5.2. Ранний археи (4,0-3,5 млрд лет)

Раннеархейский этап развития Земли охватывает промежуток времени от 4,0 до 3,5 млрд лет, т. е. порядка 500 млн лет, что вполне сравнимо со всем фанерозойским эоном. Следует еще раз подчеркнуть, что верхний и особенно нижний пределы этого интер­вала являются не очень четкими, что связано с трудностями опре­деления абсолютного возраста пород.

Выделение древнейшего этапа в истории Земли, следы которо­го уже запечатлены в горных породах, связано с проблемой ком­плекса, относящегося к так называемым «серым гнейсам», впер­вые установленным на Канадском щите Северо-Американской платформы около 25 лет назад, хотя термин «серые гнейсы» уже давно употреблялся в Швеции. Породы этого комплекса пред­ставлены различными гнейсами тоналит-трондьемит-гранодиори-тового состава с включениями метавулканитов, метаосадочных по­род, амфиболитов, иногда железистых кварцитов, а также крис­таллическими сланцами. Тонадиты и трондьемиты — это средние по составу интрузивные породы из ряда гранодиорита — диорита. Их эффузивными аналогами являются анезиты и дациты, поэтому нередко считается, что породы комплекса «серых гнейсов» в целом близки андезитодацитовому или даже дацитовому составам. В «серый гнейсах» отмечается преобладание Ыа над К, относительно высокое содержание: N1, V и Сг, низкое — и, ТЪ, Р^Ь, ТЛ и очень низкое соотношение изотопов ⁸⁷5г/⁸⁶5г, равное 0,699—0,701. Таким •образом, понятие «серые гнейсы» является сборным; к ним отно­сятся древнейшие из известных на Земле породы, до метаморфи­ческих преобразований представленные эффузивными, интрузив­ными и гораздо реже осадочными породами. Следовательно, «се­рые гнейсы» — это полигенетический комплекс. Напомним, что

Таблица 5.1

Международная шкала*

Шкала Северной Евразии

Зон

Эра

Период

Акротема

Эонотема

Эратема

основание кембрия

основание кембрия

неопротерозои — 1000

-650 -850

венд

-650+20

О. О.

мезопротерозои —1600

палеопротерозои

-1200 -1400

-1800 -2050 -2300

о а. ш ь о а, С

верхний (каратавий)

-1000±50 —

средний (юрматиний)

-1350±50 —

2500 — Верхний _3000 —

средний -3500 —

нижний -4000 —

- 2500+50-

-1650+50

Верхний —3150+50

Нижний

нижний (бурзяний)

верхний карелий 1900+50

нижний Карелии

* Расчленение архея отличается. В Международной шкале архей не расчленен.

возраст комплексов «серых гнейсов» превышает 3,3—3,5 млрд лет, но и эти цифры нередко являются омоложенными. Поэтому под комплексом «серых гнейсов» часто понимают наиболее древ­ние породы, известные в пределах щитов платформ.

Распространение комплексов «серых гнейсов» в различных регионах Мира

Наиболее древние породы на земном шаре теперь известны практически на всех крупных платформах как северного, так и южного рядов (рис. 5.1). Чтобы попытаться реконструировать обстановки времени формирования этих древнейших пород, необ­ходимо рассмотреть строение и структуру наиболее представитель­ных районов распространения «серых гнейсов».

Комплекс «серых гнейсов» платформ северного ряда

Древнейшие породы в пределах платформ северного ряда развиты на Северо-Американской, Восточно-Европейской, Сибир­ской и Китайско-Корейской платформах, где они обнажаются в пределах щитов — выступов фундамента этих платформ.

На Северо-Американской платформе наиболее древние датиро­ванные породы обнажаются на Канадском щите в районе оз. Верх­него, на п-ове Лабрадор, юго-западе Гренландии и в провинции Слейв на западе щита. В первом из них,, где архейские образова­ния занимают самую большую площадь, в долине р. Миннесота, известны породы с возрастом 3,5—3,7 млрд лет по данным ИЬ—Бг и и—РЬ методов. Они представлены гнейсами тоналитового сос­тава с отдельными блоками и включениями гранулитов — пород высокой степени метаморфизма.

В субпровинции Унгава, на побережье Гудзонова залива, и в некоторых других местах провинции оз. Верхнего развиты поля гранулитов, возраст которых превышает 3 млрд лет, однако их истинный возраст может быть древнее, так как они подстилают более молодые зеленокаменные пояса. Так что эти гранулиты-мо­гут быть одновозрастны с комплексом тоналитовых гнейсов, сфор­мировавшихся в основном по изверженным породам.

В другой части Канадского щита, на п-ове Лабрадор, в облас­ти развития более молодых раннепротерозойских пород, распола­гается полоса ортогнейсов (гнейсов, сформировавшихся по интру­зивным породам) провинции Нейн. Эти кварц-полевошпатовые тоналитовые «серые гнейсы» с включениями основных эффузивов и осадочных пород местами прорываются дайками основных по­род, превращенных в амфиболиты. Абсолютный возраст гнейсов РчЬ—Бг методом оценивается в 3,6 млрд лет.

Третий район развития древнейших пород комплекса «серых гнейсов» — это юго-западная Гренландия, где общая площадь выходов архейских толщ превышает 120 000 км², однако еще большая их часть перекрыта ледником. В этом районе развит

51 Архейские протоплатформы и раннепротерозойские подвижные пояса в составе фундамента древних платформ

' ' ^к (по В. Е. Хаину):

стрелки показывают местонахождение «серых гнейсов» - древнейшей континентальной коры; 2 - архейские прото- ¹ платформы; 3 — раннепротерозойские подвижные пояса

знаменитый комплекс Исуа, в состав которого входят: амфиболи­ты, образовавшиеся за счет основных вулканитов; метариолиты; метаосадочные породы: железистые кварциты; конгломераты, в

гальках которых присутствуют кварциты; дуниты. Комплекс Исуа залегает по периферии гнейсового купола Амитсок, состоящего из кварц-полевошпатовых тоналитовых разностей гнейсов, обладаю­щих полосчатой или очковой текстурой. Радиометрический воз­раст гнейсов Амитсок и комплекса пород Исуа, определенный РЬ—РЬ, и—РЬ и Бгл—Не методами, составляет 3,7—3,8 млрд лет, т. е. это одни из древнейших пород на земном шаре. И гнейсы Амитсок, и породы Исуа прорываются дайками метабазитов Аме-ралик. В этом же районе развит более молодой комплекс гнейсов Нук, И—Эг изохронный возраст которых равен ~3,0 млрд лет, т. е. они значительно моложе комплексов Амитсок и Исуа, а также толща Малене, состоящая из амфиболитов и кварцевых парагнейсов, вмещающих пластовые интрузии анортозитов.

Все описанные выше породы очень сильно дислоцированы и образуют тектонические покровы, причем один эпизод формиро­вания покровов предшествовал образованию гнейсов Нук, а вто­рой — произошел позднее. Метаморфизм всех упомянутых обра­зований имел место в интервале 3,0—2,85 млрд лет и не превышал амфиболитовой фации. Только местами процессы происходили в условиях более высоких ступеней метаморфизма —- гранулитовой фации.

Таким образом, в Гренландии развит один из древнейших комплексов земной коры — раннеархейский, часть которого без­условно относится к «серым гнейсам», а другая — скорее харак­терна для зеленокаменных поясов (Исуа, Малене), о которых речь пойдет ниже. Однако контакты между этими образованиями в основном тектонические и очень трудно понять их истинные возрастные соотношения.

Сравнительно недавно на западе Канадского щита, в провин­ции Слейв, был обнаружен еще один район развития древнейших пород. Это гнейсы Акаста с возрастом 3,96 млрд лет — древней­шим из достоверно установленных на Земле.

На Восточно-Европейской платформе комплекс «серых гней­сов» обнажен в пределах Балтийского и Украинского щитов. В первом из них фрагменты этого комплекса достоверно установле­ны в Карелии и предположительно на Кольском полуострове, на его северо-восточном побережье и в центральной части. Древней­ший субстрат всех более молодых отложений слагается ортомета-морфическими плагиогнейсами, амфиболитами, метавулканитами, как правило, андезитового состава. Эти образования прорываются различными гранитоидами — диоритами, плагиогранитами, гра-нодиоритами, тоналитами, — в которых присутствуют ксенолиты более древних гнейсов. Все эти гранитоиды характеризуются циф­рами абсолютного возраста 3,2—3,1 млрд лет.

В центре Кольского полуострова, в Кейвской зоне, обнажается плагиогранитогнейсовый фундамент, отвечающий по своим харак-

теристикам комплексу «серых гнейсов». В Карелии и восточной Финляндии комплекс основания сохранился лишь в отдельных. местах, так как в позднем архее он был интенсивно гранитизиро-ван, и представлен амфиболитовыми, пироксеновыми, биотит-пла-гиоклазовыми гнейсами, тоналитами и гранулитовыми породами,, которые обладают ярко выраженной натровой специализацией и характеризуют изверженные породы среднего состава, близкие в.. целом к андезитам. Возраст «серых гнейсов» и—РЬ изохронным методом определен в Мурманском блоке в 3,13 млрд лет, —N(1. методом — в 3,2 млрд лет, но в Карелии уже есть определения и—РЬ методом в 3,3 млрд лет.

На Украинском щите древнейшие породы обнажаются в трех, субмеридиональных блоках: Среднеприднепровском, Орехово-Павлоградском и Подольском. Наиболее представительны из них породы, слагающие аульский комплекс в Среднеприднепровском блоке, который подстилает более молодые зеленокаменные обра­зования конкско-верховцевской серии. Аульский комплекс пред­ставлен биотитовыми и амфибол-биотитовыми гнейсами, амфибо­литами, а также роговообманковыми сланцами и амфиболитами. Радиометрический возраст комплекса оценивается в 3,7±0,1 млрд. лет. В других блоках также развиты гнейсовые и гранитогнейсо-вые комплексы, кристаллические сланцы, амфиболиты и грану-литы,'возраст которых явно превышает 3,0 млрд лет.

Таким образом, на Украинском щите, как и на Балтийском, древнейшие натровые серогнейсовые комплексы являются фунда­ментом для более молодых архейских, типично зеленокаменных серий пород, в которые они местами включены только фрагмен­тами. Все породы этого комплекса основания подверглись неодно­кратной гранитизации, метаморфизму и очень сильным деформа­циям. Несомненно, что «серые гнейсы» присутствуют и в пределах фундамента Русской плиты, где они перекрыты чехлом фанерозой-ских отложений, но обнаружение их — дело будущих исследова­ний, хотя попытки их выделения по данным бурения уже пред­приняты.

На Сибирской платформе серогнейсовые комплексы были об­наружены 10—12 лет назад. По данным В. И. Кицула и его кол­лег, они слагаются биотитовыми гнейсами, гранитогнейсами, пла-гиогнейсами, а также эндербит-чарнокитовой формацией, т. е. преимущественно гиперстеновыми гранитами, обнажающимися в центральной части Алданского щита и подстилающими более мо­лодую архейскую иенгрскую серию. Радиометрический возраст «серых гнейсов», определенный РЬ—РЬ методом, составляет около 3,4—3,5 млрд лет. Породы, представленные различными гнейсами, которые можно отнести к древнейшему основанию, в последнее время предполагаются на Анабарском массиве Сибирской плат­формы, а также в пределах ее обрамления: на Енисейском кряже и Омолонском массиве (3,4—3,5 млрд лет). Практически везде комплекс «серых гнейсов» образует куполовидные структуры, об­рамляемые более молодыми зеленокаменными поясами.

!

В пределах Китайско-Корейской платформы известны «серые гнейсы» с возрастом 2,9 и 3,3 млрд лет, которые входят в состав периферических участков архейских гранитогнейсовых куполов. «Определения радиометрического возраста включений в «серых гнейсах» по цирконам и—РЬ методом дали цифры в 3,67—3,65 млрд лет. Следует отметить, что кроме гнейсов, амфиболитов и мета-вулканитов в состав древнейшего комплекса входят железистые кварциты и мраморы.

Комплекс «серых гнейсов» платформ южного ряда

На платформах южного ряда — Южно-Американской, Афри­канской, Индостанской, Австралийской и Антарктической — древ­нейшие образования типа комплекса «серых гнейсов» распростра­нены во многих местах щитов этих платформ.

На Южно-Американской платформе подобные породы известны в пределах Гвианского и Бpaзильqкoгo щитов. В первом из них комплекс Иматака в бассейне р. Ориноко сложен орто- и пара­гнейсами, гранулитами, а материнскими породами части из них •служили изверженные породы среднего состава, близкие диоритам и андезитам с возрастом более 3,4 млрд лет, но претерпевшие пов­торное метаморфическое омоложение в позднем архее — раннем протерозое.

На Бразильском щите в ряде мест развиты кварц-полевошпа­товые и биотитовые ортогнейсы, гранитогнейсы, чарнокиты (ги­перстеновые граниты), а также первично осадочные породы, пре­вращенные в парагнейсы, кварциты и железистые кварциты — джеспилиты. Радиометрические датировки этих образований, под­стилающих более молодые зеленокаменные толщи, колеблются от 3,5—3,4 до 3,2—3,1 млрд лет.

Африканская платформа характеризуется серогнейсовыми комплексами, распространенными на юге — в Свазиленде, Зим­бабве и на о. Мадагаскар. Везде они представлены гранитогнейса-ми, плагиогнейсами, кварц-полевошпатовыми и биотитовыми гней­сами, имеющими в целом тоналит-трондьемитовый состав и радио­метрический возраст от 3,6 до 3,1 млрд лет. Во многих местах наблюдается налегание древнейших зеленокаменных образований на эти гнейсы, образующие комплекс их основания.

Наиболее древние гнейсовые комплексы Индостанской плат­формы с радиометрическим возрастом 3,4—3,3 млрд лет образуют обширные выходы на юге Индостанского полуострова. По составу они отвечают тоналитам, но иногда в них присутствуют и мета-осадочные породы, а также метабазиты и амфиболиты, коматииты и другие представители зеленокаменных толщ, однако истинные соотношения между ними не очень ясны. Положение тоналитового комплекса «серых гнейсов» на Индостанской платформе такое же, как и на других: они слагают фундамент всех более молодых по­род.

На Австралийской платформе, в ее западной части, распола­гаются два крупных блока фундамента платформы — Пилбара и йилгарн, — где в составе крупных метаморфических куь'олов выс­тупают биотитовые гнейсы, гранитогнейсы, гранодиориты, тонали-ты и другие породы, т. е. типичные представители комплекса «се­рых гнейсов», с возрастом 3,5—3,3 млрд лет. Гнейсовые купола окаймляются зеленокаменными толщами, слагая их основание.

И наконец, в пределах Антарктической платформы геологами России в районах Земли Эндерби и гор Принца Чарльза были выделены два комплекса пород, состоящих из различных гнейсов, гранитогнейсов, чарнокитов, эндербитов (натриевых чарнокитов), образующих структуры типичных гнейсовых куполов — с пологим залеганием пород на сводах и сложной складчатостью по краям куполов. Радиометрический возраст пород колеблется от 3,9 до 3,2 млрд лет, а меньшие цифры, по-видимому, отвечают этапам наложенного метаморфизма.

Условия формирования древнейших комплексов пород — «серых гнейсов»

Несмотря на то что под термином «серые гнейсы» понимается комплекс достаточно разнообразных генетически и по возрасту пород, их общий облик вполне определенный. В подавляющем большинстве случаев это плагиогнейсы тоналитового, трондьеми-тового и гранодиоритового состава с возрастом 4,0—3,4 млрд лет. По химическому составу они отвечают андезит-дацит-риолитовой известково-щелочной серии пород. В основном «серые гнейсы» яв­ляются исходно-магматическими и по петрохимическим и геохи­мическим особенностям отличаются от таких же по составу пород, образовавшихся в более поздние геологические эпохи. Существуют разногласия по поводу типа и состава первичных пород, из кото­рых сформировались «серые гнейсы». Наиболее распространенная точка зрения заключается в признании вулканической природы «серых гнейсов» за счет плавления базальтов и коматиитов, с участием вулканогенно-осадочных и осадочных пород, а также интрузивных тел. Бимодальность вулканических серий подчерки­вается присутствием амфиболитов, образовавшихся по базитовым вулканитам.

Во многих местах наблюдается сложная тектоническая струк­тура «серых гнейсов» с образованием тектонических покровов и гранитогнейсовых куполов. Все исходные породы комплекса «серых

гнейсов» подверглись интенсивным процессам метаморфизма и гранитизации.

Таким образом, особенности пород комплекса «серых гнейсов», несмотря на их сходство, свидетельствуют о том, что уже в ран­нем архее условия формирования исходных пород были разнооб­разны.

«Серые гнейсы» почти везде подстилают породы зеленокамен-ных архейских поясов. Но вместе с тем есть и включения их фрагментов в гнейсы, например в комплексе Исуа в Гренландии, Очевидно, здесь мы имеем дело с более древними зеленокаменны-ми породами. Где они были распространены и какие структуры, слагали, можно лишь предполагать. Весьма вероятно, что сущест­вовала еще более древняя базитовая кора, чем «серогнейсовая», сходная с современной океанской, и не исключено, что в ее обра­зовании важную роль играла метеоритная бомбардировка, когда в ударных кратерах формировались базальтовые лавовые покро­вы. Переплавление этой коры и могло создать «серые гнейсы».

Как бы то ни было, в конце раннего архея (3,5 млрд лет на­зад) уже была создана земная кора сиалического, т. е. континен­тального, типа, а слагающие ее известково-щелочные серии вулка­нитов среднего состава и такие же интрузивы образовались из* магмы, выплавленной под этой корой, т. е. в верхах мантии. Была ли эта сиалическая кора сплошной или слагала ограниченные участки на земной поверхности, остается пока неясным. Важно подчеркнуть, что в этой коре уже имела место дифференциация как по вертикали, так и по латерали.

Существовали ли в раннем архее атмосфера и гидросфера? На этот вопрос следует ответить положительно. Ряд исследователей полагают, что и та и другая формировались одновременно с зак­лючительной стадией аккреции планеты за счет интенсивной, почти катастрофической или взрывной дегазации ее недр. При этом первичной земной корой было утеряно большинство летучих соединений. Первичная атмосфера могла напоминать современ­ную венерианскую, может быть и марсианскую, и состояла в ос­новном из СОг с некоторым количеством N и Н₂0. Возможны примеси ЫНз, СН₄, НгБ. Температура была намного выше совре­менной, но неясно, достигала ли она точки кипения воды. Другая группа ученых считает, что атмосфера и гидросфера формирова­лись постепенно, за счет такой же постепенной дегазации Земли. Наличие гидросферы подтверждается водным происхождением кварцитов в древнейшем комплексе Исуа в Гренландии.

Следовательно, конец раннеархейского времени, т. е. около 3,5 млрд лет назад, ознаменовался формированием океанской и континентальной коры, мантии, ядра, гидросферы и атмосферы, делающих ее сходной с современным обликом Земли, для образо­вания которого потребовался всего 1 млрд лет с момента рожде­ния планеты. Необходимо подчеркнуть, что органическая жизнь к этому времени уже существовала, как это доказывают ее следы в комплексе Исуа.