Ранние этапы развития Земли. Докембрий

    В течение первого подэтапа (2—1,7 млрд. лет), соответствующего среднему протерозою, еще «доживали» отдельные геосинклинальные системы, заложенные в раннем протерозое, а также развивались узкие прогибы. Этот процесс завершился новой эпохой складчатости, вулканизма и движений коры в интервале примерно 1,7—1,6 млрд. лет, при этом формировались толщи из излившихся и глубинных (интрузивных) пород, включающие кислые лавы и граниты типа рапакиви. (Эти красные граниты выступают, в частности, в Выборгском массиве на Карельском перешейке; ими облицованы набережные, и из них высечены постаменты многих памятников в Ленинграде.) Эти очаги магматизма в пределах самой земной коры свидетельствуют о ее разогреве (вплоть до нижней части гранитного слоя) под воздействием все еще высокого теплового потока из глубоких недр. Благодаря частичному плавлению гранитного слоя и насыщению его щелочными растворами повышалась однородность фундамента будущих древних платформ. На ранее объединившихся участках коры в течение этого подэтапа местами возникли плоские прогибы и впадины — так называемые синеклизы, в которых накапливались красноцветные толщи обломочных пород с прослоями покровных базальтовых излияний, поднимавшихся из мантии по расколам уже охлажденной коры. В начале среднего протерозоя в некоторых районах (в частности, в Центрально-Азиатском поясе между Сибирской и Китайской платформами) возобновились опускания и накапливались не мощные и однородные карбонатные толщи.

    На  втором подэтапе (1,7—1,4 млрд. лет) на площади современных континентов преобладали поднятия, в ходе которых к началу позднего протерозоя, вероятно, сформировался огромный континентальный платформенный, массив — «Большая Земля», занимавший все континентальное полушарие Земли. Предположение о его существовании теперь подтверждается данными радиогеохронометрии.

    Какова  же была при этом судьба океанов? В  раннем протерозойском этапе воды покрывали  практически всю поверхность  Земли за исключением вулканических  архипелагов и небольших участков островной суши — "микроконтинентов". За счет появления этих осушенных участков и дополнительного поступления образовавшейся в недрах ювенильной, т. е. первичной, воды, поднимавшейся на поверхность в ходе вулканических извержений, глубина первичного океана должна была несколько возрасти—примерно до 2,5—3,0 км, Но ведь в среднем протерозое уже огромная площадь стала сушей. Отдельные участки ее временами покрывались неглубоким морем, в котором отлагались известняки. Куда же в таком случае делась вода? Приходится допустить, что вместилищем воды стала возникшая в это время впадина Тихого океана, породившая затем по своей окраине геосинклиналъный пояс вокруг всего океана. Протерозойская кора, бывшая на месте этого океана, могла в дальнейшем войти в состав фундамента складчатых горных сооружений, опоясывающих Тихий океан. В центре же океана древняя кора заместилась более молодой океанической корой. Но это, конечно, лишь одно из возможных предположений.

Раниепротерозойский этап

    Нижнепротерозойские комплексы пород широко развиты  в фундаменте всех древних платформ, обнажаются на щитах и отличаются от архейских гораздо большим разнообразием, как пород, так и структур. Кора континентального типа в раннем протерозое начала подвергаться усиленной дифференциации и дроблению, так как она уже значительно охладилась. Нижнепротерозойские толщи, формировавшиеся на протяжении 1 млрд. лет, представлены двумя главными типами. Один из них сложен глубокометаморфизованными и дислоцированными породами, тесно связанными с архейскими и как бы спаянными с ними в единое целое. Другой тип нижнепротерозойских образований слагает или сравнительно пологие структуры, или грабены, располагающиеся несогласно по отношению к структурам архейских толщ. Образования этого типа метаморфизованы значительно слабее, нежели архейские толщи, и формировались в более спокойной тектонической обстановке. Нижнепротерозойские породы очень редко достоверно устанавливаются в складчатых поясах, где они слагают ядра антиклинориев или надвиговые пластины. Органические остатки в отложениях нижнего протерозоя встречаются чаще, чем в архее, особенно строматолиты. Основными методами расчленения нижнепротерозойских толщ также являются радиометрический и структурно-геологический, при котором анализу подвергаются взаимоотношения между различными толщами пород, их состав, характер залегания и т.д.

    Важной  чертой раннепротерозойской истории  является снижение общего теплового  потока и температуры на поверхности  Земли по сравнению с археем, что  в целом привело к увеличению стабильности, жесткости отдельных  крупных участков уже сформировавшейся континентальной земной коры. Для  разных платформ в раннепротерозойское  время можно выделить несколько  крупных стадий, которые отличаются ходом историко-геологического развития, что сказывается на составе и  структуре отложений.

    В фундаменте Восточно-Европейской платформы  в раннем протерозое выделялись высокоподвижные  области шириной до 900-1000 км: Свекофенская на северо-западе современного Балтийского щита; на востоке Воронежской антеклизы; на Украинском щите. Эти относительно узкие прогибы закладывались, скорее всего, на коре континентального типа, так как в них неизвестна офиолитовая ассоциация пород, являющаяся индикатором океанских обстановок. В прогибах широко развиты осадочные, как правило, терригенные толщи пород, местами ритмичные и напоминающие флиш, а также вулканогенные образования основного и кислого состава, обычно венчающие разрез. Общая мощность толщ, слагающих подобные подвижные зоны, превышает 8-10 км. Важное практическое значение имеют узкие приразломные прогибы типа Криворожско-Курского, в которых наряду с терригенными и карбонатными породами залегают толщи железистых кварцитов (джеспилитов). Развитие этих прогибов завершается сильным сжатием с возникновением изоклинальных складок. На Балтийском щите существовали грабенообразные прогибы (Печенгский, Имандра-Варзугский), в которых основную роль играли мощные толщи базальтов, что свидетельствует о глубоких расколах земной коры.

    Наряду  с такими линейными подвижными зонами, последовательность отложений в  которых напоминает последовательность в гораздо более молодых, фанерозойских зонах, на Восточно-Европейской платформе существовали крупные изометричные области - впадины, в которых накапливались осадочные и вулканогенные породы, впоследствии относительно слабо дислоцированные и очень похожие на более молодой платформенный чехол. Эти отложения представлены слабометаморфизованными конгломератами, базальтами, риолит-дацитами, т.е. основными и кислыми лавами и их туфами; гравелитами, песчаниками и алевролитами. Это так называемый сумийско-сариолийский комплекс общей мощностью до 7 км, подвергнувшийся умеренной складчатости на рубеже -2,2 млрд. лет. Кора выветривания, сформировавшаяся на породах этого комплекса, указывает на длительный перерыв по окончании складчатости, после которой образовался вулканогенно-осадочный ятулийский комплекс до 2 км мощностью. В песчаных породах ятулия много кварцевого материала, что свидетельствует о размыве более древних гранитогнейсовых пород, слагавших поднятия между впадинами. Наряду с глинистыми породами присутствуют также доломиты со строматолитами и шунгиты - темноокрашенные породы с высоким содержанием углерода органического происхождения. В верхней части разреза располагаются базальтовые лавы, туфы, туфобрекчии, прорванные силлами и дайками основных и ультраосновных пород. Еще выше по разрезу залегают красные, желтые, малиновые и серые кварциты и песчаники мощностью до 1 км со знаками ряби, косой слоистостью, прослоями конгломератов и редкими покровами базальтов (вепская серия). Возраст этих песчаников, использующихся для облицовки зданий, около 1,9-1,7 млрд. лет. Именно они венчают разрез отложений нижнего протерозоя.

    Познакомившись  с нижнепротерозойскими толщами  Балтийского щита как части фундамента Восточно-Европейской платформы, можно  выделить два типа разрезов, о которых  говорилось выше. С одной стороны, это мощные толщи вулканитов и  осадочных пород, напоминающие разрезы  фанерозойских подвижных геосинклинальных зон, начинающиеся вулканогенными породами и заканчивающиеся конгломератами, грубозернистыми песчаниками и другими породами орогенных формаций. В этих поясах уже хорошо проявляется зональность. С другой - полого лежащие и слабометаморфизованные обычно в зеленосланцевой, низкотемпературной фации осадочно-вулканогенные толщи, близкие к платформенному чехлу и формировавшиеся в пределах стабильных участков континентальной земной коры.

    Подобная  картина свойственна в раннем протерозое и другим древним платформам. Так, на Сибирской платформе, на западе Алданского щита, в это время формировалась пологая впадина, выполненная мощными терригенными отложениями с крупными месторождениями медистых песчаников в верхней части разреза (удоканская серия). Зеленокаменные узкие прогибы на Сибирской платформе несколько древнее чехла удоканской серии, которая их перекрывает.

    На  Канадском щите Северо-Американской платформы архейские образования несогласно перекрываются нижнепротерозойскими образованиями, выделяемыми в гуронский комплекс. Южнее оз. Верхнего - это мощные дислоцированные толщи кварцитов; глинистых сланцев; основных вулканических пород, зеленокаменно измененных; железорудных пластов. Все эти образования прорываются гранитами возрастом 1650 млн. лет. А севернее - одновозрастные отложения представлены уже практически платформенным чехлом общей мощностью более 10 км. В этих породах находятся богатые месторождения урановых и осадочных железных руд. Гуронские отложения прорваны дайками и пластовыми телами основных интрузивных пород. Значительная часть разреза гуронских отложений характеризуется отсутствием красноцветных пород, т.е. в это время окислительные процессы были подавлены и отсутствовали окисные минералы железа, что может объясняться относительно низким содержанием кислорода в раннепротерозойской атмосфере, которое еще не достигло фанерозойского уровня. В середине гуронских толщ отмечаются мореноподобные образования, плохо сортированные глины с валунами, так называемые тиллиты, возможно, свидетельствующие о резком похолодании в это время и о наличии материкового оледенения.

    Подобные  соотношения и типы разрезов нижнепротерозойских  отложений устанавливаются и  на других платформах, за исключением, пожалуй, Австралийской, где присутствует лишь второй тип разреза, слагающий  наиболее древний платформенный  чехол мощностью более 10 км. Такие же соотношения устанавливаются и на юге Африканской платформы, где на архейских породах фундамента резко несогласно, хотя и полого залегает мощнейшая (до 15 км) толща конгломератов, кварцитов, песчаников, основных и кислых вулканических пород, прорванных дифференцированным Бушвельдским интрузивом с возрастом около 1950 млн. лет. Весь комплекс называется Витватерсрандским. Именно с ним связаны знаменитые трансваальские золотоносные и ураноносные конгломераты с богатейшими месторождениями.

    Таким образом, выделяется несколько типов  главных обстановок, в которых  формировались нижнепротерозойские  отложения. Одним из таких типов являются обстановки подвижных поясов, характеризующиеся раскалыванием стабильной, но все еще относительно разогретой земной коры; интенсивным ее прогибанием, массовым излиянием базальтовых и более кислых лав; формированием кремнисто-глинистых и песчанистых пород, толщ железистых кварцитов и, гораздо реже, карбонатов - доломитов и известняков. Мощность таких толщ составляет многие километры. На поздних стадиях развития подвижных зон их отложения подвергались сжатию с образованием очень сложной складчатой структуры, внедрению разнообразных, преимущественно гранитоидных интрузивов и сильному метаморфизму в амфиболитовой, реже зеленосланцевой фациях.

    К какому типу структур отнести эти  пояса складчатых и метаморфизованных  вулканогенно-осадочных пород? Последовательность отложений в них напоминает последовательность в фанерозойских подвижных областях и системах, и поэтому их иногда называют протогеосинклинальными, т.е. наиболее ранними геосинклиналями. В конце раннего протерозоя значительные пространства были охвачены мощной гранитизацией и термальной переработкой, вероятно, в связи с временным увеличением теплового потока. Такое термальное омоложение на Восточно-Европейской платформе выражалось, например, во внедрении по ее западной окраине гранитов рапакиви, габбро лабрадоритов и щелочных интрузивов. Гранитизацией и термальной переработкой были затронуты и крупные массивы архейских пород, так что этот процесс был поистине глобальным. На Сибирской, Восточно-Европейской платформах в конце раннего протерозоя образовались вулканоплутонические пояса, сложенные кислыми эффузивами, в том числе игнимбритами, прорванными многофазными гранитоидными интрузивами.

    Вторым  основным типом раннепротерозойских  обстановок были обстановки обширных, изометричных впадин, в которых в континентальных или мелководно-морских условиях накапливались преимущественно терригенные и реже карбонатные осадки. Присутствие в первых конгломератов и кварцевых песчаников указывает на существование поднятий, которые размывались и поставляли обломочный материал в соседние прогибы. Генетическая принадлежность осадочных пород этих прогибов устанавливается вполне уверенно, настолько они слабо метоморфизованы, подобные толщи образуют древнейший протоплатформенный чехол. Однако он формировался только в отдельных местах и не образовывал сплошного покрова, как в фанерозое. В этих же прогибах происходило внедрение пластовых интрузивов базальтового состава - силлов, лополитов и секущих тел - даек, штоков, абсолютный возраст которых указывает на их образование в конце раннего протерозоя. Для третьего типа тектонических обстановок были характерны узкие приразломные троги, грабенообразные впадины, заполнявшиеся вулканогенными или осадочными, в том числе железорудными толщами. Эти троги напоминают рифтовые структуры.

    К концу раннего протерозоя неоднократные  проявления складчатых, метаморфических  процессов, гранитизации спаяли воедино разрозненные до этого ранее консолидированные архейские блоки в единое целое. Так был сформирован фундамент древних платформ и закончился, хотя и не везде одновременно, этап их кратонизации. Резко упала тектоническая активность, понизился тепловой поток и наступил более спокойный, собственно платформенный этап развития. Характерной особенностью раннего протерозоя является присутствие очень важных в промышленном отношении залежей джеспилитов, или железистых кварцитов, состоящих из тонких (доли мм и первые мм) прослоек магнетита или гематита и таких же прослоек очень тонкого кварцита. Джеспилиты известны и в архее, но максимальное развитие они получают в середине раннего протерозоя. Проблема формирования мощных тонкослоистых ритмичных толщ подобного типа является загадкой, не решенной и в наше время. Предпочтение отдается гипотезе биохимического осадконакопления железа, которое может быть связано с периодическим (ритмичным, сезонным?) возрастанием биомассы синезеленых водорослей и увеличением содержания кислорода, в результате чего растворенные закисные соединения железа переходили в более трудно растворимые окисные, которые и выпадали из морской воды. Но это только одна из возможных идей. Несомненно, что проблема джеспилитов тесно связана с содержанием кислорода в раннепротерозойской атмосфере. Более широкое распространение известняков и доломитов указывает на эволюцию химического состава морской воды, в которой появились растворенные карбонаты.