Геохронология и этапы развития Земли
В последние годы появилось огромное количество цифр возраста минералов и горных пород, полученных разными приемами и способами, которые, однако, нуждаются в правильной интерпретации. Сегодня искусство геохронолога заключается в отборе наиболее достоверных дат. Ранее, когда число приемов определения возраста было ограничено, получение, например, какой-либо даты свинцово-урановым методом по акцессорному минералу при сходимости всех четырех изотопных отношений гарантировало правильность измерения. В настоящее время, когда широкое распространение получили аргон-калиевый и стронций-рубидиевый методы, допускающие различного рода неточности, связанные с вероятной потерей части аргона либо стронция при явлениях метаморфизма, измерения подобного рода не могут быть приняты с той же категоричностью. Немаловажную роль играет и фактор психологический — умение безжалостно отбросить значительную часть полученных дат, если они сомнительны, как бы они ни были соблазнительны для «подтверждения» концепций того или иного исследователя.
На двух приемах интерпретации геохронологических данных, получивших развитие в последние годы, я хочу остановиться особо, поскольку они связаны с толкованием получаемых значений возраста.
Изохронный метод основан на измерении изотопного состава стронция или свинца нескольких валовых проб пород заведомо одного возраста. Получаемое в результате отношение Рb207/Рb206 либо Sr87/Sr86, характерное для всего плутона, может служить показателем возраста. Однако при этом надо весьма тщательно исследовать вопрос о том, была ли данная порода закрытой системой в течение рассматриваемого отрезка времени, не происходила ли миграция части радиоактивных компонентов или продуктов их распада в результате последующего метаморфизма. К сожалению, об этом забывают многие исследователи, стремясь выявить максимально возможные цифры возраста для тех или иных толщ.
Например, в одном из регионов истинный возраст толщи датируется по отношению Рb207/Рb206, равному 0,19, в 2500 млн. лет. Однако если принять во внимание, что значительная часть этой же формации претерпела весьма интенсивный метаморфизм около 2000 млн. лет назад, то вполне вероятным окажется значительный вынос урана из нее именно в это время и тогда (при 100% выносе урана) отношение Pb207/Pb206 будет равным 0,29, что даст мнимый возраст 3500 млн. лет.
Другим важным моментом в определении возраста является оценка времени возникновения так называемых реоморфизованнух гранитоидов. Нами достаточно часто отмечались случаи, когда даты измерения возраста многих гранитов оказывались меньшими, нежели даты возраста толщ, залегавших на них с размывом, базальными конгломератами и т. д. Сходные явления отмечались в Бразилии (Макинтейра), Марокко (Кердус), в Казахстане (Улутау) и других местах. Только при тщательном обследовании подобного рода гранитов удавалось обнаружить участки, характеризовавшиеся значительно большими цифрами возраста. Отметив это, вернемся к геохронологии докембрия.
Первая шкала докембрия была предложена нами в 1956 г. В последующие 15 лет появились аналогичные построения (еще около 28 шкал), в них повторялись все те перерывы, крупные глобальные эпохи тектоно-магматизма и орогенеза, которые были отражены в нашей шкале 1956 г. Вместе с тем было одно отличие. Если в первой шкале давались достаточно «размазанные» границы «эпох минералообразования» (например, ±200 млн. лет), то в последующих шкалах авторы игнорировали этот «недостаток», забывая про тот немаловажный факт, что современные измерения возраста ведутся с точностью ±5% и лишь в отдельных случаях при достаточно большой статистике измерений удается снизить ошибку измерения до ±2%. Иначе говоря, ошибка в определении границы архея — протерозоя, измеряемая в 2600 млн. лет, достигает 100 млн. лет.
Большой фактический материал, собранный сейчас по всему миру, позволяет перейти от простого расчлененения докембрийских формаций к вскрытию разного рода закономерностей в распространенности тех или иных подразделений докембрия в разных регионах земного шара, а также уловить четкую последовательность в литологии формировавшихся пород.
В табл. 1 приводится геохронологическая шкала докембрия 1964 г., утвержденная Межведомственным стратиграфическим комитетом, в которую в 1973 г., были внесены дополнения. В этой шкале отчетливо видны два крупных планетарных перерыва, соответствующих тектоно-магматическим эпохам 12600±100 и 1900±100 млн. лет — те же самые, что были выделены нами впервые в 1956 г.
Что же существенно нового внесено исследованиями в эту канву докембрия? В последние годы открыты участки древнейших пород на нашей планете, возраст которых превышает 3500 млн. лет. К таковым относятся: гнейсы диоритового состава, Мортон, США — больше 3500 млн. лет, по циркону; габбро-нориты, Монча—Волчьи тундры, Кольский п-ов — 3700 млн. лет, Pb-изохроны; базальты о-ва Петра и Павла — 3500 млн. лет, Rb/Sr-изохроны; гнейсы основания, Южная Гренландия — 4000 млн. лет, по циркону. Эти даты относятся к породам исходно интрузивного основного состава. Никаких указаний на характер их внедрения в толщи, в частности находившиеся ниже или выше уровня океана того времени, у нас нет.
В этой связи интересны исследования в системе Свазиленд трех последовательных серий (снизу вверх): Онвервахт, Фиг-Три и Модис. Возраст первой серии как показывают последние определения, превышает 3400 млн. лет. Состав и особенности пород толщи, представленной основными и кислыми лавами, полосчатыми железистыми кварцитами и серпентинизированными ультраосновными породами, не оставляют сомнений в том, что формирование ее происходило в условиях открытого моря. Интересно подчеркнуть, что в слабо метаморфизованных вышележащих толщах были обнаружены следы жизни — остатки сине-зеленых водорослей и бактерий и установлено присутствие органических соединений — жирных кислот, алифатических углеводородов, являющихся продуктами фотосинтеза. Это время, относимое нами к началу архея, характеризовалось зарождением первых блоков земной коры, достигших к 2600 млн. лет уже четких очертаний. Доказательств того, что эти блоки в первые моменты своего существования выходили из-под покрова океана, у нас сегодня нет. С другой стороны, начало нижнего протерозоя (2600 млн. лет) характеризуется массовым накоплением конгломератов и гравелитов, т. е. явным указанием на начавшиеся процессы массового выветривания и эрозии возникших протоконтинентов, образование которых следует датировать временем между 3500 и 3000 млн. лет, т. е. археем.
Толщи пород, сформировавшиеся в интервале 2600—1900 млн. лет (нижний протерозой), во всем мире характеризуются рядом четких особенностей. Если в начале нижнего протерозоя это гравелиты, конгломераты, кварциты, то средняя часть нижнего протерозоя слагается повсеместно железистыми кварцитами, джеспилитами, толщами с резко выраженной тенденцией к накоплению железа и кремнезема. В конце нижнего протерозоя впервые в геологической истории происходит мощное накопление доломитов. Этот комплекс отложений, резко отличный от того, который характерен для архея и еще более отличающийся по составу от толщ в рифее, рассматривался нами неоднократко. Целесообразно остановиться лишь на особенностях этого времени в истории Земли с точки зрения специфики рудогенеза.
Известно, что по крайней мере более 80% железных руд связано с нижним протерозоем (Кривой Рог, КМА, оз. Верхнее, Минае Жираес, Сингхбум и т. д.). Также в начале нижнего протерозоя накапливались осадочные, точнее экзогенного происхождения месторождения урана (рис. 1). В свою очередь, появление первых крупных эндогенных месторождений урана датируется в самых различных провинциях мира концом нижнего протерозоя (1800—1900 млн. лет).
Эпохой массовой концентрации свинцовых месторождений стал нижний рифей. При этом главным вместилищем рудных свинцовых месторождений оказались породы карбонатного состава, изобиловавшие органическим веществом. Мы видим в этом определенный закон, позволяющий устанавливать связь между характером первоначально зародившейся осадочной породы с соответствующим начальным обогащением, определенным металлом и между последующим формированием в ней эндогенных концентраций того же металла по мере участия породы в метаморфизме, либо воздействии на нее гидротермальных растворов. То, что свинцовые месторождения оказались связанными с карбонатными толщами, возникшими в конце нижнего протерозоя, объясняет появление этих месторождений спустя 300—400 млн. лет после накопления продуктивных свинцовоносных формаций.
Изучение рифея в последнее время заключалось в сопоставлении его разрезов и расчленении в связи с тем, что, помимо изотопного датирования, были разработаны методы палеонтологического расчленения его по распространенности и изменению форм строматолитов. Так, сопоставляя отдельные разрезы рифея на разных континентах, можно говорить, например, о том, что ранний рифей выступает как стадия унифицированного развития древних платформ и обрамлявших его миогеосинклиналей при общем высоком стоянии сформировавшихся к этому времени древних платформ. После сравнительно длительного периода (около 200 млн. лет), в течение которого происходило накопление позднеорогенных серий нижнего протерозоя, начался (1700 млн. лет) новый трансгрессивный ритм: кварцевые, аркозовые породы, вулканиты и наконец карбонатно-сланцевая толща.
Повторение таких ритмов происходило, по крайней мере, трижды, перемежаясь внедрением гранитоидов около 1350—1400 (медвежеозерская фаза) и 1000 млн. лет назад (гренвилльская фаза). Непосредственно перед кембрием выделяется так называемый венд, или терминальный рифей, сопровождаемый катангинской (байкальской) фазой магматизма — 660 млн. лет.
Весьма интересной особенностью подобных тектоно-магматических перерывов в осадконакоплении рифея служит не только их площадная ограниченность, но и то, что развивались они крайне неравномерно. Так, например, если медвежеозерская фаза широко охватила южную часть континента Северной Америки, проявилась в виде так называемой кибарской складчатости в Центральной Африке, то последующая гренвильская фаза захватила не только Американский континент, но и Австралию и Западную Европу. В свою очередь, интрузии катангинской фазы магматизма доминировали на Африканском континенте, в Южной Америке, Австралии, но не проявились на севере Евразии и в Северной Америке.
С точки зрения литогенеза рифей был временем, когда накопление осадков и становление их в породы протекало в гораздо более сходных условиях с современными. Площадь протоплатформ в начале рифея достигала уже значительных размеров (рис. 2). Таким образом, если в нижнем протерозое еще происходило сбрасывание в осадки элементов сидерофильного характера, определивших активное участие в процессах эрозии и выветривания пород океанического мантийного происхождения, то чем крупнее становилась платформа, тем большее значение приобретали процессы, перемыва ее субстрата, сопровождавшиеся выплавлением кислых дифференциатов. Этим объясняется тот существенный сдвиг, который произошел в рифее в осадкообразовании, приблизивший его к современному осадконакоплению. Об этом говорит, например, отмечаемое на всех платформах увеличение отношений в породах Ca/Mg, K/Na и т. д. По-видимому, значительную роль в этом сыграло также развитие жизни и вызванная ею генерация кислорода атмосферы в результате фотосинтеза.
По мере того, как континенты разрастались (поскольку каждый тектоно-магматический этап сопровождался обрастанием более древней платформы новыми участками складчатых сооружений, как правило, создававшихся на коре океанического типа), происходило синхронное расширение океанических впадин, сопровождавшееся возникновением структур типа рифтовых зон (рис. 3). Эти структуры и связанные с ними растяжение и извержение мантийского субстрата, являлись неизбежным следствием развития океана и континентов.
В настоящее время в области тектогенеза господствуют две концепции. Концепция фиксистов исходит из того факта, что континенты связаны с глубинными участками Земли сейсмическими районами современного вулканизма (это доказывается глубокофокусными землетрясениями с гипоцентрами в 700 км), и концепция мобилистов, отстаивающая факты перемещения континентов и современный рост (на протяжении последних 120 млн. лет) чаш океанов. В последнее время появилась третья концепция тектоники плит, предполагающая перемещение плит по поверхности земного шара с надвиганием одних на другие. Эти концепции отражают неустранимое противоречие между нецодвижностью континентов, привязанных к значительным глубинам земного шара, и в то же время известными точными данными о скоростях их передвижения — одного по отношению к другому.
Исходя из данных геохронологии и того неоспоримого геохимического факта, что происходившее на протяжении всей геологической истории Земли выплавление земной коры из мантии, определившее создание континентов, приводило к значительному уменьшению плотности пород Земли (от 5,5 до 2,5 г/см3), мы полагаем, что все эти процессы сопровождались значительным «разбуханием» планеты. Подобный процесс находился в явном согласии с наблюдаемым расширением нашей вселенной. Если для докеморииского времени нет критериев, которые указывали бы на скорость этого процесса, то начиная с кембрия, мы можем фиксировать её по скорости наблюдаемых движений материков — рост земного радиуса, а соответственно и поверхности земного шара. В появлении зон растяжения (рифтов) не только на дне океанов, но и в структурах ранее сформированных платформ мы видим специфические черты строения современных континентов и особенности литологического состава возникающего осадочного чехла.
Все более узкие зоны осадконакопления, сопровождаемые сложной спецификой осадкообразования в силу особенностей различной тектонической и климатической обстановок, возрастающей роли жизни, становятся местом формирования толщ, заметно обогащенных рудными рассеянными компонентами. Впервые появляются в этих условиях ванадиево-германиевые концентрации в углях, ранее неизвестные. Становятся реальными скопления касситеритовых стратиформных залежей, появляются необычные провинции, обогащенные рением, таллием и т. д. Эти специфические осадочные процессы заметно отличают литогенез фанерозоя от литогенеза докембрия.
