GeoMan.ru: Библиотека по географии








предыдущая главасодержаниеследующая глава

Бурная молодость планеты


Начиная с появления органической жизни (примерно 4 - 3,5 млрд. лет назад), геологическая история нашей планеты делится на пять крупных естественных этапов развития, получивших название эр: архейская, протерозойская, палеозойская, мезозойская и кайнозойская. Три последние эры делятся на периоды, которые в свою очередь состоят из эпох, а последние - из веков. Все эти естественные отрезки геологической истории Земли образуют геохронологическую шкалу. Каждому отрезку геологического времени соответствуют комплексы горных пород, называемые группой, системой, отделом и ярусом (рис. 6).

Рис. 6. Геохронологическая таблица, показывающая эволюцию Земли и органической жизни
Рис. 6. Геохронологическая таблица, показывающая эволюцию Земли и органической жизни

Основы геохронологической шкалы были заложены на рубеже XVIII - XIX вв. английским землемером У. Смитом. Коллекционируя раковинки вымерших организмов, которые находились в осадочных горных породах, он заметил, что каждому слою пород соответствует определенный набор раковин. Это натолкнуло его на мысль о том, что слои, которые содержат одинаковые раковинки, могут рассматриваться как одновозрастные. Зная последовательность смены одних представителей животного мира другими, можно отличить молодые слои от старых. В этом случае устанавливается относительный возраст горных пород. По меткому определению французского геолога Э. Ога, "ископаемые являются для геолога тем же, чем медали и монеты для историка". Разработка палеонтологического метода определения возраста пород нашла дальнейшее развитие в трудах Ж. Кювье, А. Броньяра, Ж. Ламарка, Ч. Дарвина, В. О. Ковалевского, А. А. Борисяка и многих других ученых.

В названиях эр заключен определенный смысл. Архейская эра переводится как эра древнейшей жизни, протерозойская - эра первоначальной жизни, палеозойская - древней жизни, мезозойская - средней, кайнозойская - новой жизни. Таким образом, в названиях эр отражено появление и развитие жизни на Земле. Учитывая, что в архее и протерозое органическая жизнь носила примитивный характер и концентрировалась лишь в океанах, эти две эры выделяют как криптозой - скрытая жизнь. Палеозойская, мезозойская и кайнозойская эры рассматриваются как фанерозой - явная жизнь.

Для определения относительного возраста пород используют ископаемые остатки не только животных, но и растений (споры, пыльцу, отпечатки листьев). Наиболее характерные ископаемые организмы для определенного отрезка геологического времени получили название руководящей фауны. Палеонтологический метод применим лишь к осадочным отложениям, так как в магматических и метаморфических породах ископаемые организмы не встречаются. Кроме того, этот метод не позволяет определить продолжительность эр и периодов в годах.

Спустя сто лет после открытия У. Смита, Ж. Кювье, А. Броньяра появилась возможность установить изотопный возраст горных пород - определить время в. годах, прошедшее с момента образования породы. Для этого использовали принцип радиоактивного распада. Допускается при этом, что скорость распада остается неизменной во все времена геологической истории Земли. Наиболее широко при установлении изотопного возраста пород используются свинцовый, стронциевый и калий-аргоновый методы. С последним связывают наибольшие перспективы, так как он позволяет устанавливать возраст не только магматических и метаморфических пород, но и некоторых осадочных.

Применение радиогеохронологических методов летоисчисления дало возможность геологам установить продолжительность эр, периодов, эпох, веков. Оказалось, что наибольшую длительность имеют архейская и протерозойская эры - соответственно около 1 млрд. лет и около 2 млрд. лет. Точность этих измерений ±100 млн. лет. Палеозойская эра длилась 350 - 330 млн. лет, мезозойская 170 - 175 млн. лет, кайнозойская (которая еще не закончилась) - около 70 млн. лет.

Методы определения относительного и изотопного возраста горных пород дополняют друг друга и используются в равной мере при уточнении геохронологической таблицы.

Геосинклинали, геосинклинали... Стадию геологического развития Земли, охватывающую интервал времени от 3,5 млрд. лет до 1,8 млрд. лет (архей, ранний протерозой), называют иногда раннегеосинклинальной, или протогеосинклинальной.

Термические процессы в недрах Земли не прекратили свое интенсивное проявление с завершением лунной и нуклеарной стадий развития. В архейскую эру продолжался еще сравнительно интенсивный разогрев земных недр. Однако в отличие от ранних стадий, когда тепловой поток беспрепятственно уходил в околоземное пространство, теперь он задерживается мощной земной корой континентального типа. Происходило своеобразное накопление тепла в недрах, что, вероятно, повышало температуру и могло приводить к частичному расплавлению пород мантии.

Увеличение температуры вызывало общее разуплотнение вещества Земли. Эклогит, например, мог переходить в базальты, увеличивая при этом свой объем на 12 - 15%. Разуплотнение и фазовые переходы мантийного вещества приводили, очевидно, к увеличению общего объема Земли. Этому, однако, препятствовала земная кора. Противоборство расширяющихся недр и жесткой коры продолжалось до некоего критического момента. И вдруг земная кора "лопается" во многих местах и расползается, давая возможность вырваться из недр избытку, вещества. Ломке первоначальной коры могли способствовать и другие силы, например ротационные.

Растрескивание и раздвижение первичной земной коры приводили к образованию линейных зон, обладающих большой подвижностью, - протогеосинклиналей, в которых протекали активные вулканические процессы с излиянием лав в основном базальтового состава. Вулканы занимали центральные части зон и были приурочены к первичным трещинам. Между вулканической цепью и раздвигающимися в разные стороны разорванными краями континентальной коры возникали океаны, в них происходили интенсивные процессы накопления осадков, компенсирующие прогибание коры. Материал поступал со стороны вулканических гор (формировались эффузивные магматические породы и продукты их эрозии), а также с континентальных массивов или островов материкового типа.

Размеры, очертания и положение океанов, заполнявших протогеосинклинальные прогибы, конечно, не совпадали с современными. Они так же, как и вся земная кора, прошли долгий и сложный путь эволюции, не раз изменяя конфигурацию. Предполагается, что 2,5 млрд. лет назад объем гидросферы уже составлял не менее 55% современной.

Протогеосинклинали архея отличались от последующих геосинклиналей. Они не разделялись относительно стабильными платформенными массивами, не было дифференцировано их внутреннее строение, нечетко выделялись глубинные разломы. В раннем протерозое развивались уже типичные геосинклинали. Характерно, что в их пределах стали обособляться внутренние области - эвгеосинклинали, где формировались подводные вулканические породы, и внешние области (миогеосинклинали), выполненные исключительно карбонатными и обломочными породами (известняки, глины, песчаники и т. д.).

В то далекое время большая часть земной коры испытывала геосинклинальный режим развития. Возникшие геосинклинали почти полностью разрушили и переработали первичную континентальную кору. Мощные стихии сотрясали поверхность планеты. Извержения вулканов, огненные лавовые потоки, двигающиеся к подножию гор со скоростью современных автомобилей, пары воды, воздымающиеся при соприкосновении лавы с водами морей и океанов, землетрясения, ломающие кору, как яичную скорлупу, придавали лику Земли грозный вид.

Описанная картина геологического развития Земли в архее и раннем протерозое подтверждается материалами изучения древних пород Скандинавского и Кольского полуостровов, Сибири, Америки, Африки, Азии и Австралии. Для них характерны следующие особенности: исключительное развитие метаморфических и магматических пород; огромная мощность осадков, измеряемая десятками километров; сильная дислоцированность, т. е. смятость отложений в складки. Все эти черты говорят о типично геосинклинальных условиях развития, а поскольку отложения, характерные для геосинклинальных областей, встречены повсеместно, то можно утверждать, что такой режим развития земной коры преобладал в архее и раннем протерозое.

Глобальные катастрофы - созидатели структур литосферы. Активные тектонические процессы архейского и раннепротерозойского времени приводили к выносу из недр Земли огромного количества вещества и энергии. По сути дела накопление мощнейших толщ осадочных и магматических пород явилось результатом эффузивных процессов, поставлявших на поверхность глубинное вещество.

Периоды накопления осадочных и магматических отложений длились многие десятки, даже сотни миллионов лет. Одновременно с выносом глубинного вещества из недр планеты уходила и энергия. Отсутствие континентальной коры в геосинклиналях приводило здесь к повышенной теплоотдаче. Геосинклинали выполняли роль своеобразных окон, сквозь которые "проветривались" недра Земли.

Планета остывала. Можно предположить, что охлаждение недр приводило к некоторому уменьшению объема вещества. Наиболее ощутимо это происходило, вероятно, в областях первоначально большего разогрева, т. е. в геосинклиналях, так как здесь наиболее интенсивно удалялось тепло с поверхности Земли. Уменьшение объема вещества недр неизбежно приводило к тому, что пластины коры, раздвинутые в стороны в период активного разогрева, начинают двигаться к исходным рубежам. Этому препятствовали осадочные и магматические толщи, заполнившие геосинклинальные прогибы. Одновременно начинают преобладать восходящие вертикальные движения. Происходила инверсия тектонического режима в геосинклиналях. Накопленные сравнительно пластичные толщи осадочных пород коробятся, сминаются в складки, "выпирают" из прогибов. Возникшие складки, подобно вееру, распадаются в разные стороны от осевых частей геосинклиналей, образуя горные хребты.

В эпохи максимума тектонической активности магматическая деятельность не прекращалась. Однако состав вулканических лав изменился: базальты сменились андезитами, риолитами, порфиритами - эффузивными породами с повышенным содержанием кремнезема. Магматические породы, которые содержат окиси кремния более 65%, называют кислыми. Появление кислых пород, в эпохи складчатости можно объяснить тем, что в магматические процессы были вовлечены накопившиеся осадочные толщи, обогащенные кремнеземом.

В геологической истории Земли эпохи складчатости играли очень важную роль. В. Е. Хаин рассматривает их как революционные эпохи, выделяя в противовес им эволюционные эпохи - периоды прогибания геосинклиналей и накопления осадочных толщ. В революционные эпохи происходит коренное преобразование лика Земли; океаны резко сокращают свои размеры, растут горы, изменяется состав вулканических лав, извержения вулканов приобретают катастрофический взрывной характер, образуются новые глубинные разломы, дробящие земную кору и усложняющие ее строение. И все это в течение каких-нибудь нескольких миллионов лет, т. е. за период в 10 - 20 раз короче, чем любая эволюционная эпоха. В связи с этим такие революционные моменты в жизни Земли называют эпохами диастрофизма - эпохами, да происходят глобальные катастрофы.

Проявление эпох диастрофизма носит периодический характер. В истории архея и раннего протерозоя выделяют несколько таких эпох. Они проявлялись на земном шаре не одновременно, но некоторые из них обладали достаточной синхронностью и оставили четкие следы, по которым геологи смогли установить их спустя несколько миллиардов лет.

Одна из первых эпох диастрофизма выделяется учеными А. И. Тугариновым и Г. В. Войткевичем в самом начале архея (3500±100 млн. лет). Она была установлена по наличию древних кислых магматических пород. Эта эпоха, получившая название белозерской, не привела к существенному изменению тектонического режима в развитии Земли.

В конце архейской эры завершается следующая крупная эпоха диастрофизма - кеноранская или беломорская (2600±±100 млн. лет). Интенсивные сминающие горизонтальные и восходящие вертикальные движения земной коры привели к сильному метаморфизму накопленных ранее осадочных отложений: породы существенно уплотнились, смялись в складки. Возникшие метаморфические породы (гнейсы, кварциты, слюдистые сланцы и др.) были пронизаны кислыми магматическими образованиями типа гранитов. Все это привело к тому, что в некоторых местах земного шара сформировались жесткие массивы, которые в дальнейшем уже развиваются как платформы. Последующие тектонические процессы сократили их размеры, но в ряде районов первые платформы (протоплатформы, по Е. В. Павловскому) еще сохранились. Среди таких районов можно назвать север Канады, некоторые области Кольского и Скандинавского полуостровов, Центральной Сибири, Африки, Австралии, Южной Америки.

Одной из важнейших эпох диастрофизма раннегео-синклинальной стадии явилась карельская эпоха, завершившаяся в конце раннего протерозоя (1800±100 млн. лет). В результате сформировались первые "настоящие" платформы, получившие название древних, или эпикарельских1, платформ (кратоны). Они спаяли воедино разрозненные остатки протоплатформ, образовав ядра будущих континентов. Карельская (или карельско-свекофеннская) эпоха диастрофизма привела к принципиальной смене в тектоническом режиме развития Земли: геосинклинальный режим сменился на дифференцированный режим геосинклиналей и платформ. С появлением и ростом платформ - устойчивых областей литосферы - сократились очаги вулканизма, которые теперь уже концентрируются только в геосинклинальных поясах, опоясывающих крупные устойчивые массивы древних платформ. В связи с этим сокращается и количество материала, поступавшего на поверхность планеты из ее недр, произошло замедление роста литосферы. Важным результатом раннегеосинклинальной стадии развития Земли явился вынос из мантии значительных количеств радиоактивных элементов (урана, тория, калия), которые концентрируются уже в гранито-гнейсовом слое коры. Это привело к снижению общего теплового потока, понижению уровня астеносферы, что способствовало консолидации коры в целом.

1 (Приставка "эпи" означает "после", т. е. платформы, возникшие после карельской эпохи складчатости)

Таким образом, глобальные катастрофы в истории Земли выполняют иногда своеобразную роль созидателей новых структур литосферы, а именно - платформ.

Возникновением древних платформ заканчивается раннегеосинклинальная стадия, и с позднего протерозоя начинается новая, геосинклинально-платформенная стадия развития Земли, продолжающаяся до настоящего времени. Размеры и очертания эпикарельских платформ в дальнейшем были изменены последующими процессами тектогенеза. Некоторые из них оказались расчлененными на отдельные глыбы, так называемые "срединные массивы", и частично переработаны. Но в основном древние платформы сохранились без изменения и составляют основу нынешних континентов. Современное их положение показано на рис. 7.

Рис. 7. Схема современного положения эпикарельских структур: 1 - платформы: 1 - Северо-Американская, 2 - Восточно-Европейская, 3 - Сибирская, 4 - Баренцевоморская, 5 - Гиперборейская, 6 - Южно-Американская, 7 - Африкано-Аравийская, 8 - Индийская, 9 - Восточно-Азиатская, 10 - Австралийская, 11 - Антарктическая; 2 - положение некоторых протоплатформ; 3 - геосинклинальные троги, располагавшиеся внутри древних платформ
Рис. 7. Схема современного положения эпикарельских структур: 1 - платформы: 1 - Северо-Американская, 2 - Восточно-Европейская, 3 - Сибирская, 4 - Баренцевоморская, 5 - Гиперборейская, 6 - Южно-Американская, 7 - Африкано-Аравийская, 8 - Индийская, 9 - Восточно-Азиатская, 10 - Австралийская, 11 - Антарктическая; 2 - положение некоторых протоплатформ; 3 - геосинклинальные троги, располагавшиеся внутри древних платформ

Древние платформы не сразу заняли современное положение. Предполагают, и не без основания, что первоначально они группировались совсем в другом порядке. Чтобы лучше уяснить, какие факты приводят ученых к такому выводу, обратимся к истории вопроса.

Пангея Альфреда Вегенера. Пожалуй, первый, кому пришла мысль о сходстве очертаний западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки, был английский философ Фрэнсис Бекон. В 1620 г. он опубликовал свои идеи, не дав им никакого объяснения. Вскоре французский аббат Ф. Пласе (1658 г.) высказал предположение о том, что Старый и Новый Свет разделились после всемирного потопа. В течение XVII - XVIII вв. это была общепринятая точка зрения.

Первые наблюдения геологического сходства материков по обе стороны Атлантики были сделаны в 1858 г. итальянским ученым Антонио Снидером (Пеллегрини). Он создал даже первую реконструкцию первоначального положения континентов. Окончательно идеи о возможном перемещении континентов оформились в научную гипотезу лишь в начале XX в., создателем ее стал немецкий ученый А. Вегенер, по образованию метеоролог. Сталкиваясь по роду работы с вопросами географии, он обратил внимание на поразительное сходство очертаний берегов по обе стороны Атлантического океана. В течение пяти лет А. Вегенер собирал геологические, географические и палеонтологические данные о связи между Южной Америкой и Африкой. В 1915 г. он завершает и публикует свой труд "Происхождение материков и океанов", гипотеза дрейфа материков становится известной всему научному миру. Эта гипотеза вызвала бурную реакцию среди геологов и геофизиков: одни ее приветствовали, другие ожесточенно на нее нападали.

А. Вегенер доказывал, что существовал единый гигантский материк Пангея (всеобщая Земля), объединяющий все известные нам континенты. Этот праматерик был окружен безбрежным океаном, который по аналогии называют Панталассом (всеобщий океан). По мнению А. Вегенера, Пангея, сложенная гранитной корой, под влиянием сил вращения Земли на рубеже палеозойской и мезозойской эр (250 - 200 млн. лет назад) раскололась на отдельные блоки - современные материки. Ротационные силы расталкивали эти материки, которые как бы плыли по более плотным породам мантии.

В гипотезе дрейфа материков было много недоказанного: не было зафиксировано перемещение континентальных масс, не установлены причины дрейфа и перемещающие силы. Противники А. Вегенера были очень активны и умело использовали слабые стороны гипотезы. В конце 20-х годов некоторые геофизики называли эту гипотезу дикой фантазией.

В 1930 г. А. Вегенер в третий раз отправляется в Гренландию с надеждой найти там доказательство своей гипотезы. Он рассчитывал повторно измерить координаты острова. Если окажется, что они изменились, то он прав. К сожалению, это была последняя экспедиций ученого. Первого ноября 1930 г. в день своего пятидесятилетия А. Вегенер погиб в одном из маршрутов. Позднее его сестра Эльза Вегенер писала: "Он лежит теперь во льдах Гренландии, исследованию которой он посвятил многие годы. Эта страна всегда притягивала его величием своей природы и связанными с ней научными проблемами. Он вышел в Зимнюю Ночь и не устоял перед ее натиском, но его высокие идеалы освятили трагическую кончину". С гибелью А. Вегенера гипотеза предается забвению и, казалось бы, навсегда. Однако через 40 лет на Токийской объединенной океанографической ассамблее большинство геологов и геофизиков вновь решительно высказались в пользу идеи дрейфа континентов.

Основные доказательства перемещения материков сводятся к следующему.

1. Удивительное сходство очертаний атлантических побережий Северной и Южной Америк, Европы, Африки (Наиболее удачную их реконструкцию осуществил английский геофизик Е. Буллард со своими коллегами в 1965 г. На ЭВМ был произведен расчет наилучшего совладения очертаний материков, разделенных Атлантикой. Было установлено, что наиболее точное совпадение достигается в том случае, если за границу материков принять изобату в 2000 м.)

2. Сходство ископаемой фауны и флоры, населявшей в палеозойскую и мезозойскую эры континенты, разделенные ныне Атлантическим океаном.

3. Сходство горных пород и тектонических структур атлантических побережий материков.

4. Общие палеогеографические условия Южной Америки, Африки, Индии, Австралии, Антарктиды в палеозое и в начале мезозоя.

5. Миграция во времени и в пространстве магнитного полюса Земли (поскольку считается, что магнитный полюс не менял своего положения, то делается вывод о дрейфе материков.)

6. Современные данные о перемещении материков относительно друг друга, полученные с помощью новейшей геофизической и геодезической аппаратуры.

Следуя этим доводам, можно допустить, что после завершения раннекарельской эпохи складчатости древние платформы действительно образовывали единый монолитный материк Пангею. Соотношение суши и воды тогда, возможно, было несколько иное, чем сейчас. Основную массу их составляли только что возникшие древние платформы, по окраинам которых располагались геосинклинальные пояса. Пангея была окружена древними океанами. Возможно, что уже существовал Тихий океан, являвшийся основным водным бассейном Земли. Клином между континентами северного и южного полушарий вдавался гипотетический океан Тетис, названный в честь греческой богини моря. По мнению профессора Йоханнесбургского университета Дю Тойта, этот океан разделял континенты северного и южного полушарий. Первые объединялись в суперконтинент Лавразию, а вторые - в суперконтинент Гондвану (рис. 8). Современный Северный Ледовитый океан представлял собой небольшое внутриконтинентальное море; Атлантический и Индийский океаны еще не зародились.

Рис. 8. Реконструированное положение континентов и океанов перед началом позднего протерозоя. Штриховкой показаны древние эпикарельские платформы, объединяющиеся в два суперконтинента: Лавразию (1) и Гондвану (II)
Рис. 8. Реконструированное положение континентов и океанов перед началом позднего протерозоя. Штриховкой показаны древние эпикарельские платформы, объединяющиеся в два суперконтинента: Лавразию (1) и Гондвану (II)

Солоноватые океаны и атмосфера без кислорода. Молодость нашей планеты поражает не только чрезвычайно активными тектоническими движениями, грандиозностью геологических преобразований. Неповторимость того времени проявилась также в специфике гидросферы и атмосферы.

Непривычную обстановку застали бы мы на Земле 3,5 - 3 млрд. лет назад. Первое, что бросилось бы в глаза, - это обширные океанические пространства, разделенные архипелагами островов. Тут и там над архейскими океанами возвышались конусы вулканических гор. Привычные континенты - крупные массивы суши - нам вряд ли удалось бы обнаружить. Они появляются только в самом конце архея, после проявления кеноранской эпохи диастрофизма, и разрастаются уже в протерозое. Крупные размеры континенты приобретают лишь в позднем протерозое, после образования древних платформ, объединившихся в Лавразию и Гондвану. Это были голые, гористые пустыни с довольно разветвленными речными артериями.

Необычно быстро в то далекое время происходила смена суток. Как считает австралийский ученый Б. Хант на основании изучения известковых скелетов коралловых полипов, многие сотни миллионов лет назад скорость вращения Земли вокруг оси была намного больше современной. Соответственно укорачивалась продолжительность суток до 9 часов, а земной год длился около 900 суток. Замедление вращения земного шара явилось следствием влияния лунных приливно-отливных сил. В архее Луна располагалась значительно ближе к нашей планете, и ее притяжение оказывало сильное воздействие на Землю. В краткие ночные часы того времени огромная Луна занимала половину небосвода, озаряя ярким серебристым светом безжизненную сушу и воду.

Вода архейских океанов была, вероятно, слабо солоноватая. По мнению академика Н. М. Страхова, концентрация солей в них не превышала 2,5%, тогда как соленость современных океанических вод в среднем составляет 3,5%. В химическом составе вод преобладали такие соединения, как SiO2, Fe, Mn, HCO-3, CO2, выносимые из гранитного слоя коры. Отсутствие океанической растительности и организмов, усваивавших кремнезем (таких, например, как современные диатомовые водоросли, радиолярии, губки), приводило к накоплению его в морской воде и осаждению. Поэтому в древних толщах много кремнистых пород типа кварцита.

Необычной была и атмосфера. В архее и в первой половине протерозоя она была практически бескислородной. Заметное количество кислорода появилось позже, в конце протерозоя, как результат фотосинтеза растений, тогда же преобладали углекислота, водород, аммиак, содержались также азот, сероводород, редкие газы. Атмосфера обладала восстановительным характером и гораздо меньшей плотностью, чем современная.

Естественно возникает вопрос: на основании чего можно делать такие выводы? Оказывается, что, изучая реликтовые газы в минеральных включениях кварцевых пород, образовавшихся в океанах архея и протерозоя, можно установить содержание газов в морской воде и состав атмосферы того времени. Такие исследования проведены учеными Сибирского отделения АН СССР. Ю. П. Казанский, например, доказал, что в обломках кварцитов архейского возраста концентрация углекислоты равна 44,2%, а кислорода 5,5%. В породах протерозоя эти значения соответственно равны 34,5 и 13,7%, в палеозойских породах 7,6 и 18,0%. В современной же морской воде углекислоты содержится 3,2%, кислорода 34,1%. Отсюда следует, что от архея до наших дней в гидросфере и атмосфере происходит неуклонное увеличение кислорода и уменьшение углекислоты. Считается, что рост доли кислорода в атмосфере происходил неравномерно. Так, например, резкое повышение произошло в девоне - карбоне (350 - 300 млн. лет назад). Затем содержание кислорода уменьшилось, и в триасе (примерно 200 млн. лет назад) его было в три раза меньше современного. В середине мезозойской эры (около 150 млн. лет назад) произошло новое повышение массы кислорода, достигшей современного значения.

Специфика гидросферы и атмосферы архея и раннего протерозоя определила и своеобразный комплекс осадков и полезных ископаемых того времени: широкое развитие получили кремнистые породы (кварциты и джеспилиты). Джеспилиты, представляющие собой железистые кварциты, встречаются в колоссальном изобилии в древних толщах, но практически отсутствуют в позднем протерозое, в палеозойских и более молодых отложениях. Часто джеспилиты образуют высококачественные железные руды. Месторождения железа такого типа известны в районах Курской магнитной аномалии (КМА), Кривого Рога, в Северной Америке, в Африке. Содержание железа достигает при этом 62%. О масштабах железонакопления архея и раннего протерозоя можно судить по установленным запасам железных руд: запасы древних руд оцениваются в 3000 млрд. т, тогда как запасы железных руд последующих эр не превышают 135 млрд. т.

Среди осадочных пород раннего протерозоя сравнительно широко развиты известняки и доломиты, образованию которых способствовало широкое распространение в атмосфере и гидросфере CO2 и HCO3.

Интересно, что в древних толщах отсутствуют каменная соль, ангидриды, гипс, фосфориты. Причины этого полностью не выяснены. Остается добавить, что все осадочные породы архея и раннего протерозоя обломочного или химического происхождения.

Несмотря на большие масштабы развития осадочных отложений в древних океанах (имеются в виду и те метаморфические породы, которые образовались из осадочных), они составляют лишь 40% от общего объема пород архея (по данным А. И. Тугаринова). В середине протерозоя их удельный вес уже достиг 80%. К позднему протерозою интенсивность магматических процессов резко уменьшилась, о чем можно судить по сокращению объема магматических пород с 60 до 20%.

Климат архея. Начиная с архейской эры, когда уже возникли гидросфера и атмосфера, ведущую роль в распределении тепла на поверхности планеты играет энергия Солнца. Если это так, то на Земле уже в архейскую эру должна была бы существовать климатическая зональность, поскольку количество солнечного тепла зависит от широты местности.

Наличие климатических зон в архее может быть подтверждено некоторыми, хотя и единичными, фактами. К ним относятся, в частности, находки древних метаморфизованных ледниковых отложений - тиллитов. Остатки их установлены, например, в Северной Америке, в Центральной и Южной Африке, в Южной Австралии, в Сибири. Центр древних оледенений определить пока не удается. Для Северной Америки известно, что следы ледников и пути их движения прослеживаются в широтном направлении почти на 1850 км к северу от 42° с. ш. Установлено также, что мощность тиллитов раннего протерозоя достигает 160 - 180 м. Толща состоит из переслаивающихся тиллитовых горизонтов и глинистых сланцев, накопление которых происходило уже в озерных или речных условиях. Следовательно, эпохи оледенения чередовались с межледниковыми эпохами, когда размеры ледника сокращались и на его месте возникали озера ледникового происхождения.

По мнению Н. М. Страхова, древнее оледенение носило горный характер. Таких ледников, какие мы видим сейчас в Антарктиде площадью до 13 млн. км2, в архейскую и протерозойскую эры, вероятно, не было, так как не было еще обширных континентальных массивов. Скорее всего, ледники покрывали вершины отдельных гор или горных массивов и языками спускались к подножиям.

Наряду с ледниковыми отложениями в древних толщах встречаются и метаморфизованные органические остатки, очевидно, растительного происхождения (скорее всего, водоросли) - это различные графитовые сланцы, включения графита в другие породы. Косвенно развитие примитивной растительности в древних океанах указывает на сравнительно теплый климат, существовавший в отдельных зонах земного шара. Возможно, что теплый климатический пояс располагался по побережью океана Тетис. На основании этих скудных данных можно сделать вывод лишь о наличии климатической зональности, существовавшей на Земле 2 - 3 млрд. лет назад. Как проходили климатические пояса и какие именно пояса существовали - об этом пока ничего не известно.

В последнее время распространяются утверждения о необычайно высоких температурных условиях в древней атмосфере и гидросфере нашей планеты. В частности, доказывается, что примерно 3,8 млрд. лет назад температура океанических вод достигала 100°C; 3 млрд. лет назад температура атмосферы и гидросферы на Земле в среднем составляла уже 70°C. Почти два миллиарда лет понадобилось, чтобы она понизилась до 30°C. Как видим, палеогеография архея еще во многом противоречива и очень далека до своей окончательной расшифровки.

Самые первые организмы. Породы архея и раннего протерозоя дошли до нас в сильно измененном состоянии. Высокие давления и температуры преобразовали первоначальный облик породы, уничтожив всякие следы древней жизни. Поэтому изучение древнейшего животного и растительного мира связано с огромными трудностями. Однако за последние 15 - 20 лет с помощью современных приборов удалось кое-что прояснить и в облике самых первых организмов на Земле.

Изучая с помощью электронного микроскопа, химических и изотопных анализов сланцы свиты Онвер-вахт, возраст которых превышает 3,2 млрд. лет, ученые Аризонского университета обнаружили в них тысячи мельчайших образований сферической, нитеобразной и скорлуповидной формы. Размеры частиц не превышали 0,01 мм. Исследования проводились в специально оборудованной лаборатории, исключавшей возможность загрязнения образцов посторонними организмами. Найденные образования представляют собой окаменевшие остатки одноклеточных морских водорослей. Однако другие исследователи критически относятся к этим выводам, полагая, что эти образования могут иметь небиологическое происхождение. В еще более древних породах Западной Австралии (разрез Пилбара, возраст 3,5 млрд. лет) обнаружены строматолиты - особые формы структур, связанные с деятельностью синезеленых водорослей.

Подобные остатки водорослей и бактерий в породах с изотопным возрастом 2,7 - 3,1 млрд. лет обнаружены в кремнистых и железистых сланцах Северной Америки, Центральной Африки и Австралии. Эти находки дают основание полагать, что к началу архейской эры закончилась химическая эволюция и началась биологическая. Возможным подтверждением этого является недавно сделанное открытие учеными ФРГ, Дании и Швеции, которые обнаружили в горячих сернистых источниках Исландии неизвестные ранее науке термостойкие бактерии. Эти организмы преспокойно живут в кипятке, а серу они используют в качестве ежедневного рациона. Еще более сенсационное открытие было сделано при исследовании горячих струй, бьющих со дна Тихого океана в районе Восточно-Тихоокеанского хребта (21° с. ш.). Это так называемые "черные гейзеры" (или "черные курильщики"). Давление воды в районе их действия 25 МПа, а температура поднимается выше 350°C. И в этих условиях были обнаружены термостойкие бактерии. Мнение ученых: открыты реликтовые бактерии, обитавшие на Земле 4 млрд. лет назад!

На основании изложенного можно с большой долей достоверности предполагать, что уже в океанах архея и раннего протерозоя господствовали простейшие одноклеточные организмы: бактерии, водоросли, грибы, простейшие животные. Нельзя исключать и возможность заселения бактериями и лишайниками древней суши. Органическая жизнь могла тогда развиваться непосредственно в горных породах, которые служили своеобразным щитом, укрывавшим древние организмы от губительного космического излучения. Интересные находки, доказывающие возможность жизни внутри камня, были сделаны биологом Фридманном в 1974 г. Им была обнаружена в Антарктиде колония микроскопических лишайников, живущих в глыбах песчаника, причем они никоим образом не выдают своего присутствия на поверхности камня.

В архее происходило приспособление первых организмов к различным формам питания. Одни организмы усваивали в процессе фотосинтеза питательные вещества из воды, углекислоты и неорганических солей (автотрофные); другие либо жили за счет автотрофов (гетеротрофные), либо питались разлагающимися органическими остатками (сапрофаги). Происходило деление органического мира на царство растений и царство животных.

В протерозое, по-видимому, появились первые многоклеточные организмы. Это наиболее примитивные формы без четко дифференцированных тканей. К ним относятся, в частности, представители типа губок - водные организмы, ведущие придонный прикрепленный образ жизни. Форма губок разнообразна: она может напоминать цилиндр, кубок, бокал, шар. В мягкой ткани животного имеется органический или минеральный скелет, состоящий из спикул. Представители губок до сих пор населяют моря и океаны нашей планеты, однако первые примитивные губки давно вымерли и до нас дошли лишь в ископаемом состоянии.

Несколько позднее губок появляются представители типа кишечнополостных. У них уже намечается дифференциация тканей и органов. Представители кишечнополостных, так же как и губок, дожили до наших дней и широко расселились в морях, океанах и даже в пресных водоемах. Среди них хорошо известные нам кораллы, медузы, гидры.

Из растений в архее и раннем протерозое активно развиваются синезеленые водоросли. Остатки этих водорослей в виде шаровидных, грибовидных и столбообразных известковых тел, характеризующихся тонкой концентрической слоистостью (строматолиты), часто находят в породах протерозоя. Считают, что первыми представителями органической жизни на Земле были именно синезеленые водоросли. В Московском Государственном университете были поставлены опыты, показавшие, что синезеленые водоросли могут существовать в условиях, "противопоказанных" другим растениям и животным. В герметически запаянном стеклянном шаре эти водоросли жили более 16 лет! Все другие обитатели подобных стеклянных шаров быстро погибли, некоторые бактерии "держались" 12 лет. Это доказывает, что синезеленые водоросли могут развиваться даже в бескислородной среде.

Поразительная приспособляемость этих водорослей видна из того, что сейчас они встречаются в ледяной Арктике, в горячих гейзерах, на дне Мертвого моря, в нефтяных источниках, в горах на высоте более 5000 м. Это единственные живые организмы, выдержавшие взрывы атомных и водородных бомб. Такая удивительная жизнестойкость позволяет предполагать неземное происхождение синезеленых водорослей. Как бы то ни было, но это первые организмы, появившиеся не только в древнейших океанах, но и на суше.

Исследования американского профессора Э. Баргхорна показали, что синезеленые водоросли первыми стали заимствовать из воды газообразный кислород. В океанах около их колоний создавалась своеобразная "водяная" атмосфера, насыщенная кислородом. Этим кислородом дышали первые морские организмы (кишечнополостные, губки). Постепенно кислород стал выделяться в атмосферу, заполнять ее. Благодаря жизнедеятельности синезеленых водорослей на нашей планете начала формироваться кислородная среда.

По мнению А. С. Монина и О. Г. Сорохтина, существовал еще один источник кислорода на Земле - это распад окислов железа, протекавший в недрах нашей планеты при ее гравитационной дифференциации. Часть' кислорода при этом высвобождалась и также пополняла атмосферу, меняя ее химический состав.


предыдущая главасодержаниеследующая глава






При копировании отдельных материалов проекта (в рамках допустимых законодательством РФ) активная ссылка на страницу первоисточник обязательна:

'GeoMan.ru: Библиотека по географии'