходство, свидетельствуют о том, что уже в раннем архее условия формирования исходных пород были разнообразны.

«Серые гнейсы» почти везде подстилают породы зеленокаменных архейских поясов. Но вместе с тем есть и включения их фрагментов в гнейсы, например в комплексе Исуа в Гренландии, Очевидно, здесь мы имеем дело с более древними зеленокаменными породами. Где они были распространены и какие структуры. слагали, можно лишь предполагать. Весьма вероятно, что существовала еще более древняя базитовая кора, чем «серогнейсовая»,. сходная с современной океанской, и не исключено, что в ее образовании важную роль играла метеоритная бомбардировка, когда в ударных кратерах формировались базальтовые лавовые покровы. Переплавление этой коры и могло создать «серые гнейсы».

Как бы то ни было, в конце раннего архея (3,5 млрд лет назад) уже была создана земная кора сиалического, т. е. континентального, типа, а слагающие ее известково-щелочные серии вулканитов среднего состава и такие же интрузивы образовались из? магмы, выплавленной под этой корой, т. е. в верхах мантии. Была ли эта сиалическая кора сплошной или слагала ограниченные участки на земной поверхности, остается пока неясным. Важно подчеркнуть, что в этой коре уже имела место дифференциация как по вертикали, так и по латерали.

Существовали ли в раннем архее атмосфера и гидросфера? На этот вопрос следует ответить положительно. Ряд исследователей полагают, что и та и другая формировались одновременно с заключительной стадией аккреции планеты за счет интенсивной, почти катастрофической или взрывной дегазации ее недр. При этом первичной земной корой было утеряно большинство летучих соединений. Первичная атмосфера могла напоминать современную венерианскую, может быть и марсианскую, и состояла в основном из СОа с некоторым количеством N и Н20. Возможны примеси МНз, СН4, HzS. Температура была намного выше современной, но неясно, достигала ли она точки кипения воды. Другая группа ученых считает, что атмосфера и гидросфера формировались постепенно, за счет такой же постепенной дегазации Земли. Наличие гидросферы подтверждается водным происхождением кварцитов в древнейшем комплексе Исуа в Гренландии.

Следовательно, конец раннеархейского времени, т. е. около 3,5 млрд лет назад, ознаменовался формированием океанской и континентальной коры, мантии, ядра, гидросферы и атмосферы,. делающих ее сходной с современным обликом Земли, для образования которого потребовался всего 1 млрд лет с момента рождения планеты. Необходимо подчеркнуть, что органическая жизнь к этому времени уже существовала, как это доказывают ее следы в комплексе Исуа.

5.3 Средний и поздний Архей (3,5-2,5 млрд лет)

На всех щитах древних платформ и в пределах фундамента плит, перекрытых чехлом рифейских и фанерозойских отложений» наиболее примечательной чертой геологического строения является наличие трех основных типов комплексов пород, формирующих более или менее линейные зоны, обычно именуемые поясами. К 1-му типу относятся зеленокаменные пояса -- мощные толщи закономерно изменяющихся пород от ультраосновных и основных вулканитов через последовательно дифференцированные (от базальтов через андезиты к дацитам и риолитам), реже биметальные вулканиты, вулканогенно-осадочные образования к гранитным телам. Подобное строение зеленокаменных поясов в вертикальном разрезе типично для многих районов их развития на древних платформах.

2-й тип представлен орто- и парагнейсами, «пропитанными» 'гранитными массивами и превращенными в поля гранитогнейсов, т. е. гнейсов, по составу отвечающих гранитам и обладающих гнейсовидной текстурой.

3-й тип образован грану лиловыми (гранулито-гнейсовыми) поясами. Под гранулитами понимаются метаморфические породы, сформировавшиеся в условиях средних давлений и высоких температур (+750...+1000 °С) и содержащие кварц, полевой шпат и гранат. Наряду с областями развития .«серых гнейсов» раннего архея, три перечисленных выше типа архейских образований слагают преобладающую часть щитов древних платформ. Именно эти толщи пород перекрывают тот фундамент, который был образован комплексами «серых гнейсов», являющихся протоконтинентальной корей, скорее всего неравномерной мощности, вплоть до ее полного выклинивания в некоторых местах. Наиболее интересным представителем из перечисленных выше трех типов является 1-й тип-- зеленокаменные пояса, которые отличаются как наибольшим разнообразием, так и повсеместным распространением. Зеленокаменные пояса достигают длины 1000 км при ширине до 200 км.

Впервые понятие «зеленокаменный пояс» оформилось после работ канадского геолога Дж. Уилсона, появившихся в 1949 г. Говоря о поясах этого типа, следует отметить, что речь идет о докембрийских образованиях, хотя сам термин «зеленокаменные породы», т. е. породы, претерпевшие хлоритизацию, эпидотизацию и т. д., употребляется и для фанерозойских толщ. Ввиду широкого распространения подобных образований на всех платформах будут рассмотрены лишь наиболее представительные из них,

Одним из тектонотипов таких поясов считается зеленокаменный пояс Барбертон (рис. 5.2), расположенный на юге Африки на территории Трансваальского (Каапвальского) щита в Свазиленде. Общая мощность образований в поясе достигает 15--20 км. Они подразделяются на 3 надгруппы: Онфервахт, Фиг-Три и Моодис (рис. 5.3). В первой из них, наиболее мощной (до 10--15 км) и древней, выделяется несколько свит, объединяемых в группы, в нижней из которых преобладают метаперидотиты и метабазальты. В самой верхней свите -- Комати -- преобладают высокомагнезиальные основные и ультраосновные вулканиты, получившие название «коматиитов» с характерной скелетной структурой -- «спинифекс». Эти примитивные эффузивы, с реликтами подушечной отдельности, могли возникнуть только в мантии, где температура достигала +1800°С. В связи с тем что кора была тонкая, ультраосновная магма быстро поступала на поверхность. В свите Комати присутствуют также пирокластические и кремнистые породы. Мощность нижней группы около 8 км.

Рис. 5.2. Зеленокаменный архейский пояс Барбертон (по К. Конди):

1 -- интрузивные граниты; 2 -- осадочные подразделения групп Моодис и ФигТри группа Онфервахт; 3 -- основные и кислые породы; 4 -- ультраосновные породы

Выше залегает толща уже более дифференцированных вулканических пород, от базальтов до риолитов и кремнистых толщ, причем подобная цикличность повторяется несколько раз. Мощность этой группы также около 8 км. Во всех образованиях надгруппы Онфервахт наблюдаются дайки и силлы преимущественно ультраосновных пород, хотя есть и более кислые разновидности.

Описанная выше толща пород согласно перекрывается образованиями надгруппы Фиг-Три, состоящей из относительно слабо метаморфизованных осадочных отложений -- сланцев, граувакк, кремнистых пород, вулканических туфов, железистых кварцитов, обладающих ритмичной слоистостью и фациальной изменчивостью. Мощность надгруппы Фиг-Три достигает 2 км, а на ней с несогласием, подчеркнутым горизонтом базальных конгломератов, залегают так же осадочные образования группы Моодис мощностью около 3,5 км. Ритмично построенная толща состоит из песчаников, кварцитов, глинистых сланцев и джеспилитов.

Рис. 5.3. Стратиграфические колонки горных пород зеленокаменного пояса Барбертон на юге Африки в Свазиленде (по К. Конди, с упрощением):

1 -- пропуски в разрезе; 2 -- ультраосновные лавы (коматииты); 3 -- основные толеитовые лавы; 4 -- кислые лавы и туфы; 5 -- кислые туфы; 6 -- глинистые сланцы; 7 -- кремнистые породы; 8 -- песчаники; 9 -- конгломераты; 10 -- интрузивные тоналитовые гнейсы. I -- группа Онфервахт, II -- группа Фиг-Три, III -- группа Моодис. Цифры -- значения мощности, м

Отложения всех трех групп, по-видимому, сильно дислоцированы, с образованием надвигов и покровов, формирующих чешуйчатую структуру, в которой возможно сдваивание или страивание разреза (рис. 5.4). Поэтому приведенные выше оценки мощности отдельных подразделений, вероятно, завышены.

В пределах Барбертонского зеленокаменного пояса широко развиты прорывающие его тоналитовые граниты нескольких генераций, как бы обрамляющие пояс и датируемые цифрами 3,1-- 3,0 млрд лет. А радиометрический возраст образований трех надгрупп характеризуется цифрами от 3,5 млрд лет (вулканиты нижней части разреза надгруппы Онфервахт) до 3,3 млрд лет (в верхней части надгруппы).

Рис 5.4. Схематический разрез, показывающий структуру архейских диапировых гранитных куполов и посттектонических гранитов (по К. Конди):1 -- зеленокаменные образования; 2 -- посттектонические граниты, интрудирующие синклинали; 3 -- гранитные купола; А -- приповерхностный срез; 5 -- промежуточный срез; В -- глубокий срез

На Африканской платформе зеленокаменные пояса широко распространены и в пределах щита Зимбабве, где известны три генерации поясов с возрастом от 3,5 до 2,7 млрд лет, формирование которых, как и в Барбертонском поясе, закончилось массовым внедрением тоналитовых массивов. Характерная особенность этих поясов -- присутствие бимодальных серий вулканических пород, т. е. наличие коматиитов, базальтов, дацитов и риолитов.

Зеленокаменные пояса известны и в Центральной Африке, а также в пределах Леоно-Либерийского и Регибатского массивов Западной Африки. Везде они обладают сходным строением, прорваны гранитами и метаморфизованы в гранулитовой и амфиболитовой фациях. Метаморфизм, как правило, более молодой.

На Австралийской платформе ярким примером зеленокаменных поясов являются пояса блоков Пилбара и Иилгарн.

Расположенный на юго-западе блок Иилгарн площадью более 650 тыс. км² обрамляется более молодыми протерозойскими образованиями и характеризуется классическим набором пород для поясов подобного типа. В основании разреза залегают разнообразные вулканиты -- коматииты, базальты и такого же состава пластовые расслоенные интрузивы; кислые вулканиты, пачки метаосадочных пород -- конгломератов, граувакк, аргиллитов, железистых кварцитов. Очень характерны бимодальные серии вулканических пород. Верхи разреза сложены конгломератами, грубыми песчаниками, толщами основных и кислых вулканитов известково-щелочного типа. Мощность образований зеленокаменного пояса достигает почти 20 км, и в них местами наблюдается цикличность с повторением разреза от базальтов-коматиитов до осадочных пород. Определения радиометрического возраста пород дают цифры от 3,3 до 2,9--2,8 млрд лет. Более молодой гранитоидный магматизм оценивается в 2,8--2,5 млрд лет, и цифрой 2,4 млрд лет отмечен поздний метаморфизм. Самый молодой интрузивный магматизм датируется 2,2--2,1 млрд лет.

Примерно такая же последовательность устанавливается и в блоке Пилбара, где зеленокаменные пояса древнее и где установлено не менее 5 рубежей деформаций -- от 3,4 млрд лет для низов разреза до 3,0--2,9 млрд лет, характеризующих главный этап гранитного магматизма.

Зеленокаменные пояса и гранит-зеленокаменные области распространены также на Индостанской и Антарктической платформах. Они обладают сходным строением, сложной структурой, поздним гранитоидным магматизмом и метаморфизмом. Обращают на себя внимание гранитные и гранитогнейсовые поля, разделяющие зеленокаменные пояса и сложенные различными гнейсами, мигматитами, амфиболитами, кристаллическими сланцами, гранитоидами разных типов. Совместно они образуют, как и на других платформах, гранит-зеленокаменные области.

На платформах северного, лавразийского, ряда архейские зеленокаменные пояса широко развиты в пределах Канадского щита Северо-Американской платформы, на Балтийском и Украинском- щитах Восточно-Европейской, Алданском щите -- Сибирской, а также на Китайоко-Корейской платформе.

Весьма представительна гранит-зеленокаменная область Канадского щита в районе оз. Верхнего (провинция Сьюпириор), где в близширотном направлении простирается ряд зеленокаменных поясов, длиной более 1000 км при ширине до 200 км, разделенных поясами, сложенными гнейсами, образовавшимися по осадочным породам, и гранитами. Наиболее известный и крупный зеленокаменный пояс Абитиби сложен однородными базальтами и коматиитами, сменяющимися затем последовательно-дифференцированными базальт-андезит-риолитовыми сериями известково-щелочного типа. В самых верхах толщи присутствуют обломочные породы и щелочные лавы (надгруппа Тимискамин). Rb--Sr методом вулканиты датируются в 2,7 млрд лет, а метаморфизм и внедрение гранитов -- в 2,6 млрд лет, т. е. формирование пояса было относив тельно кратковременным. Гранитоиды, внедрявшиеся одновременно с деформациями пород пояса, образуют купола диапирового типа.