Основные структуры континентов

Основными структурами континентов являются древние платформы и подвижные пояса (см. рубрику 6.2.1). Основными структурами древних платформ являются щиты и плиты. Щит это структура, в пределах которой фундамент выходит на поверхность, а платформенный чехол отсутствует. Плита это структура древней платформы, где платформенный чехол присутствует. Ей соответствует прогиб поверхности фундамента. Плиту не следует путать с литосферной плитой (см. рубрику 6.2.2). Основными структурами подвижных поясов являются молодые платформы (см. рубрику 6.2.1) и выступы складчатого фундамента.

История земной коры и жизни на Земле

Самые древние известные сейчас геологические образования имеют возраст около 4,5 млрд. лет. Начиная с этого времени, мы восстанавливаем историю по геологическим данным. Но в это время Земля и земная кора уже существовали. О более ранней истории можно судить очень приблизительно, опираясь на данные других наук, прежде всего планетологии. Этот этап истории Земли обычно называют догеологическим.

Догеологический этап

Мы очень кратко рассмотрим лишь некоторые сведения об этом этапе. Предлагалось много гипотез происхождения Земли. В одной группе гипотез(И. Кант, затем О.Ю. Шмидт) планеты, изначально холодные, затем разогреваются, в другой (начиная с Ж. Бюффона и П. Лапласа) – изначально расплавленные, затем охлаждаются. Далее будет показано, что геологические данные подтверждают первое.

Многие планеты имеют спутники, но почти всегда диаметры и тем более массы спутников несравнимо меньше, чем параметры планеты. Только Луна и Харон (спутник Плутона) по диаметру сопоставимы со своими планетами. Воздействие Луны создает на Земле приливы. Сейчас они хорошо заметны только в гидросфере (и атмосфере), а в литосфере ничтожны (0,5 м). Но 4,5 млрд. лет назад они достигали 1,5 км. Значит, с ранних стадий формирования планеты происходила постоянная «встряска» приповерхностных слоев. Следствием этого должна была быть гравитационная дифференциация двойных планет задолго до расплавления их недр. На поверхности и вблизи нее должны были концентрироваться «льды» – вещества, которые на Земле сейчас образуют гидросферу и атмосферу, а тогда находились в твердом состоянии: вода, углекислота, аммиак, метан. Ниже должна была располагаться зона высокого содержания веществ кислого состава, еще ниже – основного состава.

На холодной планете гидросферы быть не могло, а атмосфера могла состоять только из гелия и водорода.

Разогрев недр планеты начинается вскоре после начала ее образования и вызван первоначально гравитацией. Радиационный разогрев, если и имел место, то позже.

История земной коры в архейском акроне

В докембрийских отложениях установлено несколько крупных угловых несогласий, которые связывают с эпохами складчатости. С одной из них – кеноранской – связано резкое изменение степени метаморфизма пород. Именно эта граница принята за границу архея и протерозоя. Ее возраст по радиологическим данным около 2,5 млрд. лет. Ниже этой границы есть еще несколько крупных угловых несогласий. По беломорской складчатости (около 3,15 млрд. лет) проводят границу раннего и позднего архея. Наиболее раннее несогласие – амитсокское (около 3.8 – 2.0 млрд. лет). Нижележащие отложения называют катархеем.

Катархей

Катархей распространен очень ограниченно, но установлен почти на всех континентах. Всюду это породы высокой степени метаморфизма. Преобладают основные метавулканиты. В них встречаются небольшие тела, сложенные«серыми гнейсами». Посдедние состоят из плагиоклазов (Ca-Na-полевых шпатов, свойственных не кислым, а основным породам). Настоящих кислых пород (с калиевыми полевыми шпатами) вообще нет. Отсутствие кислых пород исключает расплавленное состояние поверхности планеты в это время. Хорошо выраженной слоистости нет. Известны микроскопические округлые образования. Нельзя исключить, что это примитивные бактерии (кокки).

Раннеархейский эон (саамий)

Остальная часть раннего архея (между амитсокской и беломорской эпохами складчатости) известна гораздо лучше. В Карелии это беломорская серия (до 9 000 м), сложенная парагнейсами и амфиболитами с плагиогранитами, гиперстеновыми гранитами. В районе Воронежа обоянскую серию слагают гнейсы и гранито-гнейсы. В Сибири алданская серия (до 15 000 м) представлена кристаллическими сланцами, амфиболитами, гнейсами, гранулитами, кварцитами, мраморами.

В Канаде это метавулканиты (в т.ч. подушечные), джеспилиты (железистые «кварциты») (до 10 000 м). В Африке к нижнему архею относится надсерия Свазиленд (до 15 000 м). Внизу это гранито-гнейсы, в середине – ультраосновные вулканиты, вверху – метаморфизованные осадочные породы. Все прорывают граниты.

Породы кислого (гранитного) состава, которых в катархее вообще не было, здесь появляются с самого начала. Они образуют гранито-гнейсовые купола – гранитные массивы и гнейсы, часто связанные сложными взаимопереходами. Между ними располагаются синклинории, сложенные преимущественно основными породами часто с хорошо выраженной слоистостью, указывающей на формирование в больших водоемах, т.е. на существование гидросферы. Характерна линейная складчатость.

Вначале гранито-гнейсовые купола небольшие, и их мало. Постепенно их количество и размеры растут, расстояния между ними уменьшаются, они сливаются, образуя более крупные структуры – нуклеары. Этот процесс достигает максимума в конце раннего архея. Многие исследователи считают, что есть основание говорить о создании в этот момент первого в истории земли континента. Его называют Пангея-0. Океан вокруг него называют Панталасса.

Появление и возрастание количества кислых пород на поверхности и вблизи нее указывает на прогрессирующий разогрев планеты, а появление гидросферы – на возрастание температуры поверхности до положительной.

Состав включений в минералах свидетельствует о том, что состав гидросферы резко отличался от современного. Ее водородный показатель (pH) мог находиться в интервале от 1 до 2. Очевидно, это было не всюду, поскольку иногда в отложениях присутствуют мраморы.

Поскольку температура поверхности была положительной, очевидно, у Земли была уже и атмосфера. В ней определенно присутствовали аммиак и углекислый газ, возможно, азот и метан.

В Южной Африке и Западной Австралии известны примитивные бактерии (кокки) и трубчатые нитчатые остатки, которые могут быть бактериями либо цианобионтами.

Позднеархейский эон (лопий)

Верхний архей (между угловыми несогласиями, отвечающими беломорской и кеноранской эпохам складчатости) распространен еще шире и изучен лучше. В Карелии это гнейсы, амфиболиты, зеленокаменные породы, джеспилиты (до 6 000 м), прорванные основными и ультраосновными интрузиями и гранитами. В районе Воронежа михайловская серия представлена метавулканитами, внизу основными, вверху кислыми (до 10 000 м). На Алдане (алданская серия) это основные кристаллические сланцы, амфиболиты, гнейсы, джеспилиты, конгломераты, мраморы (до 6 000 м).

Иной состав имеет верхний архей в Канаде (до 6 000 м, возможно, более) и Африке (до 10 000 м). Там это метаморфизованные песчаники, глинистые сланцы, конгломераты, иногда сланцы, кварциты, редко вулканиты.

В структуре земной коры нет континента Пангея-0. Он распался на несколько блоков гранитного состава, которые разделены зеленокаменными поясами. В конце позднего архея формируется большое количество гранитных интрузий.

В самом конце архея (около 2,5 млрд. лет происходит Кеноранская складчатость. С этим моментом связан интенсивный прогрев земной коры.

Состав гидросферы в конце архея стал ближе к современному.Это водас хлоридами калия, натрия, кальция, магния.

Атмосфера стала преимущественно азотной, с углекислым газом и, возможно, свободным кислородом. Это связано с тем, что в середине позднего архея существенную роль в биосфере стали играть цианобионты (Западная Австралия), а в конце они вышли на первый план в бентосных сообществах и в карбонатонакоплении (Южная Африка, Канада).

В архее сформировались многочисленные месторождения полезных ископаемых. Наиболее важными из них являются месторождения руд черных металлов: железа (джеспилиты), марганца, хрома, титана. Важны связанные с основными интрузиями месторождения никеля-меди-кобальта с платиной и платиноидами. С гранитами связаны многочисленные месторождения слюды. Имеются месторождения алмазов.