Геологическая история Земли

 

Описывая  события 7/8 истории Земли, следует  помнить о некоторой условности и спорности расчленения докембрийских  образований.

 

Учитывая  все сказанное выше, а также  важнейшие события, происходящие в  докембрийское время, мы рассматриваем  архей, разделяя его на три подразделения: ранний (4,0--3,5 млрд. лет), *средний (3,5--3,0) и поздний (3,0--2,5 млрд. лет). В протерозойской акротеме предпочтительнее выделение трех эонотем: нижней, средней и верхней, причем нижний рубеж последней 1,0 млрд. лет, а средней -- 1,9--2,0 млрд. лет.

 

2. РАННИЙ  АРХЕИ (4,0-3,5 млрд лет)

 

Раннеархейский этап развития Земли охватывает промежуток времени от 4,0 до 3,5 млрд лет, т. е. порядка 500 млн лет, что вполне сравнимо со всем фанерозойским эоном. Следует еще раз подчеркнуть, что верхний и особенно нижний пределы этого интервала являются не очень четкими, что связано с трудностями определения абсолютного возраста пород.

 

Выделение древнейшего этапа в истории  Земли, следы которого уже запечатлены  в горных породах, связано с проблемой  комплекса, относящегося к так называемым «серым гнейсам», впервые установленным  на Канадском щите Северо-Американской платформы около 25 лет назад, хотя термин «серые гнейсы» уже давно  употреблялся в Швеции. Породы этого  комплекса представлены различными гнейсами тоналит-трондьемит-гранодиоритового состава с включениями метавулканитов, метаосадочных пород, амфиболитов, иногда железистых кварцитов, а также кристаллическими сланцами. Тонадиты и трондьемиты -- это средние по составу интрузивные породы из ряда гранодиорита -- диорита. Их эффузивными аналогами являются анезиты и дациты, поэтому нередко считается, что породы комплекса «серых гнейсов» в целом близки андезитодацитовому или даже дацитовому составам. В «серый гнейсах» отмечается преобладание Na над К, относительно высокое содержание: Ni, V и Сг, низкое -- U, Th, Rb, Ti и очень низкое соотношение изотопов 87Sr/86Sr, равное 0,699--0,701. Таким образом, понятие «серые гнейсы» является сборным; к ним относятся древнейшие из известных на Земле породы, до метаморфических преобразований представленные эффузивными, интрузивными и гораздо реже осадочными породами. Следовательно, «серые гнейсы» -- это полигенетический комплекс. Напомним, что

 

возраст комплексов «серых гнейсов» превышает 3,3--3,5 млрд. лет, но и эти цифры  нередко являются омоложенными. Поэтому  под комплексом «серых гнейсов» часто  понимают наиболее древние породы, известные в пределах щитов платформ.

 

Распространение комплексов «серых гнейсов» в различных  регионах Мира

 

Наиболее  древние породы на земном шаре теперь известны практически на всех крупных  платформах как северного, так и  южного рядов (рис. 1). Чтобы попытаться реконструировать обстановки времени  формирования этих древнейших пород, необходимо рассмотреть строение и структуру  наиболее представительных районов  распространения «серых гнейсов».

 

Комплекс  «серых гнейсов» платформ северного  ряда

 

Древнейшие  породы в пределах платформ северного  ряда развиты на Северо-Американской, Восточно-Европейской, Сибирской и  Китайско-Корейской платформах, где  они обнажаются в пределах щитов -- выступов фундамента этих платформ.

 

На Северо-Американской платформе наиболее древние датированные породы обнажаются на Канадском щите в районе оз. Верхнего, на п-ове Лабрадор, юго-западе Гренландии и в провинции  Слейв на западе щита. В первом из них,, где архейские образования занимают самую большую площадь, в долине р. Миннесота, известны породы с возрастом 3,5--3,7 млрд лет по данным Rb--Sr и U--РЬ методов. Они представлены гнейсами тоналитового состава с отдельными блоками и включениями гранулитов -- пород высокой степени метаморфизма.

 

В субпровинции Унгава, на побережье Гудзонова залива, и в некоторых других местах провинции оз. Верхнего развиты поля гранулитов, возраст которых превышает 3 млрд лет, однако их истинный возраст может быть древнее, так как они подстилают более молодые зеленокаменные пояса. Так что эти гранулиты-могут быть одновозрастны с комплексом тоналитовых гнейсов, сформировавшихся в основном по изверженным породам.

 

В другой части Канадского щита, на п-ове Лабрадор, в области развития более молодых  раннепротерозойских пород, располагается  полоса ортогнейсов (гнейсов, сформировавшихся по интрузивным породам) провинции  Нейн. Эти кварц-полевошпатовые тоналитовые «серые гнейсы» с включениями основных эффузивов и осадочных пород местами прорываются дайками основных пород, превращенных в амфиболиты. Абсолютный возраст гнейсов Rb--Sr методом оценивается в 3,6 млрд. лет.

 

Третий  район развития древнейших пород  комплекса «серых гнейсов» -- это  юго-западная Гренландия, где общая  площадь выходов архейских толщ превышает 120 000 км2, однако еще большая  их часть перекрыта ледником.

 

Рис 1 Архейские  протоплатформы и раннепротерозойские подвижные пояса в составе фундамента древних платформ (по В. Е. Хаину): стрелки показывают местонахождение «серых гнейсов» - 1 - древнейшей континентальной коры; 2 - архейские платформы; 3 -- раннепротерозойские подвижные пояса

 

В этом районе развит знаменитый комплекс Исуа, в состав которого входят: амфиболиты, образовавшиеся за счет основных вулканитов; метариолиты; метаосадочные породы: железистые кварциты; конгломераты, в гальках которых присутствуют кварциты, дуниты. Комплекс Исуа залегает по периферии гнейсового купола Амитсок, состоящего из кварц-полевошпатовых тоналитовых разностей гнейсов, обладающих полосчатой или очковой текстурой. Радиометрический возраст гнейсов Амитсок и комплекса пород Исуа, определенный Pb--Pb, U--РЬ и Sm--Nd методами, составляет 3,7--3,8 млрд лет, т. е. это одни из древнейших пород на земном шаре. И гнейсы Амитсок, и породы Исуа прорываются дайками метабазитов Амералик. В этом же районе развит более молодой комплекс гнейсов Нук, Я--Sr изохронный возраст которых равен ~3,0 млрд. лет, т. е. они значительно моложе комплексов Амитсок и Исуа, а также толща Малене, состоящая из амфиболитов и кварцевых парагнейсов, вмещающих пластовые интрузии анортозитов.

 

Все описанные  выше породы очень сильно дислоцированы  и образуют тектонические покровы, причем один эпизод формирования покровов предшествовал образованию гнейсов  Нук, а второй -- произошел позднее. Метаморфизм всех упомянутых образований имел место в интервале 3,0--2,85 млрд лет и не превышал амфиболитовой фации. Только местами процессы происходили в условиях более высоких ступеней метаморфизма --гранулитовой фации.

 

Таким образом, в Гренландии развит один из древнейших комплексов земной коры -- раннеархейский, часть которого безусловно относится к «серым гнейсам», а другая -- скорее характерна для зеленокаменных поясов (Исуа, Малене), о которых речь пойдет ниже. Однако контакты между этими образованиями в основном тектонические и очень трудно понять их истинные возрастные соотношения.

 

Сравнительно  недавно на западе Канадского щита, в провинции Слейв, был обнаружен еще один район развития древнейших пород. Это гнейсы Акаста с возрастом 3,96 млрд. лет -- древнейшим из достоверно установленных на Земле.

 

На Восточно-Европейской  платформе комплекс «серых гнейсов» обнажен в пределах Балтийского  и Украинского щитов. В первом из них фрагменты этого комплекса  достоверно установлены в Карелии  и предположительно на Кольском полуострове, на его северо-восточном побережье  и в центральной части. Древнейший субстрат всех более молодых отложений  слагается ортомета-морфическими плагиогнейсами, амфиболитами, метавулканитами, как правило, андезитового состава. Эти образования прорываются различными гранитоидами -- диоритами, плагиогранитами, гра-нодиоритами, тоналитами, -- в которых присутствуют ксенолиты более древних гнейсов. Все эти гранитоиды характеризуются цифрами абсолютного возраста 3,2--3,1 млрд. лет.

 

В центре Кольского полуострова, в Кейвской зоне, обнажается плагиогранитогнейсовый фундамент, отвечающий по своим характеристикам комплексу «серых гнейсов». В Карелии и восточной Финляндии комплекс основания сохранился лишь в отдельных, местах, так как в позднем архее он был интенсивно гранитизирован, и представлен амфиболитовыми, пироксеновыми, биотит-пла-гиоклазовыми гнейсами, тоналитами и гранулитовыми породами,, которые обладают ярко выраженной натровой специализацией и характеризуют изверженные породы среднего состава, близкие в.. целом к андезитам. Возраст «серых гнейсов» U--Pb изохронным методом определен в Мурманском блоке в 3,13 млрд. лет, Sm--Nd. методом -- в 3,2 млрд лет, но в Карелии уже есть определения U--Pb методом в 3,3 млрд. лет.

 

На Украинском щите древнейшие породы обнажаются в  трех, субмеридиональных блоках: Среднеприднепровском, Орехово-Павлоградском и Подольском. Наиболее представительны из них породы, слагающие аульский комплекс в Среднеприднепровском блоке, который подстилает более молодые зеленокаменные образования конкско-верховцевской серии. Аульский комплекс представлен биотитовыми и амфибол-биотитовыми гнейсами, амфиболитами, а также роговообманковыми сланцами и амфиболитами. Радиометрический возраст комплекса оценивается в 3,7±0,1 млрд. лет. В других блоках также развиты гнейсовые и гранитогнейсовые комплексы, кристаллические сланцы, амфиболиты и гранулиты, возраст которых явно превышает 3,0 млрд. лет.

 

Таким образом, на Украинском щите, как и на Балтийском,, древнейшие натровые серогнейсовые комплексы являются фундаментом для более молодых архейских, типично зеленокаменных серий пород, в которые они местами включены только фрагментами. Все породы этого комплекса основания подверглись неоднократной гранитизации, метаморфизму и очень сильным деформациям. Несомненно, что «серые гнейсы» присутствуют и в пределах фундамента Русской плиты, где они перекрыты чехлом фанерозой-ских отложений, но обнаружение их -- дело будущих исследований, хотя попытки их выделения по данным бурения уже предприняты.

 

На Сибирской  платформе серогнейсовые комплексы были обнаружены 10--12 лет назад. По данным В.И. Кицула и его коллег, они слагаются биотитовыми гнейсами, гранитогнейсами, плагиогнейсами, а также эндербит-чарнокитовой формацией, т. е. преимущественно гиперстеновыми гранитами, обнажающимися в центральной части Алданского щита и подстилающими более молодую архейскую иенгрскую серию. Радиометрический возраст «серых гнейсов», определенный Pb--Pb методом, составляет около 3,4--3,5 млрд лет. Породы, представленные различными гнейсами, которые можно отнести к древнейшему основанию, в последнее время предполагаются на Анабарском массиве Сибирской платформы, а также в пределах ее обрамления: на Енисейском кряже и Омолонском массиве (3,4--3,5 млрд. лет). Практически везде комплекс «серых гнейсов» образует куполовидные структуры, обрамляемые более молодыми зеленокаменными поясами.

 

В пределах Китайско-Корейской платформы известны «серые гнейсы» с возрастом 2,9 и 3,3 млрд. лет, которые входят в состав периферических участков архейских  гранитогнейсовых куполов. «Определения радиометрического возраста включений  в «серых гнейсах» по цирконам U--РЬ методом дали цифры в 3,67--3,65 млрд. лет. Следует отметить, что кроме  гнейсов, амфиболитов и мета-вулканитов в состав древнейшего комплекса  входят железистые кварциты и мраморы.

 

Комплекс  «серых гнейсов» платформ южного ряда

 

На платформах южного ряда -- Южно-Американской, Африканской, Индостанской, Австралийской и Антарктической -- древнейшие образования типа комплекса  «серых гнейсов» распространены во многих местах щитов этих платформ.

 

На Южно-Американской платформе подобные породы известны в пределах Гвианского и Бpaзильqкoгo щитов. В первом из них комплекс Иматака в бассейне р. Ориноко сложен орто- и парагнейсами, гранулитами, а материнскими породами части из них *служили изверженные породы среднего состава, близкие диоритам и андезитам с возрастом более 3,4 млрд лет, но претерпевшие повторное метаморфическое омоложение в позднем архее -- раннем протерозое.

 

На Бразильском  щите в ряде мест развиты кварц-полевошпатовые и биотитовые ортогнейсы, гранитогнейсы, чарнокиты (гиперстеновые граниты), а также первично осадочные породы, превращенные в парагнейсы, кварциты и железистые кварциты -- джеспилиты. Радиометрические датировки этих образований, подстилающих более молодые зеленокаменные толщи, колеблются от 3,5--3,4 до 3,2--3,1 млрд. лет.

 

Африканская платформа характеризуется серогнейсовыми комплексами, распространенными на юге -- в Свазиленде, Зимбабве и на о. Мадагаскар. Везде они представлены гранитогнейсами, плагиогнейсами, кварц-полевошпатовыми и биотитовыми гнейсами, имеющими в целом тоналит-трондьемитовый состав и радиометрический возраст от 3,6 до 3,1 млрд. лет. Во многих местах наблюдается налегание древнейших зеленокаменных образований на эти гнейсы, образующие комплекс их основания.

 

Наиболее  древние гнейсовые комплексы  Индостанской платформы с радиометрическим возрастом 3,4--3,3 млрд. лет образуют обширные выходы на юге Индостанского полуострова. По составу они отвечают тоналитам, но иногда в них присутствуют и мета-осадочные породы, а также метабазиты и амфиболиты, коматииты и другие представители зеленокаменных толщ, однако истинные соотношения между ними не очень ясны. Положение тоналитового комплекса «серых гнейсов» на Индостанской платформе такое же, как и на других: они слагают фундамент всех более молодых пород.

 

На Австралийской  платформе, в ее западной части, располагаются  два крупных блока фундамента платформы -- Пилбара и йилгарн, -- где в составе крупных метаморфических выступают биотитовые гнейсы, гранитогнейсы, гранодиориты, тоналиты и другие породы, т. е. типичные представители комплекса «серых гнейсов», с возрастом 3,5--3,3 млрд. лет. Гнейсовые купола окаймляются зеленокаменными толщами, слагая их основание.

 

И наконец, в пределах Антарктической платформы  геологами России в районах Земли  Эндерби и гор Принца Чарльза были выделены два комплекса пород, состоящих из различных гнейсов, гранитогнейсов, чарнокитов, эндербитов (натриевых чарнокитов), образующих структуры типичных гнейсовых куполов -- с пологим залеганием пород на сводах и сложной складчатостью по краям куполов. Радиометрический возраст пород колеблется от 3,9 до 3,2 млрд. лет, а меньшие цифры, по-видимому, отвечают этапам наложенного метаморфизма.

 

Условия формирования древнейших комплексов пород -- «серых гнейсов»

 

Несмотря  на то что под термином «серые гнейсы»  понимается комплекс достаточно разнообразных  генетически и по возрасту пород, их общий облик вполне определенный. В подавляющем большинстве случаев  это плагиогнейсы тоналитового, трондьемитового и гранодиоритового состава с возрастом 4,0--3,4 млрд. лет. По химическому составу они отвечают андезит-дацит-риолитовой известково-щелочной серии пород. В основном «серые гнейсы» являются исходно-магматическими и по петрохимическим и геохимическим особенностям отличаются от таких же по составу пород, образовавшихся в более поздние геологические эпохи. Существуют разногласия по поводу типа и состава первичных пород, из которых сформировались «серые гнейсы». Наиболее распространенная точка зрения заключается в признании вулканической природы «серых гнейсов» за счет плавления базальтов и коматиитов, с участием вулканогенно-осадочных и осадочных пород, а также интрузивных тел. Бимодальность вулканических серий подчеркивается присутствием амфиболитов, образовавшихся по базитовым вулканитам.