Общая характеристика докембрия. Архей

Лекция 6. Общая характеристика докембрия. Архей.

Содержание лекции:

Общая характеристика докембрия.

Ранний  архей:

•  Общая характеристика.

•  Органический мир.

•  Структуры земной коры и породообразование.

•  Физико-географические условия.

Поздний архей:

•  Общая характеристика.

•  Органический мир.

•  Структуры земной коры и породообразование.

•  Физико-географические условия.

Полезные ископаемые архея.  

 

Общая характеристика докембрия.

Термин  «докембрий» удобен тем, что охватывает весь период геологической истории Земли с тех пор, когда на ней начали происходить геологические процессы, и до начала кембрия. Этот отрезок времени в разных источниках оценивается по-разному, но расхождения небольшие.  

 

Начало  докембрия – примерно 4,0 млрд. лет, окончание – 570 млн. лет. Иногда докембрий называли азоем («безжизненный») или криптозоем («скрытая жизнь»), подчеркивая тем самым отсутствие жизни или развитие лишь простейших форм организмов в докембрийское время. Однако эти названия неточны – сейчас установлено, что низшие биологические формы появились практически одновременно с древнейшими проявлениями осадконакопления, а в позднем докембрии кроме низших существовали сравнительно высокоорганизованные формы.

Докембрийский промежуток времени составляет 7/8 истории Земли. В это время зародилась жизнь, радикально преобразовалась земная кора и заложились ее главные структуры, образовалась значительная часть (свыше 60 %) минеральных ресурсов. Однако изучен докембрий относительно слабо и тому есть объективные причины. Дело прежде всего в сильной дислоцированности докембрийских пород и высокой степени их метаморфизма.

Главный вид метаморфизма в докембрии  – региональный, происходящий при  высоких температурах и давлении. В большинстве случаев соблюдается  следующая закономерность: чем старше породы, тем сильнее они метаморфизованы. Древнейшие породы настолько сильно метаморфизованы, что бывает весьма трудно, а порой и невозможно определить, за счет каких пород – осадочных или изверженных – они возникли. Широко распространенные в докембрийских образованиях процессы метасоматоза, гранитизации привели к формированию мигматитов – своеобразных пород полосчатой текстуры, а то и к полной метасоматической переработке исходных пород и превращению их в граниты. Эти процессы шли, как правило, с интенсивным привносом и выносом элементов и соединений горячими паро-водными растворами. Мигматиты и граниты слагают обширные гранито-гнейсовые поля.

Другая  отличительная особенность докембрийских  пород – сильная их дислоцированность, наличие сложных складок. Среди докембрийских образований по характеру тектоники выделяется ряд структурных этажей, свидетельствующих о проявлении в докембрии ряда эпох складчатости.

Своеобразие условий в докембрии привело  к формированию пород, характерных  только для этого времени. Примером могут служить джеспилиты – железистые кварциты, состоящие из полосок, сложенных преимущественно кварцитом и гематитом (либо магнетитом). Джеспилиты в основном приурочены к протерозойским толщам; образовались они при участии микроорганизмов.

Докембрий расчленен на крупные стратиграфические  единицы, границы между которыми совпадают с проявлениями диастрофизма. Американский геолог Дж. Дэна назвал в 1872 г . самые древние образования  архейскими (греч. архэос – древний). Но с учетом находок остатков бактерий и цианобионтов архей можно называть также «археозой» (греч. архэос – древний, зоэ – жизнь). Последний термин тоже принадлежит Дж. Дэну. Э. Эммонс и Д. Уолкотт в 1888 г . выделили верхнюю часть этих древнейших толщ, содержавшую остатки жизнедеятельности организмов, под именем протерозойских (греч. протерос – первичный, зоэ – жизнь).

В ныне действующем стратиграфическом  кодексе архей и протерозой имеют  ранг акронов (акротем), делящихся каждый на два эона – ранний и поздний. Нижне- и верхнеархейская эонотемы не имеют более дробных подразделений в международной стратиграфической шкале, а нижний протерозой делится на две эратемы – нижнюю и верхнюю. В России их называют «нижний карелий» и «верхний карелий», поскольку наиболее представительные и хорошо изученные разрезы протерозоя находятся в Карелии.

Верхний протерозой подразделяется на рифей  и венд. Ранг рифея не совсем ясен, а венд – это период (система). В Международной стратиграфической  шкале венд заменен эдиакарой. Рифей  делится на три эратемы (эры): нижнерифейскую, среднерифейскую и верхнерифейскую.

Жизнь зародилась в раннем архее и была первоначально представлена прокариотами – одноклеточными организмами, не имеющими ядра. К ним относятся бактерии и цианобионты (сине-зеленые водоросли). Цианобионты сыграли решающую роль в формировании кислородной атмосферы, поскольку содержание кислорода, продуцируемого чисто неорганическим путем, не может подняться выше 0,001 его современного содержания в атмосфере (точка Юри).

Фотосинтез  содержащих хлорофилл цианобионтов примерно 3 млрд. лет назад стал настолько распространенным, что содержание кислорода в атмосфере росло быстрее, чем его потери при окислении минералов земной коры. Таким образом уровень Юри был преодолен. Но такая атмосфера считается еще бескислородной. Кислородная атмосфера должна содержать не менее 0,01 от современного уровня кислорода, принятого за 1 (или не менее 1%) (точка Пастера). Этот уровень был превзойден тогда, когда интенсивность органического фотосинтеза увеличилась до такой степени, что производство кислорода превысило его затраты не только на окисление минералов, но и на дыхание организмов.

Такой переход от первичной бескислородной к современной кислородной атмосфере  произошел 1,8–1,4 млрд. лет назад. Приблизительно в это время (начало рифея) массовое развитие приобретают структурные биолиты (строматолиты), акритархи, фитопланктон. К среднему рифею (1,3 млрд. лет назад) возникают первые грибы и водоросли. В начале позднего рифея (около 1 млрд. лет назад) появляются в весьма заметном количестве эукариоты – одно- и многоклеточные организмы, клетки которых содержат ядро. Вендский период – это время массового появления бесскелетных животных – своеобразной фауны эдиакарского типа.

В продолжение архея земная кора была повсеместно весьма подвижной и проницаемой. Четкая дифференциация на платформы и геосинклинали (подвижные пояса) отсутствовала. Лишь в конце раннего архея режим приблизился к геосинклинальному. Для пород архея с возрастом древнее 2,8 млрд. лет характерны основной и ультраосновной вулканизм и гранитизация. Архейские толщи часто образуют гранитогнейсовые купола – округлые или удлиненные в плане структуры, сложенные в ядре гранитами, а по периферии гранитогнейсами, мигматитами и кристаллическими сланцами. Формирование таких структур связывается с пластическим течением вещества.

В докембрии выделяется несколько  крупных этапов геологического развития, разделенных глобальными диастрофическими циклами (эпохами складчатости, тектогенеза) первого порядка:

•  саамский - 3750-3500,

•  кеноранский , или беломорский - 2800-2600,

•  карельский - 2000-1900,

•  гренвиллский - ~1000,

•  и катангский , или байкальский 680-650 млн. лет тому назад.

В результате саамского тектогенеза  сформировались обширные складчатые овалы, сложенные комплексами «серых гнейсов», т.е. в большинстве своем плагиогнейсов тоналитового, трондьемитового и гранодиоритового состава, подстилающих породы зеленокаменных архейских поясов.

Кеноранская складчатость, проявившаяся 2,8 млрд. лет  назад в Южной Африке, привела к образованию здесь самого древнего на планете относительно жесткого участка – протоплатформы. Беломорская складчатость, проявившаяся примерно в это же время, также обусловила отмирание протогеосинклинального режима на отдельных участках и превращение их в протоплатформы (Анабарский массив, Алданский щит и др.). Более поздние эпохи тектогенеза привели к увеличению площади протоплатформ.  

 

Таким образом, начиная с конца архея (2,8 млрд. лет назад) можно говорить о протоплатформенной стадии развития земной коры. Между протоплатформами существовали протогеосинклинали (предшествующие геосинклиналям), где господствовали те же условия, что и в пангеосинклиналях.

Карельская  складчатость в конце раннего  протерозоя завершила новый цикл геосинклинального осадконакопления. Одним из ее следствий явилось отмирание геосинклинального режима на обширных площадях, образование первых крупных стабильных блоков – эпикарельских платформ, которые получились при слиянии протоплатформ. В пределах этих территорий началось формирование типичного платформенного чехла.

Таким образом, к концу раннего протерозоя (завершение карельской складчатости) на значительной части Восточной  и Северной Европы образовалась Восточно-Европейская  платформа, на большей части Средней Сибири – Сибирская платформа, на севере Китая и Корейском полуострове – Китайско-Корейская и Таримская платформы, на юге Китая – Южно-Китайская платформа, на большей части полуострова Индостан – Индийская платформа, в центральной и западной частях Австралии – Австралийская платформа. В Африке и на Аравийском полуострове выделяются Северо-Африканская, Южно-Африканская и Аравийская платформы, на большей части Северной Америки – Северо-Американская платформа. Две платформы намечаются на большей части Южной Америки. Почти всю Антарктиду, за исключением ее западной части, занимает Антарктическая платформа. Наряду с платформами существовали геосинклинали и геосинклинальные пояса, отделявшие эпикарельские платформы друг от друга и отличавшиеся от протогеосинклиналей линейными структурами.

Произошедшая  в конце рифея и в венде  байкальская складчатость привела  к окончательной консолидации древних  платформ. С докембрия существуют Северо-Американская, Восточно-Европейская, Сибирская, Китайская, Южно-Американская, Африкано-Аравийская, Индийская, Австралийская, Антарктическая платформы. Предполагают, что последние пять южных платформ в палеозое составляли суперплатформу Гондвана.

Все время после байкальской складчатости можно назвать временем платформ и геосинклиналей. Геосинклинальные условия господствовали в пределах следующих участков. Между Восточно-Европейской, Сибирской и Китайской платформами располагался Урало-Монгольский подвижный (геосинклинальный) пояс. Между Северо-Американской и Восточно-Европейской платформами прослеживается Грампианская геосинклинальная область Северо-Атлантического подвижного пояса, Северо-Американскую платформу окаймляли с севера Иннуитская геосинклинальная область, с юго-востока Аппалачская геосинклиналь этого же пояса. Вокруг всей береговой части Тихого океана располагался громадный Тихоокеанский подвижный пояс с двумя ветвями – Западно- и Восточно-Тихоокеанской геосинклинальными областями. Между Гондваной и платформами Северного полушария располагался субширотный Средиземноморский подвижный пояс.

Среди докембрийских образований выделяются литолого-стратиграфические комплексы  – ассоциации горных пород, отличающиеся литологическим своеобразием, отвечающие крупному этапу геологического развития территории и занимающие определенное стратиграфическое положение. Комплекс – наиболее крупная единица местной стратиграфической шкалы; он объединяет ряд серий или свит и имеет собственное название, образованное от названия стратотипической местности, либо наиболее типичной серии, входящей в его состав. С помощью комплексов крупные стратиграфические подразделения докембрия в ранге эонотем и эратем получают более дробное расчленение.

В нижнем архее выделяют следующие  литолого-стратиграфические комплексы (снизу вверх): иенгрский, унгринский, федоровский, сутамский, слюдянский, исуанский (серия Исуа). В верхнем архее различают комплексы: коматиитовый, киватинский, тимискамингский, Модис.

В составе нижнекарельской эратемы  выделяют шесть литостратиграфических  комплексов (снизу вверх): доминион-рифский (тунгудско-надвоицкий), Витватерсранд, нижнеятулийский, верхнеятулийский (анимикийский), ладожский (трансваальский), вепский.  

 

В верхнекарельской эратеме, как и  в более молодых образованиях, литостратиграфические комплексы  не выделяются.

Докембрийские образования богаты полезными ископаемыми. В докембрии сосредоточено свыше 70 % запасов железа и хрома; 70 % золота, урана, никеля; свыше 60 % меди и марганца; 100 % добычи мусковита и флогопита. Это обстоятельство определяет важное практическое значение изучения докембрия.

Ранний архей.

Общая характеристика.  

 

Архей в целом продолжался свыше 1,5 млрд. лет, хотя точно длительность его  неизвестна и нижняя граница не установлена. Она определяется условно возрастом  наиболее древних пород и может  понизиться по мере получения новых данных, хотя вряд ли этот возраст, приближающийся сейчас к 4,2 млрд. лет, значительно изменится. Породы архея прослежены на щитах древних платформ. Возраст пород серии Исуа в Гренландии оценивается в 3,760-4,000 млрд. лет (магнетитовые кварциты, тоналиты). Гранулито-гнейсы и чарнокиты канского комплекса Южно-Енисейского поднятия Сибирской платформы имеют возраст 4,100 млрд. лет; гнейсы щита Йилгарн Австралийской платформы имеют возраст 4,100-4,200 млрд. лет. Верхняя возрастная граница архейского акрона проводится на уровне 2,500-2,600 млрд. лет.  

 

По  принятой в России стратиграфической  шкале докембрия архей делится  на две части в ранге эонотем  – нижний и верхний архей, которым  соответствуют ранне- и позднеархейские  эоны.

Возрастная граница между ранне- и позднеархейским эонами проводится на уровне 3,150 млрд. лет. Самые древние образования иногда называют «катархей» (от греч. ката – внизу), хотя объем этого стратона не определен и понимается по-разному.  

 

Нижнеархейские образования, слагающие значительные участки фундамента древних платформ, являются зачатками континентальной коры и представлены разнообразными глубокометаморфизованными пара- и ортопородами. Наиболее древними из них являются так называемые «серые гнейсы». Это преимущественно гнейсы андезидацитового состава, а также амфиболиты, железистые кварциты и другие продукты метаморфизма как осадочных, так и магматических пород. Фации метаморфизма – гранулитовая, амфиболитовая.