Архейская история

Контрольная работа

по геологии

"Архейская история"

1. ОБЩЕЕ РАСЧЛЕНЕНИЕ ДОКЕМБРИЯ

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 фанёрозойских 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 лет-истории 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) хроно-стратиграфический, наиболее обычный и традиционный для расчленения фанёрозойских 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 эон разделяется на три эры. В нашей шкале архейская акротема разделена на две эонотемы, а протерозойская акротема на две эоно-темы, 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-, палео-, мезо- и неоархей с рубежами 3,6; 3,2 и 2,8 млрд лет. Обе шкалы показаны в табл. 1.

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

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.

2. РАННИЙ АРХЕИ (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. Тонадиты 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 и очень низкое соотношение изотопов ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, равное 0,699--0,701. 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. 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 120 000 км², однако еще большая их часть перекрыта ледником.

Рис 1 Архейские протоплатформы и раннепротерозойские подвижные пояса в составе фундамента древних платформ (по В. Е. Хаину): стрелки показывают местонахождение «серых гнейсов» - 1 - древнейшей континентальной коры; 2 - архейские платформы; 3 -- раннепротерозойские подвижные пояса

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 Pb--Pb, 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, Я--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 Слейв, 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 ортомета-морфическими плагиогнейсами, амфиболитами, метавулканитами, как правило, андезитового состава. Эти образования прорываются различными гранитоидами -- диоритами, плагиогранитами, гра-нодиоритами, 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-пла-гиоклазовыми 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--Pb 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--Pb методом в 3,3 млрд. лет.

На Украинском щите древнейшие породы обнажаются в трех, субмеридиональных блоках: Среднеприднепровском, Орехово-Павлоградском 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 фанерозой-ских 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 Pb--Pb 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 Китайско-Корейской платформы известны «серые гнейсы» с возрастом 2,9 и 3,3 млрд. лет, которые входят в состав периферических участков архейских гранитогнейсовых 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 кроме гнейсов, амфиболитов и мета-вулканитов 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 Бpaзильqкoгo 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 мета-осадочные 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 йилгарн, -- где в составе крупных метаморфических 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 интрузивных 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 гранитогнейсовых 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 СОг с некоторым количеством N и Н₂0. Возможны примеси NH3, СН₄, H2S. 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.

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 гранулитовыми (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. 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 Моо-дис (рис. 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.

Рис. 2. Зеленокаменный архейский пояс Барбертон (по К. Конди): 1 -- интрузивные граниты; 2 -- осадочные подразделения групп Моодис и Фиг-Три группа Онфервахт; 3 -- основные и кислые породы; 4 -- ультраосновные породы

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.

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 над-группы 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.

Отложения всех трех групп, по-видимому, сильно дислоцированы, с образованием надвигов и покровов, формирующих чешуйчатую структуру, в которой возможно сдваивание или страивание разреза (рис. 4). Поэтому приведенные выше оценки мощности отдельных подразделений, вероятно, завышены.

Рис. 3. Стратиграфические колонки горных пород зеленокаменного пояса Барбертон на юге Африки в Свазиленде (по К. Конди, с упрощением): 1 -- пропуски в разрезе; 2 -- ультра основные 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

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. 4. Схематический разрез, показывающий структуру архейских диапировых гранитных куполов и посттектонических гранитов (по К. Конди): 1 -- зеленокаменные образования; 2 -- посттектонические граниты, интрудирую-щие синклинали; 3 -- гранитные купола; А -- приповерхностный срез; Б -- 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 Йилгарн.

Расположенный на юго-западе блок Йилгарн 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-щедочного 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 Китайско-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 1-- в 2,6 млрд. лет, т. е. формирование пояса было относительно кратковременным. Гранитоиды, внедрявшиеся одновременно с деформациями пород пояса, образуют купола диапирового типа.

В другой провинции -- Слейв, в районе Б. Невольничьего озера, находятся несколько зеленокаменных поясов, образования которых выделяются в надгруппу Йеллоунайф, общий объем которых составляет 40%, а 60% приходится на гранитогнейсы, разделяющие пояса. Только 18--20% пород в поясах сложены примитивными коматиитами и толеитовыми базальтами, а весь остальной разрез представлен граувакковыми песчаниками и аргиллитами, что отличает эти пояса от многих описанных выше. Мощность отложений колеблется от 0,5 до 12 км. Вулканиты смяты в относительно пологие складки, а осадочные породы -- в сложные изоклинальные. Между зеленокаменными поясами располагаются пара- и ортогнейсы, гранитогнейсы, граниты.

Широким развитием зеленокаменные пояса пользуются на Восточно-Европейской платформе, в пределах Балтийского и Украинского щитов, Воронежского массива и под фанерозойским чехлом Русской плиты.

На Балтийском щите наиболее представительные зеленокаменные пояса и гранитогнейсовые поля архейского возраста находятся в Карелии, между Ладожским, Онежским озерами и Белым морем. Отсюда они прослеживаются на территории Финляндии. Развиты они и на Кольском полуострове, между Мурманским и Центральнокольским массивами гнейсов.

В Карелии известно несколько зеленокаменных поясов ССЗ--ЮЮВ простирания, между которыми развиты гранитогнейсы и местами сильно переработанные «серые гнейсы» -- комплекс основания. Разрезы поясов характеризуются коматиитами, мета-базальтами, чередующимися с метариолитами и метадацитами, т. е. это типично бимодальные серии вулканитов. Коматиитов сравнительно немного. В верхних частях разрезов преобладают метапесчаники с горизонтами конгломератов, кремнистые породы, графитистые сланцы, мрамориэованные доломиты и железистые кварциты, с которыми связан ряд железорудных месторождений (Костомукша). Местами самые верхи разреза слагаются подушечными толеитовыми базальтами. Все эти толщи выделяются под названием лопия, мощность которого до 3--5 км. Они сильно дислоцированы и подверглись метаморфизму амфиболитовой фации, Лопийские образования прорваны различными интрузивами, преимущественно гранитоидами с возрастом 2,7 млрд лет, а сами толщи гранит-зеленокаменных поясов имеют возраст 2,7--2,9 млрд. лет, хотя радиометрические датировки некоторых пород гранито-гнейсовых полей достигают 2,92 млрд. лет.

В пределах Украинского щита архейские образования гранит-зеленокаменного типа (конкско-верховцевская серия) развиты в восточной его части, в Среднеприднепровском блоке, где аульский «серогнейсовый» комплекс слагает их основание (рис. 5). В низах разреза поясов залегают коматииты, толеитовые базальты, метаандезиты, метадациты, сменяющиеся вверх по разрезу мета-песчаниками, метааргиллитами с прослоями кислых лав и туфов. Общая мощность серии достигает 7 км, а ее возраст оценивается (в низах) в 3,2 млрд. лет.

Конкско-верховцевская серия, напоминающая лопийские образования Балтийского щита, прорывается тоналитами и грано-диоритами с цифрами абсолютного возраста по U--Pb методу в. 3,0--2,9 млрд. лет. Вместе с породами «серых гнейсов» гранитоиды образуют куполовидные мигматит-гранитные структуры.

В ряде других мест Украинского щита развиты узкие зоны с толщами пород, напоминающих конкско-верховцевскую серию, и такие же образования (михайловская серия) известны на Воронежском массиве. Они представлены меггабазитами -- толеитовыми базальтами, коматиитами, а в верхах -- метаандезитами и метадацитами, мощностью от 2 до 10 км. Метавулканиты прорваны гранитами с возрастом 3,0--2,9 млрд лет и метаморфизованы в зеленосланцевой фации. Все толщи сильно дислоцированы в узкие сжатые синклинорные зоны, между которыми развиты грани-тогнейсовые купола комплекса основания.

Рис. 5. Разрез Верховцевского архейского зеленокаменного пояса, Украинский щит (по А. Н. Сиворонову): 1 -- гранитогнейсы (аульский комплекс); 2 -- тоналиты; конкско-верховцевская* серия; 3 -- коматииты и толеитовые базальты; 4 -- джеспилиты; 5 -- андези-тодациты; 6 -- коматииты; 7 -- осадочная толща

Интерпретация геофизических и буровых данных по фундаменту Русской плиты, перекрытому фанерозойским чехлом, показывает, что зеленокаменные пояса архейского возраста, разделенные изометричными полями гранитогнейсов, составляют основу всего структурного рисунка востока плиты.

На Сибирской платформе в западной и восточной частях Алданского щита к типу зеленокаменных поясов относятся узкие меридиональные структуры в Олёкминском и Батомгском блоках. Субганский комплекс залегает на «серых гнейсах» чарской серии и представлен в нижней части разреза коматиитами и базальтами, в средней -- терригенными породами с линзами мраморизованных доломитов, в верхней -- железистыми кварцитами, аргиллитами, песчаниками, средними и кислыми вулканитами, конгломератами. Мощность субганского комплекса превышает 7 км, а возраст егопо U--Pb методу составляет 3,0 млрд. лет. Весь комплекс интрудирован разнообразными по составу телами от ультраосновных в низах до гранитов в верхах (2,6 млрд. лет). Зеленокаменные пояса, так же как и в других местах, разделены полями гранитогнейсов и гранитов и совместно с ними образуют гранит-зеленокаменные области.

4. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБСТАНОВКИ В АРХЕЕ

Рассмотренные выше примеры зеленокаменных поясов и гранитогнейсовых областей показывают, что на всех платформах они обладают чертами сходства, хотя есть и некоторые различия. В низах разреза залегают базит-ультрабазитовые высокомагнезиальные недифференцированные вулканиты, выше сменяющиеся последовательно дифференцированными базальт-андезит-риоли-товыми вулканитами в сочетании с турбидитовыми толщами, а затем молассовыми конгломератами, песчаниками с горизонтами кислых, реже щелочных вулканитов. Для нижних частей разрезов (особенно древних поясов) очень характерны контрастные, бимодальные (базит-риолитовые) серии вулканических пород, причем из кислых вулканитов преобладают пирокластолиты. Наряду с ^-бимодальным распределением вулканитов типична и гомодромная последовательность от основных к кислым породам. Характерна многоактность магматических процессов, как вулканических, так и интрузивных. Геохимические особенности пород и распределение редкоземельных элементов указывают на последовательное уменьшение глубины магмообразования. Зеленокаменные прогибы сосуществуют в архейское время с участками коры сиаличеекого типа. Гранитогнейсовые или гранулит-гнейсовые области несколько отличаются от зеленокаменных разнообразием магматических процессов и последовательностью вулканитов, что свидетельствует о разноглубинных магматических очагах, функционирующих одновременно.

Обращает на себя внимание сильная деформированность всех типов пород, так же как и присутствие полифазных концентрически-кольцевых куполов, усложнение разрезов за счет чешуйчатых надвигов, что приводит к сдваиванию разрезов. Современные ограничения зеленокаменных поясов не являются первичными, так как значительная часть их уничтожена при формировании межпоясовых гранитогнейсовых куполов и овалов. Архейские зеленокаменные пояса образуют три разновозрастные генерации: одну средне- и две позднеархейские, а время их формирования колеблется от десятков до сотен миллионов лет.

Высокая литологическая информативность пород зеленокаменных комплексов позволяет устанавливать мелководные и глубоководные обстановки; выявлять условия континентального склона и его подножия (флиш, турбидитные потоки). Важной составной частью разрезов являются железистые кварциты -- джеспилиты, которые в ряде мест образуют крупные железорудные месторождения.

Коснемся возможной интерпретации тектонических обстановок в средне-позднеархейское время. К моменту заложения зелено-каменных поясов кора сиалического типа уже существовала, о чем свидетельствует древнейший комплекс «серых гнейсов». Очевидно, что кора была тонкой, несплошной или разной мощности, а тепловой поток был выше современного, и в мантии существовали активные конвективные течения. В таких условиях, скорее всего в среднем архее, тонкая земная кора либо подвергалась рифтингу с формированием бимодальных серий вулканических пород, столь характерных для структур подобного типа, либо раздвигалась настолько, что формировались впадины с корой океанского типа. Если развитие шло по второму пути, более вероятному в позднем архее, то становится понятным появление в конце развития зеленокаменных поясов последовательно дифференцированных серий известково-щелочиых вулканитов, которые могли быть связаны с процессами субдукции, а в обстановке тангенциального сжатия формировались сложные складчато-надвиговые структуры зеленокаменных поясов. Наличие в низах разрезов поясов ультраосновных и основных эффузивов, даек и силлов, а также кремнистых пород придает им сходство с фане-розойскими офиолитовыми комплексами, однако существующие отличия позволяют, по мнению В.Е. Хаина, называть их только протоофиолитами. Поздние фазы развития зеленокаменных поясов сосуществовали с широко проявленным гранитообразованием, вплоть до появления в конце архея настоящих калиевых гранитов и даже щелочных пород. Эти процессы вовлекали в переработку более древнюю «серогнейсовую» кору и вместе с ней формировали гранитогнейсовые купола, овоиды и т. д.

Таким образом, к концу архея можно предполагать существование уже довольно мощной (до 30--40 км) и зрелой континентальной коры. Была ли она сосредоточена в одном месте, образуя гигантский материк, Пангею, которой противостоял не менее гигантский океан -- Панталасса, или блоки сиалической коры были распределены по поверхности земного шара так, что между ними оставались пространства с корой океанского типа, остается не совсем ясным. Возможны разные варианты, но существование в архее, может быть даже в раннем архее, блоков земной коры сиалического (континентального) и океанского типов вполне вероятно.

Все же представления о возникновении первого в¹ истории Земли суперматерика в конце позднего архея наиболее вероятны. Об этом свидетельствует широкое распространение архейских пород, слагающих фундамент молодых протерозойских складчатых поясов и систем.

Но если был суперматерик, в который «стянулись» все участки земной коры континентального строения, то что было на другой половине Земли, при условии, что ее радиус не изменялся? Там могло существовать только пространство с океанской корой, покрытое водной массой, близкой по объему к современной, возможно меньшей. Таким образом, уже на такой ранней стадии развития Земли возникла ее диссимметрия.

5. ЗАРОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ

Проблема зарождения жизни на Земле обсуждается уже много десятилетий, но все объяснения носят характер лишь более или менее правдоподобных предположений.

В архейских образованиях известны следы примитивной органической жизни. Даже в древнейшем комплексе Исуа в Гренландии присутствует графит, в котором содержание изотопов ¹³С/¹²С почти такое же, как и в современных органических остатках.

Следы органической жизни известны в древних породах блока Пилбара (3,4--3,5 млрд. лет) в Западной Австралии, где обнаружены следы жизнедеятельности синезеленых водорослей -- строматолиты.

Синезеленые водоросли -- цианофиты. -- наиболее древние представители органической жизни. Микроскопические нитеподобные образования оболочки одноклеточных цианофитов (акритархи), стяжения из карбонатов (катаграфии), продукты жизнедеятельности сине-зеленых водорослей (строматолиты и онколиты) -- эти примитивные представители органической жизни известны в; отложениях с возрастом 3,5--3,0 млрд. лет.

Уже в раннем архее в мелких ваннах, сильно прогретых солнцем, в условиях другой, нежели современная, атмосферы, лишенной озонового слоя, в своеобразном абиогенном «бульоне», в окружении фумарол и вулканов, могли возникнуть высокополимерные нуклеиновые кислоты, вернее их спиральные нити, обладавшие способностью синтезировать себе подобные. Иными словами, они могли передавать «код» для синтеза белков. Так могли образоваться первичные микроорганизмы, которые воспроизводили себе подобных и эволюционировали, производя органические молекулы из неорганических. Для того чтобы производить одинаковые белки, совершенно необходимы нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК). Именно в то время, когда появилась возможность копирования уже существовавших белков, т. е. когда возникли первые примитивные клетки, очевидно, и была преодолена грань между «неживым» и «живым». Первыми живыми организмами были бактерии, превращавшие неорганические соединения в органические, используя солнечный свет. Бактерии разлагали Сероводород, выделяя при этом серу. И только сине-зеленые водоросли «научились» разлагать воду, выделяя кислород, а возникший в верхних слоях атмосферы озоновый слой предохранял от смертельного ультрафиолетового излучения организмы, которые могли существовать уже на суше, а не прятаться в толще воды.

6. ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ

Залежи полезных ископаемых в архейских породах относительно невелики. С одной стороны, это связано с небольшим развитием этих пород, а с другой -- с низкой скоростью выноса рудных элементов из мантии в земную кору. Наиболее важными месторождениями полезных ископаемых архейского возраста являются месторождения Fe, Mn, Аи, а также Cr--Ni--Ti, Со и графита. По условиям залегания они делятся на месторождения вулканических комплексов зеленокаменных поясов и месторождения пегматитов. Среди последних известны месторождения только Li, Be. В зеленокаменных поясах известны железные руды, золотокварцевые и золототеллуридные месторождения гидротермального происхождения и сульфидные руды Си, Pb--Zn--Sb, а также хромиты и Ni--Со в ультраосновных и основных интрузиях.