Историческое землеведение. Палеогеография

Формирование поверхности Земли. Литосфера

4,5 млрд. лет н. наступила геологическая стадия истории Земли. В самом начале своего пути Земля выглядела не очень привлекательно. На ней не было атмосферы, воды и жизни — органические соединения, осаждавшиеся на поздних этапах аккреции, "живыми" еще не были — это была, скорее, преджизнь. Скорость вращения Земли была тогда в 4 раза больше, чем сейчас, поэтому продолжительность суток составляла 5-6 часов. Луна располагалась в 3 раза ближе к Земле, чем сейчас, и вращалась вокруг Земли быстрее — длительность лунных месяцев была почти в 5 раз короче, хотя продолжительность земного года с тех пор осталась без изменений. Луна вращалась вокруг своей оси быстрее, чем обращалась вокруг Земли, поэтому с нашей планеты наблюдались периодические изменения облика лунной поверхности.

Земля представляла собой безжизненную пустыню серого цвета, покрытую первозданным пористым грунтом — реголитом. По звездному даже днем небу всего за 3 часа проплывало с востока на запад Солнце, ночью небо с немигающими звездами пересекала огромный, в 9 раз больше современного, диск Луны, светивший так, что ночью было светло, как днем. Столь близкое расположение Луны, быстрое вращение Земли вокруг оси и Луны вокруг Земли вызывало в протокоре мощнейшие приливные волны, и. как следствие — сильные поверхностные землетрясения.

Образование первичной литосферы

Ничто не предохраняло Землю от ударов из космоса, и метеориты, которых на заре Солнечной системы было значительно больше, чем сейчас, так как еще много частиц космического материала не вошли в планетезимали, буквально сыпались на нее. От ударов верхний слой силикатной поверхности планеты, в том числе и сухой, застывший было от космического холода реголит, вновь расплавлялись и превращались в основную или ультраосновную магматическую породу типа современного базальта, коматиита или анортозита, каким, кстати, сложена Луна в кратерах и "морях". Так продолжала формироваться основная (по составу) протокора Земли, которую В.Е. Хаин назвал фантомной, так как ее никто не видел. Она представляла собой, по-видимому, тонкую пленку пузырчатого силикатного вещества пемзообразного строения.

Поверхность Земли получала значительное, по сравнению с современным, количество энергии от внутренних источников — гравитационной дифференциации, активно протекавшей при ускоренном вращении Земли, и распада радиоактивных элементов. Но и теплопотери были велики — не было защитной атмосферы. Поэтому температура на Земле была очень контрастной и изменчивой, как сейчас на Луне.

Температурное выветривание, вызываемое этими контрастами, и метеоритная бомбардировка были в то время единственными агентами экзогенного рельефооб- разования. Среди экзогенных процессов рельефообразования в условиях отсутствия атмосферы и гидросферы проявлялись только склоновые, но протекали они весьма интенсивно, так как постоянно стимулировались мощными землетрясениями приливного генезиса. При этом горные породы дробились, рассыпались на отдельные минералы, формировали обломочные коры выветривания. Вся поверхность Земли была испещрена метеоритными кратерами, однако из-за сильных приливных землетрясений этот рельеф был сглаженным. Вулканов ещё не было.

Так как земная поверхность была тогда похожа на лунную, следующая за догеологической ранняя геологическая стадия (или катархей) начинается с лунного (или гадейского) этапа развития Земли ().

В конце лунного этапа (4,5-4,0 млрд. л. н.) приобрел размах процесс, который впоследствии преобразил всю Землю и сделал ее такой, какая она есть, с горами и морями, животными и растениями. Речь идет о химико-плотностной дифференциации вещества на границе ядро-мантия, возникшей, как результат дальнейшего развития гравитационной дифференциации. При разогреве недр до определенной температуры (около 1200°) разделение мантии на тяжелые железо-сернистые массы, опускающиеся вниз и пополняющие собой ядро, и летучие силикатные фракции, устремляющиеся вверх к первичной фантомной коре, стало происходить на молекулярном уровне. Подобное разделение сопровождается выделением большого количества тепла, поэтому как железные, так и силикатные массы в условиях высоких давлений стали приходить в расплавленное состояние. Забегая вперед, надо отметить, что этот процесс происходит и сейчас, но к настоящему времени процесс дифференциации еще неразделенного вещества на границе "ядро-мантия" завершился уже на 86 %.

Развитие поверхности Земли в процессе дифференциации первичного земного вещества рассматривается двумя гипотезами. В первой из них начальный процесс этой дифференциации происходил очень бурно и повсеместно по всей поверхности "жидкого" ядра. В ядро осаждались тяжелые элементы: железо и никель. Более легкие элементы, представленные преимущественно силикатной (литофильной) массой, концентрировались выше, образуя мантию Земли. Туда же устремлялись и летучие вещества — вода, соляная кислота, аммиак, фтористая кислота и т.д. Литофидьные и летучие вещества стали бурно извергаться на поверхность — повсюду бушевали вулканы, заливавшие Землю ультраосновными лавами выпускавшие в околоземное пространство массу летучих веществ.

Вторая гипотеза предполагает, что повсеместного плавления вещества Земли по всей поверхности ярда не было — оно плавилось только в некоторых зонах мантии, в пределах которых и происходила дифференциация вещества, т.е. осуществлялась так называемая зонная плавка. При плавлении вещества внутри зон начиналась конвекция, и наиболее расплавленные (и относительно легкие) породы устремлялись вверх, хотя и с очень небольшой скоростью — несколько сантиметров в год. Магма ультраосновных пород из каждой зоны плавления подходила к поверхности по своим каналам; при этом, нижняя часть первичной коры разогревалась и прожигалась над особо горячими очагами. По другим представлениям, до поверхности доходило только тепло, которое, в свою очередь, разогревало подкоровые слои мантии до вязкого состояния. В любом случае, разогретые породы под первичной корой образовали на глубине 200-400 км теплый и относительно вязкий слой — астеносферу. При прожигании коры образовывались одиночные вулканы, которые оставляли свои следы на поверхности в виде застывших «выплесков» эффузивных пород — кольцевых структур; с появлением космических снимков их найдено очень много на древних платформах. Такие вулканы существуют и поныне — одиночные магматические каналы под ними называются "плюмы" (горячие точки).