6 лет назад
Нету коментариев

Земля и другие планеты Солнечной системы образовались, по-видимому, около 4,6 млрд. лет назад. Историю Земли обычно делят на два зона: криптозой и фанерозой. Криптозой включает две эры: архей и протерозой. Фанерозой охватывает последние 570 млн. лет. В нем выделяют палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры, которые, в свою очередь, делятся на периоды (таб. IV.1 и IV. 2). Часто весь период до фанерозоя называют докембрием (кембрий — первый период палеозойской эры).

T_4_1

О наиболее древних эпохах развития Земли сведений немного. События последующего времени уничтожили большую часть информации, запечатленной в пластах горных пород. В раннем архее, очевидно, наблюдался интенсивный вулканизм, приведший к образованию первичной земной коры, атмосферы и океана. Вулканические процессы были связаны с частичным плавлением вещества мантии за счет выделения теплоты при гравитационном сжатии, распаде радиоактивных элементов и некоторых других процессах. Согласно представлениям А. П. Виноградова (Введение в геохимию океана. М., 1967), при плавлении вещества верхней мантии происходила его дифференциация на тугоплавкую и легкоплавкую фракции. Легкоплавкая фракция состояла в основном из базальтов, летучих газов и водяных паров. Базальты образовали первичную земную кору, а соединения углерода (СО, СО2, СН4), аммиак, соединения серы, галлоидные кислоты, борная кислота, водород, аргон и некоторые другие газы — атмосферу. Водяной пар вулканических извержений конденсировался, возник первичный океан. В первичный океан переходили такие компоненты вулканических газов, как диоксид углерода, кислоты, сера, аммиак. Часть воды поглощалась породами земной коры. Общая соленость океанической воды были близка к современной.

T_4_2

Воссоздание картины прошлого стало возможным в результате экспериментов (например, плавление базальтов), анализа состава современных вулканических извержений и древнейших горных пород, а также возможных химических реакций взаимодействия в условиях земной поверхности.

Существенной геохимической особенностью океанических вод и атмосферы на первых этапах геологического развития было отсутствие свободного кислорода. Об этом свидетельствует явное преобладание закисного железа над окисным в древних изверженных, метаморфических и осадочных породах, присутствие в древних породах графита, лазурита и пирита, т. е. веществ, легко окисляющихся в современной кислой геохимической обстановке, отсутствие в водах первичного океана сульфата SO2-4 (первые сульфатные осадки — гипсы и ангидриты — обнаружены в отложениях, имеющих возраст около 1 млрд. лет).

Образование свободного кислорода связано с жизнедеятельностью автотрофных организмов, которые появились, вероятно, более 3 млрд. лет назад. Свободный кислород начал расходоваться на окисление атмосферных газов и горных пород. Аммиак окислялся до молекулярного азота (вероятно, так образовался атмосферный азот). Метан СН4 и оксид углерода СО окислялись до диоксида углерода СО2. Значительная часть последнего уходила в морскую воду. Другая часть СО2 связывалась в процессе фотосинтеза. Шло окисление серы и сероводорода, двухвалентного железа и марганца. Таким образом в середине протерозоя активно происходил переход от восстановительных условий к окислительным в атмосфере и океане.

Около 1,2 млрд. лет назад содержание свободного кислорода в атмосфере составляло одну тысячную долю современного уровня Ч С этого времени начали формироваться мощные кислые коры выветривания. Среди горных пород того времени часто встречаются биогенные известняки. Достаточно высокое содержание свободного кислорода позволило органическому миру сделать новый крупный шаг в эволюции — появились организмы, потребляющие кислород, — животные. Дальнейшее увеличение содержания кислорода в атмосфере привело к образованию озонового экрана, который позволил живым организмам сначала заселить самые верхние слои океанической воды, а затем выйти на сушу.

Основная масса другой важной составляющей атмосферы Земли — диоксида углерода была связана в процессе образования карбонатов в результате химических реакций и биологических процессов (использовался организмами для образования карбонатных оболочек и скелетов организмов, а также органической массы при фотосинтезе). Первые карбонатные породы сформировались около 2,5 млрд. лет назад. Характерно, что атмосфера Венеры на 97 % состоит из диоксида углерода. По-видимому, на Венере не было ни гидросферы, ни жизни земного типа, ни карбонатообразования, поэтому весь диоксид углерода, выделившийся при дегазации материала мантии, так и остался на Венере в атмосфере.

Параллельно эволюции атмосферы, гидросферы и органического мира шла эволюция земной коры. С возникновением атмосферы и гидросферы началось выветривание первичных пород земной коры, перенос вещества по земной поверхности и образование осадочных пород. Наиболее древние осадочные породы найдены в юго-западной части Гренландии. Это бурые железняки, имеющие возраст 3,8 млрд. лет.

Осадочные и магматические породы, попадая в условия высокого давления и значительных температур (например, при погружении в нижние части литосферы), испытывали процессы метаморфизации: изменялись их структура, минеральный и химический состав. Образовывались метаморфические горные породы: кварциты, сланцы, гнейсы и др. Началось образование первичного гранитно-гнейсового слоя континентальной земной коры и формирование древних платформ.

В настоящее время земная кора состоит из изверженных, метаморфических и осадочных пород. Метаморфические и осадочные породы образовались в ходе разрушения магматических и метаморфических пород и переотложения продуктов их разрушения. Если бы происходил однонаправленный процесс осадкообразования без последующего превращения осадочных пород в магматические и метаморфические, то за 4 млрд. лет сформировалась бы кора осадочных пород толщиной 120 км. В действительности средняя мощность всей земной коры (включая магматические и метаморфические отложения) 33 км, а средняя мощность осадочной толщи — 2,2 км. Это объясняется тем, что осадочные толщи в значительной степени перерабатываются, превращаются в метаморфические и магматические породы (см. рис. III. 25). В общем виде последовательность процессов рисуется следующим образом: магматизм — выветривание — снос — осадкообразование — заглубление — метаморфизм — магматизм. Однако естественный ход процессов значительно сложнее описанной схемы. Описанный круговой процесс незамкнутый, так как на протяжении геологической истории происходил рост массы осадочных и метаморфических пород. Особенно значительно увеличилась доля карбонатных пород, кварцитов, песков, т. е. пород с простым химическим составом, мало подвергающихся выветриванию в термодинамических условиях земной поверхности.

После возникновения жизни в образовании осадочных пород большую роль стали играть живые организмы. Некоторые пласты осадочных пород сложены полностью остатками отмерших живых организмов.

На протяжении геологической истории земная кора неоднократно подвергалась воздействию горообразовательных процессов, интрузивного и эффузивного вулканизма и складчатых движений. Периоды активизации этих процессов получили название тектоно-магматических эпох. В самые ранние этапы геологической истории тектоно-магматические эпохи отделялись друг от друга отрезками времени в 300—500 млн. лет. Впоследствии эти отрезки времени между ними сокращались и в фанерозое равнялись 50— 150 млн. лет. Возможно, что сокращение промежутков времени между тектоно-магматическими эпохами кажущееся, поскольку фанерозой легче детализируется. Однако ряд ученых считает, что возрастание частоты тектоно-магматических процессов в ходе геологической истории — явление закономерное.

Наиболее изучены рифейская (байкальская) тектоно-магматическая эпоха (верхний протерозой), каледонская (нижний палеозой), герцинская (верхний палеозой), мезозойская (мезозой), альпийская (кайнозой).

Существенной чертой природы земной поверхности во все эпохи было чередование трансгрессий (наступания) и регрессий (отступания) моря. Они устанавливаются по характеру осадочных отложений соответствующего возраста. Трансгрессии и регрессии связаны со сложным сочетанием процессов колебания климата и объема вод гидросферы, а также с колебаниями емкости океанических впадин и высоты материков. На рис. IV. 1 показан характер изменения площади современных континентов, покрытых морями на протяжении фанерозоя. Отчетливо видны ее колебания, но в целом площадь суши росла. Это можно объяснить направленным изменением структуры земной коры в сторону увеличения площади ее материковых частей. Считают, что масса гидросферы на протяжении геологической истории скорее всего возрастала.

Изменение суммарной площади покрытых морями территорий современных континентов

Изменение суммарной площади покрытых морями территорий современных континентов

В докембрийское время, как и в более поздние геологические эпохи, характерной чертой климата Земли была его широтная зональность. А. С. Монин и Ю. А. Шишков (1979) считают, что из-за меньшей массы атмосферы в докембрийское время выравнивание широтных контрастов в процессе циркуляции было менее эффективным, чем в современную эпоху. Постепенный рост массы атмосферы и гидросферы способствовал уменьшению широтных различий, а также суточных и годовых контрастов температуры.

Труднее судить об изменении средней температуры земной поверхности в те далекие геологические периоды, так как температура определяется множеством факторов. В их числе парниковый эффект атмосферы, который зависит прежде всего от содержания Н2О и СО2, характер расположения материков (если обширные материки располагались в полярных районах, они скорее всего подвергались оледенению), характер вертикального обмена в океане и др. Вероятнее всего, на протяжении долгой докембрийской истории Земли температурный режим изменялся неоднократно. Есть свидетельства неоднократного образования континентальных ледниковых щитов. Самое первое достоверно установленное материковое оледенение относится к нижнему протерозою (более 2 млрд. лет назад). Оставленные им ледниковые отложения — тиллиты, обнаружены в протерозойских отложениях на юго-востоке Канадского щита. Тиллиты — древние ледниковые несортированные отложения (морены), подвергшиеся уплотнению, а иногда метаморфизации. Характеризуются отсутствием слоистости и наличием исштрихованных валунов разного размера. Особенно много тиллитов в отложениях верхнего рифея. Они найдены на многих материках, что свидетельствует о широком распространении материковых льдов в ту эпоху.