Геологическая история Земли

Новые этапы развития земной коры

Позднепротерозойский - палеозойский этап (1,4 - 0,25 млрд. лет). В конце среднепротерозойского этапа началось дробление "Большой Земли" и заложилась сеть геосинклинальных поясов, затем развивавшихся уже на протяжении всей остальной истории Земли. Этот этап подразделяется на два подэтапа: позднепротерозойский и палеозойский.

Существует две группы геосинклинальных поясов нашей планеты: Западно- и  Восточно-Тихоокеанские, Атлантический, Урало-Мальгашский вытянуты в меридиональном направлении, Арктический, Средиземноморский и Южный - в широтном. В ячеях, образованных решеткой этих поясов, обособились древние платформы: Гиперборейская (ныне не существующая) в районе Северного полюса; Северо-Американская, Восточно-Европейская и Сибирская - между Арктическим и Средиземноморским поясами; Южно-Американская, Африканская, Индостанская и Австралийская - между Средиземноморским и Южным поясами и Антарктическая у Южного полюса. Наконец, особенно подвижная Китайская платформа расположена между двумя ветвями Средиземноморского геосинклинального пояса - Центрально-Азиатской на севере и Куньлуньско-Индонезийской на юге; с востока ее окаймляет Западно-Тихоокеанский геосинклинальный пояс.

На ранних этапах развития погружения в области геосинклинальных поясов шли сравнительно спокойно, в них  накапливался по преимуществу материал, снесенный со смежных платформ, - кварцито-песчаники, глинистые сланцы, а также карбонатные толщи. Суммарная мощность отложений редко достигает 15-20 км. Глубокие прогибы были нешироки, а вулканизм, сопровождавшийся излиянием основной базальтовой магмы, протекал на ограниченных площадях. 
Правда, пока изучены лишь внешние части (зоны "замыкания") позднепротерозойских геосинклинальных поясов. Имеющиеся данные показывают, что эти подвижные пояса возникли на континентальной коре. В некоторых районах их развитие сопровождалось растяжением этой коры, и в местах растяжения образовывались участки со вторичной океанической (базальтовой) корой. В результате подобного процесса в Северной Атлантике, в западной части современного Индийского океана, в полосе восточного склона Урала и Зауралья и в некоторых других районах могли возникнуть если не настоящие океаны, то во всяком случае бассейны, напоминающие Средиземноморье.

В пределах древних платформ в позднем  протерозое образовывались понижения  двух типов - геосинклинальные прогибы  и относительно глубокие, ограниченные разломами узкие зоны опускания  платформ (их называют авлакогенами). Геосинклинальные прогибы отличались не только большими мощностями отложений, в том числе и морских, но и их интенсивной складчатостью, образованием разломов, метаморфизмом и вторжением гранитных интрузий. Однако излияния основной магмы, т. е. базальтов, в их пределах были крайне редки. Примером таких протерозойских геосинклинальных прогибов, образовавшихся внутри платформ, могут служить Тиманский кряж на Европейской платформе и Енисейский кряж в Сибири. Характерно, что среди осадочных толщ, накопившихся в этих прогибах, встречаются выступы континентально-платформенного фундамента.

Глубоких понижений, связанных  с разломами, особенно много обнаружено в пределах Русской платформы; есть они и на других платформах. В  отличие от геосинклинальных прогибов эти глубокие понижения обычно заполнены  только осадочными породами, часто  континентального происхождения, мало измененными и лишь слабо смятыми  в складки; граниты в них обычно отсутствуют. 
Особенно важно, что в позднем протерозое образовались и геосинклинальные пояса, и платформы, придавшие основные черты современному структурному плану литосферы. На протяжении следующего, палеозойского, подэтапа геосинклинальные пояса и платформы, наметившиеся в позднем протерозое, продолжали развиваться. В результате байкальской складчатости на рубеже протерозоя и палеозоя южные части геосинклиналей Атлантического и Урало-Мальгашского поясов потеряли подвижность. Консолидировались и складчатые системы Африки и Южной Америки (Мавритании, Конго, Капской области, Мозамбика, Бразилии, Патагонии), спаявшие воедино древние платформы Южного полушария (вместе с Индостанской). В результате образовался огромный южный континент Гондваны. В течение всего раннего палеозоя он оставался сушей, в то время как платформы и даже щиты Европы и Северной Азии неоднократно погружались и заливались водами моря. Такое разное поведение северных и южных платформ сказалось на развитии Средиземноморского и Центрально-Азиатского геосинклинальных поясов: волна погружений, а за ней волна складчатости и горообразования зародилась вначале у северного их края, а затем последовательно перемещалась к югу, достигнув окраины Африкано-Аравийской, Индостанской и Китайской платформ лишь в конце палеозоя (Китайская платформа), в конце мезозоя (Аравия) или даже в кайнозое (юг Африки, Индостан).

В результате байкальской, каледонской  и герцинской эпох складчатости пояса  геосинклинальных прогибов постепенно сужались; в отдельных окраинных  геосинклиналях погружения сменялись  поднятиями - они превращались в  складчатые горные сооружения, окаймляющие  древние щиты (например, Скандинавские  горы на окраине Балтийского щита). В дальнейшем эти горы постепенно утрачивают подвижность и размываются, превращаясь в молодые платформы. За счет слагающих эти складчатые зоны пород верхнего протерозоя и палеозоя, подвергшихся умеренному изменению и частичной гранитизации, нарастал "гранитный" слой в пределах молодых платформ.

К концу рассматриваемого этапа  в северных частях Атлантического и  Урало-Мальгашского (Урал) поясов образовался новый огромный континент - Лавразия. В то же самое время уже начала распадаться Гондвана: в ее пределах образуется целая система глубоких разломов и опусканий и возобновляется бурное излияние базальтовых лав. Очевидно, аналогичная судьба постигла и Гиперборейский континент, располагавшийся в Арктике.

Формирование современной  структуры земной коры

Мезо-кайнозойский этап (0,25 млрд. лет - до современности). Главным, определяющим событием последней главы истории литосферы, несомненно, было образование молодых океанов - Атлантического, Индийского, Северного Ледовитого, а также сопутствующей им грандиозной системы срединно-океанических хребтов, осложненных рифтовыми зонами.

Рифты - глубокие и очень протяженные (в тысячи километров) расселины  земной коры на континентах и в  океаническом дне. Чрезвычайно существенно, что растяжение земной коры, вызвавшее  образование этих молодых океанов, шло в полном соответствии со структурным  планом, сложившимся еще в позднем  протерозое; породившие их рифтовые зоны образовались вдоль осевых зон палеозойских складчатых горных поясов. Одновременно обновился и более древний Тихий океан. В это же время в сохранившихся от предыдущих этапов глубоких участках Тихоокеанского кольца и Средиземноморского пояса геосинклиналей шли процессы складчатости и горообразования, сопровождавшиеся метаморфизмом горных пород; вместе с тем в земную кору внедрялось значительное количество гранитных интрузий. На этом этапе, особенно в его заключительном, олигоцен-четвертичном периоде, образуется много новых высоких гор. Они возникли не в ходе складчатости, а в результате того, что древние складчатые сооружения были вновь приподняты тектоническими силами. Дело в том, что горы, возникшие ранее в ходе байкальской, каледонской, герцинской и киммерийской складчатости, подверглись сильному разрушению и выравниванию. Поднятия оживили эти горы.

Подобные омоложения древних горных систем происходили и на более  ранних этапах истории Земли. Но теперь впервые древние омоложенные  горы стали играть такую же или  даже большую роль в формировании земной поверхности, что и молодые  горы, возникающие непосредственно  в ходе складчатости в геосинклинальных зонах. Это связано со значительным уменьшением площади геосинклиналей уже к началу мезозоя и особенно в кайнозое. Вторичные, или омоложенные, горные системы располагаются по окраинам геосинклинальных поясов или  по границам платформ и океанов. От платформ вторичные горные системы  отделяются тесно связанными с ними предгорными прогибами. 
Итак, на последнем этапе тектонической истории Земли, наряду с классическими структурными элементами литосферы - континентальными платформами и геосинклиналями, на первый план выступили океанические впадины со срединно-океаниче-скими поднятиями и вторичные горные пояса.

Общее направление геологического развития Земли

Обрисованная выше последовательность основных событий в истории земной коры, формирование океанов и материков  не укладываются в рамки широко распространенного  представления о том, что континенты прогрессивно растут за счет океанов. Современные океаны - отнюдь не реликты (остатки) первичного океана, а геологические  структуры континентов, нередко  срезанные более молодыми океаническими  впадинами; все это противоречит мнению о том, что океаны первичны. В самом деле, как объяснить, почему в течение 4,5 млрд. лет на одних  участках процессы разделения вещества мантии привели к созданию мощной континентальной коры, а на других участках процесс этот остановился  на стадии формирования примитивной  океанической коры? Предположим, такое  постоянство можно было бы объяснить  первичной неоднородностью мантии. Но это не вяжется с целым рядом  фактов общего структурного плана строения литосферы; противоречит этому и  история современных геосинклиналей и платформ.

Не вполне удовлетворителен и другой взгляд, согласно которому развитие земной коры долгое время шло по пути приращения континентальной коры и лишь в  мезозое начался распад континентов, при этом новые океаны образовались либо из-за раздвига континентальных глыб ("дрейф континентов"), либо из-за обрушения, погружения и переработки континентальной коры ("океанизация").

Очевидно, обе эти гипотезы чрезмерно  упрощают гораздо более сложный  в действительности путь развития литосферы. На ранних этапах, в условиях сильного теплового потока и высокого содержания летучих и легкоплавких веществ  в верхней мантии, сначала формировалась  первичная океаническая кора (к 4,0 млрд. лет до н. э.), а затем и первичная  континентальная (к 3,5 - 2,0 млрд. лет до н. э.). Этот процесс, постепенно ослабевая, закончился в основном к 2,0 млрд. лет  до н. э. созданием, вероятно, довольно равномерного и сравнительно небольшой  мощности (в среднем не более 30-35 км) слоя континентальной коры. Вместе с тем со временем ослабевал и  тепловой поток из недр, а повсеместная подвижность коры сменилась неравномерной  ее подвижностью вдоль сети глубинных  разломов в охлажденной твердой  оболочке Земли. Затем наступило  время раздробления континентальной  коры; заложились широкие подвижные геосинклинальные пояса, внутренние части которых на начальных стадиях своего развития приближались к океанам по размерам и характеру коры. Позже в подвижных поясах возникли зоны резкого утолщения коры - местами она почти вдвое толще "нормальной" первичной континентальной коры. Иначе говоря, произошло перераспределение коры: ее толщина на одних площадях резко возросла, а на других не менее резко уменьшилась, при этом возрастала мощность (толщина) литосферы под континентами в связи с погружением ее подошвы. В то же время мощность литосферы под океанами стала уменьшаться, что связано с образованием глубоких разломов - рифтов, в которых выступы глубинного подкоркового слоя пониженной плотности и вяз кости достигают подошвы коры.

Таким образом, в ходе эволюции земной коры в верхней мантии (т. е. сферы  Земли, охватываемой тектоническими процессами) возрастала неоднородность коры, определившая различия между океаническим и континентальным  полушариями Земли, при этом проявлялся наиболее общий закон развития нашей  планеты - шло усложнение вещественного  состава и структуры земной коры, усиливалась дифференциация и разновременность протекания глубинных процессов  в течение геологической истории. 
Конечно, наука идет вперед, совершенствуются и наши представления о прошлом, столь необходимые как для понимания современных геологических процессов, так и для прогноза на будущее. А о том, как отражаются геологические процессы на современном лике нашей планеты, прочитайте в разделе "Поверхность Земли".

. ОБЩЕЕ  РАСЧЛЕНЕНИЕ ДОКЕМБРИЯ

Американский  геолог Дж. Дэна в 1872 г. наиболее древние  метаморфические образования назвал архейскими (греч. «археос» -- древний). Вслед за ним В. Эммонс в 1888 г. выделил верхнюю часть древнейших толщ под названием протерозой (греч. «протерос» -- первичный, «зоэ» -- жизнь). В том же году Международный геологический конгресс узаконил такое разделение докембрийских отложений на архейские и протерозойские. В 1889 г.. Ч. Уолкоттом в верхней части протерозоя был выделен альгонк. Следует отметить, что в это время для фанёрозойских отложений уже была разработана шкала, очень близкая к современной. В 1894 г. Э. Реневье опубликовал эту шкалу в так называемом хронографе.

Необходимо  помнить, что докембрий охватывает 3,5 млрд лет-истории Земли, если не считать  «догеологическую» стадию ее развития от момента образования планеты 4,6 млрд лет назад до 4,0 млрд лет, о которой практически ничего не известно. Сложность расчленения докембрия заключается в том, что в этот огромный промежуток времени не существовало таких групп организмов, которые испытывали бы быстрое развитие, что является непременным условием зональной стратиграфической шкалы -- основы расчленения отложений фанерозоя.

Поэтому для расчленения докембрия, как  показал М. А. Семихатов, используются три различных подхода:

1) структурно-вещественный, использовавшийся в основном  на ранних стадиях изучения  докембрийских отложений;

2) хронометрический, основанный, по существу, на примате  времени как такового;

3) хроно-стратиграфический, наиболее обычный и традиционный для расчленения фанёрозойских отложений, когда выделяются стратотипы, учитывающие особенности напластования, последовательность,, соотношения слоев и анализ органических остатков.

Последние, как известно, в докембрии распространены слабо, а главное, они не подвержены быстрой изменчивости.

Исходя  из сказанного, наиболее перспективным  методом расчленения докембрийских  отложений, по мнению М. А. Семихатова, является историко-геологический с  обязательным использованием изотопной  геохронологии, значение которой особенно возрастает в архее. Данные радиометрического  возраста помогают не только установить пределы границ того или иного  подразделения, но и проследить их на площади. Необходимо подчеркнуть, что  при использовании структурно-вещественного  подхода к расчленению докембрия  мы сталкиваемся с введением в  шкалу явно диахронных подразделений, а не изохронных, что, конечно, предпочтительней.

В настоящее  время известны, по существу, две  шкалы расчленения докембрийских  отложений, используемых в практической; работе. С одной стороны, это стратиграфическая  шкала докембрия Северной Евразии, принятая на совещании по общим вопросам расчленения докембрия в Уфе  в 1990 г., с другой -- шкала докембрийского времени, одобренная Международной  стратиграфической комиссией и  Международным союзом геологических  наук и предложенная Международной  подкомиссией по стратиграфии докембрия  в 1988 г. Сравнительный анализ этих шкал показывает, что в Международной  шкале архейский зон не предусматривает  подчиненных подразделений, а протерозойский эон разделяется на три эры. В  нашей шкале архейская акротема разделена на две эонотемы, а протерозойская акротема на две эоно-темы, нижняя из которых подразделяется, в свою очередь, на две эратемы. В 1991 г. Международная подкомиссия по стратиграфии докембрия рекомендовала разделить архей на 4 эры: эо-, палео-, мезо- и неоархей с рубежами 3,6; 3,2 и 2,8 млрд лет. Обе шкалы показаны в табл. 1.