Глава 19. история развития земли в докембрии

Докембрийский отрезок истории Земли занимает огромный промежуток времени - от рождения планеты до рубежа всего лишь в 550-570 млн. лет назад. Иными словами, на докембрийский этап приходится более чем 4 млрд. лет. Однако проследить геологическую историю Земли мы можем, только опираясь на известные нам древнейшие горные породы. Пытаясь заглянуть еще глубже в историю Земли, мы вступаем в область догадок и предположений. В данном разделе нет необходимости рассматривать проблему происхождения нашей планеты. Земля, так же как и Луна, примерно 4 млрд. лет назад подверглась усиленной метеоритной бомбардировке, но результат этой космической "атаки" от нас скрыт завесой позднейших изменений в лике Земли. Догадаться о том, что произошло на Земле в то время, мы можем, посмотрев на поверхность Луны, где благодаря отсутствию атмосферы и каких-либо экзогенных геологических процессов, кроме обвалов и оползней, конечный результат метеоритной бомбардировки сохранился очень хорошо.

В 1978 г. в СССР была принята стратиграфическая шкала докембрия (табл. 19.1), включающая два основных подразделения: архей и протерозой, называемых эонами - длительность которых намного превышает временной интервал фанерозойских эр. Разделение архейского эона на две половины: позднюю и раннюю с рубежом около 3 млрд. лет не общепринято, но поздний протерозой, начиная с рубежа 1,65 млрд. лет, знаменует собой качественно новый историко-геологический этап в развитии Земли и в этом отношении может противопоставляться этапу, охватывающему протерозой и архей в целом. Рубеж в 3,5 млрд. лет как геологическая граница раннего архея, конечно, условный и по мере получения новых данных абсолютного возраста может измениться.

Таблица 19.1. Стратиграфическая шкала расчленения докембрия в СССР

Эонотема	Общее расчленение	Возраст, млн. лет
Фанерозойская	Палеозой	Кембрийская система
Протерозойская	Верхний протерозой	Венд (юдомий)
Рифей	Верхний
Средний
Нижний
Нижний протерозой
Архейская	Верхний архей
Нижний архей
Глубокий архей

Палеонтологический метод в ограниченном масштабе применим для расчленения лишь верхнего протерозоя, в карбонатных породах которого широко развиты страматолиты - следы жизнедеятельности синезеленых водорослей, и в самой верхней части рифея - бесскелетная фауна. Наиболее важная роль в расчленении докембрийских образований принадлежит радиометрическому методу. Однако благодаря многократному метаморфизму и процессам складчатости установление истинного возраста древних пород представляет трудную задачу. Тем не менее, для докембрийских образований разных материков сейчас имеются тысячи определений абсолютного возраста, на которые и можно опираться при выработке естественной периодизации докембрийской геологической истории.

Учитывая характер докембрийских комплексов пород, их взаимоотношения между собой, вещественный состав, метаморфизм, радиометрические и другие данные, выделяют четыре главнейших историко-геологических этапа докембрийской истории Земли: 1) лунный, или догеологический; 2) архейский-3,5 до рубежа в 2,6(2,5) млрд. лет; 3) раннепротерозойский - 2,6(2,5)-1,65 млрд. лет; 4) позднепротерозойский- 1,65-0,57 млрд. лет. Последний этап по стилю развития и характеру пород гораздо теснее связан с фанерозойскими этапами, хотя наиболее важное его отличие от них заключается в отсутствии хорошо развитых форм жизни.

ДОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЭТАП

Рассматривать геологическую историю Земли мы начинаем обычно с раннего архея, т.е. с того момента, с которого сохранились древнейшие горные породы. Со времени образования Земли как планеты Солнечной системы - 5-6 млрд. лет назад - около 1 млрд. лет прошло до формирования сравнительно тонкой, неустойчивой земной коры, которая легко дробилась, расплавлялась и возникала вновь. Через трещины изливались огромные количества магмы, заполняя большие пространства и образуя "лавовые моря", напоминающие, наверное, таковые на Луне.

В эту же эпоху грандиозной вулканической деятельности Земля подвергалась усиленной метеоритной бомбардировке. Земная кора становилась толще и прочнее, лавы изливались уже более сосредоточенно, вдоль крупных разломов. Возникла первичная атмосфера, отличавшаяся от современной - азотно-кислородной. Основным источником газообразных соединений были вулканические извержения, поставлявшие азот, аммиак, углекислоту, водяные пары, метан, водород, инертные газы, соляную, борную, плавиковую кислоты и многие другие. Сначала атмосфера была бескислородной, она теряла гелий и водород за счет отделения их в мировое пространство. Начало развития органической жизни вызвало появление кислорода, концентрация которого медленно повышалась. Когда земная кора остыла до температуры ниже точки кипения воды, последняя стала занимать определенные пространства на Земле - возникли первые озерные и морские бассейны. Появилась возможность размыва и переотложения материала, т.е. начали формироваться осадочные породы. Таким образом, догеологический этап развития Земли, иногда называемый Лунным, продолжался сравнительно недолго - от образования первой земной коры до появления гидросферы.

АРХЕЙСКИЙ ЭТАП

Древнейшие нижнеархейские породы, являющиеся фундаментом для всех более молодых толщ на щитах многих древних платформ - Северо-Американской, Австралийской, Индостанской, Африканской, Восточно-Европейской и Сибирской, представлены комплексом так называемых "серых гнейсов", сильно метаморфизованных магматических пород среднего (андезитового) состава, как вулканических, так и интрузивных, образующих вулканоплутоническую ассоциацию. Эти комплексы слагают реликты наиболее древней протоконтинентальной коры, возраст которой оценивается в 3,9-3,5 млрд. лет. Это - катархей, или древнейший архей. Однако все еще дискутируется вопрос о том, какая по строению земная кора лежала в основании древних платформ - была ли она по составу сиалической (протоконтинентальной) или меланократовой (океанской), состоящей из основных магматических пород. Неизвестно, была ли первичная древнейшая кора, состоящая из "серых гнейсов", сплошной или в ней были промежутки - своеобразные "окна" с меланократовой корой.

На этом фундаменте древних платформ залегают мощные и разнообразные комплексы уже собственно архейских пород, сильно метаморфизованных и дислоцированных. Среди них выделяются две важнейшие группы. С одной стороны, это разнообразные натровые и калинатровые граниты и гнейсы, причем среди последних находятся такие породы, как метавулканиты ("мета" значит метаморфизованные) основного и реже кислого состава, метаконгломераты, мета-кварциты, железистые кварциты и мраморы. А с другой - зеленокаменные11 узкие пояса, сложенные относительно слабометаморфизованными ультраосновными (так называемыми коматиитами), основными и средними вулканитами и реже кремнистыми и песчано-глинистыми отложениями.

Эти вулканические прогибы в позднем архее подверглись складчатости, а их гранитогнейсовый фундамент испытал энергичную гранитизацию. Для архея устанавливается несколько генераций зеленокаменных поясов, отличающихся по своему развитию. Для одних характерен резко контрастный, или бимодальный, вулканизм (ультраосновные, основные и кислые вулканиты), для других, наоборот, последовательно дифференцированные вулканические серии.

Наиболее характерной чертой архейских комплексов всех древних платформ, кроме, пожалуй, пород зеленокаменных поясов, является сильнейший и неоднократный метаморфизм, развивавшийся в условиях высоких температур и давлений при погружении на большие глубины. Наличие повышенного по сравнению с более поздним временем теплового потока привело в конце позднего архея на рубеже около 2,7 млрд. лет к повсеместной гранитизации древнего гнейсового фундамента. Характер деформаций всех этих пород, стиль их структуры указывает на ведущую роль пластического течения масс. Несомненно, проявлялись также вертикальные и горизонтальные тектонические движения, о чем свидетельствуют реликты первично осадочных пород - конгломератов и кварцитов. Благодаря мощному разогреву еще неустойчивая земная кора легко подвергалась растяжению и в разрывы устремлялась ультраосновная и основная магма, формируя зеленокаменные троги вулканических пород. Резко повышенный тепловой поток и гранитизация с привносом ряда элементов должны были вызывать также увеличение объема вещества, что, в свою очередь, приводило к сильным деформациям.

Кроме зеленокаменных поясов в архее развиты и так называемые парагнейсовые пояса, наложенные на раздробленный древнейший фундамент. В прогибах, за счет которых и сформировались эти пояса, накапливались преимущественно обломочные осадки, испытавшие потом неоднократный и очень сильный метаморфизм вплоть до гранулитовой фации и интенсивную складчатость. Зеленокаменные и парагнейсовые, или гранулитовые, пояса - это реликты древнейших подвижных зон Земли.

Характерной особенностью архейских метаморфических толщ являются гнейсовые купола и овалы - в десятки километров в диаметре, замкнутые структуры, с полого залегающими "слоями" в центральной (апикальной) части купола и с очень сложной складчатостью в краевых зонах. В условиях разогрева плотность вещества уменьшалась, и оно всплывало подобно гигантскому пузырю. Таким образом, гранитизированные, высокопластичные гнейсовые массы как бы "перемешивались", поднимаясь и погружаясь, создав к концу архея первичную континентальную кору на значительной поверхности земного шара. В архейское время температуры на поверхности Земли могли превышать 100-250 ^oС. Однако и в этих условиях уже зарождалась жизнь и происходили процессы осадконакопления, которые отличались от современных. Низкое содержание кислорода в архейской атмосфере Земли сказывалось на слабом экранирующем эффекте озонного слоя, и губительные для всего живого наиболее короткие волны ультрафиолетовой части спектра свободно достигали поверхности Земли.

Подводя итог рассмотрению архейской истории Земли, можно констатировать, что нам все-таки еще очень мало известно об этом древнейшем этапе развития. Все породы настолько сильно изменили свой первичный облик, что восстановить его нередко оказывается невыполнимой задачей. К концу раннего архея уже существовал, хотя. возможно и не повсеместно, гранитогнейсовый слой земной коры, который уже 3,0-3,3 млрд. лет назад подвергался раскалыванию с формированием зеленокаменных и гранулитовых поясов. Следы еще более ранней стадии развития практически исчезли.

Естественно, что для архейского времени не приходится говорить о каких-либо типах тектонических структур, напоминавших фанерозойские. Какие-то морские бассейны, по-видимому, могли существовать.

Рис. 19.1. Схема эволюции органического мира и главнейшие глобальные события в позднем архее-протерозое

К концу архея огромные пространства были охвачены гранитизацией и складчатостью и образовался гигантский массив с протоконтинентальной корой. Остается неясным, что же можно было противопоставить этому массиву не менее грандиозный протоокеан? И где он находился?

Органический мир архея. Земля - это единственная планета Солнечной системы, на которой сформировались условия, благоприятные для возникновения жизни (рис. 19.1). Исключительную роль сыграли размеры Земли и земные температуры. В первом случае гравитационное притяжение таково, что обеспечивает удержание атмосферы вблизи поверхности Земли, а во втором - диапазон температур приводит к тому, что подавляющая часть воды способна находиться в жидком состоянии - в наиболее благоприятной форме для жизни. Архейский эон включает тайну возникновения жизни на Земле. Вряд ли мы когда-нибудь получим доказательства эволюции самых ранних этапов жизни хотя бы потому, что клетки разрушаются и наиболее древние из них для нас, по-видимому, навсегда потеряны. Можно констатировать, что наиболее древние следы органической жизни в настоящее время установлены в породах с возрастом в 3,4- 3,5 млрд. лет. Они более чем на 1,5-1,2 млрд. лет отстоят от времени образования Земли (4,7-5,0 млрд. лет).

В течение огромного промежутка времени господствовали организмы, которые были лишены внутренней структуры клеток, в них не было ядра, и ДНК не могла группироваться в дискретные хромосомы. Подобные организмы называются прокариотическими в отличие от эукариотических, клетки которых обладают ядром, сложной внутренней структурой и хромосомами.

Архейский эон - это время прокариотов - бактерий и синезеленых водорослей, единственных следов жизни столь далекого прошлого. Наиболее древние организмы, представляющие собой следы жизнедеятельности синезеленых водорослей и называемые строматолитами, обнаружены в Австралии, в районе Пилбара. Их возраст оценивается примерно в 3,5 млрд. лет. В архейских породах присутствует углерод в виде графита, являющийся результатом концентрации его какими-то организмами. Изотопный состав углерода в архее примерно такой же, как и связанный с биологическими объектами сегодняшнего дня.

Таким образом, несмотря на то, что следы органической жизни фиксируются уже в раннем архее, палеонтологический метод для расчленения древнейших отложений практически не играет роли. Необходимо помнить, что в архейской атмосфере уровень кислорода еще далеко не достиг современного, но было много метана, аммиака, углекислоты, паров воды.

¹¹ Благодаря метаморфизму в основных вулканических породах развивается хлорит, который придает породам зеленый цвет.

РАННЕПРОТЕРОЗОЙСКИЙ ЭТАП

Нижнепротерозойские комплексы пород широко развиты в фундаменте всех древних платформ, обнажаются на щитах и отличаются от архейских гораздо большим разнообразием, как пород, так и структур. Кора континентального типа в раннем протерозое начала подвергаться усиленной дифференциации и дроблению, так как она уже значительно охладилась. Нижнепротерозойские толщи, формировавшиеся на протяжении 1 млрд. лет, представлены двумя главными типами. Один из них сложен глубокометаморфизованными и дислоцированными породами, тесно связанными с архейскими и как бы спаянными с ними в единое целое. Другой тип нижнепротерозойских образований слагает или сравнительно пологие структуры, или грабены, располагающиеся несогласно по отношению к структурам архейских толщ. Образования этого типа метаморфизованы значительно слабее, нежели архейские толщи, и формировались в более спокойной тектонической обстановке. Нижнепротерозойские породы очень редко достоверно устанавливаются в складчатых поясах, где они слагают ядра антиклинориев или надвиговые пластины. Органические остатки в отложениях нижнего протерозоя встречаются чаще, чем в архее, особенно строматолиты. Основными методами расчленения нижнепротерозойских толщ также являются радиометрический и структурно-геологический, при котором анализу подвергаются взаимоотношения между различными толщами пород, их состав, характер залегания и т.д.

Важной чертой раннепротерозойской истории является снижение общего теплового потока и температуры на поверхности Земли по сравнению с археем, что в целом привело к увеличению стабильности, жесткости отдельных крупных участков уже сформировавшейся континентальной земной коры. Для разных платформ в раннепротерозойское время можно выделить несколько крупных стадий, которые отличаются ходом историко-геологического развития, что сказывается на составе и структуре отложений.

В фундаменте Восточно-Европейской платформы в раннем протерозое выделялись высокоподвижные области шириной до 900-1000 км: Свекофенская на северо-западе современного Балтийского щита; на востоке Воронежской антеклизы; на Украинском щите. Эти относительно узкие прогибы закладывались, скорее всего, на коре континентального типа, так как в них неизвестна офиолитовая ассоциация пород, являющаяся индикатором океанских обстановок. В прогибах широко развиты осадочные, как правило, терригенные толщи пород, местами ритмичные и напоминающие флиш, а также вулканогенные образования основного и кислого состава, обычно венчающие разрез. Общая мощность толщ, слагающих подобные подвижные зоны, превышает 8-10 км. Важное практическое значение имеют узкие приразломные прогибы типа Криворожско-Курского, в которых наряду с терригенными и карбонатными породами залегают толщи железистых кварцитов (джеспилитов). Развитие этих прогибов завершается сильным сжатием с возникновением изоклинальных складок. На Балтийском щите существовали грабенообразные прогибы (Печенгский, Имандра-Варзугский), в которых основную роль играли мощные толщи базальтов, что свидетельствует о глубоких расколах земной коры.

Наряду с такими линейными подвижными зонами, последовательность отложений в которых напоминает последовательность в гораздо более молодых, фанерозойских зонах, на Восточно-Европейской платформе существовали крупные изометричные области - впадины, в которых накапливались осадочные и вулканогенные породы, впоследствии относительно слабо дислоцированные и очень похожие на более молодой платформенный чехол. Эти отложения представлены слабометаморфизованными конгломератами, базальтами, риолит-дацитами, т.е. основными и кислыми лавамии их туфами; гравелитами, песчаниками и алевролитами. Это так называемый сумийско-сариолийский комплекс общей мощностью до 7 км, подвергнувшийся умеренной складчатости на рубеже -2,2 млрд. лет. Кора выветривания, сформировавшаяся на породах этого комплекса, указывает на длительный перерыв по окончании складчатости, после которой образовался вулканогенно-осадочный ятулийский комплекс до 2 км мощностью. В песчаных породах ятулия много кварцевого материала, что свидетельствует о размыве более древних гранитогнейсовых пород, слагавших поднятия между впадинами. Наряду с глинистыми породами присутствуют также доломиты со строматолитами и шунгиты - темноокрашенные породы с высоким содержанием углерода органического происхождения. В верхней части разреза располагаются базальтовые лавы, туфы, туфобрекчии, прорванные силлами и дайками основных и ультраосновных пород. Еще выше по разрезу залегают красные, желтые, малиновые и серые кварциты и песчаники мощностью до 1 км со знаками ряби, косой слоистостью, прослоями конгломератов и редкими покровами базальтов (вепская серия). Возраст этих песчаников, использующихся для облицовки зданий, около 1,9-1,7 млрд. лет. Именно они венчают разрез отложений нижнего протерозоя.

Познакомившись с нижнепротерозойскими толщами Балтийского щита как части фундамента Восточно-Европейской платформы, можно выделить два типа разрезов, о которых говорилось выше. С одной стороны, это мощные толщи вулканитов и осадочных пород, напоминающие разрезы фанерозойских подвижных геосинклинальных зон, начинающиеся вулканогенными породами и заканчивающиеся конгломератами, грубозернистыми песчаниками и другими породами орогенных формаций. В этих поясах уже хорошо проявляется зональность. С другой - полого лежащие и слабометаморфизованные обычно в зеленосланцевой, низкотемпературной фации осадочно-вулканогенные толщи, близкие к платформенному чехлу и формировавшиеся в пределах стабильных участков континентальной земной коры.

Подобная картина свойственна в раннем протерозое и другим древним платформам. Так, на Сибирской платформе, на западе Алданского щита, в это время формировалась пологая впадина, выполненная мощными терригенными отложениями с крупными месторождениями медистых песчаников в верхней части разреза (удоканская серия). Зеленокаменные узкие прогибы на Сибирской платформе несколько древнее чехла удоканской серии, которая их перекрывает.

На Канадском щите Северо-Американской платформы архейские образования несогласно перекрываются нижнепротерозойскими образованиями, выделяемыми в гуронский комплекс. Южнее оз. Верхнего - это мощные дислоцированные толщи кварцитов; глинистых сланцев; основных вулканических пород, зеленокаменно измененных; железорудных пластов. Все эти образования прорываются гранитами возрастом 1650 млн. лет. А севернее - одновозрастные отложения представлены уже практически платформенным чехлом общей мощностью более 10 км. В этих породах находятся богатые месторождения урановых и осадочных железных руд. Гуронские отложения прорваны дайками и пластовыми телами основных интрузивных пород. Значительная часть разреза гуронских отложений характеризуется отсутствием красноцветных пород, т.е. в это время окислительные процессы были подавлены и отсутствовали окисные минералы железа, что может объясняться относительно низким содержанием кислорода в раннепротерозойской атмосфере, которое еще не достигло фанерозойского уровня. В середине гуронских толщ отмечаются мореноподобные образования, плохо сортированные глины с валунами, так называемые тиллиты, возможно, свидетельствующие о резком похолодании в это время и о наличии материкового оледенения.

Подобные соотношения и типы разрезов нижнепротерозойских отложений устанавливаются и на других платформах, за исключением, пожалуй, Австралийской, где присутствует лишь второй тип разреза, слагающий наиболее древний платформенный чехол мощностью более 10км. Такие же соотношения устанавливаются и на юге Африканской платформы, где на архейских породах фундамента резко несогласно, хотя и полого залегает мощнейшая (до 15 км) толща конгломератов, кварцитов, песчаников, основных и кислых вулканических пород, прорванных дифференцированным Бушвельдским интрузивом с возрастом около 1950 млн. лет. Весь комплекс называется Витватерсрандским. Именно с ним связаны знаменитые трансваальские золотоносные и ураноносные конгломераты с богатейшими месторождениями.

Таким образом, выделяется несколько типов главных обстановок, в которых формировались нижнепротерозойские отложения. Одним из таких типов являются обстановки подвижных поясов, характеризующиеся раскалыванием стабильной, но все еще относительно разогретой земной коры; интенсивным ее прогибанием, массовым излиянием базальтовых и более кислых лав; формированием кремнисто-глинистых и песчанистых пород, толщ железистых кварцитов и, гораздо реже, карбонатов - доломитов и известняков. Мощность таких толщ составляет многие километры. На поздних стадиях развития подвижных зон их отложения подвергались сжатию с образованием очень сложной складчатой структуры, внедрению разнообразных, преимущественно гранитоидных интрузивов и сильному метаморфизму в амфиболитовой, реже зеленосланцевой фациях.

К какому типу структур отнести эти пояса складчатых и метаморфизованных вулканогенно-осадочных пород? Последовательность отложений в них напоминает последовательность в фанерозойских подвижных областях и системах, и поэтому их иногда называют протогеосинклинальными, т.е. наиболее ранними геосинклиналями. В конце раннего протерозоя значительные пространства были охвачены мощной гранитизацией и термальной переработкой, вероятно, в связи с временным увеличением теплового потока. Такое термальное омоложение на Восточно-Европейской платформе выражалось, например, во внедрении по ее западной окраине гранитов рапакиви, габбро лабрадоритов и щелочных интрузивов. Гранитизацией и термальной переработкой были затронуты и крупные массивы архейских пород, так что этот процесс был поистине глобальным. На Сибирской, Восточно-Европейской платформах в конце раннего протерозоя образовались вулканоплутонические пояса, сложенные кислыми эффузивами, в том числе игнимбритами, прорванными многофазными гранитоидными интрузивами.

Вторым основным типом раннепротерозойских обстановок были обстановки обширных, изометричных впадин, в которых в континентальных или мелководно-морских условиях накапливались преимущественно терригенные и реже карбонатные осадки. Присутствие в первых конгломератов и кварцевых песчаников указывает на существование поднятий, которые размывались и поставляли обломочный материал в соседние прогибы. Генетическая принадлежность осадочных пород этих прогибов устанавливается вполне уверенно, настолько они слабо метоморфизованы, подобные толщи образуют древнейший протоплатформенный чехол. Однако он формировался только в отдельных местах и не образовывал сплошного покрова, как в фанерозое. В этих же прогибах происходило внедрение пластовых интрузивов базальтового состава - силлов, лополитов и секущих тел - даек, штоков, абсолютный возраст которых указывает наих образование в конце раннего протерозоя. Для третьего типа тектонических обстановок были характерны узкие приразломные троги, грабенообразные впадины, заполнявшиеся вулканогенными или осадочными, в том числе железорудными толщами. Эти троги напоминают рифтовые структуры.

К концу раннего протерозоя неоднократные проявления складчатых, метаморфических процессов, гранитизации спаяли воедино разрозненные до этого ранее консолидированные архейские блоки в единое целое. Так был сформирован фундамент древних платформ и закончился, хотя и не везде одновременно, этапих кратонизации. Резко упала тектоническая активность, понизился тепловой поток и наступил более спокойный, собственно платформенный этап развития. Характерной особенностью раннего протерозоя является присутствие очень важных в промышленном отношении залежей джеспилитов, или железистых кварцитов, состоящих из тонких (доли мм и первые мм) прослоек магнетита или гематита и таких же прослоек очень тонкого кварцита. Джеспилиты известны и в архее, но максимальное развитие они получают в середине раннего протерозоя. Проблема формирования мощных тонкослоистых ритмичных толщ подобного типа является загадкой, не решенной и в наше время. Предпочтение отдается гипотезе биохимического осадконакопления железа, которое может быть связано с периодическим (ритмичным, сезонным?) возрастанием биомассы синезеленых водорослей и увеличением содержания кислорода, в результате чего растворенные закисные соединения железа переходили в более трудно растворимые окисные, которые и выпадали из морской воды. Но это только одна из возможных идей. Несомненно, что проблема джеспилитов тесно связана с содержанием кислорода в раннепротерозойской атмосфере. Более широкое распространение известняков и доломитов указывает на эволюцию химического состава морской воды, в которой появились растворенные карбонаты.

Что располагалось между древними платформами и где находились сами платформы на поверхности земного шара, нам неизвестно. Как в архейское, так и в раннепротерозойское времямы по существу не знаем нормальных океанских осадков, сопоставимых с современными.

Эволюция органической жизни в послеархейское время на протяжении почти 1 млрд. лет шла очень медленно. В течение раннего протерозоя, как и в архее, были развиты преимущественно прокариотические организмы - сине-зеленые водоросли, следы жизнедеятельности которых в виде строматолитов известны в породах нижнего и особенно верхнего протерозоя многих районов мира. На рубеже 2 млрд. лет, в середине раннего протерозоя, уровень кислорода в атмосфере, по-видимому, приблизился к современному, и не последнюю роль в этом отношении сыграл расцвет прокариотических синезеленых водорослей, которые благодаря фотосинтезу выделяли свободный кислород.

Таким образом, геологические обстановки в раннепротерозойское время были значительно разнообразнее, чем в архейское. К концу раннего протерозоя обособился гигантский материк, состоявший из целого ряда континентальных массивов - прообразов будущих материков - Пангея-1 и окруженный пространством с корой океанского типа. Действовал ли механизм тектоники плит в раннем протерозое? Этот вопрос спорный. Какие-то элементы тектоники плит, по-видимому, проявлялись в это время. Если существовала гигантская Пангея-1, то должна была существовать не менее грандиозная океанская впадина - далекий прообраз Тихого океана.

ПОЗДНЕПРОТЕРОЗОЙСКИЙ ЭТАП

На рубеже раннего и позднего протерозоя (1,7-1,6 млрд. лет) в развитии Земли происходят существенные перемены, и она вступает в такой историко-геологический этап, который уже тесно связан с последующими этапами более молодой фанерозойской истории. Верхний протерозой в СССР называется рифеем по древнему наименованию Уральских гор (Рифейские горы). Наиболее полный разрез его впервые был описан советским геологом Н.С. Шатским. Аналогичные по возрасту отложения под разными названиями выделяются и в других районах земного шара. В настоящее время в СССР рифей подразделяется на нижний, средний и верхний, а выше, с рубежа 700 25 млн. лет до 570 20 млн. лет, выделяется венд, в Восточной Сибири именуемый юдомием.

Общая длительность позднего протерозоя - рифея и венда - составляет около 1,2 млрд. лет, что намного превышает длительность фанерозойских эр, поэтому соответствующие подразделения рифея называются фитемами. В отличие от архея и нижнего протерозоя для рифея важную роль играет биостратиграфическое расчленение, основывающееся на строматолитах, появляющихся уже в большом количестве и отличающихся разнообразием. В венде, т.е. в самом конце позднего протерозоя, существенную роль играет бесскелетная фауна эдиакарского типа. Вместе с тем благодаря слабому метаморфизму верхнепротерозойских отложений, особенно на платформах, широко используются методы изотопной геохронологии, в частности по минералу осадочных пород - глаукониту, содержащему калий.

В позднепротерозойское время, после окончательного становления фундамента древних платформ, на них начинает формироваться настоящий платформенный (плитный) чехол. В позднем протерозое происходит заложение крупнейших подвижных геосинклинальных поясов земного шара - Средиземноморского, Урало-Охотского, Северо-Атлантического, Тихоокеанского и других, представляющих собой второй тип структур, существовавших в течение всего фанерозоя. Между типичными устойчивыми платформами и подвижными поясами в ряде мест наблюдаются области переходного типа, обладающие большей тектонической мобильностью, нежели платформы, но меньшей по сравнению с подвижными поясами. Таким образом, начался распад гигантского материка Пангеи-1.

Рис. 19.2. Геологический профиль через центральную часть Русской плиты (по Н.С. Иголкиной)

Платформенные области. Верхнепротерозойские комплексы широко распространены в пределах древних платформ и слагают нижние горизонты чехла. На Восточно-Европейской платформе в условиях некоторого общего растяжения происходило заложение сети узких грабенообразных впадин - авлакогенов, наследовавших древние архейские подвижные пояса (рис. 19.2). Авлакогены и связанные с ними впадины, располагавшиеся по краям платформы, заполнялись в основном терригенными отложениями - песчаниками, алевролитами, аргиллитами. Реже встречались карбонатные породы - доломиты, известняки, мергели. Развитие авлакогенов сопровождалось проявлением базальтового вулканизма. Мощность отложений в авлакогенах достигала первых километров, а снос материала происходил с невысоких поднятий, сложенных архейскими и нижнепротерозойскими толщами и разделявших авлакогены. Хорошо видна Московская синеклиза, сформировавшаяся над солигаличским авлакогеном.

В позднем рифее и раннем венде ряд авлакогенов прекращает свое развитие и отмирает, а некоторые, наоборот, расширяются и превращаются в пологие впадины, зачатки первых синеклиз. В раннем венде северо-западная часть платформы подверглась оледенению, о чем свидетельствуют древние морены - тиллиты, а позже произошли новые извержения базальтов. К началу кембрия большинство авлакогенов уже не развивалось и на этом закончился "авлакогенный" этап образования платформенного чехла, сменившийся в фанерозое "плитным" этапом.

Сибирская платформа в позднем протерозое развивалась так же, как Восточно-Европейская, и на ней в раннем и среднем рифее возникла сеть авлакогенов, заполнявшихся терригенно-карбонатными породами. В связи с разломами местами проявлялся базальтовый, в том числе и щелочной вулканизм, а поднятия поставляли песчаный, в основном кварцевый материал в грабенообразные прогибы. В отличие от Восточно-Европейской платформы на Сибирской несколько раз в среднем и позднем рифее происходили опускания, во время которых затапливались мелководным морем и поднятия между авлакогенами. В это время шире всего были развиты карбонатные осадки, главным образом доломиты. Перед юдомием (вендом на Восточно-Европейской платформе) почти вся территория Сибирской платформы испытала воздымание и осадконакопление, за исключением ряда прогибов по краям платформы, прекратилось. В юдомское время уже начался "плитный" этап развития платформы с формированием сплошного чехла.

И на других древних платформах рифейские отложения, представленные терригенными и карбонатными породами, образуют спокойно залегающий мощный чехол, достигающий 6-8 км. Широко развиты пестро- и красноцветные песчанки и конгломераты, местами пронизанные силлами основных изверженных пород. Таким образом, в позднем протерозое большая часть древних платформ была приподнята и представляла собой сушу. Только края платформ заливались мелководными морями, в которых наряду с терригенными породами формировались доломиты и известняки со строматолитами. Лишь в конце позднего протерозоя началось опускание платформ и обширная морская трансгрессия. На всех платформах неметаморфизованный рифейский, а местами ранневендский чехол залегает практически горизонтально.

Геосинклинальные пояса. Древние платформы в позднем протерозое были разделены обширными подвижными поясами с океанскими бассейнами. Переход к ним от платформ осуществлялся постепенно и в краевых зонах, представляющих собой по существу пассивные континентальные окраины, накапливались мощнейшие толщи терригенно-карбонатных отложений. Например, в Урало-Охотском подвижном поясе в пределах Западного склона Урала в Башкирском антиклинории известен разрез рифейских и вендских отложений мощностью более 15 км, в котором выделяется четыре серии: бурзянская, юрматинская, каратавская и ашинская, обладающие грубым ритмичным строением. В низах серии представлены конгломератами, разнообразными песчаниками, глинистыми сланцами, редко прослоями эффузивов, сменяющимися в более высоких горизонтах известняками и доломитами.

В более внутренних зонах подвижных поясов, в том числе и Урало-Охотского, раскол континентальной коры зашел гораздо дальше, вплоть до ее полного исчезновения. Поэтому во внутренних зонах активно проявлялся вулканизм, накапливались кремнистые и глинистые осадки. Раздробление континентальной коры приводило к образованию океанских пространств, в которых существовала осевая рифтовая зона и в стороны от нее осуществлялся спрединг океанской коры. Ее реликты мы наблюдаем в виде офиолитовой ассоциации, часто раздробленной, превращенной в меланж и залегающей в виде покровных чешуи серпентинитового меланжа.

Глубоководные океанские бассейны существовали во многих рифейских подвижных поясах, которые на протяжении длительной истории испытывали неоднократную складчатость, проявлявшуюся в разных поясах неодновременно. Складчатые движения, устанавливаемые по наличию крупных угловых несогласий в разрезах отложений, известны на рубежах 1,2 млрд. лет в Северной Америке и Европе; в 0,9 млрд. лет - по южному обрамлению Сибирской, на Африканской и Южно-Ам