Докембрий
Материал из Documentation.
Докембрий — название части геологической истории Земли, предшествующей кембрийскому периоду. Продолжительность докембрия ок. 3,5 млрд лет, что составляет 86 % всей геологической истории Земли. Самый древний возраст (4,4-4,2 млрд лет) имеют обломочные минералы цирконы в кварцитах района Джэк-Хилс (кратон Йилгарн, Зап. Австралия). Возраст наиболее древних из датированных докембрийских пород — гнейсов Акаста кратона Слейв Канадского щита 3,9-4 млрд лет.[1]
Впервые стратиграфическое расчленение докембрийских образований провёл В. Логан (1863), выделивший в районе Великих озёр Канады Лаврентийскую и Гуронскую формации. Амер. геолог Дж. Дана в 1872 для обозначения всех докембрийских метаморфич. образований Сев. Америки ввёл термин архей. Др. амер. геологи, Э. Эммонс и С. Уолкотт, в 1888 выделили верхнюю часть докембрийских образований под назв. протерозой, а для нижней части сохранили назв. «архей». Деление Д. на архей и протерозой стало общепринятым. Позднее в разл. регионах мира были обособлены слабоизменённые толщи пород верхнего протерозоя, заключающие комплексы строматолитов; они получили наименования: альгонк в Сев. Америке (С. Уолкотт, 1889), эокембрий в Зап. Европе (С. Брэггер, 1900), синий в Китае (А. Грэбо, 1922), рифей в России (Н. С. Шатский, 1945). Самый верхний докембрийский комплекс терригенных пород в зап. части Восточно-Европейской равнины выделен Б. С. Соколовым в 1952 как вендская система.[2]
В нач. 21 в. используются шкала докембрия Сев. Евразии (принятая в России) и междунар. шкала докембрия.[3]
Содержание |
[править] Докембрийские комплексы и структуры
Комплексы раннего Д. (архей и ранний протерозой) слагают фундамент древних платформ и выходят на поверхность в пределах их щитов, а также в ядрах складчатых сооружений. Раннедокембрийские образования испытали метаморфизм разл. степени (от гранулитовой до зеленосланцевой фации) и представлены гнейсами, мигматитами, кристаллич. сланцами, амфиболитами, а также джеспилитами, кварцитами и мраморами. Они образуют мощные толщи, смятые в складки и прорванные интрузиями основного (габбро и др.) и кислого (граниты, гранодиориты) составов. Толщи пород платформенного типа изменены относительно слабо и представлены карбонатно-терригенными отложениями. Раннеархейские образования представлены т. н. серыми гнейсами — гранитогнейсами тоналит-трондъемит-гранодиоритового состава (фрагментами первичной континентальной коры). Средне- и позднеархейские комплексы слагают гранит-зеленокаменные области, включающие гранитогнейсовые поля и линейно вытянутые зеленокаменные пояса, в строении которых участвуют метаморфизованные основные и ультраосновные вулканиты (коматииты), последовательно дифференцированные (от базальтов через андезиты к дацитам и риолитам) серии вулканитов, реже контрастно дифференцированные (базальт-риолитовые) серии вулканитов, а также осадочные и вулканогенно-осадочные образования. Гранит-зеленокаменные области разделяются надвинутыми на них позднеархейскими гранулито-гнейсовыми поясами, отличающимися сложной структурой и более высокой степенью метаморфизма слагающих их первично-осадочных и вулканогенных пород. Гранулито-гнейсовые пояса имеют коллизионную природу. Зеленокаменные пояса формировались на первичной континентальной («серогнейсовой») коре в условиях тектонич. растяжения и образования бассейнов с корой океанич. типа; их развитие завершилось складчато-надвиговыми деформациями, метаморфизмом пород и внедрением калиевых гранитоидов. Многократный гранитоидный диапиризм разделил эти пояса на узкие зоны. В позднем архее в отд. впадинах накапливались протоплатформенные осадочные чехлы (в Юж. Африке). Следствием процессов складчатости, метаморфизма, гранитизации стало образование к концу архея обширных областей со зрелой континентальной корой, которые составили основу фундамента (ядра) древних платформ.[4]
Раннепротерозойские вулканогенные, вулканогенно-осадочные и осадочные породы залегают в протоплатформенных впадинах (Удоканской на Сибирской платформе, Трансваальской на Африканской платформе и др.) и рифтогенных прогибах — протоавлакогенах (Печенга-Имандра-Варзугском на Балтийском щите), слагают подвижные пояса, заложившиеся в результате деструкции архейской континентальной коры и развивающиеся по Вилсона циклу. В некоторых подвижных поясах (Свекофеннском на Балтийском щите, Трансгудзонском на Канадском щите) выявлены офиолиты. Широко распространены раннепротерозойские зоны тектонотермальной переработки (напр., на Балтийском щите), коллизионные гранулито-гнейсовые пояса (Лимпопо на Африканской платформе, Лапландско-Беломорский на Балтийском щите). Известны раннепротерозойские вулканоплутонич. пояса (Акитканский на Сибирской платформе, Трансскандинавский на Балтийском щите). Для протоплатформенных структур типичны расслоенные лополиты (Бушвелдский, Сёдбери и др.), а также плутоны гранитов рапакиви. В конце раннего протерозоя замыкание подвижных поясов, сопровождающееся складчатостью, метаморфизмом и гранитизацией пород, привело к объединению континентальных блоков земной коры и становлению фундамента ряда платформ (Сибирской, Китайско-Корейской).[5]
Формации позднего Д. (рифея и венда) представлены мощными толщами кварцевых песчаников и кварцитов, глинистых сланцев и филлитов, разл. вулканогенными образованиями, известняками и доломитами со строматолитами, флишоидными и грубообломочными отложениями. На платформах сев. ряда позднедокембрийские толщи в осн. залегают в авлакогенах и слагают нижние горизонты платформенного чехла. На платформах южного (гондванского) ряда они выполняют платформенные впадины (напр., Виндийскую синеклизу на Индостанской платформе; Тауденни, Конго — на Африканской; Сан-Франсиску — на Южно-Американской), слагают подвижные пояса (напр., Дамарско-Катангский на Африканской платформе, Центральнобразильский — на Южно-Американской) и гранулито-гнейсовые пояса (напр., Восточно-Гатский на Индостанской платформе, Мозамбикский — на Африканской). В периферич. частях Северо-Американской, Южно-Американской, Восточно-Европейской платформ известны раннесреднерифейские вулканоплутонич. пояса. Породы самой верхней части Д. (верхний рифей и венд) принимают участие в строении Северо-Атлантического, Средиземноморского, Урало-Охотского подвижных поясов. В начале позднего докембрия континентальная кора подверглась частичной деструкции и была вновь консолидирована в конце среднего рифея (завершение становления фундамента Северо-Американской, Восточно-Европейской, Индостанской, Австралийской платформ; образование суперконтинента Родиния). В позднем рифее при распаде Родинии возникли бассейны с океанич. корой (Протояпетус, Прототетис и Палеоазиатский океан), разделившие платформы сев. ряда и отделившие их от платформ юж. ряда, составивших в конце Д. Гондвану.[6]
В Д. имели место многочисл. докембрийские эпохи тектогенеза, происходили неоднократные оледенения. Четыре ледниковых горизонта присутствуют в нижнем протерозое и свыше четырёх — в верхнем рифее и венде (в том числе широко распространённый лапландский ледниковый горизонт).[7]
[править] Органический мир
В раннем Д. появились первые живые существа, прокариотич. организмы — археи, бактерии, в том числе цианобактерии, благодаря которым в атмосфере впервые образовался свободный кислород. Продукты жизнедеятельности цианобактерий — строматолиты и онколиты, а также микроскопич. нитеподобные образования их оболочек (акритархи) обнаружены в породах архея. Временем массового развития цианобактерий стал протерозой, особенно рифей. В протерозое появились первые эукариотические организмы, представленные грибами, водорослями и примитивными животными, проявления жизнедеятельности которых (норки, следы ползания и др.) известны в породах с возрастом 1,2 млрд лет (средний рифей). Конец Д. (венд) отмечен бурным расцветом фауны многоклеточных бесскелетных организмов — т. н. эдиакарской фауны.[8]
[править] Полезные ископаемые
В докембрийских комплексах сосредоточено ок. 80 % мировых запасов руд. К архейским зеленокаменным поясам приурочены месторождения руд золота, железа, хрома, никеля, меди (Юж. Африка, Австралия, Канада). В архейских протоплатформенных отложениях на юге Африки заключены уникальные запасы руд золота и урана (Витватерсранд). С раннепротерозойскими структурами связаны месторождения железистых кварцитов (Курская магнитная аномалия, Криворожский железорудный бассейн, Хамерсли и др.), хромитов (Великая Дайка, Бушвелдский комплекс), медистых песчаников (Удоканское месторождение), ураноносных конгломератов (Эллиот-Лейк в Канаде), руд марганца (многочисл. месторождения в Индии, Нсута в Гане), золота (месторождения в Гане), а также колчеданно-полиметаллических (Брокен-Хилл) и медно-никелевых руд (Сёдбери в Канаде). К позднепротерозойским складчатым поясам приурочены месторождения стратиформных руд кобальта, никеля, свинца, цинка, урана, меди (меденосный пояс в Демократической Республике Конго и Замбии), редкометалльные месторождения (в Бразилии, Танзании) и др. Отложения самой верхней части Д. (венд) вмещают залежи фосфоритов (Вост. и Юго-Вост. Азия) и углеводородного сырья (Восточная Сибирь).[9]
[править] Эоны
[править] Архей
Самые древние определения радиометрического (изотопного) возраста пород архея — 3800-3960 млн лет (северо-запад Канады, юг Гренландии, восток Антарктиды); верхняя граница архея датируется 2500 млн лет. Общая продолжительность архея более 1450 млн лет. Термин «архей» впервые был использован амер. геологом Дж. Дэна в 1872 для обозначения всех докембрийских метаморфич. образований Сев. Америки. В 1888 амер. геолог Э. Эммонс выделил верхнюю часть докембрийских образований под назв. «протерозой», а для нижней части сохранил назв. «архей». В Общей стратиграфич. (геохронологич.) шкале докембрия территории СССР 1991 А. обозначен как акротема (акрон) и подразделяется на две эонотемы — нижний А. и верхний А. (им соответствуют геохронологич. подразделения — эоны: ранний А. и поздний А. с границей 3150 млн лет). В Междунар. стратиграфич. шкале 2004 архей рассматривается как эонотема (эон) и подразделяется на 4 эратемы (эры): эоархей, палеоархей, мезоархей и неоархей, возраст границ которых 3600, 3200 и 2800 млн лет соответственно.[10]
Архейские образования слагают большую часть фундамента древних платформ и выходят на поверхность в пределах их щитов — Балтийского, Алданского, Канадского и др., а также в ядрах крупных антиклинориев в складчатых поясах. Все породы А. интенсивно метаморфизованы и представлены гнейсами, кристаллическими сланцами, амфиболитами, реже — кварцитами и мраморами, которые повсеместно прорваны многочисл. гранитными интрузиями архейского и более молодого возраста. Для архея характерны два гл. типа структур: гранит-зеленокаменные области и гранулито-гнейсовые пояса. В строении гранит-зеленокаменных областей различают гранитогнейсовые поля и разделяющие их зеленокаменные пояса. Гранитогнейсовые поля в осн. сложены гранитоидами, среди которых выделяется т. н. формация «серых гнейсов» — реликт протоконтинентальной коры раннесреднеархейского возраста (натриевые гранитогнейсы, амфиболиты, кристаллические сланцы). На этой коре в позднем А. в процессе рифтогенеза закладывались зеленокаменные пояса, сложенные мощными (до 10-15 км) толщами метаморфизованных в зеленосланцевой фации вулканитов и отчасти осадочных пород. Развитие зеленокаменных поясов завершилось складчато-надвиговыми деформациями, метаморфизмом и внедрением калиевых гранитоидов. Позднеархейские гранулито-гнейсовые пояса, разделяющие гранит-зеленокаменные области и надвинутые на них, отличаются сложной структурой и более высокой степенью метаморфизма слагающих их первично-осадочных и вулканогенных образований. В конце А. с завершением развития зеленокаменных и гранулито-гнейсовых поясов сформировались обширные области со зрелой континентальной корой мощностью 30-40 км (ядра древних платформ), которые, возможно, составили единый суперконтинент Пангея 0.[11]
В породах А. обнаружены остатки одноклеточных прокариотич. организмов — таких, как археи, бактерии, в том числе цианобактерии, продуктами жизнедеятельности которых являются строматолиты и онколиты, а также эукариотич. организмов. Благодаря цианобактериям в атмосфере впервые появился свободный кислород.[12]
С комплексами А. связаны месторождения хромитов (Австралия, Сев. Америка, Африка), руд меди и никеля, золота, железа (Сев. Америка, Сев. Европа, Австралия), редких металлов, силлиманита, корунда, колчеданно-медно-золотосеребряная минерализация. Наиболее значительные месторождения связаны с магматическими комплексами зеленокаменных поясов.[13]
[править] Протерозой
Раннепротерозойский этап развития Земли связывается с расколом суперконтинента Пангея 0 и формированием крупных подвижных поясов, разделяющих ядра древних платформ (кратонов). Во второй половине раннего протерозоя в результате позднекарельского тектогенеза (1800—1700 млн лет назад) сформировался суперконтинент Пангея I, в крупных впадинах на поверхности которого накапливался платформенный чехол (напр., в Удоканском терригенном прогибе Сибирской платформы). Позднепротерозойский этап начинается распадом Пангеи I и формированием тектонических структур, близких к современным: крупных кратонов, океанических бассейнов, островных дуг, офиолитовых поясов, микроконтинентов, краевых и межкратонных прогибов (так, на месте Урала образовался мор. бассейн, заполнившийся терригенно-карбонатным комплексом мощностью св. 10 км). На окраинах кратонов накапливались комплексы, сходные с таковыми совр. пассивных окраин (напр., на периферии Сибирской платформы). Последующие тектонич. и магматич. события гренвильского тектогенеза (1100—1000 млн лет назад) обусловили объединение разрозненных блоков континентальной коры с образованием нового суперконтинента Родиния. Дальнейшая история протерозоя (1000—540 млн лет назад) — распад Родинии, образование океанических бассейнов (в том числе Палеоазиатского океана) с островными дугами по обрамлению, обособление отд. континентов (Гондвана, Лаврентия, Балтика, Сибирь).[14]
В протерозое происходили неоднократные оледенения. Наиболее древнее Гуронское оледенение (ок. 2100 млн лет назад) вызвало существенное окисление гидро- и атмосферы, появление оксигенного фотосинтеза, образование красноцветных отложений и окисленных палеопочв. В конце позднего протерозоя, 754—542 млн лет назад, проявилась серия крупных оледенений, составляющих африканскую гляциоэру. Эта гляциоэра объединяет несколько ледниковых периодов (гляциопериодов), которые повторялись через 25-50 млн лет и продолжались от 1-2 до 3-5 млн лет. Гляциопериоды, на протяжении которых неоднократно чередовались оледенения и межледниковья, обусловили ускорение эволюции биоты. По мнению некоторых исследователей, с гляциоэрой ассоциируется увеличение скорости субдукции и общего остывания Земли, о чём свидетельствует ряд фактов, в том числе обнаружение высокобарич. комплексов минералов, характерных для глубин св. 100 км, с возрастом 750—530 млн лет, извлечённых из древних зон субдукции (установлены в России, Сев. Казахстане, Китае, Австралии, Африке). Ускорение субдукции вызвало гидратацию верхней мантии Земли над зоной субдукции и, по мнению японского учёного С. Маруямы, общее поднятие континентов, расширение шельфа, образование крупных рек, то есть существенные изменения в палеогеографии и условиях развития биосферы.[15]
Развитие органического мира на протяжении б. ч. протерозоя задокументировано недостаточно; наиболее многочисленные находки датируются начиная с 1600 млн лет назад. В нижней части мезопротерозоя Китая, Австралии и Сибири (возраст пород 1400—1200 млн лет) впервые появляются акритархи, имеющие относительно крупные размеры оболочки клеток и признаки, указывающие на возможное присутствие цитоскелета. В конце мезопротерозоя — начале неопротерозоя формируются все совр. планы строения клеток эукариотич. организмов. В частности, в верхнем мезопротерозое Канадского Арктического архипелага (возраст пород 1260—950 млн лет) выявлены, как полагают, древнейшие ископаемые остатки красных водорослей; в неопротерозойских отложениях Шпицбергена (возраст 750 млн лет) представлены древнейшие зелёные водоросли. В составе ископаемой микробиоты вблизи границы мезо- и неопротерозоя (1030—1000 млн лет) из лахандинской серии (Учуро-Майский р-н, Юго-Вост. Сибирь) присутствуют древнейшие грибы и оомицеты. Ископаемые протисты — амёбозои (Amebozoa) широко распространены в отложениях неопротерозоя США (возраст 742 млн лет). Вероятно, в это же время появились и Holozoa — группа эукариот, к которой относятся многоклеточные (Metazoa) и одноклеточные (Choanoflagellatea) организмы. Однако в последние годы сформировалась точка зрения о более раннем появлении и расцвете вышеназванных групп. Ряд исследователей (А. Ю. Розанов и др.) описывают древнейшие зелёные водоросли и реликты многоклеточных организмов из нижнего протерозоя Карелии (возраст пород ок. 2450 млн лет). Молекулярно-биологич. методы датировки в изучении формирования глобальных таксонов показывают: эволюция клетки и развитие одноклеточных эукариот протекала 2200—1800 млн лет назад; общий предок грибов появился 1200(1600?) млн. лет назад, а водорослей и наземных растений — 1060 млн лет назад. В венде (580—535 млн лет назад) впервые появляются достоверные ископаемые остатки животных и следы их жизнедеятельности, формируется разнородная ассоциация мягкотелых макроскопических организмов — т. н. венд-эдиакарская мягкотелая биота.[16]