Осадкообразование докембрийского времени

Необратимость процессов осадконакопления в ходе геологической истории Земли была хорошо показана в работах Н. М. Страхова. Однако проведенный им сравнительный литологический анализ выявил лишь качественные закономерности, полученные в основном без учета данных абсолютной геохронологии докембрия. Проведенное нами критическое сравнение данных абсолютного возраста докембрийских формаций разных материков позволяет в более конкретной форме отметить основной ход процесса литогенеза в истории Земли и отчасти выявить влияние некоторых неучтенных факторов.

Первый естественный фактор - это геологическое время. При предварительной оценке масштабов седиментации можно допустить, что за 3000 млн. лет геологически доступной для изучения истории земной коры скорость седиментации и денудации была в общем постоянной. По данным иониевого метода, скорость седиментации океанических осадков составляла для прибрежных зон Тихого океана около 1 см за 1000 лет, а для Атлантического океана 1 см за 40 лет (В. И. Баранов).

Т. Барт, рассматривая величину отношения

как среднюю длительность пребывания натрия в океане, вычислил, что она равна 120 млн. лет. При этом, принимая предложенное В. М. Гольдшмидтом отношение

как количество выветрившихся пород за "среднее время" пребывания натрия в океане (в течение 120 млн. лет), Т. Барт установил, что за 1 млн. лет количество образующихся осадков достигает 2,5 кг на 1 см², а это будет соответствовать скорости эрозии 0,8 см за 1000 лет. Указанная величина близка к скорости седиментации океанических прибрежных осадков, хотя они вычислены принципиально различными методами. Таким образом, подтверждается достоверность полученных значений. Следовательно, речь идет о накоплении осадков суммарной мощностью в сотни километров, но при этом не учитывается, что в областях подвижных зон седиментация происходила несравненно быстрее. Если принять скорость денудации постоянной, то окажется, что за 3000 млн. лет 6⋅10²⁰ m материала поверхности Земли было перенесено в результате экзогенных процессов. Даже если при этом допущена ошибка в 10 раз против истинной величины (процессы денудации и седиментации, естественно, происходили крайне неравномерно), то и тогда совершенно очевидно, что материал поверхности планеты неоднократно проходил через весь цикл: денудация - снос - осадконакопление - метаморфизм - магматизм - денудация, испытывая при этом неоднократную дифференциацию и имея возможность резкого разделения и локальной концентрации не только главных породообразующих, но и редких и рассеянных элементов. Таким образом, уже простой учет радиологически установленного колоссального масштаба геологического времени докембрия приводит к выводу о необычайно богатых возможностях дифференциации материала Земли в целом при прохождении его через ряд седиментационных циклов и позже вовлекаемого в процессы магматизма, метаморфизма при соответствующих термодинамических условиях.

Проведенный нами анализ геохронологического материала по докембрийским толщам свидетельствует об эволюции условий седиментации и литогенеза в докембрии. Отражается это в современном составе метаморфических и осадочных комплексов. Как показывает сопоставление наиболее распространенных типов горных пород каждого выделенного интервала времени, ограниченного возобновляющимися циклами магматизма и метаморфизма, во всех докембрийских отложениях континентов имеется некоторая общность литологических особенностей, показывающих направленность и необратимость геологической эволюции земной коры.

В раннем докембрии состав осадочно-метаморфических комплексов характеризуется преимущественным развитием основных и ультраосновных эффузивов, измененных диабазов, спилитов, в большинстве случаев превращенных в амфиболиты, переслаиваемых с толщами железистых кварцитов, туфогенных песчаников. Для этого времени наиболее характерно накопление эффузивных и кластических туфогенных пород, постепенно сменяемых хемогенными осадками в виде железистых кварцитов и других отложений.

К концу нижнего докембрия наряду с толщами основного состава появляются полевошпат-слюдяные гнейсы, указывающие на начавшуюся дифференциацию вещества. Накоплению этих формаций в дальнейшем сопутствует интенсивная магматическая деятельность, заметно отличная от раннедокембрийского магматизма, выраженная в процессах гранитизации и мигматизации древних толщ. Все эти процессы приводят к заметному изменению химического состава пород раннего докембрия, так как в областях сноса при образовании геосинклиналей в результате выветривания и седиментации происходит дифференциация веществ с накоплением осадочных пород, относительно обогащенных кремнеземом, щелочами и рядом редких элементов. В среднем докембрии в отличие от раннего происходит накопление мощных толщ граувакк, аркозов, конгломератов, зачастую металлоносных, несущих заметные количества органического вещества (Украинский щит, Канадский щит, Бразильский щит, Южная Африка и др.).

Последующая история среднего докембрия связана с формированием хемогенных железистых осадков, образованных в результате выветривания, денудации основных эффузивов раннего докембрия. Одновременно возрастает роль органического вещества, представленного в настоящее время графитсодержащими сланцами, появившимися в конце среднего докембрия, нижнего протерозоя.

Присутствие значительного количества кварцитов, кварц-биотитовых и амфибол-биотитовых сланцев, сменяемых в регионах, подвергшихся более интенсивному последующему метаморфизму, гранат-пироксеновыми и гранат-кордиеритовыми гнейсами, указывает на присущую среднему докембрию особенность - появление толщ, по химическому составу весьма близких к гранитам. Это обстоятельство, вероятно, явилось причиной того, что в течение последующей геологической эпохи доминируют главным образом интрузии гранитного состава, охватывающие огромные территории среднедокем-брийских геосинклиналей.

В процессе осадкообразования в верхнем докембрии или рифее заметно увеличивается значение хемогенных и главным образом биогенных факторов седиментации. На основании десяти опорных разрезов докембрия отчетливо видно преобладающее значение карбонатных и песчано-глинистых пород в рифейских, верхнепротерозойских толщах. Заметно возрастает компонент Сорг. Лишь в нижнем рифее еще отмечается присутствие железистых кварцитов, исчезающих из геологической истории в последующие эпохи.

Участие эффузивно-туфогенных пород в рифейских формациях снижается до минимума, обычного для посткембрийского времени, поскольку масштабы эффузивной деятельности резко сокращаются и отмечаются лишь в начальные и заключительные стадии развития геосинклиналей.

Столь разительный перелом в характере осадкообразования в начале верхнего докембрия по сравнению с более ранним обусловлен в первую очередь тем, что к этому времени на возникших докембрийских континентах образовался мощный плащ нижнепротерозойских осадков (среднего докембрия), в значительной степени гранитизированных. Денудация, размыв и переотложение этих толщ способствовали дальнейшей дифференциации вещества, а также приводили к все большему обогащению осадков кремнезем-глиноземистым и карбонатным материалом. Вторым, не менее важным фактором оказывалась возрастающая роль процессов жизнедеятельности различных организмов. Если в начале нижнего докембрия отмечается лишь появление в каменной летописи простейших организмов, то к началу рифея - верхнего докембрия фиксируется реальная область биосферы, в пределах которой осадконакопление во многом связано с жизнедеятельностью простейших организмов.

Некоторые исследователи неоднократно обращали внимание на противоречие между видимыми мощностями докембрийских свит и вычисляемой по данным измерений абсолютного возраста длительностью их накопления (Н. С. Шатский, Д. В. Наливкин). Для этого использовались измерения возраста глауконитов двух последовательно залегающих горизонтов рифейского возраста или измерения возраста интрузий, подстилающих и прорывающих какой-либо осадочно-метаморфический комплекс пород. Во всех случаях отмечалось резкое падение отношения мощности осадков ко времени их возможного накопления в древних толщах. По расчетам А. В. Копелиовича, уже в верхнем рифее вычисленные таким образом скорости осадконакопления должны были достигать одной песчинки в год. В противоположность этому мощный характер эффузивной деятельности в раннем докембрии, казалось, должен был свидетельствовать о кратковременном и быстром накоплении толщ в этот период геологической жизни Земли.

Причина катастрофического "замедления" скорости осадконакопления в докембрии заключается в ряде явлений, с трудом поддающихся сопоставлению. Во-первых, неоднократный метаморфизм древних толщ приводит, как уже отмечалось, в осадках посткембрийского возраста к "таянию" пород - частичному растворению и перекристаллизации первичного вещества с удалением газовой фазы, сопровождаемым заметным сокращением ее объема (например, превращение кремнисто-карбонатных пород в силикатные). Во-вторых, как показали последние работы О. Крашенинниковой по детальному изучению позднекембрийских толщ Юго-Западной Украины, чем тщательнее изучаются разрезы подобных толщ, тем большее количество локальных несогласий и выпадение из разреза отдельных свит обнаруживается. Очевидно, при переходе в область метаморфических пород древнейшего докембрия выявление стратиграфических перерывов будет еще более затруднительно, а в большинстве случаев совершенно невозможно.

Таким образом, в настоящее время у нас нет объективных геохронологических данных, позволяющих судить о скорости осадконакопления в древнем докембрии. Однако некоторые предположения об увеличении скорости осадкообразования в более молодые геологические эпохи вполне допустимы. Они относятся прежде всего к возрастающим во времени соотношениям между континентами и областями геосинклиналей - областями денудации, сноса и осадконакопления. Весьма возможно, что именно это изменение соотношения соответствующих тектонических структур привело в конце концов к образованию тектонических рвов и грабенов и одновременно к геологически мгновенному возникновению осадков огромных мощностей, не свойственных древнейшему докембрию.