Катархей или древнейший архей. Древнейшие породы на Земле серые гнейсы. Зеленокаменные и парагнейсовые пояса
АРХЕЙСКИЙ ЭТАП
Древнейшие нижнеархейские породы, являющиеся фундаментом для всех более молодых толщ на щитах многих древних платформ — Северо-Американской, Австралийской, Индостанской, Африканской, Восточно-Европейской и Сибирской, представлены комплексом так называемых «серых гнейсов«, сильно метаморфизованных магматических пород среднего (андезитового) состава, как вулканических, так и интрузивных, образующих вулканоплутоническую ассоциацию.
Эти комплексы слагают реликты наиболее древней протоконтинентальной коры, возраст которой оценивается в 3,9-3,5 млрд. лет. Это — катархей, или древнейший архей. Однако все еще дискутируется вопрос о том, какая по строению земная кора лежала в основании древних платформ — была ли она по составу сиалической (протоконтинентальной) или меланократовой (океанской), состоящей из основных магматических пород. Неизвестно, была ли первичная древнейшая кора, состоящая из «серых гнейсов», сплошной или в ней были промежутки — своеобразные «окна» с меланократовой корой.
На этом фундаменте древних платформ залегают мощные и разнообразные комплексы уже собственно архейских пород, сильно метаморфизованных и дислоцированных. Среди них выделяются две важнейшие группы. С одной стороны, это разнообразные натровые и калинатровые граниты и гнейсы, причем среди последних находятся такие породы, как метавулканиты («мета» значит метаморфизованные) основного и реже кислого состава, метаконгломераты, мета-кварциты, железистые кварциты и мраморы. А с другой — зеленокаменные узкие пояса, сложенные относительно слабометаморфизованными ультраосновными (так называемыми коматиитами), основными и средними вулканитами и реже кремнистыми и песчано-глинистыми отложениями.
Эти вулканические прогибы в позднем архее подверглись складчатости, а их гранитогнейсовый фундамент испытал энергичную гранитизацию. Для архея устанавливается несколько генераций зеленокаменных поясов, отличающихся по своему развитию. Для одних характерен резко контрастный, или бимодальный, вулканизм (ультраосновные, основные и кислые вулканиты), для других, наоборот, последовательно дифференцированные вулканические серии.
Наиболее характерной чертой архейских комплексов всех древних платформ, кроме, пожалуй, пород зеленокаменных поясов, является сильнейший и неоднократный метаморфизм, развивавшийся в условиях высоких температур и давлений при погружении на большие глубины. Наличие повышенного по сравнению с более поздним временем теплового потока привело в конце позднего архея на рубеже около 2,7 млрд. лет к повсеместной гранитизации древнего гнейсового фундамента.
Характер деформаций всех этих пород, стиль их структуры указывает на ведущую роль пластического течения масс. Несомненно, проявлялись также вертикальные и горизонтальные тектонические движения, о чем свидетельствуют реликты первично осадочных пород — конгломератов и кварцитов. Благодаря мощному разогреву еще неустойчивая земная кора легко подвергалась растяжению и в разрывы устремлялась ультраосновная и основная магма, формируя зеленокаменные троги вулканических пород. Резко повышенный тепловой поток и гранитизация с привносом ряда элементов должны были вызывать также увеличение объема вещества, что, в свою очередь, приводило к сильным деформациям.
Кроме зеленокаменных поясов в архее развиты и так называемые парагнейсовые пояса, наложенные на раздробленный древнейший фундамент. В прогибах, за счет которых и сформировались эти пояса, накапливались преимущественно обломочные осадки, испытавшие потом неоднократный и очень сильный метаморфизм вплоть до гранулитовой фации и интенсивную складчатость. Зеленокаменные и парагнейсовые, или гранулитовые, пояса — это реликты древнейших подвижных зон Земли.
Характерной особенностью архейских метаморфических толщ являются гнейсовые купола и овалы — в десятки километров в диаметре, замкнутые структуры, с полого залегающими «слоями» в центральной (апикальной) части купола и с очень сложной складчатостью в краевых зонах. В условиях разогрева плотность вещества уменьшалась, и оно всплывало подобно гигантскому пузырю. Таким образом, гранитизированные, высокопластичные гнейсовые массы как бы «перемешивались», поднимаясь и погружаясь, создав к концу архея первичную континентальную кору на значительной поверхности земного шара. В архейское время температуры на поверхности Земли могли превышать 100-250 o С. Однако и в этих условиях уже зарождалась жизнь и происходили процессы осадконакопления, которые отличались от современных. Низкое содержание кислорода в архейской атмосфере Земли сказывалось на слабом экранирующем эффекте озонного слоя, и губительные для всего живого наиболее короткие волны ультрафиолетовой части спектра свободно достигали поверхности Земли.
Подводя итог рассмотрению архейской истории Земли, можно констатировать, что нам все-таки еще очень мало известно об этом древнейшем этапе развития. Все породы настолько сильно изменили свой первичный облик, что восстановить его нередко оказывается невыполнимой задачей. К концу раннего архея уже существовал, хотя. возможно и не повсеместно, гранитогнейсовый слой земной коры, который уже 3,0-3,3 млрд. лет назад подвергался раскалыванию с формированием зеленокаменных и гранулитовых поясов. Следы еще более ранней стадии развития практически исчезли.
Естественно, что для архейского времени не приходится говорить о каких-либо типах тектонических структур, напоминавших фанерозойские. Какие-то морские бассейны, по-видимому, могли существовать.
К концу архея огромные пространства были охвачены гранитизацией и складчатостью и образовался гигантский массив с протоконтинентальной корой. Остается неясным, что же можно было противопоставить этому массиву не менее грандиозный протоокеан? И где он находился?
Источник
Внутреннее строение фундамента древних платформ
Главная роль в сложении фундамента древних платформ принадлежит архейским и нижнепротерозойским образованиям. Изучение этого фундамента в пределах обнажений щитов и по данным бурения и геофизики (особенно эффективна магнитометрия) под чехлом плит показало, что он, как правило, имеет крупноблоковое строение. Так, в структуре Балтийского щита различают пять главных блоков, в пределах Украинского — также пять, Канадского щита — шесть и т.д. Некоторые из этих блоков, обычно сложенные протерозоем, сильно вытянуты в одном направлении и поэтому называются поясами, например, Лапландско-Беломорский пояс на Балтийском щите, Становой на юге Алданского щита, Гренвильский — на востоке Канадского. Изучение их внутренней структуры и особенностей развития этих блоков показало отличия от описанного выше для подвижных поясов позднего протерозоя и фанерозоя. Здесь, особенно в архее, распространены специфические структурные элементы, характерные для ранних этапов истории Земли. В архее мы обнаруживаем два главных типа таких элементов — гранит-зеленокаменные области и гранулито-гнейсовые пояса.
Гранит-зеленокаменные области (ГЗО) нередко слагают целые блоки сотни километров в поперечнике. В их пределах преждевсего бросаются в глаза несколько извилистые, параллельные линейные полосы зеленокаменных поясов (ЗКП), сложенные относительно слабометаморфизованными, преимущественно основными, зеленокаменно измененными вулканитами (отсюда название поясов) и отчасти осадочными породами. Протяженность таких поясов составляет многие сотни, изредка больше тысячи (на Канадском щите) километров, ширина — многие десятки — первые сотни километров. Зеленокаменные пояса, впервые описанные в Канаде, ныне установлены на всех континентах, всех платформенных щитах — pppa.ru. Классическими считаются ЗКП Канады, Южной Африки, Австралии, Индии. В нашей стране они изучены на Кольском полуострове, в Карелии, на Воронежском массиве, Украинском и Алданском шитах. В поперечном сечении ЗКП имеют синклинальную структуру, обычно сильно усложненную складчатостью и надвигами. Разделяются ЗКП более широкими гранитогнейсовыми полями, гранича с ними изредка по разломам (Олекминский блок Алданского щита), но чаще вдоль интрузивных контактов гранитов, а иногда по трансгрессивным контактам (Зимбабве). В отдельных регионах (Среднеприднепровский блок Украинского щита, массивы Зимбабве в Южной Африке, Пилбара в Западной Австралии) ЗКП заполняют промежутки между крупными гранитогнейсовыми куполами. Можно полагать, что такой структурный рисунок, как и разломлые ограничения, являются вторичными, а первичный план, как и в большинстве других случаев, был линейным.
Синклинорная структура архейских зеленокаменных поясов: Читрадурга в Южной Индии (I, по С. Дрюри и др., 1983) и Сурского на Украинском щите (II, по А.А. Сиворонову и др., 1984):
1 — гранитогнейсы; 2 — гнейсы; 3-6 — метавулканиты (3 — нерасчлененные, 4 — толеиты и коматииты; 5 — толеиты и джеспилиты; 6 — толеиты, андезиты, дациты); 7 — граувакки; 8 — возможно, базальные образования; 9 — разрывы.
Мощность осадочно-вулканического выполнения 3KП может достигать 10-15 км; обычно оно имеет трехчленное строение. Нижняя часть разреза слагается преимущественно основными, типа толеитовых базальтов, отчасти ультраосновными лавами. Среди последних особенно характерны коматииты (от местности Комати в Южной Африке), отличающиеся резко повышенным содержанием MgO (>20%). Среди более молодых, чем архей, образований они почти не встречаются и свидетельствуют об очень высокой степени плавления астеносферы, что, в свою очередь, рассматривается как следствие резко повышенного в архее теплового потока. В подчиненном количестве в нижней части разреза ЗКП присутствуют осадочные породы — железистые кварциты (джеспилиты), и силициты (кремни). В средней части разреза ЗКП вулканогенные породы также занимают основное место, но состав их меняется — это уже главным образом эффузивы и пирокластолиты среднего и кислого состава, вплоть до дацитов и риолитов; содержание осадочных пород, в том числе обломочных, заметно повышается. Петрохимически эти вулканиты близки, если не тождественны, более молодым островодужным вулканитам известково-щелочной ассоциации. В верхней части разреза ЗКП обломочные породы уже занимают господствующее положение, вследствие эта часть разреза напоминает молассовую формацию, типичную для более молодых подвижных поясов. Эта часть разреза от нижней обычно отделена несогласием, времени образования которого отвечает внедрение диапировых или межпластовых плутонов гранитоидов. Заканчивается развитие ЗКП складчато-надвиговыми деформациями, метаморфизмом и образованием новой генерации гранитоидов, в отличие от первой обычно характеризуемой преобладанием К2О над Na2O.
Основная масса ЗКП образовалась между 3,5 и 2,5 млрд лет; в это время сменилось несколько их поколений, потому что длительность образования этих структур составляла, как правило, не более 100 млн. лет, обычно меньше. Небольшое число ЗКП возникло в первой половине раннего протерозоя на Гвианском (Южная Америка) и Леоно-Либерийском (Западная Африка) щитах, некогда составлявших единую ГЗО. В ряде ГЗО было замечено, что пояса омолаживаются в определенном направлении. Значение этого факта мы рассмотрим ниже.
Присутствие в ряде регионов в основании разреза ЗКП конгломератов с галькой гранитов и гнейсов позволяет предполагать,что грайней мере часть ЗКП закладывалась в условиях раздвига, рифтинга более древней континентальной коры. Эта кора, представленная «серыми гнейсами» — гранитогнейсами тоналитового типа, ныне выступает среди гранитогнейсовых полей, разделяющих ЗКП, хотя основная площадь этих полей сложена гранитоидами, более молодыми, чем смежные ЗКП. Поскольку вулканиты сеедины разреза близки к островодужным, а магматиты нижней части — к офиолитам, предполагается аналогия ЗКП с молодыми задуговыми бассейнами.
Гранулито-гнейсовые пояса (ГГП), второй главный тип раннедокембрийскйх структур, разделяют и окаймляют гранит-зеленокаменные области. Появляются они в конце архея и получают широкое развитие в протерозое, но в их строении обычно значительное участие принимает архейский материал. Пояса эти отличает высокий (амфиболитовая — гранулитовая фации) и многократно проявленный метаморфизм, сложная и также многократная складчатость, надвиги, причем характерно пологое надвигание на смежные ГЗО. Внутренняя структура нередко осложнена гранитогнейсовыми куполами и крупными плутонами габбро-анортозитов. Типичны и пегматитовые поля. Классические примеры — Гренвильский в Северной Америке, Мозамбикский в Восточной Африке, Лапландско-Беломорский и Становой у нас — pppa.ru. Другой тип подвижных поясов, свойственный уже только ранму протерозою, — это протогеосинклинали (ПГС) Они протягиваются на многие сотни, нередко более тысячи километров при ширине в первые сотни километров и обычно четко линейны, например Курско-Криворожская система Восточно-Европейской платформы или Трансгудзонская и Пенокийская Северо-Американской платформы. В большинстве случаев в строении этих подвижных систем, как и их более молодых аналогов, четко выделяются внешние и внутренние зоны. Первые подстилаются непереработанным или слабо переработанным архейским фундаментом; их осадочный комплекс образован неметаморфизованными шельфовыми карбонатными и обломочными породами. Практически моноклинальное залегание сменяется в направлении внутренних зон чешуйчато-надвиговым строением, причем надвиги развиваются по более ранним листрическим сбросам. В этом же направлении возрастают глубоководность и мощность осадков. Появляются покровы и силлы основных магматитов. Легко заметить полную аналогию с внешними зонами позднепротерозойско-фанерозойских орогенов. Во внутренних зонах появляются флиш и черносланцевые толщи, обильнее становятся основные вулканиты, приближающиеся по составу к океанским толеитам; это явно отложения континентальных склонов, подножий и окраинных морей. Еще дальше в тылу рассматриваемых систем нередко встречаются образования вулканических дуг или вулканоплутонических поясов, включая гранитные батолиты.
Возникает вопрос: на какой коре развивались эти внутренние зоны? Глубоководный характер осадков и известково-щелочной состав вулканитов указывают на то, что это не была нормальная континентальная кора, как во внешних зонах, а кора либо переходного, либо даже океанского типа. О вероятности последнего свидетельствуют все учащающиеся находки в раннепротерозойских подвижных поясах офиолитов, наиболее полная ассоциация которых встречена в свекофенидах северо-восточной Финляндии Однако палеомагнитные данные показывают, что ширина многих из этих бассейнов с океанской корой была не больше 1000 км, ибо она лежит в пределах точности этих измерений. Но для некоторых бассейнов, например Трансгудзонского в Канаде, те же данные указывают на гораздо большую ширину, уже сравнимую с шириной современных океанов, — 3000 км. То же вероятно и для Свекофеннского бассейна Балтийского щита.
Источник
АРХЕ́Й
В книжной версии
Том 2. Москва, 2005, стр. 312
Скопировать библиографическую ссылку:
АРХЕ́Й (от греч. ἀ ρχαῖος – изначальный, древний), нижнее из двух крупнейших стратиграфич. подразделений докембрия и соответствующий ему древнейший период геологич. истории Земли. В стратиграфич. (геохронологич.) шкале предшествует протерозою . Самые древние определения радиометрич. (изотопного) возраста пород А. – 3800–3960 млн. лет (северо-запад Канады, юг Гренландии, восток Антарктиды); верхняя граница А. датируется 2500 млн. лет. Общая продолжительность А. более 1450 млн. лет. Термин «А.» 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 А. 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.
Источник