Историческое землеведение. Палеогеография

Развитие литосферы. Архей и протерозой

Четыре миллиарда лет назад произошел качественный перелом в развитии земной коры. Во-первых, стал угасать поток метеоритов — "космического мусора", так как вещество в Солнечной системе стало более упорядоченным. Во-вторых, постепенно увеличивалась мощность силикатной базальтовой Земной коры. Повышенная мощность коры препятствовала проникновению через нее к поверхности расплавов, возникающих при зонном плавлении мантийного вещества, поэтому эти расплавы стали застывать в глубине коры; так возникли первые интрузии — застывшие в недрах коры магматические тела.

Существует также мнение, что эти интрузии поднимались и застывали недалеко от поверхности под ослабленными зонами первичной коры, возникшими на месте крупных метеоритных кратеров. В-третьих, продукты разрушения базальтовой коры дали начало новому классу горных пород — осадочным породам.

Интрузии создавали своеобразный куполообразный рельеф поверхности — над ними стали возникать купола — протоконтиненты, возвышавшиеся над первичным мелководным океаном. Они получили название овоидов или нуклеоидов; их диаметр составлял сотни километров. Сложены сохранившиеся до наших дней купола "серыми гнейсами" — комплексом метаморфических известково-щелочных горных пород, возникших за счет плавления первичных базальтов мантии с участием уже появившихся в океанах осадочных и вулканогенно-осадочных толщ. "Серые гнейсы" — самые древние из известных на сегодня пород: их максимальный возраст составляет 3,96 млрд. лет (гнейсы Акаста на западе Канадского щита), средний — 3,5 млрд. лет. "Серые гнейсы" найдены во многих местах мира исключительно на докембрийских щитах.

За 500 млн. лет, прошедших с начала процесса метаморфизации магматических и осадочных пород, на значительной части Земной поверхности поверх базальтовой образовалась первичная континентальная земная кора кислого состава. Пока не ясно, была ли она сплошной, или существовала в виде островов, окруженных базальтовой корой, которую теперь уже можно называть океанической. Причем, судя по различным вариациям состава серых гнейсов, условия формирования горных пород на Земле были весьма разнообразны, что позволяет говорить о возникновении на планете уже в то время некоей температурной зональности. Этап становления континентальной земной коры и оформления зональности климата Земли называется овоидным или катархеем. Он закончился 3,5 млрд. л. н., и вместе с ним закончилась ранняя стадия геологической эволюции Земли.

Дальнейшая эволюция земной коры стала носить поступательно-пульсацион- ный характер. Во-первых, по мере поступления в океаны и вовлечения геологический круговорот (осадки —> метаморфизация —» переплавление —> выветривание —> осадки) все большего количества осадочных пород направленно увеличивалась ее гранитизация. Во-вторых, уже 3,5 млрд. л.н. в развитии земной коры проявились пульсационные процессы, которые заключались в периодическом растяжении и сжатии Земли. По мнению В.Е. Хаина дрейфа литосферных плит еще не было. Доказательством этому служит наличие зеленокаменных поясов между овоидами.

Промежутки между куполами заняты сейчас т.н. зеленокаменными породами — переслаивающимися основными и ультраосновными породами (коматиитами), базальтами, риолитами (липаритами), а также слабометаморфизованными осадочными породами, возраст которых колеблется от 3,5 до 2,7 млрд. лет. Зеленокаменные пояса формировались на континентальной серогнейсовой коре в результате ее растяжения, причиной которого служило накопление избытка тепла в подкоровой (асте- носферной) области, не находящего выхода в сплошной череде овоидов. При растяжении формировались разломы, земная кора становилась легко проницаемой для флюидов и магматических расплавов из мантии, поэтому растяжение сопровождалось основным вулканизмом. Одновременно происходило охлаждение мантии. Затем, когда вулканизм затухал, начиналось накопление терригенных осадочных пород в водоемах (морях), занимавших прогибы будущих зеленокаменных поясов. Осадконакопление сменялось интенсивными складчатыми деформациями с надвигами за счет сжатия земной коры при охлаждении мантии, что сопровождалось грани- тообразованием, т.е. переплавлением комплекса серогнейсовых и осадочных пород1.

Подобный путь развития земной коры — это не что иное, как формирование геосинклиналей в их традиционном понимании, а зеленокаменные пояса являются протогеосинклинальными поясами. Таким образом, овоидный этап сменился на рубеже геологических стадий раннегеосинклинальным (от 3,5 до 1,8 млрд. лет), захватывающим средний и поздний архей и большую часть раннего протерозоя ( 4.1). Очевидно, что уже в его начале на Земле стали активно проявляться процессы горообразования: сначала происходило растяжение земной коры, затем оно сменялось сжатием и наступала орогенная фаза развития, иными словами — эпоха складчатости. Происходившая при этом консолидация гранитогнейсовых куполов (бывших овоидов) стала приводить к формированию прочных полигенетических ядер большей мощности и площади, чем купола. Такой процесс получил название кратонизации: именно в это время оформлялись новые участки гранитного слоя земной коры. Мощность гранитной коры была на ранней стадии своего образования более равномерной и много меньшей, чем сейчас: 5-10 км против нынешних 70 км; плотность, наоборот, была больше ( 4.1).

По мнению одних исследователей, кратонизация и гранитизация земной коры в раннегеосинклинальный этап (в среднем и позднем архее) по-прежнему была равномерно распределена по земному шару, оставляя между отдельными гранитогнейсо- выми куполами пространства с корой океанического (т.е. базальтового) типа. Другие считают, что гранитизация происходила на одной стороне Земли, где 2,8-2,6 млрд. л. н. возник первый глобальный палеоконтинент — Пангея-0 (Моногея по О.Г. Со- рохтину и С.А. Ушакову) с трёхслойной (осадки-граниты-базальты) континентальной земной корой. На противоположной стороне Земли в это время продолжала существовать базальтовая земная кора, покрытая первичным океаном Панталассой.

Первая на Земле эпоха складчатости произошла около 3 млрд. л. н. и получила название кольской (саамской). Следующая складчатость, сопровождавшая консолидацию отдельных куполов в Пангею-0 2,8-2,6 млрд. л. н., получила название беломорской (или кеноранской).

После образования огромной континентальной оболочки, под ней вновь стало накапливаться излишнее тепло, которое стало приводить к разуплотнению вещества Пангеи-0, проявляющемуся по определенным линиям (поясам), возможно обусловленным вращением планеты. Вновь стали происходить разрывы земной коры, сопровождающиеся рифтогенными прогибами — авлакогенами. По ним активизировались протогеосинклинали или подвижные пояса, над которыми плескались древние моря; они разделили Пангею-0 на большое число микроплит — протоплатформ, являющихся сейчас ядрами древних платформ. Все это произошло в начале протерозоя, т.е. около 2,5 млрд. лет назад.

В структуре протоплатформ стали выделяться синеклизы, антеклизы и щиты. Около 2 млрд.л.н. часть протоплатформ была объединена во время очередной - балтийской складчатости. Ее следы сейчас отчетливо видны, в частности, в строении Балтийского щита между Кольским полуостровом и Карелией.

Через 600 млн. лет, на рубеже раннего и позднего протерозоя (1,9-1,65 млрд. л. н.) циклическое развитие земных недр вновь привело к стягиванию протоплатформ в единый суперконтинент — Пангею-1 или Мегагею. Характер их соединения отличался от предыдущего, чисто геосинюшнального: возможно, протоплатформы уже испытывали горизонтальные смещения — сначала расходились, а затем сходились и

сталкивались. Одной из причин, которые стали приводить к горизонтальным смещениям литосферных плит по вязкой астеносфере или по какому-либо иному слою, могла быть, по мнению В.Е. Хаина, изменения в пространстве-времени характера конвекции мантийного вещества (или неравномерный нагрев мантии). Когда конвекция развивается преимущественно в одном секторе мантии (в одной ячейке), плиты над ним раздвигаются и собираются на противоположной стороне Земли в единый суперкоитинент. Когда же эта монопольность разрушается, конвекционные токи начинают подниматься к поверхности сразу во многих местах Земли (во многих ячейках мантии). Тогда единый суперконтинент раскалывается этими токами на много мелких плит, которые начинают хаотично дрейфовать по вязкой "подстилке" литосферы.

Таким образом, механизм складчатостей, проявившийся с начала позднего протерозоя, существенно отличается от геосинклинального. Можно сказать, что на рубеже раннего и позднего протерозоя на Земле начали активно действовать процессы тектоники литосферных плит, определяющие с тех пор тектоническую жизнь нашей планеты. Раннегеосинклинальный этап развития земной коры 1,8 млрд. л. н. сменился современным — геосинклинально-платформенным, хотя его правомернее называть этапом дрейфа литосферных плит или этапом глобальной тектоники литосферных плит.

Складчатость, которая объединила протоплатформы в Мегагею, полутала название карельской. Она знаменуется образованием стабильных участков — "древних" платформ, составленных из протоплатформ позднего архея и раннего протерозоя, и поясов карельской складчатости, консолидировавших эти участки. Карельские платформы сохранились на Земле до наших дней и легли в основу современных материков. К настоящему времени сохранилось 12 древних платформ: Северо-Амери- канская, Восточно-Европейская, Сибирская, Баренцевоморская, Гиперборейская (восточная Арктика), Южно-Американская, Африкано-Аравийская, Индийская, Южно-Китайская, Китайско-Корейская, Австралийская, Антарктическая. По окраинам Мегагеи, а также в ее центральных частях существовали подвижные геосинклинальные зоны (или уже рифты?), но их было немного. Однако уже в среднем рифее процессы деструкции Мегагеи усилились — появились новые авлакогены в Северной Америке, Восточной Европе, Сибири. Как правило, именно по ним происходило дальнейшее размежевание древних платформ.

Возникновение геосинклиналей и орогенов, формирование складчатых поясов, раскол и объединение платформ привели к усилению темпов и амплитуды рельефо- образования. Следы его сохранились в виде грубообломочных моласс, образовавшихся при выравнивании среднегорий, а может быть и высокогорий.