Геологическая история Земли

 

Во многих местах наблюдается сложная тектоническая  структура «серых гнейсов» с образованием тектонических покровов и гранитогнейсовых куполов. Все исходные породы комплекса  «серых гнейсов» подверглись интенсивным  процессам метаморфизма и гранитизации.

 

Таким образом, особенности пород комплекса  «серых гнейсов», несмотря на их сходство, свидетельствуют о том, что уже  в раннем архее условия формирования исходных пород были разнообразны.

 

«Серые  гнейсы» почти везде подстилают породы зеленокаменных архейских поясов. Но вместе с тем есть и включения  их фрагментов в гнейсы, например в  комплексе Исуа в Гренландии, Очевидно, здесь мы имеем дело с более древними зеленокаменными породами. Где они были распространены и какие структуры, слагали, можно лишь предполагать. Весьма вероятно, что существовала еще более древняя базитовая кора, чем «серогнейсовая»,. сходная с современной океанской, и не исключено, что в ее образовании важную роль играла метеоритная бомбардировка, когда в ударных кратерах формировались базальтовые лавовые покровы. Переплавление этой коры и могло создать «серые гнейсы».

 

Как бы то ни было, в конце раннего архея (3,5 млрд. лет назад) уже была создана  земная кора сиалического, т. е. континентального, типа, а слагающие ее известково-щелочные серии вулканитов среднего состава и такие же интрузивы образовались из-магмы, выплавленной под этой корой, т. е. в верхах мантии. Была ли эта сиалическая кора сплошной или слагала ограниченные участки на земной поверхности, остается пока неясным. Важно подчеркнуть, что в этой коре уже имела место дифференциация как по вертикали, так и по латерали.

 

Существовали  ли в раннем архее атмосфера и  гидросфера? На этот вопрос следует  ответить положительно. Ряд исследователей полагают, что и та и другая формировались  одновременно с заключительной стадией  аккреции планеты за счет интенсивной, почти катастрофической или взрывной дегазации ее недр. При этом первичной земной корой было утеряно большинство летучих соединений. Первичная атмосфера могла напоминать современную венерианскую, может быть и марсианскую, и состояла в основном из СОг с некоторым количеством N и Н20. Возможны примеси NH3, СН4, H2S. Температура была намного выше современной, но неясно, достигала ли она точки кипения воды. Другая группа ученых считает, что атмосфера и гидросфера формировались постепенно, за счет такой же постепенной дегазации Земли. Наличие гидросферы подтверждается водным происхождением кварцитов в древнейшем комплексе Исуа в Гренландии.

 

Следовательно, конец раннеархейского времени, т. е. около 3,5 млрд. лет назад, ознаменовался формированием океанской и континентальной коры, мантии, ядра, гидросферы и атмосферы, делающих ее сходной с современным обликом Земли, для образования которого потребовался всего 1 млрд. лет с момента рождения планеты. Необходимо подчеркнуть, что органическая жизнь к этому времени уже существовала, как это доказывают ее следы в комплексе Исуа.

 

3. СРЕДНИЙ  И ПОЗДНИЙ АРХЕЙ (3,5-2,5 млрд. лет)

 

На всех щитах древних платформ и в  пределах фундамента плит, перекрытых чехлом рифейских и фанерозойских отложений, наиболее примечательной чертой геологического строения является наличие трех основных типов комплексов пород, формирующих более или менее линейные зоны, обычно именуемые поясами. К 1-му типу относятся зеленокаменные пояса -- мощные толщи закономерно изменяющихся пород от ультраосновных и основных вулканитов через последовательно дифференцированные (от базальтов через андезиты к дацитам и риолитам), реже биметальные вулканиты, вулканогенно-осадочные образования к гранитным телам. Подобное строение зеленокаменных поясов в вертикальном разрезе типично для многих районов их развития на древних платформах.

 

2- й тип  представлен орто- и парагнейсами, «пропитанными» *гранитными массивами и превращенными в поля гранитогнейсов, т. е. гнейсов, по составу отвечающих гранитам и обладающих гнейсовидной текстурой.

 

3- й тип  образован гранулитовыми (гранулито-гнейсовыми) поясами. Под гранулитами понимаются метаморфические породы, сформировавшиеся в условиях средних давлений и высоких температур (+ 750...+ 1000 °С) и содержащие кварц, полевой шпат и гранат. Наряду с областями развития. «серых гнейсов» раннего архея, три перечисленных выше типа архейских образований слагают преобладающую часть щитов древних платформ. Именно эти толщи пород перекрывают тот фундамент, который был образован комплексами «серых гнейсов», являющихся протоконтинентальной корей, скорее всего неравномерной мощности, вплоть до ее полного выклинивания в некоторых местах. Наиболее интересным представителем из перечисленных выше трех типов является 1-й тип -- зеленокаменные пояса, которые отличаются как наибольшим разнообразием, так и повсеместным распространением. Зеленокаменные пояса достигают длины 1000 км при ширине до 200 км.

 

Впервые понятие «зеленокаменный пояс»  оформилось после работ канадского геолога Дж. Уилсона, появившихся  в 1949 г. Говоря о поясах этого типа, следует отметить, что речь идет о докембрийских образованиях, хотя сам термин «зеленокаменные породы», т. е. породы, претерпевшие хлоритизацию, эпидотизацию и т. д., употребляется и для фанерозойских толщ. Ввиду широкого распространения подобных образований на всех платформах будут рассмотрены лишь наиболее представительные из них.

 

Одним из тектонотипов таких поясов считается зеленокаменный пояс Барбертон (рис. 2), расположенный на юге Африки на территории Трансваальского (Каапвальского) щита в Свазиленде. Общая мощность образований в поясе достигает 15--20 км. Они подразделяются на 3 надгруппы: Онфервахт, Фиг-Три и Моо-дис (рис. 3). В первой из них, наиболее мощной (до 10--15 км) и древней, выделяется несколько свит, объединяемых в группы, в нижней из которых преобладают метаперидотиты и метабазальты. В самой верхней свите -- Комати -- преобладают высокомагнезиальные основные и ультраосновные вулканиты, получившие название «коматиитов» с характерной скелетной структурой *-- «спинифекс». Эти примитивные эффузивы, с реликтами подушечной отдельности, могли возникнуть только в мантии, где температура достигала +1800 °С.

 

Рис. 2. Зеленокаменный архейский пояс Барбертон (по К. Конди): 1 -- интрузивные граниты; 2 -- осадочные подразделения групп Моодис и Фиг-Три группа Онфервахт; 3 -- основные и кислые породы; 4 -- ультраосновные породы

 

 

В связи  с тем что кора была тонкая,ультраосновная магма быстро поступала на поверхность. В свите Комати присутствуют также пирокластические и кремнистые породы. Мощность нижней группы около 8 км.

 

Выше  залегает толща уже более дифференцированных вулканических пород, от базальтов  до риолитов и кремнистых толщ, причем подобная цикличность повторяется несколько раз. Мощность этой группы также около 8 км. Во всех образованиях над-группы Онфервахт наблюдаются дайки и силлы преимущественно ультраосновных пород, хотя есть и более кислые разновидности.

 

Описанная выше толща пород согласно перекрывается  образованиями надгруппы Фиг-Три, состоящей из относительно слабо метаморфизованных осадочных отложений -- сланцев, граувакк, кремнистых пород, вулканических туфов, железистых кварцитов, обладающих ритмичной слоистостью и фациальной изменчивостью. Мощность надгруппы Фиг-Три достигает 2 км, а на ней с несогласием, подчеркнутым горизонтом базальных конгломератов, залегают так же осадочные образования группы Моодис мощностью около 3,5 км. Ритмично построенная толща состоит из песчаников, кварцитов, глинистых сланцев и джеспилитов.

 

Отложения всех трех групп, по-видимому, сильно дислоцированы, с образованием надвигов и покровов, формирующих чешуйчатую структуру, в которой возможно сдваивание или  страивание разреза (рис. 4). Поэтому приведенные выше оценки мощности отдельных подразделений, вероятно, завышены.

 

Рис. 3. Стратиграфические  колонки горных пород зеленокаменного  пояса Барбертон на юге Африки в Свазиленде (по К. Конди, с упрощением): 1 -- пропуски в разрезе; 2 -- ультра основные лавы (коматииты); 3 -- основные толеитовые лавы; 4 -- кислые лавы и туфы; 5 -- кислые туфы; 6-- глинистые сланцы; 7 -- кремнистые породы; 8 -- песчаники; 9 -- конгломераты; 10 -- интрузивные тоналитовые гнейсы. I -- группа Онфервахт, II -- группа Фиг-Три, III -- группа Моодис. Цифры -- значения мощности, м

 

В пределах Барбертонского зеленокаменного пояса широко развиты прорывающие его тоналитовые граниты нескольких генераций, как бы обрамляющие пояс и датируемые цифрами 3,1-- 3,0 млрд. лет. А радиометрический возраст образований трех надгрупп характеризуется цифрами от 3,5 млрд. лет (вулканиты нижней части разреза надгруппы Онфервахт) до 3,3 млрд. лет (в верхней части надгруппы).

 

Рис. 4. Схематический  разрез, показывающий структуру архейских  диапировых гранитных куполов и посттектонических гранитов (по К. Конди): 1 -- зеленокаменные образования; 2 -- посттектонические граниты, интрудирую-щие синклинали; 3 -- гранитные купола; А -- приповерхностный срез; Б -- промежуточный срез; В -- глубокий срез

 

На Африканской  платформе зеленокаменные пояса  широко распространены и в пределах щита Зимбабве, где известны три  генерации поясов с возрастом  от 3,5 до 2,7 млрд. лет, формирование которых, как и в Барбертонском поясе, закончилось массовым внедрением тоналитовых массивов. Характерная особенность этих поясов -- присутствие бимодальных серий вулканических пород, т. е. наличие коматиитов, базальтов, дацитов и риолитов.

 

Зеленокаменные  пояса известны и в Центральной  Африке, а также в пределах Леоно-Либерийского и Регибатского массивов Западной Африки. Везде они обладают сходным строением, прорваны гранитами и метаморфизованы в гранулитовой и амфиболитовой фациях. Метаморфизм, как правило, более молодой.

 

На Австралийской  платформе ярким примером зеленокаменных поясов являются пояса блоков Пилбара и Йилгарн.

 

Расположенный на юго-западе блок Йилгарн площадью более 650 тыс. км2 обрамляется более молодыми протерозойскими образованиями и характеризуется классическим набором пород для поясов подобного типа. В основании разреза залегают разнообразные вулканиты -- коматииты, базальты и такого же состава пластовые расслоенные интрузивы; кислые вулканиты, пачки метаосадочных пород -- конгломератов, граувакк, аргиллитов, железистых кварцитов. Очень характерны бимодальные серии вулканических пород. Верхи разреза сложены конгломератами, грубыми песчаниками, толщами основных и кислых вулканитов известково-щедочного типа. Мощность образований зеленокаменного пояса достигает почти 20 км, и в них местами наблюдается цикличность с повторением разреза от базальтов-коматиитов до осадочных пород. Определения радиометрического возраста пород дают цифры от 3,3 до 2,9--2,8 млрд. лет. Более молодой гранитоидный магматизм оценивается в 2,8--2,5 млрд. лет, и цифрой 2,4 млрд. лет отмечен поздний метаморфизм. Самый молодой интрузивный магматизм датируется 2,2--2,1 млрд. лет.

 

Примерно  такая же последовательность устанавливается  и в блоке Пилбара, где зеленокаменные пояса древнее и где установлено не менее 5 рубежей деформаций --от 3,4 млрд. лет для низов разреза до 3,0--2,9 млрд. лет, характеризующих главный этап гранитного магматизма.

 

Зеленокаменные  пояса и гранит-зеленокаменные области  распространены также на Индостанской и Антарктической платформах. Они  обладают сходным строением, сложной  структурой, поздним гранитоидным магматизмом и метаморфизмом. Обращают на себя внимание гранитные и гранитогнейсовые поля, разделяющие зеленокаменные пояса и сложенные различными гнейсами, мигматитами, амфиболитами, кристаллическими сланцами, гранитоидами разных типов. Совместно они образуют, как и на других платформах, гранит-зеленокаменные области.

 

 

На платформах северного, лавразийского, ряда архейские зеленокаменные пояса широко развиты в пределах Канадского щита Северо-Американской платформы, на Балтийском и Украинском щитах Восточно-Европейской, Алданском щите -- Сибирской, а также на Китайско-Корейской платформе.

 

Весьма  представительна гранит-зеленокаменная область Канадского щита в районе оз. Верхнего (провинция Сьюпириор), где в близширотном направлении простирается ряд зеленокаменных поясов, длиной более 1000 км при ширине до 200 км, разделенных поясами, сложенными гнейсами, образовавшимися по осадочным породам, и гранитами. Наиболее известный и крупный зеленокаменный пояс Абитиби сложен однородными базальтами и коматиитами, сменяющимися затем последовательно-дифференцированными базальт-андезит-риолитовыми сериями известково-щелочного типа. В самых верхах толщи присутствуют обломочные породы и щелочные лавы (надгруппа Тимискамин). Rb--Sr методом вулканиты датируются в 2,7 млрд. лет, а метаморфизм и внедрение гранитов 1-- в 2,6 млрд. лет, т. е. формирование пояса было относительно кратковременным. Гранитоиды, внедрявшиеся одновременно с деформациями пород пояса, образуют купола диапирового типа.

 

В другой провинции -- Слейв, в районе Б. Невольничьего озера, находятся несколько зеленокаменных поясов, образования которых выделяются в надгруппу Йеллоунайф, общий объем которых составляет 40%, а 60% приходится на гранитогнейсы, разделяющие пояса. Только 18--20% пород в поясах сложены примитивными коматиитами и толеитовыми базальтами, а весь остальной разрез представлен граувакковыми песчаниками и аргиллитами, что отличает эти пояса от многих описанных выше. Мощность отложений колеблется от 0,5 до 12 км. Вулканиты смяты в относительно пологие складки, а осадочные породы -- в сложные изоклинальные. Между зеленокаменными поясами располагаются пара- и ортогнейсы, гранитогнейсы, граниты.

 

Широким развитием зеленокаменные пояса  пользуются на Восточно-Европейской  платформе, в пределах Балтийского  и Украинского щитов, Воронежского массива и под фанерозойским чехлом Русской плиты.

 

На Балтийском щите наиболее представительные зеленокаменные пояса и гранитогнейсовые поля архейского возраста находятся в Карелии, между  Ладожским, Онежским озерами и Белым  морем. Отсюда они прослеживаются на территории Финляндии. Развиты они  и на Кольском полуострове, между  Мурманским и Центральнокольским массивами гнейсов.

 

В Карелии  известно несколько зеленокаменных поясов ССЗ--ЮЮВ простирания, между  которыми развиты гранитогнейсы и местами сильно переработанные «серые гнейсы» -- комплекс основания. Разрезы поясов характеризуются коматиитами, мета-базальтами, чередующимися с метариолитами и метадацитами, т. е. это типично бимодальные серии вулканитов. Коматиитов сравнительно немного. В верхних частях разрезов преобладают метапесчаники с горизонтами конгломератов, кремнистые породы, графитистые сланцы, мрамориэованные доломиты и железистые кварциты, с которыми связан ряд железорудных месторождений (Костомукша). Местами самые верхи разреза слагаются подушечными толеитовыми базальтами. Все эти толщи выделяются под названием лопия, мощность которого до 3--5 км. Они сильно дислоцированы и подверглись метаморфизму амфиболитовой фации, Лопийские образования прорваны различными интрузивами, преимущественно гранитоидами с возрастом 2,7 млрд лет, а сами толщи гранит-зеленокаменных поясов имеют возраст 2,7--2,9 млрд. лет, хотя радиометрические датировки некоторых пород гранито-гнейсовых полей достигают 2,92 млрд. лет.