Лекция 3

Тема: " Древнейшая история Земли"

1. Со школы Вам известно, что Земля является одной из девяти планет Солнечной системы, пока единственной, имеющей жизнь. Почему же так случилось, что именно здесь зародилась геологическая и биологическая история развития планеты.

Следует начать с космического этапа, когда Земля еще не была планетой.

Около 14,5 млрд лет назад сформировалась Вселенная, куда входит наша Солнечная система, за счет внезапного расширения вещества, вернее Большого Взрыва, в момент которого "вещество" находилось в сингулярном состоянии, т.е. при огромном давлении и температуре.

Процесс расширения Вселенной продолжается и сейчас, звезды и галактики продолжают формироваться. В видимой части вселенной известно более 100 галактик.

Солнечная система находится в Галактике Млечного Пути – рядовая галактика спиралевидной уплощенной формы.

Солнце – маленькая звезда, типа желтого карлика, располагается в 3\5 расстояния от центра галактики, т.е. почти на краю. Это дает нам возможность видеть красоту Млечного Пути виде арки.

Рождение Солнечной системы – шло под воздействием какой-то силы, вероятнее взрыва сверхновой звезды, на облако межзвездного вещества массой около 100 тыс. солнечных масс.

Это облако или туманность вероятно было холодное, химический состав близок к метеоритам – углистым хондритам.

Под действием взрыва вещество пришло в турбулентное состояние и начало сжиматься, вращаться и уплотняться. Превратившись в диск с мах массой в центре и мах моментом количества движения по периферии. Типа центрифуги.

Когда в центре диска сжатие и температуры стали огромными, начались термоядерные реакции и возникла звезда – Солнце.

Эти события происходили где-то 4,6 млрд лет назад, может быть и раньше – 5-6 млрд лет.

В Солнце заключено 99,8% общей массы Солнечной системы. На все остальные планеты – 0,2%, причем на Юпитер приходится 0,1%.

Продолжающиеся термоядерные реакции в ядре Солнца обеспечивают нас теплом и светом.

Считается, что ядерного топлива – водорода на Солнце хватит еще на 5 млрд лет, так что планета может прожить еще полторы своей истории, если мы сами не напортачим.

После рождения Солнце было очень активно, его масса быстро уменьшалась за счет разноса вещества солнечным ветром, это продолжалось 1 млрд лет. Вокруг него сформировались кольца, где происходило слипание межзвездной пыли (акреция), это были прообразы планет.

Процесс акреции длился около 100 млн лет. На завершающей стадии начались процессы дифференциации вещества, приведшие к формированию жидкого ядра и мантии. Это длилось несколько миллионов лет.

Сформировалась Земля космического этапа, у которой были – ядро, мантия и атмосфера. В этот же период появился у земли спутник – Луна, образовалась в результате откалывания куска планеты при столкновении с гигантским космическим телом.

Развитию атмосферы способствовали не только внутренние процессы, но и активная бомбардировка метеоритами. Это сопровождалось разогревом планеты, выделением газов и их конденсацией.

Протоатмосфера состояла из – H₂O, CO₂, CH₄, CO, H₂S, SO₂, HCl и др. газов и соединений, часть из которых были растворены в хлоридной и бессульфатной гидросфере, с которой атмосфера вынуждена находиться в равновесии.

Итак, 4,5 - 4 млрд лет назад Земля находилась на догеологической стадии развития, были образованы ядро, мантия, возможно и первичная кора с базальтовым составом.

2. Архей – от греч. "археос" – древний.

Это название ввел американский геолог Дж.Дана в 1872 г.

Архей в совокупности с протерозоем образует т.н. докембрийское время.

2.1. Докембрий охватывает 3,5 млрд лет истории Земли, без догеологиеского этапа, от момента образования Земли 4,6 – 4,45 млрд лет. Это самое значительное в геологии время, т.к. именно тогда сформировались все основные геологические тела, структуры и полезные ископаемые, во все дальнейшие периоды происходило дополнение, изменение и перестройка, но вся основа сформировалась именно в докембрии.

Расчленение докембрия невероятно сложно, т.к. это огромный интервал времени, органический мир не представителен для использования палеонтологического метода.

Наиболее перспективным методом расчленения докембрия является историко-геологический с использованием изотопной геохронологии, особенно для AR толщ.

Радиометрический возраст устанавливает пределы границ в вертикальном и площадном распространении.

Существует две шкалы докембрия:

1. стратиграфическая шкала Северной Евразии (1990 г);

2. шкала докембрийского времени, одобренная Международной стратиграфической комиссией и др. организациями в 1988 году.

Каждая их шкал имеет свои недостатки и преимущества. Варианты шкал посмотрите в учебнике.

По рекомендации Международных комиссий Архей разделяем на три подраздеоения: ранний (4-3,5 млрд лет); средний – 3,5-3; поздний – 3 – 2,5 млрд лет.

О расчленении протерозоя поговорим позже.

2.2. Ранний архей охватывает промежутор времени от 4 до 3,5 млрд лет, его продолжительность 500 млн лет, что примерно равно всему фанерозою.

Самыми древними образованиями на земле является комплекс серых гнейсов – это сильно метаморфизированная порода по интрузивам среднего состава из ряда гранодиоритов и диоритов и их эффузивных аналогов андезита и дацита, с включениями метавулканитов, метаосадочных пород, амфиболитов, железистых кварцитов, кристаллических сланцев.

В "серых гнейсах" преобладание Na над К, высокое содержание Ni, V, Cr, низкое - U, Th, Rb, Ti и очень низкое соотношение изотопов Sr.

Средний возраст серых гнейсов 3,3 – 3,5 млрд лет, встречаются в пределах щитов платформ.

Платформы северного ряда:

· Северо-Американская – Канадский щит, на п-о Лабрадор, ЮЗ Гренландии, возраст пород был определен радиометрическими методами и колеблется от 3,5 до 3,8 млрд лет.

В провинции Акаста обнаружены самые древние породы Земли – 3,96 млрд лет.

Это сильно дислоцированные породы, образуют тектонические покровы, подвергшиеся интенсивному и продолжительному метаморфизму в интервале 3 -2,8 млрд лет, не превышал амфиболитовой стадии, в редких случаях достигал гранулитовой фации (более высокая ступень метаморфизма).

По тектоническим контактам с серыми гнейсами встречаются зеленокаменные пояса.

· ВЕП – серые гнейсы развиты на Балтийском и Украинском щитах. Радиометрический возраст комплекса составляет 3,7+0,1 млрд лет. Эти породы слагают фундамент для зеленокаменных серий. Весь комплек подвергался многочисленным процессам гранитизации, метаморфизации и сильнейшей деформации.

· Сибирская платформа – здесь древнейшие породы возраста 3,4-3,5 млрд лет обнажаются в Алданском и Анабарском массивах, образуют куполовидные струкутры, обрамляемые зеленокаменными поясами.

· Китайско-Корейская – в ее пределах серый гнейсы более молодые 2,9-3,3 млрд лет, входят в состав периферических участков гранитогнейсовых куполов.

Минеральный состав в различных регионах варьирует, но общие характеристики едины.

Платформы южного ряда для нас более удалены, однако и там в пределах щитов и куполовидных поднятий прослеживаются серогнейсовые комплексы возрастом от 2,9 до 3,6 млрд лет. Меньшие цифры возраста вероятно связаны с наложенными процессами метаморфизма более поздних этапов.

Сюда входят жесткие структуры с древними фундаментами – это Южно-Американская платформа, Африканская, Индостанская, Австалийская.

Структуры, образованные "серыми гнейсами" – купола и тектонические покровы, вероятно, связаны с процессами скучивания океанической коры, нагромождением пластов др. на др.

Минералогическое разнообразие "серых гнейсов" говорит о том, что условия формирования исходных пород были разнообразны.

Есть версия, что существовала еще более древняя базитовая кора (раннеокеанический тип), которая переплавлялась и формировала "серые гнейсы".

Выводы: основные достижения в развитии Земли в раннем архее:

1. Не столь важно каким способом образовывались "серые гнейсы", но одно достоверно, что еще 3,5 млрд лет назад сформировалась земная протокора сиалического, т.е. континентального типа.

2. Сплошность коры пока под вопросом, но важно, что уже в этой коре существовала дифференциация по вертикали и латерали.

3. В раннем архее уже существовали атмосфера и гидросфера, они были по составу и состоянию близки к венерианской или марсианской, однако это были оболочки, роль которых невозможно переоценить для дальнейшей истории Земли.

2.3.В средне- и позднеархейское время на сиалической, протоконтинентальной, серогнейсовой коре формируются мощные толщи ультроосновных и базальтовых вулканитов, сменившихся сериями вулканических пород и осадочных толщ, с дальнейшим метаморфизмом, в результате чего сформировались зеленокаменные пояса, гранитогнейсовые поля и гранулитовые пояса.

Зеленокаменные пояса - это мощные толщи закономерно изменяющихся пород от ультроосновных и основных вулканитов к гранитным телам. Такое строение зеленокаменного пояса типично для многих районов древних платформ. Отличается большим разнообразием и повсеместным распространением (1 тыс. км на 200км), но не все уцелели от последующей перетаботки.

Гранитогнейсовые поля – представлены орто- и парагнейсами, насыщенные гранитными массивами.

Гранулитовые пояса (гранулито-гнейсовые) – это метаморфические породы, сформировавшиеся в условиях средних давлений, высоких температур (750-1000⁰С) и содержащие кварц, полевые шпаты и гранит.

Эти три пояса занимают большую часть щитов древних платформ. Везде они обладают сходными чертами с некоторыми различиями.

В низу разреза залегают базит-ультрабазитовые высокомагнезиальные недифференцированные вулканиты, выше сменяются дифференцированными базальт-андезит-риолитовыми вулканитами, под конец молассовые конгломераты, песчаники с прослоями кислых или щелочных вулканитов.

Для толщ АR₂ и АR₃ характерна многократность магматических процессов, как вулканических, так и интрузивных.

Зеленокаменные прогибы сосуществуют с участками коры сиалического типа.

Гранит-зеленокаменные области АR₃ (3-2,5 млрд лет) слагают значительную часть фундамента древних платформ. Вероятно были сформированы под воздействием спрединга и субдукции, т.е. в типичных плитнотектонических процессах.

Заложение зеленокаменных поясов началось с образования рифтов, впоследствии сменилось бассейнами с океанической корой, где шел спрединг, а потом субдукция.

Гранитогнейсовые или гранулитгнейсовые области отличаются от зеленокаменных разнообразием магматических процессов и последовательностью вулканитов, что говорит о разноглубинности магматических очагов одновременного действия.

Зеленокаменный комплекс отличается высокой литологической информативностью пород, что позволяет устанавливать мелководные и глубоководные обстановки, выявлять условия континентального склона и его подножия.

Очень важными отложениями зеленокаменной толщи являются железистые кварциты или джеспилиты которые образуют крупные железорудные месторождения.

К концу AR предполагается существование довольно мощной (до 30-40 км) и зрелой континентальной коры. Ее расположение на поверхности Земли спорно. Есть два варианта:

1. сосредоточена в одном месте, образуя гигантский материк Пангею, которому противостоял гигантский океан с океанической корой – Панталасса.

2. Блоки сиалической коры были распределены по поверхности земного шара так, что между ними оставались пространства с корой океанического типа.

Выводы:

· В АR₂ и АR₃ время на сиалической, протоконтинентальной, серогнейсовой коре, в условиях тектонического растяжения и образования бассейнов с корой океанического типа, формировались мощные толщи ультраосновных и базальтовых вулканитов.

· Они сменились последовательно дифференцированными сериями вулканических пород и осадочными толщами, при дальнейшем метаморфизме превратившихся в зеленокаменные пояса.

· Многократный гранитоидный диапиризм расчленил эти пояса на узкие зоны.

· В среднем и, особенно в позднем архее проявляются плитно-тектонические обстановки со спредингом и субдукцией.

· К концу архея (2,5 млрд лет) формируется гигантский материк – Пангея-0.

2.4.Принято считать, что в докембрийских отложениях, особенно в Архее нет органики. Однако есть подтверждения существования примитивных организмов 3,4-3,6 млрд лет назад.

В древних комплексах Гренландии присутствует графит, в котором содержание изотопов ¹³С\¹²С почти такое, как в современных органических остатках.

В Западной Австралии обнаружены следы жизнедеятельности синезеленых водорослей – строматолитов.

Уже в раннем архее в мелких ваннах, сильно прогретых бассейнах, при безозоновой атмосфере могли возникнуть высокополимерные нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), передающие код для синтеза белков. Т.е. возникли первичные микроорганизмы, производя органические молекулы из неорганических.

Первыми организмами были бактерии, они разлагали сероводород, выделяя при этом серу. Синезеленые водоросли научились разлагать воду, выделяя кислород, что постепенно изменило состав атмосферы.

2.5. Полезные ископаемые.

В архейских толщах залежи полезных ископаемых незначительны. Это связано с небольшим развитием пород и низкой скоростью выноса рудных элементов из мантии в земную кору.

Наиболее важные месторождения архейского возраста это месторождения Fe, Mn, Au, Cr-Ni-Ti, Co, Cu, графита.

По условиям залегания различают месторождения вулканических комплексов зеленокаменных поясов и месторождения пегматитов. Для последних характерны Li, Be.

В зеленокаменных образованиях характерны железные руды, золото-кварцевые и золото-теллуридные месторождения, сульфидные руды Cu, Cr, Ni-Co.