История Земли
Материал из Documentation.
Содержание |
[править] Докембрий
[править] Катархей
Согласно совр. представлениям, Земля в составе Солнечной системы образовалась ок. 4,5 млрд. лет назад вследствие гравитац. сжатия первичного газово-пылевого облака. При формировании Земли происходили дифференциация вещества и постепенный разогрев недр в осн. за счёт теплоты, выделявшейся при распаде радиоактивных элементов (урана, тория и др.).[1]
После аккреции, длительность которой разл. учёными оценивается от 10 до 150 млн лет, Земля была сильно разогрета и существенно расплавлена. Она дифференцировалась на жидкое металлич. (гл. обр. железное) ядро и силикатную мантию, верхняя часть которой представляла собой «океан магмы» толщиной несколько сотен км. Осн. масса воды была частью плотной протоатмосферы из водяного пара и газов (в осн. углекислого газа и азота). Некоторые учёные предполагают более позднее образование атмосферы в результате дегазации земных недр в ходе постепенного остывания планеты.[2]
З. начала остывать со скоростью 100 °C за 1 млрд лет. При охлаждении «океана магмы» на его поверхности возникла твёрдая корка — первичная земная кора (являющаяся одновременно протолитосферой), возможно, базальтового состава. З. испытывала метеоритную бомбардировку, в результате чего на её поверхности формировались многочисл. ударные кратеры (астроблемы) разл. размеров. В местах падений метеоритов происходили излияния лав. Когда темп-ра поверхности З. стала меньше темп-ры кипения воды, из протоатмосферы выпало огромное количество воды, которая образовала Мировой океан; вода частично выделилась в процессе дефлюидизации мантии при её охлаждении и кристаллизации (по мнению других исследователей, именно этому процессу принадлежит гл. роль в формировании гидросферы З.).[3]
Разделение протолитосферы З. на плиты небольших размеров произошло ок. 4,3-4 млрд лет назад, чему способствовали конвекционные течения в мантии и подъём мантийных плюмов (восходящих потоков разогретого глубинного вещества). Кроме того, в результате излияния лав ультраосновного состава (коматиитов) сформировались участки с плотной протолитосферой, которые начали погружаться в нижележащую частично расплавленную мантию (протоастеносферу). Началась «эмбриональная» тектоника плит. В зонах раздвижения плит происходило новообразование океанической коры, а в зонах сближения возникли зоны поддвига (субдукции) и/или скучивания протолитосферы. Над зонами субдукции и в местах тектонического скучивания и утолщения первичной базальтовой коры возникли очаги андезитовой магмы, ставшей основой для формирования вещества континентальной коры.[4]
[править] Архей
Большая часть поверхности Земли была занята океаном с корой базальт-коматиитового состава, в пределах которого существовали многочисл. вулканич. андезитовые дуги (развивались над зонами погружения литосферных плит в мантию), а также внутриплитные и межплитные вулканич. плато типа современной Исландии (формировались над мантийными плюмами). Верхняя мантия была более горячая, чем современная, и субдуцирующие (погружающиеся) в неё литосферные плиты быстро разогревались, не проникая в нижнюю мантию. Из мантии выплавлялось большое количество лав ультраосновного состава. В процессе субдукции междуговое пространство постепенно сокращалось и происходило столкновение вулканических дуг, следствием чего стало образование участков протоконтинентальной коры («ядер» будущих континентов). В конце архея в пределах консолидированных участков континентальной коры существовали озёрно-речные системы, накапливались протоплатформенные чехлы (известны на юге Африки и на западе Австралии). В завершение архея в результате коллизии (столкновения) многочисл. «ядер» с протоконтинентальной корой и крупномасштабного гранитоидного калий-натриевого магматизма сформировались обширные области со зрелой континентальной корой — континенты (или первый в геологич. истории З. суперконтинент Моногея, называемый также Пангея 0). На протяжении архейского этапа развития З. сформировалось 50-70 % (возможно, и более) объёма вещества совр. коры континентов. В течение архея вода в океане постепенно охлаждалась. Рубеж 2,5 млрд лет назад знаменуется первым известным глобальным оледенением — Гуронским.[5]
В начале архея в условиях относительно плотной углекислотно-азотной атмосферы и сравнительно высоких темп-р появились первые прокариоты. Их древнейшие ископаемые остатки обнаружены в метаморфич. породах Гренландии (возраст ок. 3,85 млрд. лет). Раннеархейские организмы (возраст ок. 3,5 млрд. лет) представлены разл. группами архей (архебактерий) и бактерий. В позднем архее произошло частичное удаление из атмосферы СО2, снижение атмосферного давления и темп-ры. Сообщества теплолюбивых прокариот уступили место более холодостойким формам, широко распространились фотосинтезирующие микроорганизмы (в осн. цианобактерии). В конце архея (ок. 2,7–2,5 млрд. лет назад), возможно, появились эукариоты, в т. ч. зелёные водоросли.[6]
Благодаря жизнедеятельности цианобактерий в атмосфере Земли впервые появился свободный кислород.[7]
[править] Протерозой
Общее охлаждение Земли привело к тому, что погружающиеся в мантию литосферные плиты стали достигать её нижних частей; это привело к упорядочиванию всей системы конвекции в мантии и возникновению долговременных тектонич. суперконтинентальных циклов. На протяжении этого этапа геологич. истории З. континенты распадались и собирались, океаны раскрывались и закрывались. С периодичностью в 750 млн лет формировались относительно стабильные суперконтиненты, состоявшие почти из всех имевшихся континентальных масс. Менее стабильные во времени суперконтиненты образовывались, возможно, в середине суперконтинентальных циклов (2125, 1375 и 625 млн лет назад).[8]
Не ранее 2,5 и не позднее 1,0 млрд лет назад обособилось внутреннее ядро З. (вероятнее всего, 1,7 млрд лет назад).[9]
В начале раннего протерозоя позднеархейский суперконтинент распался в результате образования континентальных рифтов, последующего преобразования их в межконтинентальные рифты и начала спрединга (новообразования океанич. коры). Возникшие океанич. бассейны, разделившие континентальные массы и породившие раннепротерозойские подвижные пояса, развивались по Вилсона циклу. Закрытие океанич. бассейнов в результате коллизии ограничивающих их континентальных блоков привело в конце раннего протерозоя (1,8-1,6 млрд лет назад) к возникновению нового суперконтинента — Мегагея (также называемый Пангея I). В конце раннего рифея (по междунар. стратиграфич. шкале — начало мезопротерозоя) суперконтинент претерпел частичный распад и возродился в конце среднего рифея (конец мезопротерозоя, ок. 1 млрд лет назад), образовалась Родиния, или Пангея II. В начале позднего рифея Родиния распалась на Лаврентию (Северо-Американская платформа), Балтику (Восточно-Европейская платформа), Сибирь (Сибирская платформа), Сино-Корею (Китайско-Корейская платформа), Янцзы (Южно-Китайская платформа), Тарим (Таримский массив), Баренцию-Гиперборею (гипотетич. Гиперборейская платформа) и в значит. степени консолидированную Гондвану (объединяла платформы юж. ряда — Южно-Американскую, Африканскую, Индостанскую, Австралийскую, Антарктическую). Древние континенты разделились новообразованными океанич. бассейнами, которые в дальнейшем породили подвижные пояса фанерозоя: Протояпетус (Северо-Атлантический пояс), Прототетис (Средиземноморский пояс), Палеоазиатский океан (Урало-Охотский пояс). Все континентальные глыбы, вероятнее всего, окружал океан Прапацифик, на границе которого с материками развивался Тихоокеанский подвижный пояс.[10]
В протерозое отмечается разнообразие эукариот: ок. 2,3–2 млрд. лет назад уже существовали микроскопич. грибы, ок. 1,8 млрд. лет назад появились многоклеточные растения и животные (губки). Как и в архее, в протерозое происходило накопление продуктов жизнедеятельности цианобактерий (строматолиты) и др. бактерий (совр. залежи некоторых руд). К 1-й пол. протерозоя относят самые древние ископаемые остатки и следы передвижения целомических многоклеточных животных (ок. 1,5–1 млрд. лет). Предполагаемые древнейшие кишечнополостные известны из отложений, возраст которых ок. 1,5 млрд. лет. Примерно 1,3–1 млрд. лет назад началось резкое увеличение разнообразия эукариот благодаря стабилизации солевого состава и объёма мор. вод.[11]
В венде (ок. 600–535 млн. лет назад) происходил расцвет фауны разнообразных бесскелетных многоклеточных организмов, некоторые из которых были похожи на совр. беспозвоночных: медуз, мягких восьмилучевых кораллов, плоских и кольчатых червей, членистоногих, моллюсков, иглокожих. В это время появились первые крупные животные (более 1 м длиной). У немногих групп имелся органический скелет.[12]
В течение протерозоя постепенно увеличивалось содержание О2 и уменьшалось количество углекислого газа в атмосфере, изменялся солевой режим гидросферы. Вероятно, в связи с этими процессами на рубеже венда и кембрия (ок. 542–535 млн. лет назад) мн. организмы приобрели способность к образованию минерального (известкового, кремнёвого, фосфатного) скелета. Возможно, способность к формированию скелета стала главной причиной кембрийского «эволюционного взрыва», в ходе которого возникли основные типы многоклеточных животных и сложились морские бентосные сообщества современного облика.[13]
[править] Фанерозой
В конце протерозоя и в палеозое подвижные пояса претерпели сложную и многоэтапную эволюцию. Завершение их развития (за исключением Тихоокеанского пояса) в связи с закрытием океанов и коллизией древних континентов привело в начале мезозоя к формированию суперконтинента Пангея.[14]
Распад Пангеи, начавшийся на рубеже ранней и средней юры (ок. 175 млн лет назад), привёл к новообразованию современных Атлантического, Индийского, Сев. Ледовитого океанов, а также океана Неотетис. Раскрытию океанов во многих регионах З. в меловом периоде предшествовал плюмовый платобазальтовый (трапповый) вулканизм (трапповые провинции Парана в Юж. Америке, Этендека в Африке, Деканская на п-ове Индостан и др.). При закрытии Неотетиса, в пределах которого существовали многочисл. микроконтиненты — «отторженцы» Гондваны, разделявшие этот океан на отд. бассейны, сформировался Альпийско-Гималайский подвижный пояс (гл. деформации в конце эоцена — начале олигоцена). Реликтовыми бассейнами Неотетиса являются Ионическая и Левантийская котловины вост. части Средиземного моря. В мезозое в результате рифтогенеза в тылу вулканич. островных дуг сформировались Восточно-Черноморская, Западно-Черноморская и Южно-Каспийская впадины, а в кайнозое — впадины зап. части Средиземного м. (Алжирская котловина, Тирренское м.). Площадь Тихого ок. (реликт Прапацифика) на протяжении мезозоя и кайнозоя сокращалась за счёт надвигания на него смежных континентов. В Тихоокеанском подвижном поясе в мезозое и кайнозое произошли важные тектонич. события. Столкновение в конце мезозоя системы островных дуг с окраинами Сев. Америки и Юж. Америки привело к формированию складчато-покровного горного сооружения Кордильер и к складчатым деформациям в Центр. Андах. Примерно в это же время в связи с коллизионными событиями на сев.-вост. окраине Азии образовалась Верхояно-Чукотская складчатая область. Мезозойским тектогенезом была охвачена вся вост. периферия Азии. В меловом периоде в зап. части Тихоокеанского подвижного пояса развивались окраинно-континентальные вулканоплутонич. пояса андского типа. В начале кайнозоя в результате причленения системы островных дуг к сев.-вост. окраине Азии сформировалась Корякско-Камчатская складчато-покровная система. Развитие вулканич. островных дуг на зап. и сев. периферии Тихого ок., начавшееся на рубеже мелового и палеогенового периодов, продолжается. В кайнозое на зап. окраине Юж. Америки сформировался Андский окраинно-континентальный вулканоплутонич. пояс, сохраняющий активность. Заключительные деформации в Андской складчатой системе произошли в конце эоцена.[15]
В позднем кайнозое (олигоцен — квартер), на неотектонич. этапе развития З., окончательно сложились совр. структура и рельеф З. Продолжающаяся коллизия Индостанского субконтинента (фрагмента Гондваны) с Евразией привела к образованию высочайшей Гималайской горной системы и формированию на фронте коллизионной области Центральноазиатского пояса возрождённых гор, включающего горные сооружения Гиндукуш, Каракорум, Памир, Тянь-Шань, Куньлунь, Наньшань, Циньлин, Алтай, Саяны, горы Прибайкалья и Забайкалья. В сев.-вост. части этого пояса возникла Байкальская рифтовая система. Заложились и продолжают развиваться Западно-Европейская и Восточно-Африканская рифтовые системы. Образование этих систем сопровождалось вспышкой вулканич. деятельности. Перемещение к северу Аравийской плиты, отделившейся от Африканской при раскрытии Аденского залива и Красного м., а также крупный сдвиг в сев.-зап. части Аравийского п-ова вызвали поднятие горных цепей на юго-западе Азии (в том числе Большого и Малого Кавказа). На рубеже миоцена и плиоцена в Мировом ок. сформировалась совр. система срединно-океанич. (спрединговых) хребтов. Антарктиду, отделившуюся от Юж. Америки в связи с раскрытием моря Скоша, охватило покровное оледенение. Воздействию многочисл. покровных оледенений в четвертичном периоде подверглись сев. районы Евразии и Сев. Америки.[16]