Геологическая история Земли в Докембрии. Докембрий как древнейший этап геологического развития

Геологическая история Земли, начинающаяся с архейской эры, чрезвычайно длительна и сложна. О более ранней догеологической истории Земли ученые высказывают только гипотезы. Предполагают, что до архейской существовали по крайней мере две эры: начальная и ранняя. Начальная эра являлась эрой космической жизни Земли. По современным воззрениям, наша планета представляла собой газово-пылевое облако и не имела еще коры. В последующую эру возникла тонкая и непрочная первичная земная кора, состоящая из вулканических пород. Эту эру раннего существования земной коры часто называют «лунной», так как она характеризовалась грандиозным развитием вулканических процессов, следы которых в застывшем виде сохранились на Луне в виде кратеров, огромных лавовых потоков и других вулканических форм. В «лунную» эру возникла первичная атмосфера, сильно отличавшаяся от современной. Рубежи «лунной» эры довольно четки: ее начало связывают с образованием первичной земной коры, а конец — с возникновением гидросферы.

Архейская эра является древнейшей из собственно геологических эр. В ее начале возникли первые водоемы, в которых начали накапливаться осадки, из них образовались древнейшие осадочные породы. Пока неизвестно, когда появились первые осадочные породы, ведь даже самые древнейшие из них, найденные человеком, образовались за счет разрушения каких-то еще более древних горных пород. Поэтому начало архейской эры, а следовательно, и всей геологической истории Земли принимают условно — по возрасту наиболее древних осадочных пород, известных в настоящее время на Земле. Таковыми являются горные породы Юго-Западной Гренландии, возраст которых оценивается в 3,76—3,98 млрд. лет (установлено стронциевым методом).

Геологическая история Земли, насчитывающая более 4 млрд. лет, делится на два неравных этапа:

- Первый из них — докембрийский, охватывающий архейскую и протерозойскую эры, продолжался примерно 3,5 млрд. лет.

- Второй этап, включающий палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры, длился 570 млн. лет.

Геологическая история Земли восстановлена для первого, докембрийского этапа гораздо хуже, чем для второго. Поэтому описанию архейской и протерозойской эр отведено значительно меньше места, чем палеозойской, мезозойской и кайнозойской эрам.

Геологическая история Земли восстановлена в достаточной степени только для территории современных материков. Для океанических впадин при помощи имеющихся методов историко-геологических исследований восстановить геологическую историю пока невозможно; имеются лишь предположения, высказанные в общих чертах. Поэтому описание геологической истории Земли будет проведено для территорий современных материков.

Докембрием называют древнейший этап геологического развития Земли, охватывающий архейскую и протерозойскую эры. В течение этого этапа образовались все породы, залегающие ниже кембрийских отложений, поэтому его и называют докембрием. Докембрийский этап сильно отличается от всех более поздних этапов — палеозойского, мезозойского и кайнозойского. Главными особенностями докембрия являются следующие:

1. Весьма большая продолжительность. Ранее уже было отмечено, что длительность архейской эры оценивается примерно в 1,5 млрд. лет, а протерозойской превышает 2 млрд. лет. Длительность докембрия в 6 раз больше всей последующей истории Земли (от начала палеозойской эры до наших дней прошло 570 млн. лет). За это огромное по продолжительности время на Земле, несомненно, произошло очень много важных событий, которые настолько отдалены от нашего времени, что их трудно расшифровать современными методами исторической геологии.

2. Органический мир докембрия очень скупо представлен палеонтологическими остатками. В архейскую эру органический мир только зарождался, и мы не имеем о нем даже приблизительного представления. В протерозойскую эру (особенно в ее конце) органический мир был уже сравнительно богат и разнообразен, но ископаемые органические остатки в породах протерозоя встречаются очень редко. Это связано с тем, что в докембрии обитали мягкотелые бесскелетные организмы, которые не образовывали окаменелостей, и очень редко встречаются в ископаемом состоянии, да и то лишь в виде отпечатков. Поэтому для докембрия нельзя применить ни палеонтологические методы определения относительного возраста горных пород, ни биономический анализ для восстановления физико-географических условий (кроме пород верхнего протерозоя).

3. Подавляющее большинство докембрийских горных пород в той или иной степени изменены, метаморфизованы. Как правило, чем древнее порода, тем сильнее она метаморфизована. Особенно сильно метаморфизованы древние архейские и нижнепротерозойские породы. В процессе метаморфизма многие докембрийские отложения были настолько сильно изменены, что восстановить условия их первоначального образования крайне трудно. Как и все более молодые, докембрийские отложения по своему происхождению состоят из осадочных и магматических горных пород, метаморфизованных после своего формирования. Только изучение этих метаморфических пород под микроскопом позволяет установить, были ли они первоначально осадочными или магматическими. Осадочные породы превращены в гнейсы, кристаллические сланцы, мраморы, кварциты. Гнейсы и кристаллические сланцы произошли за счет глубокого метаморфизма различных глинистых, песчано-глинистых и вулканических горных пород; мраморы — за счет метаморфизма карбонатных пород — известняков и доломитов; кварциты — за счет метаморфизма различных по составу песчаников. Магматические горные породы в процессе метаморфизма были превращены в различные по составу гнейсы и кристаллические сланцы. Например, граниты стали гранитогнейсами, приобрели полосчатую структуру, свойственную всем метаморфическим породам. Гнейсы, происшедшие за счет магматических пород, называют ортогнейсами, за счет осадочных — парагнейсами.

4. Большинство докембрийских горных пород смято в очень сложные складки. Это относится главным образом к наиболее древним, архейским и нижнепротерозойским, породам, которые испытали многократно повторявшиеся процессы складкообразования. Поэтому условия залегания докембрийских пород очень сложные, они интенсивно перемяты и передроблены. Все это сильно усложняет восстановление тектонических движений в докембрии.

5. Физико-географическая обстановка в докембрии отличалась не только от современной, но и от той, которая существовала в мезозое и палеозое. В архейскую эру уже существовала гидросфера и шли процессы осадкообразования, но атмосфера Земли еще не имела кислорода, его накопление было связано с жизнедеятельностью водорослей, которые только в протерозое завоевывали все большие и большие пространства океанического дна, постепенно обогащая атмосферу кислородом. Процессы осадконакопления находятся в прямой зависимости от физико-географических условий; в докембрии эти условия имели свои специфические черты, во многом отличные от современных. Так, например, среди докембрийских горных пород часто встречаются железистые кварциты, кремнистые породы, марганцевые руды и, наоборот, совершенно отсутствуют фосфориты, бокситы, соленосные, угленосные и некоторые другие осадочные отложения.

Метаморфизм

Метаморфизм – преобразование пород под воздействием внутренних эндогенных процессов, вызывающих изменения в земной коре.

Метаморфизм:

- прогрессивный (повышение Т и Р),

- регрессивный (понижение Т и Р, когда начинается повторный метаморфизм).

Факторы метаморфизма:

1. Температура. 300-400 – 900-1000ºС. Главный источник – энергия радиоактивного распада, гидротермальных растворов.

Геотермический градиент – какое изменение температура при углублении на 1 км (33ºС на 1 км), на БЩ 50ºС на 1 км.

При повышении температуры увеличивается скорость химической реакции, возникают новые минералы (гранат, кордиерит). При повышении температуры происходит дегидратация (удаление OH^-) – каолин → андалузит; декарбонатизация.

2. Давление. 2 вида:

1) вышележащих пород (литостатическое) – увеличивается с глубиной;

2) кратковременное (связано с тектоническими нарушениями).

Если плотность 2,7 г/см³, то на глубине 10 км - 2,7 тыс. атм, на глубине 20 км – 5,4 тыс. атм.

1 кбар = 1004 атм.

Давление зависит от паров воды в породе (пары увеличивают давление). Минералы приобретают более плотную структуру, образуются новые минералы. Наблюдаются сланцеватые, ориентированные породы.

3. Стресс. Его действие оценивается до глубины 10 км, глубже он гасится. Стресс увеличивает растворимость минералов, приводит к дроблению (катаклаз), рассланцеватости. Происходит перекристаллизация (оливин – неустойчивый, дистен и хлориты - устойчивые).

4. Химически активные вещества: пары воды, CO₂, H₂, N₂, Cl, B, F, S, Na, K и др.

Источник воды – процессы дегазации мантии, пары воды идут с глубины, следовательно изменяется химический состав пород.

CO₂ возникает при декарбонатизации – разложения известняков: CaCO₃=CaO+CO₂

Они увеличивают скорость химической реакции и изменяют минералы.

Метаморфические породы:

1) ортопороды (возникшие по магматическим породам),

2) парапороды (по осадочным породам).

Состав метаморфических пород зависит от химического состава исходной породы и условий метаморфизма.

Типы метаморфизма:

1. Локальный: