Доархейская і архейської історія Землі: етапи, геодинаміка і зародження литогенеза

Доархейская і архейської історія Землі: етапи, геодинаміка і зародження литогенеза

В. І. Сиротін, Воронезький державний університет

За результатами вивчення зеленокаменних поясів Миру літогенез як найважливіше земне явище, поряд з магматизмом і тектонізмом, чітко фіксується з рубежу 3, 8 млрд років тому. До цього ж рубежу відносяться явні сліди життя. Давніша історія Землі (4, 55-3, 8 млрд років), звана іноді «темної», залишається маловивченою. Однак дані порівняльної планетології - науки, що виникла на стику астрономії та геології, дозволяють в даний час більш детально охарактеризувати найбільш ранню (доархейскую) історію Землі (4, 56-3, 80 млрд років), протягом якої відбулося утворення первинної атмосфери, гідросфери, сіаліческой земної кори і біосфери і був закладений фундамент подальшої еволюції Землі протягом архею, протерозою і фанерозою.

Доархейская історія Землі Дані порівняльної планетології, доповнені результатами земної кисневої изотопии, дозволяють виділити в доархейской історії Землі чотири етапи [1-5]:

Етап 1-й: 4, 56-4, 45 млрд років - етап ранньої гарячої Землі. Планети земного типу сформувалися швидко, енергійно, набравши до 99% своєї маси протягом перших 100 млн років, а на думку деяких зарубіжних планетних геологів, ще швидше - за 50-80 млн років [4]. Це був етап набору маси внутрішніми планетами Сонячної системи. Протосонячній газо-пилова туманність до моменту початку акреції була диференційована, кожен центр планетообразования мав свою зону харчування. Значна кількість летючих було вигнано в область формування орбіт великих планет. До моменту проходження Сонцем стадії Таурі-зірки досолнечная туманність згортається в диск і перетворюється в протосонячній. За допомогою телескопа Хаббла (БТХ) з навколоземної орбіти вдалося відкрити кілька десятків дисків у видимому діапазоні довжин хвиль в туманності сузір'я Оріона - це справжній «зоряний розплідник», що розташовується від Сонця на відстані всього 1600 світлових років. В даний час відкрито близько 200 протопланетних дисків, названих проплідамі. Освіта і еволюція проплід контролюється гравітацією, магнітними полями і рухом (обертанням, кутовим моментом в системі).

Ядро початкового протосонячній хмари мало, мабуть, невелика кількість руху (кутового моменту), успадковане від турбулентного обертового вихідного досолнечного хмари. Спочатку воно могло робити один оборот за кілька мільйонів років. Боротьба магнітних полів і гравітації в ядрі протосонячній хмари схилялася на користь останньої - зародок росте, долаючи опір. В результаті вільного падіння речовини тиск і температура в зростаючому об'єкті підвищуються, і він починає випромінювати в інфрачервоному діапазоні. Більшість згортається матеріалу має занадто велику кутову швидкість, щоб падати на ядро ​​безпосередньо, тому він починає закручуватися по орбіті навколо прото-Сонця. Одночасно через магнітні силові лінії з Північної і Південної півкулі закінчуються потоки речовини прото-Сонця, які стикаються в екваторіальній області диска і заповнюють його осьову частину [4]. В результаті кутовий момент диска перерозподіляється таким чином, що його внутрішня частина приєднується до зірки, а зовнішня або розсіюється ( «розривається на шматки»), або структурується, самоорганізується, утворюючи зародки планетезималей розміром від перших дециметрів до перших метрів. Саме такі «булижники» здатні вистояти в умовах жорсткої фотонної бомбардування з боку Сонця. Ця самоорганізація повинна відбутися швидко - протягом 0, 01-10 млн років. На Сонці до цього часу (4, 56 млрд років тому) вже включений механізм горіння водню (з перетворенням його в гелій), Сонце стає жовтим карликом (відповідно до діаграмою Герцшпрунга - Рассела). Цей невеликий екскурс в ранню історію Сонячної системи нами зроблений з метою осмислення складу зовнішніх геосфер Землі в цей початковий етап її існування. У зв'язку з цим можна говорити про три концепції (гіпотезах) освіти Землі: 1) «гарячої», висхідній до ідей П'єра Лапласа; 2) холодної, висхідній до ідей Гарольда Юрі, О. Ю. Шмідта і ін .; 3) помірно гарячої Землі, яка в ході набору маси до 99% (або навіть більше - до 99, 9%) пережила диференціацію «начорно» з утворенням ядра, мантії і первинної земної кори. Остання концепція в даний час є більш прийнятною, а відповідь на питання, чи була Земля спочатку холодної або гарячої, залежить від того, повільно (від 100 млн до 1 млрд років) або швидко (від 100 тис. До 10 млн років) відбувалася аккреция землі. Сравнітельнопланетологіческій аспект аналізу цієї проблеми призводить планетних геологів до висновку, що аккреция Землі завершилася в основному протягом Доархейская і архейської історія Землі: етапи, геодинаміка і зародження литогенеза 34 ВІСНИК ВДУ, СЕРІЯ: ГЕОЛОГІЯ, 2010, № 2, ЛИПЕНЬ-ГРУДЕНЬ 50-70 млн років, а це означає, що Земля в ході акреції була майже повністю розплавленим тілом. Однак кінетична (теплова) енергія акреції в значній мірі компенсувалася здатністю Землі проводити і випромінювати тепло, внаслідок чого її поверхня покривалася «кіркою» - первинної земною корою, яка постійно зламувалася під впливом зіткнення з великими метеоритно-астероїдними тілами - планетезималями, маса яких могла досягати однієї десятої маси Землі (а це маса Марса). Під впливом таких зіткнень верхні шари Землі знову розплавлялися, а косе зіткнення Землі з великою планетою на заключному етапі акреції стало причиною утворення Місяця [3-5] (за катастрофічним сценарієм - близько 4, 52 млрд років тому). Місяць зіграла значну роль в історії ранньої Землі - при будь-якому варіанті її освіти (катастрофічному, коаккреціі, захоплення, розщеплення).

Таким чином, ми повинні допускати, що тверді внутрішні планети (Меркурій, Венера, Земля, Марс) в ході набору маси були хоча б один раз розплавленими в переважній своїй обсязі [3; 4], а їх складові компоненти (мінерали) набували можливість відділятися один від одного відповідно до температури їх плавлення і з їх щільністю. «Важкі» речовини опускаються всередину, створюючи внутрішні ядра, а «легкі» піднімаються до поверхні, створюючи «земні» кори. Цей процес гравітаційної диференціації грає головну роль у ранній історії Землі та інших земних планет. Надалі, вже за тимчасовими межами цього етапу, Земля досягла значно більшої внутрішньої стратифікації, поділу на більшу кількість шарів (ніж просто легка кора, важке ядро ​​і розташована між ними мантія); мантія стає найпотужнішою і масивної сферою, здатної до подальшої диференціації відповідно до хімічними характеристиками і щільністю складових компонентів.

Для тектонічного стилю ранньої гарячої Землі були характерні «стада» дрібних корови плит, можливо, об'єднаних в єдину плиту (літосфера ще не сформувалася), плюмовой тектоніка, обдукція (торошеніе плит), сагдукція, тессерообразованіе, формування зачатків сіаліческой кори [2; 4].

Про склад первинної атмосфери можна судити, виходячи з речовини газопилового дископодібного хмари, в якому виділяються три групи компонентів [2; 6]: 1) газова воднево-гелієва компонента, в яку, крім водню і гелію, входять Ne, N2, CO; 2) крижана компонента - Л, основні її складові: H2O, CH4, NH3; 3) тверда компонента - Т, в яку входять самородні елементи (залізо, нікель), сульфіди заліза, а також SiO2, MgO, FeO, Al2O3, CaO, які утворювали (разом з Fe і Ni) різні силікати і алюмосилікати у вигляді пилу. Дві останні групи утворювали пиловий конденсат, до складу якого входили і складні органічні сполуки: спирти, кислоти, формальдегіди (всього до сотні органічних сполук). До початку активної еволюції Сонця все три групи компонентів утворювали однорідну суміш, проте в подальшому речовина зазнало різку диференціацію [2; 4]: в зоні майбутніх земних планет сконцентрувалася переважно третя група компонентів, в зоні планет-гігантів - друга, а за нептуновим простором - третя. Таким чином, первинна атмосфера Землі могла складатися з неізгнанних (реліктів, залишків) компонентів першої і другої груп (H2, He та інші інертні гази, H2O, CH4, NH3), це так звані істинно летючі [1]. До них могли приєднуватися в якомусь обсязі відносно леткі (S, Cl, F, деякі метали: Zn, Cd, Hg, Te); звичайні петрогенних елементи (Na, K, Fe, Si і ін.); в специфічних умовах «гарячої» Землі і ударно-вибухових процесах вони могли набувати властивостей летких. Гідросфера в традиційному розумінні як рідка фаза води на ранньому етапі Землі була відсутня, вона існувала у вигляді пари в складі первинної атмосфери Землі.

Етап 2-й: 4, 45-4, 35 млрд років - етап помітно охолодженої, але відносно теплою Землі.

Обгрунтування нижньої межі етапу зроблено групою американських вчених, які виконали унікальне дослідження щодо з'ясування температурних умов у зовнішніх геосферах Землі у рубежу 4, 45 млрд років і після нього [3]. Порівняльний аналіз даних по изотопии кисню по цирконію містечка Джек Хіллс (Західна Австралія) з гранітних порід континентальної кори (вік 4, 404 млрд років) і цирконів з однотипних порід інших континентів з віком 4, 40 2, 60 млрд років показав сталість δ18О на протягом усього цього часу, що дозволило говорити про однотипності магматичних процесів і протолитов і про активну участь в цих процесах води гідросфери. В результаті був зро-В. І. Сиротін ВІСНИК ВДУ, СЕРІЯ: ГЕОЛОГІЯ, 2010, № 2, ЛИПЕНЬ-ГРУДЕНЬ 35 Доархейская і архейської історія Землі: етапи, геодинаміка і зародження литогенеза лан висновок про «холодної ранньої Землі», причому сам термін означає лише якісний перехід від «гарячої землі »до помітно охолодженої з температурою поверхні вище 0 ° с, але не вище 200 ° с, швидше за все багато нижче, що і дозволяло значним обсягам виділилася води, порівнянним з об'ємом сучасної гідросфери, перебувати в рідкій фазі. Для обґрунтування верхньої межі етапу необхідно скористатися даними про вік порід поверхні Місяця.

Найдавніший вік анортозитов місячних континентів - 4, 50 млрд років, т. Е. Він практично збігається з віком Місяця, однак він сильно варіює в інтервалі 4, 52-3, 80 млрд років, але все ж переважають визначення віку 4, 00- 3, 80 млрд років. Слід мати на увазі, що анортозитових шар Місяця - це насправді анортозитових брекчия [1; 4], причому незграбні уламки анортозитов самі представляють брекчию ( «брекчия в брекчии»). Це свідчить про те, що при застиганні магматичного океану анортозитових кора неодноразово зламувалася, дробилася під впливом метеоритно-астероїдної бомбардування, що призводило до миттєвого розплавлення і навіть випаровуванню як речовини ударника, так і речовини мішені [2; 4]. В результаті брекчии «склеювалися» вулканічним склом, а на поверхні Місяця з'являлися породи, відмінні за структурою і за складом від анортозитов. Американські аеронавти зафіксували окремі шматки анортозитов з чітко вираженою крупнокристаллической структурою, яка свідчить про їх освіту не на поверхні, а на певній глибині, що забезпечує повільне охолодження магми. Передбачається, що на поверхню Місяця вони були доставлені в результаті викиду з певної глибини під впливом взаємодії метеорита-ударника з нижерасположенной масою анортозита (мішенню). Частина анортозитов містить невелику кількість залізистих силікатів (пироксенов) і отримала назву ферроанортозітов. Вони мають найбільш древній вік - 4, 52-4, 50 млрд років, т. Е. Близький до віку Місяця. Інші анортозити містять невелику кількість олівіну і магнезиального пироксена і називаються збірним терміном «Mg-комплекс». Їх кристалізаційний вік значно ширше - 4, 52-4, 35 млрд років [4]. Нарешті, серед зразків високогірного реголіту (брекчий і ударних розплавів) були виявлені породи, збагачені некогерентними елементами (K, REE, P), т. Е. Вони не відповідають кристалічній структурі місячних мінералів (анортиту, піроксенів, оливину). Геохіміки цю комбінацію елементів назвали «KREEP-асоціація», а породи, що містять її, дивно постійні за складом і мають один і той же кристалізаційний вік - 4, 35 млрд років. Це дає підставу вважати, що вони є фінальним продуктом кристалізації глобальної магматичної системи [4] і фіксують завершення освіти кори і розшарування Місяця на оболонки. Етап характеризувався видаленням Місяця за межі Роша [4]. З огляду на значні енергетичні можливості Землі (в порівнянні з Місяцем), можна припускати, що анортозитами (включаючи ферроанортозіти і «Mg-комплекс») відповідало освіту базальтового і еклогітовой шару, а місячної KREEP-асоціації у рубежу 4, 35 млрд років - розростання «плям Сіаль »і завершення первинної магматичної кристалізації диференціації [2; 4], закінчення формування первинної кори.

Якщо виходити з припущення, яке поділяється більшістю планетологов, що Земля утворилася за рахунок акреції планетезималей, відповідних за складом вуглисті хондрити класу СI, що містить до 15-20% летких компонентів, в тому числі воду, то тоді цілком задовільно вирішується питання про утворення гідросфери Землі: до значних обсягів води, що виділився на першому етапі у вигляді пари з подальшою конденсацією, приєднується вода, що не встигла виділитися, похована в надрах Землі в складі метеоритного і, можливо, кометно про матеріалу.Цей вихідний матеріал містив і помітну кількість органічних сполук: молекул зі зв'язками вуглець-водень, вуглець-азот, азот-водень, метан, окис вуглецю, аміак, воду.

Встановлення стародавнього віку Землі (4, 56 млрд років), як і віку 1-го і 2-го етапів, висунуло на перший план проблему її теплової еволюції, відому як «дилема Кельвіна»: «Яке було початкове термальне стан Землі і які були превалюють механізми її тепловтрат для того, щоб отримати відомі характеристики її сучасного теплового стану? »[7]. Спроби вирішення цієї дилеми стикаються з можливими двома варіантами теплової еволюції. Перший варіант - це тепловий колапс планети, неминуче віртуально наступаючий в геологічному минулому і причому недалеко віддалений від часу завершення акреції, т. Е. Після кордону 4, 45 млрд років, але не 36 ВІСНИК ВДУ, СЕРІЯ: ГЕОЛОГІЯ, 2010, № 2, ЛИПЕНЬ-ГРУДЕНЬ пізніше 4, 35 млрд років. Одним із шляхів подолання даного протиріччя вважається можливість існування в глибоких горизонтах мантії ізольованого від конвективного впливу шару, збагаченого радіоактивними компонентами.

Кандидатом на цей шар пропонуються [7]: 1) континентальна кора, яка була повністю переробленому; 2) коматіітовая або базальт-коматіітовая кора, яка була також повністю субдуцірована і похована в мантії; 3) базальтова кора. Нам видається, що перший кандидат є кращим, оскільки дані з порівняльної планетології (по Місяця, Марса і Меркурія) цілком допускають існування в ранній історії Землі більш «кислої кори», особливо якщо врахувати рання поява на Землі гідросфери, що забезпечує участь води в формуванні земної кори [2; 3].

Інший варіант теплової еволюції передбачає, навпаки, перегрів Землі, що приводить до термічних катаклізмів, які регулярно, наприклад, повторювалися в історії Венери [4]. На щастя для Землі (а точніше сказати, для нас, землян) теплова еволюція йде по третьому «земному» варіанту, в якому «передбачено» скидання надлишків тепла через механізми тектоніки літосферних плит в зонах спрединга, субдукції та ін.). Але чи працювали ці механізми в археї і тим більше в доархее?

Але перш ніж відповісти на це питання, слід розглянути більш детально існуючі уявлення про будову і склад первинної земної кори.

Наша планета, володіючи значно більшою масою і обсягом, ніж Марс, Меркурій і тим більше Місяць, розігрівала свої надра і поверхня значно енергійніше, ніж ці планети. Чим менше відношення площі планети до маси (обсягу), тим інтенсивніше розігрівається планета, по цьому відношенню з Землею може змагатися тільки Венера. Є вагомі підстави вважати, що на Землі до рубежу 4, 45 млрд років вже сталася глибша, ніж на Місяці, диференціація мантії з утворенням первинної кори, з більш високим вмістом лугів (Na2O + + K2O) і кремнезему (до 50%) і більш низьким вмістом СаО і MgO, т. е. це були більш кислі породи від анортозитами-базальтів і андезитів, аж до порід, відповідних ТТГ-асоціації (тоналіт-тронд'еміт-гранодіорітовой). За А. А. Маракушеву [8], первинне розшарування планет привело до утворення багатих залізом ядер планет, склад яких відповідає залізним метеоритів і палласітам, і силікатною оболонок планет, представлених ультраосновной мантією, що відповідає за складом Ахондрити-уреілітам, і земною корою, яка була теж розшарована і відповідала в нижній частині діогенітам, а у верхній - евкрітам; останні за складом майже не відрізняються від не належать до морських місячних базальтів з низьким вмістом KREEP-компонентів. Модель розшарування Землі на оболонки А. А. Маракушева який суперечить даним порівняльної планетології. Однак за механізмом і часу освіти, а також за складом кори вона потребує деякої коригування. По-перше, розшарування планети приурочено, швидше за все, до інтервалу 4, 45-4, 35 млрд років; по-друге, первинна кора піддавалася бомбардуванню астероидно-метеоритними і кометними тілами з розмірами більше 1, 0 км (дрібні тіла не досягали земної поверхні через щільну атмосферу); по-третє, швидше за все, первинна кора була однорідної, зокрема, в ній були «плями», збагачені лугами, кремнеземом і некогерентного елементами (за аналогією з місячної KREEP-асоціацією та венеріанський шошонітамі). Освіта первинної земної кори відбувалося одночасно з формуванням атмосфери та гідросфери (спочатку у вигляді пари), які разом утворюють єдиний гетерофазна чохол [1] - систему зовнішніх оболонок, пов'язаних єдністю походження і постійною взаємодією. Так завершився другий етап в ранній історії Землі. За А. В. вітязево [9], на цій стадії між орбітами Венери і Марса ще існував рій тел з масою 10-2 від маси Землі (це трохи менше маси Місяця), а розміри самих великих з них могли перевищувати перші кілометри.

Найбільш, мабуть, спірним і не до кінця вирішеним питанням ранньої історії Землі є утворення протосіаліческой оболонки, т. Е. Континентального типу земної кори. Механізм утворення може бути зрозумілий частково шляхом з'ясування природи «сірих гнейсів» і так званої ТТГ-асоціації. Д. М. Шоу [10] пропонує модель первинного складу доархейской кори за участю гранітної компоненти. Цю модель можна назвати моделлю одночасно-послідовного утворення земної кори: «одночасного» в тому сенсі, що в корі при кристалізації відразу з'являються острівці, ділянки сіаліческой кори; «Послідовного» в тому сенсі, що вся подальша еволюція кори приводить до В. І. Сиротін ВІСНИК ВДУ, СЕРІЯ: ГЕОЛОГІЯ, 2010, № 2, ЛИПЕНЬ-ГРУДЕНЬ 37 Доархейская і архейської історія Землі: етапи, геодинаміка і зародження литогенеза посилення ролі і остаточному становленню кори континентального типу. Схема формування протокори, на думку цього автора, виглядає наступним чином: Земля утворилася в результаті гомогенної акреції. Отже, небулярная конденсація передувала поділу Землі на оболонки (ядро, мантія, протокори, поротоатмосфера), при цьому відбулося звільнення великої кількості тепла. Велика частина рідкісних газів вивільняється, а U, Th і рідкоземельні елементи в значній мірі переміщуються в поверхневу зону. В значній мірі розплавлена ​​мантія поступово кристалізується в напрямку вгору в процесі кондуктивного, адвектівних і конвективного охолодження з концентрацією літофільних елементів в блізповерхностних базальтовому шарі. Модель передбачає утворення «анортозітовой накипу»: швидке охолодження поверхні за рахунок випромінювання сповільнилося, а при її застиганні кристалізувалися погано проводять тепло мінерали, головним чином, олівін, піроксен і плагіоклаз; важчі перші два мінерали занурювалися, несучи з собою і частину плагиоклаза.

Під твердою кіркою «накипу» потужністю в 1 2 км, що покриває в ході охолодження, можливо, всю Землю, розташовувався шар базальтової магми потужністю до 50 км, яка, в свою чергу, перекривала габброідних шар, в нижній частині містить блоки перідотіта. Д. М. Шоу підкреслює [10], що можна допустити варіант моделі з відсутністю анортозітовой «накипу» (в разі якщо піроксен і олівін при зануренні захоплювали значну кількість анортиту). Але і в цьому випадку залишкова базальтова магма при охолодженні повинна випробувати диференціацію, створюючи «гранітний» шар потужністю в кілька кілометрів і з масою 1, 89 Ч 1025 р відсутність океанів він міг покривати всю поверхню Землі. У цьому варіанті габброідних шар переходить в Еклогіт, що містить перідотітовие блоки, винесені з нижньої мантії. Одночасно відбулося утворення щільної атмосфери.

За даними Р. Гаррелс і Ф. Маккензі [11] первинна атмосфера ранньої Землі була дуже щільною: при температурі поверхні близько 600 ° С вона мала тиск парів води близько 300 атм. (Що випливає з маси води в сучасних океанах), тиск СО2 - 45 атм. (Що випливає зі змісту вуглекислоти в карбонатних породах сучасної земної кори) і тиск НСl - 10 атм. (Що випливає зі змісту хлору в океанах). Автори не відносять цей склад до конкретного часового інтервалу, їх дані можна вважати орієнтовними. Вони, наприклад, не враховують, що карбонатні породи внаслідок «вуглекислого дихання» могли в великих обсягах зникати з розрізів архею і раннього протерозою. Але що очевидно у даних авторів - це висока щільність первинної атмосфери, яку слід відносити до першого етапу. Після утворення гідросфери і масової диссипации водню, що виникає в тому числі і в результаті окислення метану й аміаку, щільність атмосфери повинна була знизитися в 15-20 разів і, мабуть, мало відрізнялася від сучасної. В умовах теплої Землі така атмосфера не могла бути стабільною. За рахунок підвищеного теплового потоку вулканізму, ультрафіолетового випромінювання грозових розрядів, початкові зв'язку вуглець-водень (в метані, аміаку), азот-водень (в ціаністих з'єднаннях) розривалися, вивільнявся азот і водень, і останній як найбільш легкий елемент назавжди залишав атмосферу Землі. За рахунок фотодиссоциации Н2О і СО з'являвся атомарний кисень, але він не накопичувався, оскільки миттєво витрачався на окислення метану, аміаку, оксиду вуглецю, в результаті в атмосфері поступово накопичувався азот і вуглекислий газ. Атмосфера залишалася відновної. За результатами вивчення порід поверхні Місяця (вік КRЕЕР-асоціації) на Землі завершення кристалізації магматичних систем, пов'язаних з утворенням ядра, мантії і її частковим розплавленням і диференціацією, відбулося не пізніше 4, 35 млрд років тому.

Детальний розгляд моделі Д. М. Шоу не означає, що вона найбільш адекватно малює картину ранньої історії Землі. Навпаки, ми вважаємо, що в неї можна вносити істотні корективи, наприклад, «гранітний» шар, швидше за все, міг бути не суцільним, а острівним і мати «діорітовий», «андезитовий» (з огляду на останні відкриття на Марсі) і навіть «андезито базальтовий »або« ендербітовий »склад. Звернення до цієї моделі пов'язане виключно з методологічним підходом до створення моделей ранньої історії Землі: вони повинні будуватися «знизу вгору» (т. Е. Від кордону 4, 56 млрд років), спираючись на дані порівняльної планетології; і одночасно «зверху вниз» (т. е. від кордону 3, 8 млрд років), спираючись на найдавніші земні документи ранній історії Землі. Такий підхід гарантує подолання синдрому «земного шовінізму».

Слід спеціально підкреслити, що намічені два етапи (4, 55-4, 45 і 4, 45-4, 35 млрд років) в ранній історії Землі заклали індивідуальність планети. Але тільки перший етап (до утворення води в рідкій фазі) доцільно іменувати планетних - догеологической, маючи на увазі, що ще не існує звичне для нас взаємодія ендогенних і екзогенних процесів. На цьому етапі можна говорити про взаємодію ендогенних і екзогенних процесів, оскільки інтенсивність і спосіб надходження речовини (які можна розглядати як екзогенний фактор) викликали відповідну реакцію - розігрів зростаючої планети, її часткове плавлення і диференціацію (ендогенні процеси), з кінця цього етапу екзогенний фактор (зростання маси планети) перестає бути вирішальним і одночасно відбувається «передача естафети» власне земним екзогенних процесів в зв'язку з виділенням основної маси води з надр планети [12; 13]. Д. М. Шоу [10] цю ранню історію Землі, що включає її акреції, освіту ядра, розплавлення мантії і утворення первинної кори, пропонує називати доархейской ерою (приблизно до рубежу 4, 35 млрд років тому).

Етап 3-й: 4, 35-4, 20 млрд років - етап включення зародкових механізмів тектоніки літосферних плит. Для етапу характерно двухуровенная перемішування речовини: з одного боку, поява «гарячих глибинних точок» з підйомом речовини від кордону «ядро - мантія»; з іншого боку, з'являється мелкоячейковая надастеносферная диференціація з появою зон спрединга і зародкових зон субдукції. Такий погляд на історію цього етапу не є єдиним. Так, прихильники постійного рівномірного (хоча й трохи спадної) надходження речовини метеоритів допускають, що цей етап не був спокійним і що за цей час могло надійти метеоритно-кометної речовини, який можна порівняти за кількістю навіть з масою земної кори, і що саме ця речовина значно поповнило масу летких на Землі (вода, органічні сполуки, гази) і стало причиною льоду біля полюсів Місяця і Меркурія. Однак дані по планет земної групи (крім, може бути, Венери) суперечать такому висновку. Сталося формування вторинної земної кори.

Етап 4-й: 4, 20-3, 80 млрд років - етап інтенсивної астероидно-метеоритного бомбардування.Вікові рамки етапу визначено за аналогією з «місячної стратиграфией»: 4, 20 млрд років - вік стародавнього ударного басейну Нектаріс; 3, 80 млрд років - вік наймолодших ударних басейнів і кратерів Місяця, басейну Калоріс на Меркурії. Слід мати на увазі, що «важке бомбардування» здійснювалася вже в умовах сформованого загальнопланетарного чохла, що включає в тому числі сиалического оболонку, первинну масу осадових порід, а можливо, і зачатки біосфери. Сталося формування третинної земної кори. Земля - ​​це єдина планета, в ранній історії якої сформувалися океани, літогенез, зачатки тектоніки літосферних плит і, можливо, життя. Є всі підстави вважати, що всі ці найважливіші атрибути Землі тісно взаємопов'язані в її історії. Д. М. Шоу [10] пропонує називати ці два етапи (3-й і 4-й) протоархейской ерою.

Слід зазначити, що протоархейская ера була найбільш «темної», оскільки вона дуже слабо висвітлена даними порівняльної планетології (ні Місяць, ні Меркурій, ні Венера не зафіксували ніяк цю стадію), і тільки Марс може в значній мірі конкретизувати цю стадію, з огляду на існування марсіанської гідросфери в доархейское час. У зв'язку з цим планетні геологи покладають великі надії на експедиції на Марс зі спускаються марсоходами, заплановані в найближчі десятиліття. Проте можна стверджувати, що протягом цього етапу відбулося формування третинної земної кори [2; 4]. Тектонічний стиль її мало відрізнявся від сучасного. Це випливає з глибокого аналізу [7] співвідношення субдукційних і мантийно-плюмовой процесів в геодинаміці архейских зеленокаменних поясів. Було встановлено, що формування архейских бонінітових серій відбувалося в режимах інтраокеаніческіх зон конвергенції при активному впливі на субдукціонним процеси мантийно-плюмовой похідних - океанічних плато і гарячих точок; умови формування вперше виділених бонінітових серій протягом усього архею мало відрізнялися від фанерозойских. Це свідчить про те, що ступінь вікового охолодження верхніх горизонтів мантії протягом усього її геологічної історії не перевищувала 30 ° С / млрд років. Однак проста констатація цього факту є недостатньою і потребує більш глибокого розгляду теплової історії та геодинаміки раннього докембрію на основі аналізу історії архейских гранулит-зеленокаменних областей.

Доархейская і архейської історія Землі: етапи, геодинаміка і зародження литогенеза Архейська історія Землі (до проблеми геодинаміки архею) Прийнято вважати, що геодинаміка архею повинна помітно відрізнятися від геодинаміки наступних еонів: раннього і пізнього протерозою, фанерозою. Причина відмінності - високий тепловий потік ранньої Землі, що визначало стиль архейских геодинамічних процесів. Тому важливо також порівняти геодинаміку архею, отриману на основі конкретних геологічних факторів, з геодинамікою доархея, заснованої, головним чином, на даних порівняльної планетології. В основу характеристики геодинаміки архею, що приводиться нижче, покладені опубліковані роботи А. А. Щіпанского з співавторами [7], по ходу їх викладу лише будуть зроблені критичні зауваження, що сприяють ув'язці їх з даними порівняльної планетології.

Тепловий потік ранньої Землі і проблема стабілізації архейської літосфери Відкриття радіоактивного розпаду в 1902 р дозволило визначити вік Землі. Спочатку після відкриття радіоактивний розпад став розглядатися як головне енергетичне паливо Землі. Однак незабаром виявилося протиріччя між високими значеннями теплового потоку в океанічних областях Землі, зокрема, в СОХ, і надзвичайно низьким вмістом радіоактивних елементів в базальтах океанів. Число Юрі (відношення глобальної радіогенної теплогенерації до загального тепловому потоку Землі) виявилося ≤ 0, 16 (на основі аналізу теплового потоку в СОХ), але зростає до 0, 5 (на основі апроксимації середніх змістів радіоактивних елементів в Землі). До проблеми існування всередині мантії збагаченого радіоактивними елементами резервуара додалася проблема пояснення факту ранньої изотопной деплетаціі верхньої мантії (Sm-Nd, Lu-Hf, Rb-Sr). Якою б не була первинна земна кора (сиалического, базальтова, коматіітовая), низькі співвідношення зазначених ізотопів вимагають допущення її рециклінгу з похованням в глибоких горизонтах мантії в архее, а можливо, і в доархее (гадіі).

Допущення існування в мантії збагаченого геохімічного резервуара мало для адекватного пояснення сучасного теплового стану Землі. Так з'являється необхідність підключення для пояснення сучасного теплового балансу Землі термальною конвекції, за допомогою якої можна максимально ефективно використовувати всі внутрішнє тепло Землі. Тільки до теперішнього часу стало можливим задовільний рішення «дилеми Кельвіна», і вона дозволяє досягти для віку 3, 8-4 0 мільярди років прийнятних температур, при цьому доводиться ускладнювати моделі з введенням в параметризацію конвекції нелінійних залежностей в'язкості мантії від температури, глибини, тиску і різноспрямованої дії різних механізмів кондуктивной теплопровідності [7]. Рішення «дилеми Кельвіна» змушує використовувати механізми плейт-тектоніки з високими значеннями чисел Релея конвектирующей мантії з балансує системою (дессіпаціей) теплової енергії в субдукційних зонах. В іншому випадку в мантії неминуче повинна виникати застійна конвекція з наростанням конвективних тепловтрат і, як наслідок, виникнення магматичного океану. Чим раніше встановлюється режим інтенсивної конвекції мантії, супроводжуваний процесами її хімічної диференціації з утворенням прикордонного термального шару (літосфери), тим раніше повинен відбутися і перехід від розплавленого стану верхніх оболонок Землі (в доархее) до їх твердому стану (в археї) [7]. Однак дані порівняльної планетології [2] дозволяють віднести цей перехід в «глибину» доархея, аж до кордону 4, 35 млрд років. З такого методологічного підходу до вирішення дилеми Кельвіна слід, що температура вікового охолодження Землі не могла перевищувати 80 ° С / млрд років. Таким чином, середня температура архейської мантії була не більше ніж на 200-250 ° С вище середньої температури сучасної мантії [7]. Ці дані можуть служити орієнтиром для встановлення температури мантії до кінця другого етапу, т. Е. До рубежу 4, 35 млрд років. Цілком можливо, що температура могла досягати 300-350 ° С, оскільки широка поширеність коматіітов в археї може служити аргументом кілька перегрітого стану мантії. Однак існує досить багато геологічних фактів, які свідчать про те, що термальна структура і потужність архейської літосфери значимо не відрізнялися від сучасних [7]. Дані по реконструкції геохімічних градієнтів гранулітового областей і архейської віковим групам алмазів з кімберлітових трубок доводять, що вже до середини архею існували області з холодною літосферою, що відповідає полю стабільності алмазів, причому в подальшому вона не піддавалася конвекції, по 40 ВІСНИК ВДУ, СЕРІЯ: ГЕОЛОГІЯ 2010 , № 2, ЛИПЕНЬ-ГРУДЕНЬ принаймні, з 3 0 мільярди років. Дані порівняльної планетології дозволяють вважати, що плавучі «плями Сіаль», які беруть у конвекції, з'явилися набагато раніше, швидше за все, з рубежу 4, 35 млрд років. Саме вищі температури, викликають більш інтенсивне плавлення мантії, приводили до виникнення менш щільною і стабільної літосфери, стійкої до конвективного пертурбації. Найважливішим наслідком для геодинаміки архею і пізнього Гадія (4, 35-3, 80 млрд років) є формування океанічної кори підвищеної потужності - до 20 км проти 6-8 км у сучасній океанічної кори [7].

Океанічна кора в археї Доказом гарячої архейської мантії є широке прояв коматіітового вулканізму (t ≥ 1600 ° С). Однак більш високі температури мантії (до 1700 ° С) малоймовірні, оскільки вони повинні блокуватися Буферірованіе через повну плавлення перідотіта при адіабатичній декомпресії, що призвело б до масового виливу коматіітових лав, в цьому випадку вони становили б весь обсяг зеленокаменних поясів. Тому більшість дослідників зеленокаменних поясів схиляються до моделі плюмовой походження коматіітов, що дозволяє оцінювати температуру архейської мантії всього на 100 ° С вище сучасної. Вона починала плавитися на глибині близько 92 км, продукуючи океанічну кору потужністю близько 20 км [7]. Підтверджується, що швидкість охолодження верхньої мантії повинна становити близько 30 ° С / млрд років.

Екстраполюючи криву зміни температури мантії від сучасного стану до раннього архею, коли ці значення могли досягати 1500 ° С, можна прийти до важливого висновку - процеси часткового плавлення архейської мантії при її адіабатичній декомпресії повинні протікати аналогічно тому, як це відбувається при формуванні сучасних океанічних плато, і, таким чином, останні є найбільш підходящими моделями будови архейської океанічної кори потужністю близько 20 км. В якості моделі будови океанічної архейської кори А. А. Щіпанскій [7] пропонує розглядати глибинне будова Ісландії, в якому чітко виділяється два шари - верхня і нижня кора. Верхня кора по швидкісним характеристикам зіставляється з шаром 2 океанічної кори, перевищуючи потужність останньої в 2 рази. За аналогією з Ісландією можна вважати, що верхня частина архейської океанічної кори повинна складатися толеітамі Е ​​або Т-типу MORB з деякою кількістю покрутив або коматіітових базальтів, що свідчить про високотемпературної мантії. Значно меншу частину обсягу лавового комплексу повинні складати вулканіти среднекіслих складу, які утворюються при фракційної диференціації основних розплавів або за рахунок часткового плавлення амфиболов нижньої кори, яка насичена габбровимі або габро-перідотітового силламі і розшарування дайкового роями. Перехід до нижньої корі фіксується по різкого стрибка поздовжніх сейсмічних хвиль з 6, 5 до 7, 1 км / с, що передбачає зміну хімічного складу кори - переважання габро-перідотітового порід. До основи нижньої кори швидкість поздовжніх хвиль зростає до 7, 5-7, 9 км / с, що знаходиться в різкому контрасті з даними по швидкісній структурі базальних горизонтів океанічних басейнів (6, 7-6, 8 км / с).

Найбільш логічним поясненням високих швидкостей в нижній корі Ісландії є присутність значної кількості олівіну. При низьких ступенях плавлення перідотіта на глибинах ≥ 70 км генерується високомагнезіальная магма (MgO ≈ 15-18 вагу.%) Пікрітового складу з великим вмістом олівіну, ніж в спостережуваних на поверхні толеітових лавах (з вмістом MgO ≈ 6-8 мас.%). Таким чином, первинні розплави повинні відчувати сильну фракційну диференціацію з ранньої відсадженням олівіну і накопиченням в залишковому розплаві плагиоклаза. Нижня кора Ісландії потужністю ≥ 15 км являє собою, швидше за все, рестітовую суміш габброідних-амфиболитовой і дунітовой складу, що найбільш вдало задовольняє високошвидкісним характеристикам сучасних океанічних плато [7].

Багато авторів інтерпретують мафіт-ультрамафітовие розрізи зеленокаменних поясів як можливі аналоги офиолитовой асоціації [7]. Найбільш древні офіолітовие комплекси є палеопротерозойського (комплекси Іормуа в Фінляндії, Пуртунік в Канаді, Джеймстаунського в підставі Барбертонского пояса в Південній Африці, Донгвезі в орогенного поясу Північно-Китайського кратона). Всі вони свідчать про те, що механізми виведення офиолитов на поверхню істотно не відрізнялися від того, що відбувалося в більш молоді геологічні епохи. Крім того, вони вказують, що процеси спрединга і плавлення сублітосферной мантії В. І. Сиротін ВІСНИК ВДУ, СЕРІЯ: ГЕОЛОГІЯ, 2010, № 2, ЛИПЕНЬ-ГРУДЕНЬ 41 відбувалися вже в археї в надсубдукціонной обстановці, що в археї вже існували жорсткі океанічні плити і що фрагментовані офіолітовие комплекси можуть бути виявлені у всіх зеленокаменних поясах архею Ціркумпаціфікі. Вони також підтверджують, що потужність доархейской, архейської і палеопротерозойського океанічної кори була в кілька разів більше потужності сучасної океанічної кори, а в її освіті брали участь як субдукціонним, так і мантийно-плюмовой процеси [7]. Докази субдукції в археї (і доархее?) Більш висока температура архейської мантії народжує ідеї про особливі умови формування континентальної кори і підвищеної плавучості океанічної кори, що перешкоджає реалізації субдукції. Однак такий висновок виявляється занадто поверхневим, що не враховує деякі кількісні характеристики архейської океанічної кори. Крім того, відомі великі сегменти океанічної літосфери молодого віку (менше 22 млрд років) і потужністю ≥ 7, 0 км, які субдуцірует. Чисельні (розрахункові) моделі субдукції при різних потенційних температурах мантії показують, що до температури 1525 ° С і при потужності океанічної кори менше 22 км субдукция виявляється стійко можливою. Однак подальше підвищення температури до 1600 ° С, а потужності кори до 30 км блокують субдукції [7]. Для доказу субдукції океанічних архейских плато можна міркувати від протилежного, т. Е. Припустити, що плато сформувалися лише тільки в результаті плюм-тектоніки, в цьому випадку повинен утворитися потужний шар базит-ультрабазитових матеріалу; мабуть, єдиним виходом з такого результату цієї моделі з'явилася б його трансформація в умовах формування континентальної кори, т. е. сам цей шар повинен стати джерелом для формування тоналіт-трондьеміт-гранодіорітових (ТТГ) серій, які, як відомо, складають основний обсяг архейської континентальної кори. Наявні дані геохімічних і петрологических досліджень архейських ТТГ-асоціацій дозволяють допускати їх утворення при частковому плавленні ніжнекорових частин потужних (> 30-50 км) мафітових будівель типу океанічних плато, в основі яких передбачається трансформація амфіболітами в Еклогіт.Експериментальні роботи [7] пов'язують освіту ТТГ-серій з частковим плавленням метаморфизованних базитов в широкому діапазоні тисків (8-32 кбар) і при температурах від 800 до 1100 ° С, а саме ці параметри є найбільш підходящими для зон субдукції океанічних плит з високим геотермическим градієнтом. Таким чином, не виключається можливість їх утворення за рахунок плавлення безпосередньо нижніх частин потовщеною архейської океанічної кори потужністю ≥ 30 км. Така модель освіти ТТГ-асоціацій є цілком вірогідною. Як приклад вказуються архейськие блоки Середнього Придністров'я, Українського щита, кратон Пілбара в Західній Австралії, Онолотскій зеленокаменного пояс одного з блоків Сибірського кратона. До цього переліку слід додати «серогнейсовие комплекси» раннього докембрію північного сходу Балтійського щита, розглянуті в роботі [14]. Однак якщо визнати цю модель освіти ТТГ-асоціацій дійсної, то залишаються проблеми глобальної плюмовой тектоніки архею, оскільки при цьому виникають нові проблеми, пов'язані, наприклад, з флюидной водною масою, яка так необхідна для генерації значних обсягів кислих розплавів. Тому автори [7] схиляються до висновку, що більшість океанічних плато і гарячих точок в геологічній історії Землі були субдуціровани і не завдаючи в мантії. В іншому випадку якби океанічні плато були б не субдуціруемой, то вони повністю заповнили б океанічні простору приблизно за 650 млн років. Таким чином, автори роблять висновок, що існує набагато більше аргументів за субдукції в археї, і в цій моделі освіту ТТГ-асоціацій зв'язується з частковим плавленням недігідратірованной океанічної кори, а не мантійного клину, як це вважається, для сучасних субдукційних ситуацій [7].

Процес трансформації базальту в Еклогіт розглядається як головний, забезпечує субдукції океанічної плити [7]: в процесі занурення до певного інтервалу глибини відбувається різке збільшення щільності на 600 кг / м3, метаморфічні реакції базальт-еклогітовой переходу відбуваються або по шляху формування лавсонітових еклогітов (холодна трансформація ), або амфіболових еклогітов (гаряча Транформація). Для архейских геодинамічних обстановок з більш високим геотермічних градієнтом ця трансформація відбувається шляхом формування амфіболових Доархейская і архейської історія Землі: етапи, геодинаміка і зародження литогенеза 42 ВІСНИК ВДУ, СЕРІЯ: ГЕОЛОГІЯ, 2010, № 2, ЛИПЕНЬ-ГРУДЕНЬ і амфібол-цоізітових еклогітов, причому ця більш «гаряча» транcформація пов'язана з зонами пологої субдукції, а «холодна» послеархейская глаукофан-лавсонітовая трансформація пов'язана з зонами крутий субдукції океанічних плит. Така спеціалізація цілком пояснює відсутність голубосланцевого метаморфізму в археї [7].

Слід також зазначити, що архейська «полога субдукция» виробляла нову континентальну кору, океанічна плита повністю дезінтегрованих на глибинах менше 200 км; послеархейская «крута» субдукция зародилася внаслідок поступового охолодження Землі, в результаті відбулося утонение океанічної кори і збільшення крутизни занурюється слябів, який доходив до кордону «ядро - мантія» (з тривалою зупинкою на глибині 670 км). Так остаточно сформувалася спадна гілка циклу Бертрана. Модель пологої субдукції отримала істотну аргументацію, коли з'ясувалося, що архейські ТТГ-асоціації за своїми основними петрохімічними і геохімічним показниками є аналогами адакітов - кайнозойських високоглиноземистих кислих плагіопорфірових лав.

Про плюм в археї (і доархее) Як відомо, розрізняють два типи мантийно-плюмовой утворень: 1) власне плюмами - великі регіони (і обсяги!) Підняття гарячої мантії; 2) гарячі точки, над якими фіксуються асейсмічні хребти і ланцюги океанічних островів шириною до ≤ 75 км.

Продукти плавлення мантійних плюмов за складом чітко відрізняються від базальтів СОХ і островодужних систем. Ця відмінність зумовлено тим, що температури в головній частині плюму на 200-250 ° С вище, ніж температура пасивного апвеллинга верхньої мантії. Найбільш важливою характеристикою еволюції мантійних-плюмовой магматизму є зменшення в часі (після архею) магнізіальності вулканітів. Фанерозойський плюмовой вулканіти мають магнезіальних від MgO ≥ 12 вагу.% (Покрутив) до MgO 22-24 вагу.% (Коматііти). Для архею типовими є вулканіти з MgO 12-18 вагу.% (Коматіітовие базальти) і з MgO 18-30 вагу.% (Коматііти). Але оскільки в розрізах зеленокаменних поясів архею коматііти тісно асоціюють з толеітових базальтами, то неминучий розрив в ліквідусних температурах плавлення можна пояснити тільки з позицій плавлення мантійного плюму: в центральній (осьовий) частини утворюються коматіітовие розплави, що надходять з великих глибин, а в головному, менш високотемпературної частини генеруються толеітовие розплави. Показником зв'язку коматіітов з глибинними мантійними плюмами є високі значення відносини 3He / 4He, деплетірованние геохімічні характеристики, позитивні значення εNd, що також вказує на деплетірованний N-MORB-тип мантійного джерела [7]. Дуже важливо підкреслити, що деплетірованний характер коматіітового джерела підтверджує модель дуже швидкого в ході акреції або відразу після неї поділу Землі на оболонки (геосфери), коли і виник великий магматичних резервуар MORB-типу.

Послеархейскіе, особливо Фанерозойський, вулканіти гарячих точок істотно відрізняються від архейських: вони представляють вулканіти OIB-типу, збагачені спектром високозарядних некогерентних і рідкоземельних елементів.

Разом з тим, з'ясовується, що твердження про виняткову деплетаціі архейских мантийно-плюмовой утворень, як і про значне поширення самих коматіітов, про їх зв'язок з нібито панівної в археї плюмовой тектоникой, є занадто перебільшеними [7]: самі вулканіти в розрізах земнокаменних поясів складають не більше 5%, аналіз поширеності високомагнезіальних мантийно-плюмовой вулканітів в геологічній історії Землі показує, що архейська історія по насиченості коматіітов мало відрізнялася від середньої для всієї ге логічної історії. І навіть унікальне мантийно-плюмовой подія у рубежу 2700 мільйонів років має свій аналог у вигляді суперплюми альбского часу! Показово також, що архейський суперплюми приурочений ні до раннього або середнього архею, а до неоархей.

Формування гідросфери і літогенезу в доархейской історії Передбачуваний сценарій подій в ранній історії Землі дозволяє обґрунтовувати три джерела (і механізму накопичення) води на Землі.

1. Вода як залишковий реліктовий продукт неізгнанного газово-пилового конденсату: внесок цього джерела в формуванні маси гідросфери незначний.

2. Вода, що виділилася в ході акреції Землі, поділу її на кору, мантію і ядро; внесок цього джерела, навпаки, максимально великий.

3. Вода, виділяється в ході подальшої диференціації мантії. На жаль, в даний час геологи, геохімік і космохімікі не можуть оцінити частку цієї води в освіті гідросфери, оскільки поява зон спрединга і субдукції на 3-му етапі докембрийской історії передбачає залучення раніше виділилася води в круговорот речовини, пов'язаний з зароджується тектоникой літосферних плит. Частина води на Землі має кометної походження, але частка її в загальній масі поки не оцінена.

Отже, все вищесказане дозволяє з достатньою підставою вважати 2-й етап часом зародження примітивного литогенеза часом початку формування осадової оболонки Землі. Важко уявити характер опадів, але можна припустити, що він визначався інтенсивним вивітрюванням під впливом гарячих кислотних дощів. Можна припустити також, що формувалися вільні оксиди кремнію, алюмінію (глинозем), кальцит, магнезит, пірит, солі лужних металів з галогенами, сіркою, азотом і бором; не було тільки в продуктах вивітрювання оксидів і гідроксидів заліза через відновного характеру атмосфери. Саме цю стадію мали на увазі Р. Гаррелс і Ф. Маккензі [11], коли відзначали, що реактивність системи народжується океану і атмосфери була «страхітливою». Температура поверхні була значно вище 100 ° С (по Р. Гаррелс і Ф. Маккензі - до 600 ° С), а почалося утворення гідросфери з рубежу 4, 404 млрд років приводило до таких співвідношеннях: на 1 моль води утворювалися 1 моль НCl і 0 , 5 моль СО2. Процес акумуляції води у вигляді пари в атмосфері не міг бути тривалим, оскільки, за висновком сучасних космохіміков, «вода в атмосфері планет не жилець» (досить згадати сумний приклад Венери, яка втратила воду). Раннє зародження гідросфери і літогенезу - найважливіші події ранньої історії Землі, що визначили стиль її подальшої еволюції, що заклали основу для виникнення і еволюції життя.

У міру остигання поверхні Землі конденсація води посилювалася, почали з'являтися ознаки кліматичної зональності. Тому є підстави вважати, що освіта первозданних океанів починалося в високих широтах, поблизу полюсів, де вода акумулювалася в дрібних депресіях і ставала солоної, вищелачівая розчинні солі галоідов, сульфатів, карбонатів і нітратів, боратів і ін. Автор є прихильником значного (до 80 90%), а то й максимального формування гідросфери Землі за обсягом до кінця 1-го і протягом 2-го етапу. Ряд зарубіжних дослідників (Д. М. Шоу та ін.) Також вважають [10], що вже до рубежу 4 0 мільярди років тому обсяг морської води збільшився до сучасної величини в 1, 42 Ч 1024 см3, що призвело до утворення великого океану з розкиданими острівцями гранітів з підіймаються вулканічними утвореннями з більшою їхньою концентрацією в екваторіальному поясі. У той же час глибокі горизонти архейської мантії, що живили мантійні коматіітовие плюмами, були істотно більш гарячими, перевищуючи сучасні значення на 250-300 ° С (див. Вище).

Безумовно, 4-й етап був предтечею геодинаміки архейської земної кори.

Вагомі аргументи зародження литогенеза в доархейской історії Землі отримані в результаті сенсаційних відкриттів за допомогою американських марсоходів «Спірит» і «Оппотьюніті», доставлених на поверхню планети в січні 2004 р .: в стінках двох кратерів ( «Орел» і Гусєва), розташованих на протилежних ділянках екваторіальній зони, були виявлені оголення піщано-гравійних порід явно осадового і водного походження, а в місцях посадки в реголіті виявлені хлориди і сульфати, що вказує на існування первинних водойм (океано в або озер) в найраніший нойскій еон (4, 5-3, 8 млрд років) історії Марса [2; 4]; солі відповідають за хімічним складом первозданним океанам Землі. Подальша еволюція литогенеза на Марсі обірвалася через втрату гідросфери. На Землі, навпаки, раннє зародження гідросфери та біосфери визначили подальшу еволюцію литогенеза, чітко зафіксованого в метаморфічних породах раннього архею.

Про тектонічному стилі доархейской земної кори Протягом перших двох етапів земна кора повинна випробувати істотну еволюцію. Ще до утворення океанів в умовах багатої Н2О і СО2 гарячої атмосфери вона зазнавала впливу вулканізму, переплавлению з утворенням ядер кори континентального типу. Вулканізм провокувався і ще досить сильними приливами і відливами в системі Земля - ​​Місяць, а також Контракційна напруженнями, що виникають при охолодженні. Розвивалася первинна регматіческая мережу - система тріщин, обме-Доархейская і архейської історія Землі: етапи, геодинаміка і зародження литогенеза 44 ВІСНИК ВДУ, СЕРІЯ: ГЕОЛОГІЯ, 2010, № 2, ЛИПЕНЬ-ГРУДЕНЬ вающая полігональні протоконтінентальние ядра ( «плавучі крижини», по Д . М. Шоу). Ця мережа визначала і активні тектонічні зони, за якими локалізувалися втрати тепла з надр планети. Розглянувши довжину хвилі при Контракційна вигині протокори як функцію сили тиску і потужності кори, можна визначити, що діаметр ядер був в 2-3 рази більше їх потужності (10-12 км), т. Е. Становив 30-50 км, що підтверджується проміжками між зеленокаменного поясами в провінції озера Верхнього (53 км) [15]. Якщо вважати, що місця прогинання відзначають місця переважного розвитку вулканічних процесів (зони відносного розтягнення), то можливо моделювання процесів перемішування протокори по типу мелкоячейковой конвекції Релея - Бенара, що виникає в астеносфері. Контури такої решітки з чітко вираженим гексагональним виглядом осередків найбільш чітко проявлені в Австралії та Африці [15]. У цій моделі центральні частини гексагональних осередків - це галузі розвитку раннеархейскіх зеленокаменних поясів і ТТГ-асоціацій, а роль «зварних швів» відводиться гранулит-гнейсовой поясам. За іншою версією самі зеленокаменние пояса виконували роль «зварних швів» в процесі консолідації «стада» протоконтінентальних ядер. Слід зауважити, що дані моделі «списані» з раннеархейского етапу, а для доархейской історії потрібне внесення коректив: земна кора була «м'якше», податливі, осередки менш правильні, розподіл їх більш хаотично, в екваторіальній області осередки через великі відцентрових сил, швидше за все, були неправильної форми, сплюснуті, «лінійні». Як би там не було, доархейскіе етапи - це час інтенсивної переробки первинної кори вулканізмом різного складу (від кислого до ультраосновного), процеси вивітрювання і зароджується седиментогенез. Регенерація магми полегшувалась радіоактивним розігріванням верхньої мантії в результаті розпаду U, i К, К, акумульованих в ході первинної диференціації; властивості і склад магми сильно залежали не тільки від Р і Т, складу порід і ступеня плавлення, а й РН2О. При досить строкатому складі виникають поверхневих вулканітів загальний вектор часткового плавлення такого роду постійно вів до утворення більш кислої і менш щільною сіаліческой кори. Інтенсивність процесів хімічного вивітрювання забезпечувалася не тільки високою температурою і вологістю, а й пухким шаром реголіту, а також високою роздробленістю кори під впливом метеоритного бомбардування.

Що стосується способів освіти серогнейсовой ТТГ-асоціації, то найчастіше пропонується попереднє занурення базальтів океанського типу з коматіітовой компонентою аж до астеносфери, попереднє перетворення їх в амфіболіти або еклогіти.Існує кілька способів такого занурення. Один з них - сагдукція, запропонована В. Е. Хаїним [16], полягає в прямому зануренні блоків первинної кори в астеносферу, яка розташовувалася в той час безпосередньо під тонкою корою, в результаті «прогинання», обвалювання блоків кори над мантійними гарячими струменями ( «гарячими точками»). Допускається при цьому, що плюмами могли провокуватися метеоритними ударами.

Другий спосіб - субдукция з пологим зануренням слябів - характеризується виникненням вулканічних дуг над зонами занурення, злиття яких призводить до утворення мікроконтінентов, проте поки строго не доведена для до- і раннеархейскіх ТТГ-террейнов лінійна форма дуг.

Третій спосіб - обдукція - був запропонований південноафриканськими геологами М. де Віт і ін.

[16], які припускають попередню серпентінізація кори, що робить її нездатною до субдукції і викликає в результаті стиснення нагромадження лусок цієї кори, їх занурення і часткове плавлення. Інші геологи (Д. Еббот і Р. Дрюри) доводять, що субдуцірованіе в доархейской корі виключається через великої потужності кори (більше 23 км) [16].

Нарешті, можна запропонувати четвертий спосіб - тессерообразованіе - перекидання до вертикального положення лусок первинної кори, їх скучивания в умовах плюмовой хаотичної тектоніки; цей спосіб, «підглянутий» на Венері, цілком міг забезпечити в межплюмовом просторі розплавлення поставлених «на голову» лусок кори і перетворення її в ТТГ-асоціацію.

Короткі висновки 1. Отже, дані порівняльної планетології і раннього зародження гідросфери дозволили прийти до висновку, що майже «з самого початку», приблизно з рубежу 4, 35 млрд років, відбулося зародження литогенеза. Це дає підставу говорити, що земна кора в доархее була магматичної, а осадово-магматичної оболонкою. Тільки для самого раннього етапу - «гарячої Землі» - літогенез був неможливий.

2. Комфортні умови на поверхні Землі, зумовлені раннім зародженням гідросфери, сприяли предбиологической еволюції і, можливо, більш раннього зародження життя в доархее. Доказ цих умов приходить з Марса: виявлені на цій планеті карбонатні скам'янілості (?) І явні ознаки існування гідросфери відносяться до нойскому еону (4, 5-3, 8 млрд років).

3. Елементи тектоніки літосферних плит, зокрема, субдукция в поєднанні з плюмовой тектоникой впевнено доводиться для архейских зеленокаменних областей [7]. Цілком можливо її зародження в доархейской історії, оскільки механізми тектоніки літосферних плит найбільш ефективно забезпечують звільнення Землі від надлишків тепла, т. Е. Від перегріву. Таке припущення знаходиться в дусі геніального передбачення В. І. Вернадського: по-перше, на Землі майже «з самого початку» [12; 17-19] виникли сприятливі умови для виникнення життя, а всі наступні еволюційні якісні зміни (крім, мабуть, зародження фотосинтезу) були несуттєвими; по-друге, відбулося раннє, можливо, доархейское, підключення життя до формування планетарного гетерофазного чохла; по-третє, висловлені уявлення про існування предбиологической субстанції [13; 20-22] до появи Сонячної системи повертають нас на новому науковому матеріалі до принципу Вернадського - Реді [19] - «omne vivum e vivo» ( «все живе від живого»). Мається на увазі, що майже відразу після «Великого Вибуху» органічні сполуки могли взяти на себе роль передбіологічних молекулярних структур. Цей принцип знаходить підтвердження і в доведенні предбиологической еволюції ще до утворення Землі в результаті астрокаталіза [24], який виступає в якості стартового етапу в виникненні життя.

4. Історія Землі - це частина історії Сонячної системи і Всесвіту в цілому. В рамках теорії Великого вибуху структура нашого Всесвіту, її еволюція в цілому і складових її частин заснована на жорстких значеннях основних фізичних констант: гравітаційного, електромагнітного, слабкого і сильного взаємодії, постійної Планка, швидкості світла. Найменші відхилення від цих значень кладуть заборона на наш Всесвіт. Все в нашому Всесвіті дуже узгоджено, підігнано, все «зроблено» дуже вдало для існування Сонячної системи, Землі і людини. Все це змушує багатьох фізиків, в тому числі лауреатів Нобелівської премії, говорити про якийсь семантичному полі і навіть «науково відкривається Бога». У зв'язку з цим можна навести два показових прикладу, що ілюструють узгодженість фізичних констант: 1) якби константа гравітаційної взаємодії була на 8-10% менше, то зірки до нашого часу (за 13, 7 млрд років!) Не встигли б виникнути; якби ця константа була на 8-10% більше, то зірки занадто швидко проеволюціоніровалі б з утворенням білих карликів, чорних дір; 2) якщо б маса електрона була в 3-4 рази більше, то час існування атома нейтрального водню обчислювалося б кількома днями, а це означає, що Галактики і зірки складалися переважно з нейтронів, а різноманіття атомів і молекул просто не існувало б. 5. Наведена доархейская і архейської історія Землі теж містить ознаки такого узгодження. Так, на Землі успішно функціонують механізми звільнення від тепла, що дозволяє Землі не заморозитися (як це сталося з Марсом) і не перегрітися, що могло б призводити до теплових катаклізмів (як це регулярно трапляється з Венерою). Раннє включення механізмів тектоніки літосферних плит в поєднанні з плюмовой тектоникой забезпечує «доцільний» тепловий баланс Землі. Багато незвичайного і в той же час доцільного в еволюції життя. Чому життя на Землі, з'явившись в археї (а може бути, і в доархее), практично не еволюціонувала протягом 7/8 своєї історії? Але потім сталася бурхлива еволюція протягом фанерозойського еону, що пов'язано з переходом до багатоклітинних організмів, а також переходу до двостатеві, більш доцільного, розмноженню, підказаному самою Природою.

Висловлені в статті міркування про доархейской і архейської історії Землі знаходяться повністю в руслі розвитку ідей В. І. Вернадського [23] про подібність процесів вивітрювання і седиментогенеза криптозоя і фанерозою і А. В. Сидоренко, який сформулював «принцип еволюційно ускладнює єдності докембрію і фанерозою» [25; 26].

Список літератури

1. Нариси порівняльної планетології. - М.: Наука, 1981. - 326 с.

2. Сиротін В. І. Порівняльна планетологія: навчальний посібник / В. І. Сиротін; Воронезький державний університет. - Воронеж: Видавничо-Доархейская і архейської історія Землі: етапи, геодинаміка і зародження литогенеза 46 ВІСНИК ВДУ, СЕРІЯ: ГЕОЛОГІЯ, 2010, № 2, ЛИПЕНЬ-ГРУДЕНЬ поліграфічний центр Воронезького державного університету, 2009. - 168 с.

3. A cool early Earth / JW Valley [et al.] // Geology. - 2002. - V. 30. - P. 351-354.

4. New the solar System. - Cambridge: Cambridge unewersity press, 1999. - 421 p.

5. Hartman William KA Brif Hystory of the Moon / KA Hartman William // The plantary report. - 1997. - V. 17, № 5. - P. 5-11.

6. Жарков В. Н. Геофізичні дослідження планет і супутників / В. Н. Жарков. - М.: ОІФЗ РАН, 2003. - 102 с.

7. Щіпанскій А. А. субдукціонним і мантийно-плюмовой процеси в геодинаміці формування архейских зеленокаменних поясів: автореф. дис. ... д-ра геол.-мінерал. наук / А. А. Щіпанскій. - М., 2006. - 64 с.

8. Маракушев А. А. Походження і еволюція Землі та інших планет Сонячної системи / А. А. Маракушев. - М.: Наука, 1992. - 204 с.

9. Витязь А. В. Рання еволюція Землі / А. В. Витязь // Земля і Всесвіт. - 1990. - № 2. - С. 18-24. 10. Шоу Д. М. Розвиток ранньої континентальної кори. Частина 2. Доархейская, протоархейская і більш пізні ери / Д. М. Шоу // Рання історія Землі. - М.: Мир, 1980. - С. 40-63.

11. Гаррелс Р. М. Еволюція осадових порід / Р. М. Гаррелс, Ф. Г. Маккензі. - М.: Мир, 1974. - 271 с.

12. Бернал Дж. Виникнення життя / Дж. Бернал. - М.: Мир, 1969. - 392 с.

13. Сиротін В. І. Про предбиологической еволюції органічних сполук і біологічних формах в залізистих кварцитів КМА / В. І. Сиротін, А. В. Жабін // Біогеосферние дослідження стану і динаміки природного середовища: тр. НДІ геології ВДУ. - Воронеж, 2007. - Вип. 4. - С. 179-183.

14. Мінц М. В. Ранній докембрий північного сходу Балтійського щита: палеогеодінаміка, будова і еволюція континентальної кори / М. В. Мінц [и др.] // Праці ГИН. - М.: Науковий світ, 1966. - Вип. 503. 15. Конді К. Архейські зеленокаменние пояса / К. Конді. - М.: Мир, 1983. - 392 с.

16. Хаїн В. Е. Основні проблеми сучасної геології (геологія на порозі ХХІ ст.) / В. Є. Хаїн. - М.: Наука, 1994. -190 с.

17. Кальвін М. Хімічна еволюція. Молекулярна еволюція, яка веде до виникнення живих систем на Землі і на інших планетах / М. Кальвін. - М.: Мир, 1971. - 240 с.

18. Комети і походження життя. - М., 1984. - 228 с.

19. Походження життя: наука і віра: [збірник] / пер. з англ. П. Петрова. - М.: Астрель; CORPUS, 2010. - 95 с.

20. Сиротін В. І. Про біологічних формах в породах архею і раннього протерозою Курської магнітної аномалії і Кольського півострова / В. І. Сиротін, А. В. Жабін // ДАН. - Т. 419, № 3. - С. 378-380. 21. Сиротін В. І. До проблеми виникнення життя на Землі / В. І. Сиротін // Вісник ВДУ. Серія: Геологія. - 2010. - № 1. - С. 36-44.

22. Хокінг С. Від великого вибуху до чорних дір. Коротка історія часу / С. Хокінг. - М.: Мир, 1990. - 168 с.

23. Вернадський В. І. Хімічна будова біосфери і її оточення / В. І. Вернадський. - М.: Наука, 2001. - 376 с.

24. Снитніков В. Н. Астрокаталіз як стартовий етап геобиологической процесів. Життя створює планети? / В. Н. Снитніков // Еволюція біосфери і біорізноманіття. До 70-річчя А. Ю. Розанова. - М.: Товариство наукових видань КМК, 2006. - С. 49-59. 25. Сидоренко А. В. Про єдиний історико-геологічному принципі вивчення докембрію і постдокембрія / А. В. Сидоренко // Докл. АН СРСР. - 1969. - Т. 186, № 1. - С. 166-169.

26. Сидоренко А. В. Докембрийские кори вивітрювання, поверхні вирівнювання і епохи континентальних перерв в історії докембрію / А. В. Сидоренко // Докембрийские кори вивітрювання. - М.: ВИМС, 1975. - С. 5-15.