ГЛАВА 3: ЕСТЕСТВЕННАЯ ПЕРИОДИЗАЦИЯ ИСТОРИИ ЗЕМЛИ
Возрасты изверженных пород. Тектоно-магматические эпохи. Основная геохронологическая схема: катархей, архей, афебий, рифей, фанерозой. Основные этапы формирования земной коры.
Совокупность накопленных результатов определения возрастов изверженных пород показывает, что у этих возрастов имеется тенденция группироваться по сравнительно коротким эпохам (длительностью в миллионы лет), отделенным друг от друга гораздо более длинными эрами (до 150-500 млн. лет). Иначе говоря, в истории Земли чередовались короткие эпохи с повышенной магматической активностью и длительные эры с пониженной магматической активностью (под магматизмом мы здесь подразумеваем и вулканизм, приводящий к образованию эффузивов, т. е. излияний на поверхность Земли глубинных магм через жерла вулканов, и плутонизм, приводящий к образованию интрузий, т. е. вторжений в верхние слои земной коры магм, возникших в более глубоких слоях).
Согласно геологическим данным, магматизм является спутником некоторых видов тектонической активности, т. е. движений земной коры.
Обширные участки земной коры (так называемые подвижные поясы) способны испытывать медленные и плавные вертикальные движения (иногда называемые, несколько неудачно, эпейрогеническими, т. е. создающими континенты) со скоростями от десятых долей миллиметра до сантиметров в год, амплитудами порядка километров, шириной областей опускания или подъема в сотни и тысячи километров (длина этих областей бывает много больше их ширины) и типичными временами порядка миллионов лет.
Подвижные поясы можно разделить на два типа: зоны сжатия и зоны растяжения земной коры. Рассмотрим пока зоны сжатия. На первой (геосинклинальной) стадии развития подвижного пояса типа зоны сжатия образуется прогиб земной коры (синклиналь), в него наступает (трансгрессирует) море и накапливаются большие толщи осадков. При образовании разрывов коры на границах между зонами интенсивных разнонаправленных вертикальных движений возникает местный (часто подводный) вулканизм, преимущественно в форме излияний глубинных диабазо-спилитовых лав, и плутонизм в форме основных и ультраосновных интрузий, в результате чего образуется так называемая офйолитовая ассоциация вулканических и плутонических пород. Затем синклиналь начинает дробиться на зоны частных прогибов и поднятий; в это время изливаются специфические андеаитовые базальтовые лавы и развиваются плагиогранитные интрузии.
На второй (орогенной, т. е. горообразующей) стадии развития подвижного пояса типа зоны сжатия преобладают относительно короткие и быстрые поднятия земной коры, сопровождающиеся складкообразованием, горизонтальными сдвигами, надвигами, разрывами, землетрясениями, отступанием (регрессией) моря и приводящие к перерывам в накоплении осадков и нарушениям согласного залегания осадочных слоев (нормального напластования). Развивается плутонизм с образованием крупных гранитоидных интрузий (батолитов), а к концу орогенеза - малых и трещинных интрузий субщелочного и затем щелочного состава; продолжается и завершается вулканизм. В результате орогенеза образуются и наращиваются утолщенные области континентальной земной коры, обладающие повышенной жесткостью и стабильностью (континентальные платформы или эпейрократоны).
Связь магматизма с тектонической активностью земной коры позволяет считать эпохи усиленного магматизма также эпохами повышенной тектонической активности. Таким образом, данные о возрастах изверженных пород показывают, что тектоническая активность Земли непостоянна во времени: имеется тенденция к чередованию коротких эпох повышенной тектонической активности с длительными эрами относительного покоя. Эпохи повышенной активности естественно признать главными событиями в тектонической истории Земли; следовательно, возникает естественная периодизация истории Земли по признаку ее тектонической активности.
Таким образом, достаточно представительная сводка данных о возрастах изверженных пород является своего рода календарем главных событий в тектонической истории Земли. Одна из последних сводок такого типа приведена в книге А. И. Тугаринова и Г. В. Войткевича [13]. Близкий вариант вскоре опубликовал В. Е. Хаин [14]. Приняв его за основу, О. Г. Сорохтин [15] отобрал наиболее надежные данные - возрасты 247 гранитных интрузий с неметаморфизованными гранитами, определенные по свинцовому или в крайнем случае по рубидий-стронциевому методу. После осреднения в пределах возрастных групп и геологических регионов средние арифметические по всем регионам возрасты тектоно-магматических эпох образовали табл. 4.
Табл. 4. Возраст тектоно-магматических эпох
В этой и во всех последующих хронологических таблицах время растет снизу вверх, так что ранние времена располагаются ниже поздних, подобно тому как при нормальном напластовании в земной коре древние пласты осадочных пород лежат ниже молодых.
Приведенные в табл. 4 наименования тектоно-магматических эпох происходят от мест нахождения наиболее типичных из соответствующих изверженных пород. Эпохи без наименований установлены О. Г. Сорохтиным и не являются общепризнанными; возрасты эпох 5, 9 и 13 подтверждены новейшими материалами канадских ученых [16]. Отметим, что вследствие общей тенденции развития континентальной земной коры в сторону все возрастающей ее неоднородности с течением времени возможны все более частые отступления от планетарной одновременности и, следовательно, разбросы возрастов вспышек тектонической активности в разных районах мира. Вместе с тем в более молодых эпохах (по которым на поверхности Земли, естественно, больше материалов) мы способны различать большее число деталей или фаз тектонической активности, которые в табл. 4 еще не указаны (см. ниже рис. 34).
Опираясь на сведения о возрастах тектоно-магматических эпох, а также на материалы типовых разрезов древних осадочных толщ земной коры и некоторые палеонтологические данные (которые будут освещены ниже), ученые разработали около 50 более или менее близких вариантов периодизации истории Земли, сводку которых можно найти в книге М. А. Семихатова [17] (см. также работу Л. И. Салопа [18]). В табл. 5 представлен один из последних вариантов, в основном по книгам [13] и [17].
Табл. 5. Основная геохронологическая схема.
Согласно табл. 5, история Земли расчленяется на 5 отрезков приблизительно одинаковой продолжительности: катархей, архей, афебий, рифей и фанерозой.
Афебий и рифей, взятые вместе, называют протерозоем, причем афебий состоит из нижнего и среднего протерозоя, а рифей - это верхний протерозой; канадский рифей иногда называют альгонком, а китайский - синием. Слово «фанерозой» означает «эра явной жизни». Дофанерозойское время называют криптозоем (точнее, это A+Pt), т. е. эрой скрытой жизни (хотя на самом деле эта жизнь оставила довольно много следов), или, чаще, докембрием, поскольку самый ранний геологический период фанерозоя (570-500 млн. лет тому назад) именуется кембрием. Время после нижнего рифея называют неогеем. Эру венд называют также терминальным рифеем, R4, эокембрием или инфракембрием.
Мы не будем здесь обсуждать гипотез о происхождении Земли - для этого требуется специальная книга. Отметим лишь, что по современным представлениям (во многом связанным с именем О. Ю. Шмидта) Земля, остальные планеты Солнечной системы и Солнце, по-видимому, образовались приблизительно одновременно - около 4.6 млрд. лет тому назад - из допланетного холодного слегка вращающегося газово-пылевого облака.
О первом миллиарде лет существования Земли (катархее) у нас почти не имеется каких-либо прямых фактических данных. Однако поскольку в самом начале архея уже имеются осадочные породы, надо полагать, что в катархее имел место активный вулканизм (с излияниями, по-видимому, базальтовых и гипербазитовых лав), приведший к образованию первичных атмосферы, океана (к началу архея имевшего глубины и объем, по самой грубой оценке, впятеро меньше современных) и земной коры (вероятно, похожей на современную океаническую).
Во время Белозерской тектоно-магматической эпохи в начале архея и Кольской эпохи в середине архея в земной коре развились процессы гранитизации осадочных пород и образовались первичные гранитоидные участки сравнительно небольших размеров, содержащие плагиограниты (продукты гранитизации амфиболитов, диабазов и спилитов) и гранитные мигматиты (гибридные породы, образующиеся из смеси сланцеватых пород с проникавшей в них кислой магмой).
В Кеноранскую тектоно-магматическую эпоху в конце архея эти процессы привели уже к образованию ядер всех будущих континентальных платформ. Эти ядра, достигавшие в поперечнике многих сотен километров, показаны на тектонической карте мира (рис. 4) черным цветом. В течение последующих тектоно-магматических эпох гранито-гнейсовые ядра платформ нарастали. Последнее существенное приращение произошло во время Балтийской тектоно-магматической эпохи, создавшей рубеж между нижним и средним протерозоем. В это время в накопившихся осадочных толщах образовались огромные плутоны гранитоидов с площадями до тысяч квадратных километров (примером могут служить полосчатые гранитоиды Украины со следами огнейсован-ных сланцев и слоистости); появились и продукты гранитизации изверженных пород основного состава - чарнокиты; в то же время, возможно, в связи с появлением карбонатных осадочных пород, впервые сформировались щелочные интрузии. Весь этот этап развития земной коры, начавшийся с Кеноранской эпохи, в течение которого происходило образование первичного гранито-гнейсового слоя земной коры и формирование древних платформ, завершился Карельской тектоно-магматической эпохой. В результате этого этапа сформировались древние области континентальной земной коры, существующие ныне в виде десяти платформ - Европейской (Русской), Восточно-Сибирской, Китайско-Корейской, Таримской, Индостанской, Африкано-Аравийской, Северо-Американской, Южно-Американской, Австралийской и Восточно-Антарктической (эти десять платформ показаны на рис. 4 штриховкой). В их пределах выделены щиты, т. е. участки платформ, испытывавшие в течение своей истории преимущественно поднятия и поэтому обладающие относительно более тонкой корой и почти или даже вовсе не имеющие чехла осадочных пород (кристаллический фундамент платформ в области щитов выходит на поверхность Земли). Таковыми являются, например, Балтийский и Украинский щиты Русской платформы, Анабарский и Алданский щиты Восточно-Сибирской платформы, Канадско-Гренландский щит Северо-Американской платформы, Гвианский, Западно-Бразильский и Восточно-Бразильский щиты Южно-Американской платформы, Капско-Аравийский щит Африканской платформы.