Как составить геологическую историю земли

Михаил Кузьмин, Владимир Ярмолюк
«Природа» №6, 2017

Земля обладает уникальными характеристиками, которых нет у других планет Солнечной системы и у планет других звездных систем. Наиболее полно эти особенности обобщил в своей книге «Земля как эволюционирующая планетная система» замечательный геолог Кент Конди [1]. Книга написана для студентов университетов, но знать об этом, как нам кажется, необходимо со школы, так как только от нас — жителей Земли — зависит, как бережно следует использовать эти удивительные ее свойства, чтобы сохранить для будущих поколений нашу планету. Среди отличительных особенностей Земли Конди отмечает следующее.

Земная орбита близка к круговой, что обеспечивает более или менее постоянное поступление количества тепла, исходящего от Солнца. Если бы орбита была более вытянута, то на планете стало бы холоднее зимой и жарче летом. Тогда высшие формы жизни могли бы и не выжить.

Если бы Земля была только на 5% ближе к Солнцу, то (подобно тому, что происходит на Венере) температура на ее поверхности была бы слишком высокой для существования воды в жидком состоянии. Если бы наша планета находилась на 5% дальше от Солнца, то океаны замерзли бы, фотосинтез был бы значительно ослаблен, и содержание атмосферного кислорода сильно бы сократилось. В обоих случаях условия на Земле затрудняли бы появление привычных для нас форм жизни.

Если бы Земля была существенно массивнее, то силы гравитации, скорее всего, препятствовали бы появлению высших форм жизни, а если меньше, то Земля, подобно Марсу, лишилась бы атмосферы под воздействием солнечного ветра, что также не способствует развитию жизни.

Если бы Земля не имела достаточно мощного магнитного поля, то смертоносные космические лучи убили бы все формы жизни на ней. Если бы не было озонового слоя, фильтрующего и не допускающего вредную ультрафиолетовую солнечную радиацию, высшие формы жизни на Земле также не могли бы существовать.

Если бы гравитационное поле Юпитера не оказывало регулирующее воздействие на внутренние зоны Солнечной системы, Земля беспрерывно подвергалась бы бомбардировкам метеоритов и комет, следствием которых стали бы постоянные катастрофы глобального масштаба, препятствующие эволюции жизни до высших ее форм.

И наконец, если бы не было тектоники плит, то не произошла бы дифференциация рельефа Земли и не сформировались бы континенты, т. е. те территории, на которых мог обитать человек.

От себя добавим, что не образовались бы и многие рудные месторождения, обеспечившие развитие цивилизаций.

Вполне понятно, что большинство уникальных характеристик Земля приобрела как в ходе становления Солнечной системы, так и в процессе всей геологической истории. К сожалению, это предположение сложно обосновать из-за неполноты наших знаний, однако данные, накопленные разными науками (астрономией, геологией, биологией и др.) высвечивают отдельные участки земной истории, что дает основание для попыток реконструировать ее в полном объеме.

Благодаря использованию космических аппаратов и орбитальных телескопов (в том числе телескопа «Хаббл») получен огромный материал о других звездных мирах, позволивший более полно понять закономерности формирования планетных систем, и в частности расшифровать ранние этапы развития Солнечной системы.

Еще совсем недавно считалось, что наша планетная система зародилась во вращающемся газопылевом облаке, в центре которого возникло Солнце, а вокруг него (с учетом дифференциации облака) образовались планеты с определенными стабильными орбитами. Полученные новые данные сильно скорректировали эту стройную концепцию [2]. Разделение Солнечной системы на внутреннюю часть, в пределах которой развиты каменистые планеты небольших размеров, и внешнюю, с газовыми гигантами, делают нашу систему «белой вороной» среди других звездных систем. В Солнечной системе нет планет средних размеров (~1–10 масс Земли), называемых также суперземлями и обычных для других звездных систем. В них планеты расположены ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу, и их история, как правило, заканчивается столкновением со светилом. Как полагают некоторые исследователи, особый путь развития нашей системы вызван тем, что в первые миллионы лет ее становления гигантские планеты, возникшие в ее пределах, испытывали динамическую неустойчивость и орбитальные миграции [2]. Эти бурные события могли сбросить на Солнце (или выбросить в межзвездное пространство) целые планеты.

Здесь на основе современных знаний о начальных стадиях формирования Солнечной системы, а также геологической истории Земли мы хотим показать, как образовалась наша уникальная планета, на которой появился и живет человек.

Мы понимаем, что поднимаемую проблему можно раскрыть лишь на уровне наших сегодняшних познаний, в которых еще много пробелов. Однако накопление новых достижений науки в разных направлениях происходит в геометрической прогрессии. В скором времени будут получены новые данные. Они, вероятно, внесут принципиальные изменения в сложившуюся картину земной истории. И тем не менее нам представляется, что какой-то итог понимания эволюции нашей планеты надо подводить в разное время. Это помогает следить за развитием науки и вносить соответствующие дополнения и исправления в наши более ранние построения.

Возникновение Солнечной системы и особенности ее формирования

Зарождение Солнечной системы произошло в недрах гигантского газопылевого облака (рис. 1). По-видимому, «родам» способствовало участие некой сверхновой звезды, засеявшей облако короткоживущими изотопами. Продукты их распада позволяют расшифровать некоторые особенности становления планетной системы (включая Землю) на ранней стадии ее формирования.

Расчеты показывают, что за менее чем 100 тыс. лет в центре газопылевого скопления под действием гравитации возникла звезда, окруженная широким кольцом из газа и пыли — протопланетным диском [3]. Мельчайшие частицы, двигаясь вместе с потоками газа, сталкивались и слипались друг с другом. Движение пылинок в газе тормозилось, что вынуждало их по спирали опускаться к звезде. При этом они постепенно нагревались. В результате вода и другие летучие вещества с низкой температурой кипения испарялись. Граница, на которой все происходило, называется «линией льда». Располагается она между орбитами Марса и Юпитера, разделяя Солнечную систему на внутреннюю область, лишенную летучих веществ и содержащую твердые планеты, и внешнюю — богатую летучими веществами (см. рис. 1). В пределах последней располагаются газовые планеты-гиганты.

Первые 2 млн лет истории Солнечной системы стали временем формирования многочисленных планетных эмбрионов — планетозималей, а за линией льда — планет-гигантов Юпитера и Сатурна. Этим Солнечная система резко отличается от других планетных систем, где подобные гиганты расположены гораздо ближе к светилу. По образному выражению К. Батыгина с коллегами, такие особенности Солнечной системы — «продукты ее молодости… включавшей больше драмы и хаоса» [2]. Важным элементом первичного хаоса стало сложное взаимодействие гигантских периферийных планет. Впервые на это было обращено внимание в компьютерной модели Ф. Массе и М. Снэллгроува, описавшей одновременную эволюцию в протопланетном диске орбит Сатурна и Юпитера [4]. Эти исследователи показали, что в результате миграции к центру системы планеты-гиганты обрели определенную конфигурацию, благодаря которой они смогли воздействовать на протопланетный диск. Сложившийся баланс сил (гравитации, момента импульса, гравитационного влияния внешнего пояса комет и др.) изменил движение обеих планет.

Развивая эти идеи, Батыгин с коллегами установили, что главным эффектом смены галса стала атака Юпитера и Сатурна на «население» первичных внутренних планет Солнечной системы [2]. Еще двигаясь к Солнцу, гиганты возмущали движение мелких тел, которые сталкивались и дробились, образуя рои обломков. За сотни тысяч лет такие рои могли сбросить на Солнце любую суперземлю. По мере того как бывшие суперземли падали на Солнце, они должны были оставлять за собой пустынную область в протопланетной туманности. Допускается, что прежде чем сменить галс, Юпитер мигрировал к Солнцу до расстояния нынешней орбиты Марса. При этом он увлек за собой во внутреннюю область Солнечной системы ледяные скопления общей массой более 10 масс Земли, обогатив ее водой и другими летучими веществами. Такой сброс протопланет во внутренние участки Солнечной системы изменил орбитальный момент не только Юпитера, но и Сатурна и вызвал смену их галсов в сторону от Солнца. В результате во внутренних участках Солнечной системы возникли условия для формирования новых планет из сохранившихся там редких обломков. Постепенно планеты-путешественники стабилизировали свои орбиты. Этому способствовало их взаимодействие с другими планетами-гигантами (Нептуном и Ураном) и внешним поясом льдистых астероидов (поясом Койпера). Предполагается, что побочным эффектом такого уравновешивания стал еще один вброс во внутреннюю область Солнечной системы потока обломков, который вызвал мощную астероидную бомбардировку внутренних планет. Шрамы от нее видны в виде гигантских кратеров на поверхности Луны, Меркурия и Марса, а на Земле они привели к практически полному уничтожению пород гадейской континентальной коры — первой коры в геологической истории нашей планеты. Около 3,9 млрд лет назад планеты-гиганты успокоились. Структура Солнечной системы стабилизировалась в том виде, в котором сейчас и наблюдается [2].

Мы полагаем, что картина, представленная Батыгиным с коллегами, наиболее полно объясняет особенности ранних этапов развития Солнечной системы, в том числе разделение планет на две большие группы — каменные и газово-ледяные. Вполне понятны обоснования появления планет небольших масс во внутренней части Солнечной системы и их каменный облик. В значительной степени предложенная модель объяснила и смену галсов планет-гигантов. В то же время наши знания о рождении Солнечной системы еще очень скудны, и, очевидно, описанная картина будет модифицироваться по мере появления новых данных.

Историю формирования и развития Земли необходимо начинать практически с зарождения Солнечной системы, ранний этап которой характеризовался путешествием планет газовых гигантов к центру системы и обратно. Он-то во многом и определил особенности строения нашей планеты и ее дальнейшую геологическую историю.

Темные эоны

Два первых эона в истории Земли выделяются как хаотичный, охватывающий время формирования Земли и Луны в интервале от 4568 млн лет до 4500–4450 млн лет назад, и гадейский, характеризующий первые страницы геологической истории Земли в интервале 4500/4450–4000/3900 млн лет назад [5]. Оба эона отвечают времени ранней «бурной» юности Солнечной системы, и их следы не сохранились в явном виде в структурах нашей планеты.

В хаотичный эон (спустя 11 млн лет после зарождения Солнечной системы) масса Земли составляла 63% от ее современных значений, а через 30 млн лет достигла 93% [6]. Конечно, хронология этих ранних событий устанавливается частично и с большим допущением и в основном опирается на данные о поведении продуктов распада короткоживущих изотопов (с константой полураспада в несколько миллионов лет).

Земля — высокодифференцированная планета, имеющая железное ядро и твердую силикатную оболочку, которая включает мантию, литосферу и земную кору. Узнать состав оболочек Земли помогают данные по углистым хондритам, которые стали строительным материалом при образовании внутренних планет Солнечной системы (в том числе и нашей). Сходство хондритов с составом солнечной короны позволило Б. Вуду не только определить состав прото-Солнечной туманности, но и использовать их для оценки среднего состава Земли [6]. При аккреции (слипании, как в снежном коме) такого материала к прото-Земле и его последующем плавлении, вызванном соударениями и радиоактивным распадом, происходило разделение элементов в соответствии с их геохимическими свойствами. Литофильные элементы, имеющие сродство с силикатами (Si, Mg, Ca, Ti, Sc, Al, РЗЭ и др.), концентрировались в мантии и земной коре в соотношениях, близких к составу углистых хондритов. В отличие от них, сидерофильные (Fe, Ni, Co, Mn, W, Cr, Pt, Re и др.) элементы, геохимически близкие к железу, «ушли» совместно с его расплавами в ядро планеты. Их содержание в мантии существенно ниже, чем в хондритах.

О времени формирования ядра позволяют судить данные о распределении в силикатной оболочке Земли продуктов короткоживущих изотопных систем, в которых родительские и дочерние изотопы могли иметь разные геохимические свойства. В результате они по-разному себя вели в процессах аккреции Земли и дифференциации ее оболочек. В этом отношении наиболее интересные результаты дала система ¹⁸²Hf → ¹⁸²W. В ней родительский изотоп ¹⁸²Hf с периодом полураспада около 9 млн лет практически исчез в течение первых 50 млн лет земной истории. В отличие от дочернего сидерофильного изотопа ¹⁸²W, гафний — литофильный. При дифференциации планеты на железное ядро и силикатную мантию ¹⁸²W стремился уйти в ядро, а ¹⁸²Hf оставался в мантии (рис. 2). Если бы ядро сформировалось сразу после аккреции, то дочерний изотоп остался бы вместе с родителем в мантии и соответствовал составу хондритов. Мантия по сравнению с хондритом обеднена вольфрамом (Hf/W = 19 и 1,1 соответственно), что указывает на формирование ядра в некотором интервале геологического времени, в течение которого вольфрам вместе с железом частично перераспределились в ядро. На основе изотопного состава вольфрама в земной мантии минимальное время, необходимое для образования ядра, оценивается в 34 ± 7 млн лет после начала аккреции Земли [7].

Таким образом, дифференциация вещества Земли началась практически с момента ее образования. Столкновение формирующейся планеты с крупными астероидами, а также тепло радиоактивного распада (в первую очередь короткоживущих изотопов) вызывали плавление ее силикатной оболочки с образованием магматических океанов. При высокой температуре и давлении 20–23 ГПа происходило разделение магмы на силикатный и железный расплавы [6]. Уже через первые 5–8 млн лет объем Земли был близок к половине его нынешнего размера. Удары крупных астероидов могли образовывать магматические бассейны глубиной до 400 км. Расплавы железа, как более тяжелые, накапливались на его дне, а затем «проваливались» вниз, наращивая ядро [6].

Исключительным событием в хаотичном эоне стало формирование Луны, сыгравшей важную роль в дальнейшем развитии нашей планеты. Большинство исследователей считают, что причина ее образования — столкновение Земли с крупным космическим телом, по размеру близким к Марсу. Предполагается, что такая космическая катастрофа произошла спустя 30 млн лет после образования Солнечной системы [8]. Это согласуется с последними оценками минимального возраста нашего спутника — 4,51 млрд лет, полученными по циркону из лунных пород. Масса Земли тогда уже составляла около 93% ее современной массы [8]. К тому времени сформировалась и большая часть ядра Земли (см. рис. 2). Столкновение небесных тел изменило наклон оси вращения Земли к оси ее орбиты, составивший 23° [9], что способствовало, как считает Конди, установлению благоприятных климатических условий для существования жизни. В то же время косой удар обусловил выброс значительной части мантийного (силикатного) вещества, которое пошло на формирование Луны [9]. Ядро же Земли этим столкновением затронуто не было. Действительно, породы Луны обеднены сидерофильными элементами, а также изотопом ¹⁸²W, что указывает на возникновение удара после формирования значительной части земного ядра.

В результате столь мощного импакта произошло массовое плавление мантии Земли с образованием глубокого (до 700 км) магматического океана, эволюция которого способствовала вещественной дифференциации верхних оболочек планеты в гадейское время.

Название гадейского эона происходит от имени Гадеса — древнегреческого бога подземного мира, — указывая тем самым на «адские» условия на Земле в то время. Новая эпоха началась после формирования системы Земля — Луна. Выделение гадейского эона (как распознаваемой эпохи в истории Земли) началось после обнаружения в конце ХХ в. на западе Австралии в осадочных породах гор Джек Хиллс обломков циркона Zr[SiO₄] с возрастными характеристиками, уходящими за известную к тому времени границу геологической истории. Следует отметить, что циркон — великолепный геохронометр, устойчивый к самым экстремальным геологическим воздействиям (высоким температуре и давлению). Находка обломков цирконов с возрастом их центральных частей в 4,376 млрд лет стала мировой сенсацией. Наиболее интенсивно эти цирконы начали изучаться в последние два десятилетия, когда появилось аналитическое оборудование новейшего поколения, позволяющее проводить разнообразные (в том числе геохимические и изотопные) исследования в точке. Обобщающая работа по изучению цирконов Джек Хиллс была выполнена О. Нэбелом с соавторами [10]^*. Основные результаты также приведены и в нашей работе [8]. Возникновение этих цирконов связывается с кристаллизацией первых гранитоидных (кислых) расплавов, которые образовались при плавлении первичной основной (базальт-коматиитовой) континентальной коры при воздействии на нее восходящих горячих потоков (плюмов) мантии. Астероидно-метеоритные бомбардировки, имевшие в гадее большой масштаб и, как отмечалось, продолжавшиеся до стабилизации орбит Юпитера и Сатурна, разрушали первичную континентальную кору [8]. Ее фрагменты смешивались с мантией и плавились. Цирконы же, устойчивые до температуры более 1690°С, сохранялись и со вновь образованными порциями магм возвращались на поверхность, принимая участие в формировании новой коры. При плавлении уже этой коры цирконы концентрировались в остаточных кислых расплавах и служили затравками для новых их генераций. Подобный процесс неоднократного вовлечения циркона в разные субстраты плавления, называемый рециклингом, мог повторяться до тех пор, пока Земля подвергалась массированным астероидным бомбардировкам, т. е. вплоть до архейского времени.

Цирконы с гадейскими возрастными характеристиками установлены также в архейских породах Гренландии, Канады, Северного Китая, Северной Америки и Южной Африки [8, 10]. Это говорит о том, что условия для их возникновения в гадейской коре существовали практически повсеместно. Детальное изучение цирконов показало, что пик возрастов в разных их генерациях пришелся на 4,25 млрд лет, что позволяет предполагать наиболее быстрый рост гадейской земной коры именно в тот период. Относительный пик значений возраста приходится также на 4,1 млрд лет, а цирконов возрастом 3,9–4,0 млрд лет очень мало. Это время определяется как окончание гадейского эона. Именно тогда произошла последняя тяжелая бомбардировка Земли и Луны и, очевидно, резко сократился процесс рециклинга цирконов, связанный с их насильственным мгновенным перемещением в область плавления.

Большое значение для понимания геологических условий, существовавших на нашей планете в гадейское время, имеет изучение цирконов в породах Луны, которые были доставлены на Землю экспедициями «Аполлон-14» (1971 г.) и «Аполлон-17» (1972 г.). Возраст лунных цирконов лежит в диапазоне 4,0–4,35 млрд лет [10], т. е. они формировались одновременно с гадейскими. Образование лунных цирконов происходило при высоких температурах (~920–1140°С), а земных — при средних (~700°С) [10, 11]. Отличаются земные и лунные цирконы также по нормированному содержанию в них редкоземельных элементов (рис. 3). В земных цирконах четко видна положительная аномалия церия. Она свидетельствует об окислительных условиях кристаллизации расплавов, способствовавших вхождению церия валентностью +4 в структуру минерала. Об окислительных условиях на Земле в гадейское время свидетельствуют также данные по изотопному составу кислорода в цирконах [10]. В отличие от земных, лунные аналоги формировались в восстановительной среде. Они к тому же обладают и характерной микроструктурой. В них установлено присутствие локальных участков перекристаллизации и аморфизации, выявляются пластические деформации, разрывы и трещины, т. е. типичные следы импактных структур [12]. Судя по всему, эти кристаллы подвергались метеоритным бомбардировкам. В земных цирконах таких структур не наблюдается, что указывает на меньшее влияние астероидных ударов на образование данных минералов.

Несмотря на общий пессимизм в отношении сохранности гадейской коры после переработки ее мощнейшими астероидными бомбардировками, похоже, что ее фрагмент все же был обнаружен. Ему соответствует Нуввуагитугский (Nuvvuagittuq) зеленокаменный пояс на северо-восточном побережье Гудзонского залива в Канаде, изученный в самые последние годы [13]. Его центральная часть (серия Ujaraaluk) сложена основными и ультраосновными вулканическими и интрузивными породами, возраст которых по соотношению продуктов распада короткоживущей (¹⁴⁶Sm → ¹⁴²Nd; T_1/2 = 68 млн лет) и долгоживущей (¹⁴⁷Sm → ¹⁴³Nd; T_1/2 = 106 млрд лет) изотопных систем оценен в ~4400 млн лет. Полученные оценки позволяют говорить об этих породах как о древнейшей коре Земли, которая сформировалась после гигантского импакта, приведшего к образованию Луны [13].

По завершении аккреции Земли и обособлению ее ядра (т. е. к концу гадейского эона) температура мантии была в 1,2 раза выше современной [1], а перенос тепла и вещества из глубин Земли к поверхности обеспечивался общемантийной конвекцией. На поверхности Земли располагались крупные лавовые плато, подобные лунным морям. Кора наращивалась за счет излияний базальтов и коматиитов, питаемых мантийными плюмами, а также за счет подслаивания снизу магм, внедрявшихся в основание коры. Такой тип развития коры выделяется как режим тектоники покрышки^** [14]. Значительные лавовые платоизлияния, массивные метеоритные бомбардировки и общемантийная конвекция служили основными механизмами, определявшими развитие Земли в гадейское время.

Эры самоорганизации Земли

После тяжелой бомбардировки около 4,0–3,9 млрд лет назад [2, 15] космический фактор перестал играть ведущую роль в формировании и разрушении коры Земли. Характер геологических процессов стал определяться механизмами «самоорганизации» недр планеты, которые упорядочили строение и состав всех ее оболочек. С того же времени в структурах верхней оболочки Земли (в ее коре) прослеживается поддающаяся расшифровке летопись событий, которая позволяет с той или иной степенью детальности реконструировать историю нашей планеты.

Архейская эра представляет собой наиболее ранний отрезок, доступный для изучения. Он начался с прекращения тяжелых астероидных бомбардировок и продолжался более миллиарда лет (3,9–2,5 млрд лет назад). В ту эпоху широкое развитие приобрели основные и ультраосновные (коматииты) вулканические породы, а также кислые породы тоналит-трондьемит-гранодиоритовой (ТТГ) серии. Совместно они образуют гранит-зеленокаменные пояса в фундаменте древних платформ.

Об обстановке формирования этих пород позволяют судить данные по изотопному составу кислорода в цирконах архейских гранитоидов, варьирующему в пределах: δ¹⁸О = 6–7‰. Подобное постоянство свидетельствует о слабом развитии процессов выветривания, способствующих фракционированию изотопов кислорода. Соответственно, можно говорить о слабой дифференцированности рельефа в архее с преобладанием ландшафтов типа лавовых равнин (подобных равнинам Луны и Марса), а также о развитой гидросфере, которая изолировала каменную оболочку от воздействия атмосферы [16]. Такой тип развития соответствует режиму lid-tectonics и свидетельствует о доминировании в то время механизмов общемантийной конвекции с участием мантийных плюмов. Восходящие мантийные потоки питали лавовые платоизлияния, наращивая тем самым мощность коры. В результате ее основание погружалось в глубины, где происходила трансформация пород в эклогиты. Плавление последних под влиянием тех же мантийных плюмов вело к образованию магм, исходных для пород тоналиттрондьемит-гранодиоритовой серии.

Вопрос о появлении кислых пород ТТГ-серии — принципиальный для понимания геологических процессов в архее. В современных геологических структурах подобные породы образуются преимущественно в обстановках, связанных с зонами субдукции. Однако в те далекие времена процессы тектоники литосферных плит (включающие в качестве основного элемента субдукцию) не имели широкого развития [1, 17]. Указанный выше механизм образования кислых магм за счет плавления низов базитовой коры не так давно обоснован на примере тоналит-трондьемит-гранодиоритового комплекса Минто Блок (Minto Block) на севере Канады [18]. В детализированном виде предложенная модель включает подъем мантийного плюма к основанию коры, плавление его головной части и поступление расплавов не только на поверхность, но и на разные уровни коры (рис. 4). Тепло, привнесенное расплавами в кору, вызывало ее плавление. Продуктами последнего стали тоналитовые магмы, которые поднимались вверх, образуя крупные внутрикоровые линзы. Последующие воздействия плюма на кору вовлекали в плавление тоналиты первого этапа. В результате появлялись все более кислые расплавы — вплоть до гранодиоритов. Предложенная модель полностью согласуется с современной обстановкой океанического плато и не требует образования зон субдукции [18].

Архейская эра была временем поступления высокого теплового потока из недр Земли. Это послужило причиной высокой степени плавления мантии и образования больших объемов высокотемпературных магм с содержанием MgO ≥ 32% [19, 20]. Потеря тепла привела к тому, что к окончанию архея внутри Земли формируется внутреннее металлическое ядро. Сейчас трудно сказать, как это сказалось на дипольном характере земного магнитного поля, но именно с конца архея в породах начинают определяться палеомагнитные характеристики, которые в руках геологов стали инструментом для распознавания важных событий геологического прошлого, прежде всего — для реконструкций древних континентов.

В соответствии с геологическими и палеомагнитными данными, первый суперконтинент Кенорленд возник около 2700 млн лет назад [1]. С этого момента в геологической истории Земли наступила эпоха суперконтинентальных циклов [21]. Их важная характеристика — перемещение континентальных масс в горизонтальном направлении — стала свидетельством зарождения в конце архея механизмов тектоники литосферных плит. Тем не менее до их доминирования оставалось еще около 700 млн лет.

Эпоха от 2,7 до 2,0 млрд лет — переходная между тектоникой ранней (>2700 млн лет) Земли и современной тектоникой [17, 22]. В этот интервал времени закончилось формирование основных внутренних оболочек планеты, на границе ядра и мантии возник слой D′′, в результате развития процессов субдукции произошло разделение мантии на верхнюю и нижнюю, а общемантийная конвекция сменилась двухъярусной.

Переходный период четко фиксируется по смене целого ряда фундаментальных характеристик (рис. 5), отразивших изменение состава источников магматических и осадочных пород, а также условий их формирования [22]. Тогда радикально модифицировались такие важные эндогенные системы Земли, как магматизм и магматогенное рудообразование. Если в гадее и архее ведущими магматическими ассоциациями были коматиит-базальтовые и трондьемит-тоналит-гранодиоритовые, то в переходный период их арсенал резко расширился. Появились новые группы и семейства пород, в том числе известково-щелочной, субщелочной и щелочной серий. В тот период резко возросла роль магматических ассоциаций андезит-дацитового ряда, которые несли метки формирования в субдукционных условиях. Стали проявляться принципиально новые рудообразующие процессы, существенно расширившие круг эндогенных полезных ископаемых в структурах коры. Начали формироваться полиметаллические месторождения, редких и благородных металлов и редких земель.

К рубежу ~2,7 млрд лет относятся изменения изотопного состава Nd в продуктах мантийного плавления. В магматических ассоциациях стали преобладать породы с характеристиками деплетированной (верхней, геохимически истощенной) мантии. Этот факт указывает на то, что к концу архея завершилось разделение мантии на верхнюю и нижнюю, более обогащенную несовместимыми элементами.

К этому времени относится также возникновение первой суши. Раньше поверхность Земли была слабо дифференцирована и в основном покрыта водами Мирового океана. 2,5 млрд лет назад размеры суши достигли таких объемов, которые отразились в составе отложений, и в частности в изотопном составе стронция морских вод (см. рис. 5, г). Он формируется из двух основных источников: лав, излившихся на дно океана, и осадков, образовавшихся при разрушении континентальной коры. Изотопный состав стронция в карбонатах архейского океана практически равновесен с породами основных и ультраосновных лав его ложа. Примерно 2,7 млрд лет назад отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в карбонатах (см. рис. 5, г) начало отличаться от мантийного и с тех пор постепенно растет. Это указывает на появление в водах океана дополнительного источника стронция с характеристиками континентальной коры и, соответственно, на образование в поверхностных структурах Земли суши, поставляющей осадочный материал в океаны.

Близкие выводы о времени формирования континентальной коры и суши следуют также из данных по изменению изотопного состава кислорода (δ¹⁸O) в источнике магматических пород (см. рис. 5, б). Смена источников связывается с возникновением осадочных пород, образовавшихся в результате размыва материковой суши, т. е. с появлением ее значительных объемов. Формирование материков сопровождалось ростом поднятий, породы которых подвергались интенсивному химическому выветриванию. Обогащенные тяжелым изотопом кислорода (¹⁸O) измененные породы разрушались и слагали осадки, которые в дальнейшем стали источником гранитных расплавов. Этот процесс — основная причина роста величины δ¹⁸O в постархейских гранитоидах.

К границе архея и протерозоя относится и так называемая Великая кислородная революция (ВКР) — глобальное изменение состава атмосферы Земли, произошедшее 2460–2426 млн лет назад. Его результатом стало появление в атмосфере свободного кислорода, определившего смену восстановительных условий в атмосфере на окислительные. Природа этого события таит в себе много загадок. В земных недрах кислород, как правило, находится в связанной форме. В свободном виде он практически не может существовать, так как сразу расходуется на окисление горных пород и минералов. Эндогенная природа кислорода, появившегося в атмосфере на рубеже архея и протерозоя, скорее всего, исключается.

На Земле важнейший механизм высвобождения кислорода из химически связанного состояния в свободную форму — фотосинтез. В ранние эпохи развития фотосинтезирующими организмами были цианобактерии. Можно предположить, что на рассматриваемое время пришлась вспышка образования сообществ этих микроорганизмов. Однако результаты обобщения геохимических исследований, выполненные Т. Лайонзом с соавторами, показывают, что в архее продуцировалось столько же органического углерода, сколько и в более поздние геологические эпохи [26]. Это позволило авторам сделать вывод, что, хотя фотосинтетики и существовали в архее, их деятельность была вторичной по отношению к доминирующим анаэробным процессам. Выделяемый ими кислород практически сразу расходовался на окисление горных пород и растворенных соединений гидросферы.

Ответ на вопрос о природе ВКР и ее приуроченности к границе архея и протерозоя пришлось искать в совокупности таких геологических процессов, которые могли изменить условия в атмосфере и тем самым способствовать образованию свободного кислорода. Исследования, проведенные в Южной Африке, показали, что появление свободного кислорода, зафиксированное горизонтами окисленных пород и минералов, тесно сопряжено с принципиально новыми геологическими процессами. К их числу относится и образование суперконтинента Кенорленд, т. е. первой суши в более или менее значимых размерах; и гуронское оледенение, охватившее всю Землю; и распад суперконтинента под действием мантийного плюма. Эти процессы сопровождались изменениями характера магматизма. В том числе менялся состав вулканических газов, а соответственно, и химические составы океана и атмосферы. Предполагается, что в атмосфере уменьшилось количество сернистых газов и метана, на окисление которых тратился весь свободный кислород. Возможно, одним из следствий таких изменений стало снижение количества парниковых газов, послужившее толчком для глобального оледенения. В условиях суши деятельность фотосинтетиков способствовала поступлению кислорода прямо в атмосферу. В ней неокисленных соединений содержалось существенно меньше, чем в водной среде, которая доминировала на поверхности Земли в более ранние времена. Это обеспечивало большую сохранность кислорода в атмосфере и дальнейшее его накопление. В решении проблемы ВКР еще много вопросов, связанных с реконструкцией развития органического мира на ранних стадиях развития нашей планеты. Но они уводят в сторону от темы нашего повествования и потому здесь не обсуждаются. Нам представляется, что имеющиеся данные позволяют сейчас сделать следующий промежуточный вывод. Несмотря на то что ВКР не была результатом конкретного геологического процесса, она стала следствием кумулятивного эффекта от серии геологических событий, которые создали условия для появления свободного кислорода в атмосфере Земли и тем самым способствовали ускорению эволюции живого вещества.

Характер развития Земли 2,7–2,0 млрд лет назад, очевидно, связан с процессами, протекающими во внутренних оболочках планеты, а также с формированием новых. Во-первых, как уже отмечалось, на рубеже 3,0–2,7 млрд лет назад стали активно проявляться элементы тектоники плит. Это вело к тому, что часть погружающихся литосферных плит оставалась на границе верхней и нижней мантии, разделяя ее и создавая условия для формирования двухъярусной конвекции. Меньшая часть субдуцируемой литосферы погружалась до границы ядро — мантия и, очевидно, 2,7–2,0 млрд лет назад послужила основой для формирования слоя D′′ — пограничного между ядром и мантией. В какой-то степени этот процесс можно наблюдать по изменению состава глубинных плюмов, поднимавшихся от границы ядро — мантия (см. рис. 5, ж), что детально описано Л. Кэмпбеллом и Р. Гриффитсом [19]. Магма таких плюмов 3,4–2,7 млрд лет назад содержала постоянное количество MgO — около 32±2,5 мас.%, что соответствовало температуре расплавов не менее 1650±5°С. Как полагают авторы указанной работы, архейские плюмы формировались на термальной границе, отвечающей поверхности ядра. Их температура оставалась постоянной и соответствовала температуре внешнего жидкого ядра, которая сохранялась благодаря буферирующему эффекту кристаллизации внутреннего твердого железно-никелиевого ядра. 2,7 млрд лет назад плотная субдуцированная литосфера стала накапливаться на внешней границе ядра, создавая разделяющий мантию и ядро изоляционный слой D′′, который последовательно понижал тепловой поток из ядра, а соответственно, и температуру глубинных плюмов (см. рис. 5, ж). Постепенно толщина этого слоя достигла критических значений, необходимых для формирования внутренней конвекции [19]. Слой D′′ изолировал мантию от непосредственного контакта с ядром, что и вызвало понижение температуры на их общей границе. Если на верхней границе ядра температура составляет около 3800–4200 К, то на верхней границе слоя D′′ — 2700–2800 К [28]. Таким образом, буферный слой D′′ при своей средней мощности около 200 км обеспечил перепад температур более чем в 1000 К и стал регулятором снижения температуры в основании мантии.

Процессы формирования слоя D′′ и тектоники плит оказались тесно связанными, хотя и разделяются практически всем объемом мантии. Если слой D′′ регулирует взаимодействие ядра и мантии, то субдукция послужила причиной интенсивной переработки и дифференциации земной коры и верхней мантии. В результате порожденных субдукцией процессов магматизма и метаморфизма кора разделилась на нижнюю, существенно базитовую, и верхнюю, обогащенную гранитным веществом. Важным агентом в этих трансформациях стала морская вода, вовлеченная совместно с субдуцированной литосферой в мантию. Она рециклировала (т. е. вновь перемещалась к поверхности), понижая температуру плавления мантии и низов коры, способствовала образованию расплавов с широким спектром составов, а также их обогащению металлами, редкими элементами и др. В конечном итоге благодаря процессам субдукции возникло большинство месторождений рудных и нерудных полезных ископаемых. Схематично смена стилей тектонических движений от гадейского эона до переходного периода показана на рис. 6.

Поздние эпохи

Итак, окончательное изменение в составе отдельных оболочек Земли произошло 2,0 млрд лет назад [22]. К тому времени завершилось формирование деплетированной мантии нашей планеты, которая потеряла значительную часть литофильных элементов, перешедших в континентальную кору. Произошла дифференциация последней на базитовый и гранитный слои. Геологическим показателем такой дифференциации стало образование на рубеже 1,9 млрд лет огромной массы гранитов-рапакиви, обогащенных литофильными элементами. Деплетированная мантия стала основным поставщиком базальтов срединно-океанических хребтов.

С того времени в развитии Земли четко прослеживаются суперконтинентальные циклы [29]. Начало им, как уже отмечалось, положило образование в конце архея суперконтинента Кенорленд, который прекратил свое существование 2,1 млрд лет назад. Около 1,8 млрд лет назад возник суперконтинент Колумбия (или Нуна), распавшийся 1,4 млрд лет назад. Позднее, около 1 млрд лет назад, сформировался суперконтинент Родиния, прекративший свое существование 0,8–0,7 млрд лет назад. Около 300 млн лет назад образовался суперконтинент Пангея, раскол которого начался в ранней юре (200–180 млн лет назад) и привел к обособлению современных континентов.

Общее в этих суперконтинентальных циклах — смена доминирующих геодинамических механизмов. На ранней стадии образования суперконтинентов ведущую роль играли механизмы тектоники плит, определявшие перемещение отдельных блоков (континентов и микроконтинентов) к общему центру [22]. Блоки сталкивались, и вдоль их границ формировались орогенные пояса. Субдуцированная литосфера (главным образом океаническая) погружалась в мантию. Значительная ее часть сохранялась на границе верхней и нижней мантии, другая же отрывалась и в виде фрагментов слэбов погружалась до слоя D′′, нарушая сложившееся в нем термальное равновесие. В результате формировался поток горячей мантии, который восходил от слоя D′′ и компенсировал поступление в низы мантии фрагментов литосферных слэбов. Этот поток в виде огромного гриба (суперплюма) поднимался до границы нижней и верхней мантии, где преобразовывался в серию небольших плюмов. Последние воздействовали на литосферу суперконтинента, раскалывая его на более мелкие континентальные массы [30].

Еще один значительный процесс после рубежа 2,0 млрд лет — образование Африканского и Тихоокеанского горячих полей мантии [31], или мантийных провинций с пониженными скоростями сейсмических волн [32]. Соответствующие этим событиям мантийные пертурбации, по-видимому, нашли отражение в свинцовой изотопной системе базальтов океанических островов и срединно-океанических хребтов. На рис. 7 видно, что их составы образуют тренд, наклон которого соответствует возрастной зависимости в 1,8 млрд лет [33]. Этот тренд позволяет оценить возраст существующей гетерогенности мантии. Низкоскоростные мантийные провинции (суперплюмы) по сравнению с окружающей мантией более горячие. Они представляют собой восходящие мантийные потоки и играют важную роль в современной геодинамике Земли. Например, Африканское горячее поле мантии сыграло роковую роль в судьбе Пангеи, вызвав продолжающееся до сих пор ее дробление. Таким образом, именно последние 2 млрд лет геологической истории отвечают окончательному становлению современного стиля тектонических движений на Земле. Выделение деплетированной мантии (источника базальтов срединно-океанических хребтов) можно определить по изменению изотопов стронция, которые показывают, что этот мантийный резервуар образовался также около 2,0 млрд лет назад [34].

Уникальная планета

Уникальность Земли определяется, во-первых, ее положением в той части Солнечной системы, где возможно возникновение жизни; во-вторых, особыми условиями ее внутреннего саморазвития, которые создали предпосылки для появления живых организмов и их эволюции вплоть до высших форм. На нашей планете реализовались геологические механизмы, обусловившие образование многочисленных месторождений полезных ископаемых, без использования которых возникновение человеческой цивилизации было бы невозможно.

И ныне наша планета остается тектонически активной. В геологических процессах, которые определяют формирование различных структур на континентах и в океанах, образование полезных ископаемых, естественные изменения окружающей среды и климата, принимают участие все оболочки Земли, включая атмосферу и гидросферу. Конечно, окончательно понять роль каждой оболочки в эволюции планеты пока еще нельзя, но очертить их значение попробуем.

Ядро, формирующее магнитное поле, определяет главное наше комфортное существование, не допуская на поверхность Земли смертоносные космические лучи. Внешнее ядро по плотности отличается от внутреннего, что, скорее всего, связано с наличием в нем легких летучих компонентов, которые, поднимаясь в слой D′′, вызывают образование плюмов. В одной из последних сводок, выполненной К. Литасовым и А. Шацким, говорится, что легкими компонентами ядра могли быть Si, S, O, C, H и N [28]. Понятно, что они сохранились в жидком ядре во время кристаллизации внутреннего металлического, но когда и как они первоначально оказались в ядре, пока не ясно.

Мантийные плюмы, поднимаясь от ядра к поверхности, несут энергию для взаимодействия двух верхних оболочек — литосферы и астеносферы. Плюмы — важнейший элемент нижнемантийной конвекции. Их подъем вверх компенсируется погружением холодного субдуцированного вещества вниз, в слой D′′. Нижнемантийная конвекция поддерживает мелкоячеистую верхнемантийную конвекцию.

Происходящие на Земле процессы отражены в ее современном рельефе, который чрезвычайно разнообразен — от обширных океанических котловин и континентальных равнин до узких горных систем, островных дуг и цепочек островов. Активные геологические процессы проявляются в виде сейсмических катастроф, вулканизма, гидротермальной (в том числе рудообразующей) деятельности. Кроме того, они во многом определяют климат планеты, состояние атмосферы и гидросферы.

В значительной степени характер современной активности Земли обусловлен механизмами тектоники литосферных плит, в которой взаимодействуют два слоя — литосфера и астеносфера. Они определяют формирование литосферных плит, рождение и закрытие океанических бассейнов, а вместе с веществом плюмового магматизма способствуют образованию месторождений полезных ископаемых. Рост гор, их разрушение, а также различные газы, поступающие из недр планеты, определяют изменения климата, появление холодных и теплых периодов, к приходу которых человечество должно готовиться.

Так схематично можно представить современную геолого-тектоническую жизнь нашей планеты.

Познавать историю Земли и понимать ее дальнейшее развитие необходимо для жизни последующих поколений землян, а также чтобы постичь устройство других планет и Космоса в целом.

Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта Президента РФ (НШ-9638.2016.5) и Программы Президиума РАН № 15.

Литература
1. Condie K. C. Earth as an evolving Planetary System. Elsevier, 2011.
2. Батыгин К., Лафлин Г., Морбиделли А. Рожденные из хаоса // В мире науки. 2016. № 7. С. 16–27.
3. Лин Д. Происхождение планет // В мире науки. 2008. № 8. С. 22–31.
4. Masset F., Snellgrove M. Reversing type II migration: resonance trapping of a lighter giant protoplanet // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2001. V. 320. № 4. L55–L59.
5. Goldblatt C., Zahnle K. J., Sleep N. H., Nisbet E. G. The eons of chaos and hades // Solid Earth. 2010. V. 1. P. 1–3.
6. Wood B. The formation and differentiation of Earth // Physics Today. 2011. V. 64. № 12. P. 40–45.
7. Костицын Ю. А. Возраст земного ядра по изотопным данным: согласование Hf—W и U—Pb систем // Геохимия. 2012. № 6. С. 531–554.
8. Кузьмин М. И. Докембрийская история зарождения и эволюции Солнечной системы и Земли. Статья I // Geodynamics & Tectonophysics. 2014. V. 5. № 3. P. 625–640.
9. Хейзен Р. История Земли (от звездной пыли — к живой планете). М., 2015.
10. Nebel O., Rapp R. P, Yaxley G. M. The role of detrital zircons in Hadean crustal research // Lithos. 2014. V. 190–191. P. 313–327.
11. Taylor D. J., McKeegan K. D., Harrison T. M. Lu—Hf zircon evidence for rapid lunar differentiation // Earth and Planet. Sci. Lett. 2009. V. 279. P. 157–164.
12. Grange M. L., Pidgeon R. T., Nemchin A. A. et al. Interpreting the U—Pb data from primary and secondary features in lunar zircon // Geochim. et Cosmochim. Acta. 2013. V. 101. P. 112–132.
13. O’Neil J., Carlsona R. W., Paquetteb J.-L., Francisc D. Formation age and metamorphic history of the Nuvvuagittuq Greenstone Belt // Precamb. Res. 2012. V. 220–221. P. 23–44.
14. Debaille V., O’Neill C., Brandon A. D. et al. Stagnant-lid tectonics in early Earth revealed by ¹⁴²Nd variations in late Archean rocks // Earth and Planet. Sci. Lett. 2013. V. 373. P. 83–92.
15. Bottke W. F., Vokrouhlicky D., Minton D. et al. An Archean heavy bombardment from a destabilized extension of the asteroid belt // Nature. 2012. V. 485. P. 78–81.
16. Valley J. W., Lackey J. S., Cavosie A. J. et al. 4,4 billion years of crustal maturation: oxygen isotope ratios of magmatic zircon // Contrib. Mineral. Petrol. 2005. V. 150. P. 561–580.
17. Кузьмин М. И., Ярмолюк В. В., Эрнст Р. Е. Тектоническая активность Земли на ранних этапах (4,56–3,4 (2,7?)) ее эволюции // Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 5. С. 815–832.
18. Bédard J. H. A catalytic delamination-driven model for coupled genesis of Archaean crust and sub-continental lithospheric mantle // Geochim. et Cosmochim. Acta. 2006. V. 79. P. 1188–1214.
19. Campbell I. A., Griffiths R. W. Did the formation of D′′ cause the Archean-Proterozoic transition? // Earth and Planet. Sci. Lett. 2014. V. 388. P. 1–8.
20. Ernst R. E. Large igneous provinces. Cambridge, 2014.
21. Кузьмин М. И., Ярмолюк В. В. Тектоника плит и мантийные плюмы — основа эндогенной тектонической активности Земли последние 2 млрд лет // Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 1. С. 11–30.
22. Кузьмин М. И., Ярмолюк В. В. Изменение стиля тектонических движений в процессе эволюции Земли // Докл. АН. 2016. Т. 469. № 6. С. 706–710.
23. Condie K. C., Aster. R. C. Episodic zircon age spectra of orogenic granitoids: the supercontinent connection and continental growth. // Precamb. Res. 2010. V. 180. P. 227–236.
24. de Wit M. J., Ashwal L. D. Greenstone belts: what are they? // South African J. of Geology. 1995. V. 98. P. 505–520.
25. Магматические горные породы. Т. 6. Эволюция магматической истории Земли. М., 1987.
26. Lyons T. W., Reinhard C. T., Planavsky N. J. The rise of oxygen in Earth’s early ocean and atmosphere // Nature. 2014. V. 506. P. 307–315.
27. Gumsleya A. P., Chamberlainb K. R., Bleekerd W. et al. Timing and tempo of the Great Oxidation Event // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2017. V. 114. № 8. P. 1811–1816.
28. Литасов К. Д., Шацкий А. Ф. Состав и строение ядра земли. Новосибирск, 2016.
29. Li Z. X., Zhong S. Supercontinent — superplume coupling, true polar wander and plume mobility: plate dominance in whole-mantle tectonics // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2009. V. 176. P. 143–156.
30. Кузьмин М. И., Ярмолюк В. В. Мантийные плюмы Северо-Восточной Азии и их роль в формировании эндогенных месторождений // Геология и геофизика. 2014. Т. 55. № 2. С. 153–184.
31. Зоненшайн Л. П., Кузьмин М. И. Внутриплитовый вулканизм и его значение для понимания процессов в мантии Земли // Геотектоника. 1983. № 1. C. 28–45.
32. Dziewonski A. M. Mapping the lower mantle: Determination of lateral heterogeneity in P-velocity up to degree and order 6 // J. of Geophys. Res. 1984. V. 89. P. 5929–5952.
33. Hofmann A. W. Mantle geochemistry the message from oceanic volcanism // Nature. 1997. V. 385. P. 219–229.
34. Кузьмин М. И. Тектоника литосферных плит и геохимия // Современные проблемы теоретической и прикладной геохимии. Новосибирск, 1987. С. 19–26.

---

^* Ссылки на других авторов можно найти в этой работе.

^** В гадей-архейское время верхняя каменная оболочка Земли была более или менее однородной. Ее сплошность нарушалась либо бомбардировкой астероидов, либо прорывом магмы глубинных плюмов. Оба эти процесса обеспечивали появление на поверхности магматических расплавов, наращивающих кору сверху. Такое состояние земной поверхности обозначается как «тектоника инертной покрышки», или, кратко, — «тектоника покрышки» (lid-tectonics).

При изучении геологической истории Земли принято использовать такие понятия, как геологические эры, периоды. Эра — наиболее крупный период развития Земли, соответствующий времени образования определенного типа горных пород. Эры принято делить на периоды.

В истории Земли выделяют 5 эр:

Архейская эра

В это время рельеф планеты только начал формироваться, образовались магматические горные породы, в океане появилась органическая жизнь — бактерии.

Протерозойская эра

Появляются метаморфические горные породы, формируются основные платформы земной коры. Появляются первые растения и простейшие моллюски.

Палеозойская эра

Происходит активная вулканическая деятельность, в это время образовалось много современных горных хребтов — Уральские горы, Тянь-Шань, Аппалачи. Появляются рыбы, затем земноводные и пресмыкающиеся, на суше активно разрастаются папоротниковые.

Мезозойская эра

Активные изменения рельефа, появление новых горных хребтов. Расцвет, а затем вымирание крупных пресмыкающихся ящеров — динозавров. Появляются первые деревья современного вида — хвойные, а затем и лиственные.

Кайнозойская эра

В середине кайнозойской эры — новый всплеск тектонических процессов, образуются наиболее «молодые» горы — Гималаи, Альпы, Кавказские горы. Развиваются млекопитающие, современные растения. В последний, четвертичный период кайнозойской эры на Земле появился человек.

Методы определения возраста пород

Для определения возраста пород, формирующих планету, используется два основных метода: относительный и абсолютный.

Абсолютный метод предполагает определение возраста с помощью анализа породы и продуктов распада радиоактивных элементов, период распада которых, во-первых, очень большой и исчисляется миллионами лет, а во-вторых, уже вычислен.

Относительный метод основан на том, что если породы не были перемешаны (например, в  результате вулканической деятельности или движения плит), то чем глубже располагается

порода, тем она старше. Таким образом, зная возраст той или иной породы, можно предположить и возраст соседних слоев.

Происхождение материков и океанов

Существует принятая гипотеза, согласно которой ранее на Земле существовал единый материк — Пангея.

Затем примерно в области экватора произошел разлом, и образовались два материка: северный — Лавразия и южный — Гондвана.

Эти материки в свою очередь разделились:

• Лавразия на Северную Америку и Евразию,
• Гондвана — на Австралию, Африку, Южную Америку и Антарктиду.

Материки постепенно двигались друг от друга, разделив мировой океан на несколько частей, так сформировались современные океаны.

Окончательные контуры материков появились в результате движения литосферных плит. Плиты — это огромные участки земной коры, которые находятся на мантии и плавно скользят по ней. В местах столкновения плит образуются области складчатости и рифты. Первые появляются, когда одна плита приподнимается над другой, вторые — когда плита опускается под более тяжелую.

Геологическое летоисчисление

Код элементов ЕГЭ: 2.3. Этапы геологической истории
земной коры. Геологическая хронология

Ключевые слова: геологическое летоисчисление, возраст горных пород, эры, Кайнозойская, Мезозойская, Палеозойская, периоды, складчатости, геохронологическая таблица, этапы геологической истории земной коры.

Геологическое летоисчисление — учение о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору. Геологические процессы происходят на протяжении многих тысячелетий. Выделение различных этапов и периодов в жизни Земли основано на последовательности накопления осадочных горных пород. Время, в которое накапливалась каждая из пяти групп пород, названо эрой. Последние три эры разделены на периоды, т.к. в отложениях этих времен лучше сохранились останки животных и растений. В эрах были эпохи активизации горообразовательных процессов — складчатости.

Геохронологическая таблица

Эры	Периоды	Складчатости	События
Кайнозойская, 68 млн. лет	Четвертичный, 2 млн. лет	Альпийская складчатость	Формирование современного рельефа под влиянием массового поднятия суши. Оледенение, изменение уровня моря. Происхождение человека.
	Неогеновый, 25 млн. лет		Мощные вулканические извержения, поднятие гор Альпийской складчатости. Массовое распространение цветковых растений.
	Палеогеновый, 41 млн. лет		Разрушение гор, затопление молодых платформ морями. Развитие птиц и млекопитающих.
Мезозойская, 170 млн. лет	Меловой, 75 млн. лет	Мезозойская складчатость	Поднятие разрушенных гор, сформировавшихся в Байкальской складчатости. Исчезновение гигантских пресмыкающихся. Происхождение покрытосеменных растений.
	Юрский, 60 млн. лет		Возникновение разломов на материках, массовый ввод магматических пород. Начало обнажения ложа современных морей. Жаркий влажный климат.
	Триасовый, 35 млн. лет		Отступление морей и увеличение площади суши. Выветривание и понижение палеозойских гор. Формирование равнинного рельефа.
Палеозойская, 330 млн. лет	Пермский, 45 млн. лет	Герцинская складчатость	Окончание герцинского горообразования, интенсивное развитие жизни в горах. Появление на суше земноводных, простых пресмыкающихся и насекомых.
	Каменноугольный, 65 млн. лет		Опускание суши. Оледенение на материках Южного полушария. Расширение площадей болот. Появление тропического климата. Интенсивное развитие земноводных.
	Девонский, 55 млн. лет	Каледонская складчатость	Отступление морей. Накопление на суше мощных слоев красного цвета континентального отложения. Преобладание жаркого сухого климата. Интенсивное развитие рыб, выход жизни из моря на сушу. Появление земноводных, открыто-семенных растений.
	Силурийский, 35 млн. лет	Начало каледонской складчатости	Поднятие уровня моря, появление рыб.
	Ордовикский, 60 млн. лет		Сильные извержения вулканов, уменьшение морских бассейнов. Увеличение численности беспозвоночных животных, появление первых беспозвоночных.
	Кембрийский, 70 млн. лет	Байкальская складчатость	Опускание суши и появление больших болотистых массивов. В морях интенсивно развиваются беспозвоночные.
	Протерозойская, 2 млрд. лет	Начало байкальской складчатости	Мощные извержения вулканов. Формирование фундаментов древних платформ. Развитие бактерий и синезеленых водорослей.
	Архейская, 1 млрд. лет		Начало формирования материковой земной коры и усиление магматических процессов. Мощные извержения вулканов. Первое появление жизни — период бактерий.

Таблица «Геологическая хронология»

Возраст горных пород

Различают относительный и абсолютный возраст горных пород. Относительный возраст легко устанавливается в случае горизонтального залегания пластов горных пород в пределах одного вскрытия. Абсолютный возраст пород определить достаточно сложно. Для этого пользуются методом радиоактивного распада ряда элементов, принцип которого не меняется под действием внешних условий и идет с постоянной скоростью. Этот метод внедрили в науку в начале XX века Пьер Кюри и Эрнест Резерфорд.

В зависимости от конечных продуктов распада выделяют свинцовый, гелиевый, аргоновый, кальциевый, стронциевый и радиоуглеродный методы.

Таблица «Этапы геологической истории земной коры»

---

Конспект урока по географии «Геологическое летоисчисление». Для подготовки к ЕГЭ по элементам содержания (код 2.3) «Этапы геологической истории земной коры. Геологическая хронология«. Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по географии
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по географии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по географии

Наша Вселенная существует 13 миллиардов лет. Планета Земля образовалась примерно 4,5 млрд лет назад из газа и пыли, возникших в ходе образования Солнца. Вначале планета была раскалена из-за ударов астероидов и остаточного тепла, но со временем Земля остыла и на её поверхности образовалась земная кора.

Несколько позже, в результате столкновения Земли с неким небесным телом возникла Луна. Остатки вещества вместе с земной мантией были выброшены в космос, на околоземную орбиту. Так появился естественный спутник Земли.

Геологическая история Земли – это последовательность сменяющих друг друга эпох и периодов. Эти эпохи и периоды включают в себя такие процессы как образование ландшафтов и материков, формирование флоры и фауны, смена климата, зарождение жизни.

Жизнь на нашей планете появилась около 3,8 млрд лет назад. В это время уже оформляется земная кора. Впоследствии непрерывного движения тектонических плит, происходило её постоянное изменение.

Первые живые организмы появляются в воде, а на сушу выбираются спустя несколько миллионов лет. Процесс геологического развития Земли происходит и сейчас.

Всю историю Земли учёные делят на временные отрезки – эоны. Существуют 2 крупных эона в истории Земли: Докембрий и Фанерозой. В свою очередь эоны делятся на эры, а эра на периоды. Каждый из этапов характеризуется важными событиями в формировании условий для жизни на Земле. Смена этапов происходит в результате масштабных природных катаклизмов.

Геологической эрой называют отрезок на геологической временной шкале истории Земли, подинтервал эона, например: Архей (Архейская эра). Большинство геологических эр подразделяются на меньшие временные отрезки, называемые геологическими периодами.

В геологической истории Земли важное значение имеют 5 основных эр, о которых речь пойдёт ниже.

Архейская эра

Архей – самый древнейший этап жизни в истории Земли. Сам термин был предложен геологом Дж. Дана в 1872 году.

Начинается этот период примерно 4,5 млрд лет назад, когда планета Земля только формировалась. Сохранившиеся горные породы этого времени свидетельствуют о развитии прокариотической (доядерной) формы жизни.

Первые фотосинтезирующие организмы сохранились до наших дней в виде окаменелостей и их возраст насчитывает 3,4 млрд лет.

В атмосфере присутствовал хлор, водород и аммиак. В Архее формируются залежи серы, никеля, железа. Уровень радиации в это время был достаточно высок, а температура доходила до 80 градусов по Цельсию.

От удара с небесным телом, в результате которого сформировалась Луна, увеличивается скорость вращения Земли и её наклон.

Начинает зарождаться атмосфера и океан. Первая жизнь зародилась в этом так называемом «первичном бульоне».

Протерозойская эра

Протерозойская эра начинается примерно 2,5 млрд лет назад и длится до 540 млн лет назад. Это самый длительный геологический период в истории Земли. Происходит формирование почвы и одноклеточных организмов, появляются первые водоросли, черви и моллюски.

С начала периода кислород в атмосфере отсутствует, но со временем его начинают выделять бактерии, жившие в «первичном бульоне». У некоторых из них появляется способность к аэробному дыханию.

Солнце начинает давать больше света, однако его недостаточно для прогрева Земли. Наоборот, — Земля значительно охлаждается в этот период. Вся планета покрывается ледником, отсюда появляется гипотеза Земля-снежок. Вероятно, похолодание было связано с резким увеличением кислорода в атмосфере.

Период от 1,8 до 0,72 млрд лет назад называют «скучным миллиардом». Он характеризуется климатической стабильностью, низким уровнем кислорода, а также медленной эволюцией живых существ.

Палеозойская эра

Этот период известен как эра древней жизни. Палеозой делится на 6 периодов:

• Кембрийский период — этот период занимает 530-490 млн лет назад. В кембрии происходит формирование флоры и фауны Земли. Однако из-за высоких температур живые существа не могли проживать на суше, как правило, жизнь развивалась в воде. В океане жили водоросли, моллюски и членистоногие.
• Ордовикский период (490 – 422 млн лет назад). В океане начинают появляться позвоночные, коралловые и губки. На суши распространяются лишайники, а также первые членистоногие.
• Силурский период начинается с 422 и заканчивается 418 млн лет назад. В нём появляются растения на суше, у членистоногих возникает лёгочная ткань. У позвоночных формируется костный скелет. В силуре появляются климатические зоны, а также возникают горные массивы.
• Девонский период длится с 418 по 353 млн лет назад. Поверхность земли покрывается лесами. Появляются амфибии, живущие на суше, а также первые насекомые.
• Каменноугольный период длился с 353 по 290 млн лет назад. Появляются земноводные, но в конце периода температура сильно снижается, что приводит к вымиранию живых существ.
• Пермский период охватывает промежуток с 290 по 249 млн лет назад. Появляются пресмыкающиеся, температура возрастает, образуются пустыни.

Мезозойская эра

В свою очередь мезозой делится на 3 периода:

• Триасовый период (248 – 200 млн лет назад) – в это время суша начинает делиться на континенты. Возникает класс млекопитающих и семейство растений.
• Юрский период (200 – 140 млн лет назад) – это период отличает возникновение покрытосеменных растений и прародителей птиц – динозавров.
• Меловой период (140 – 65 млн лет назад) – развиваются высший формы млекопитающих и птиц. В конце мелового периода вымирают динозавры.

Кайнозойская эра

Кайнозой – это современная эра Земли. Начинается 65 млн лет назад. Этот период истории Земли отличается большим разнообразием видов животных и растений, наземных млекопитающих. Кайнозой также является эрой саванн, цветковых растений и насекомых. Происходит эволюция птиц.

Эпоха Кайнозоя ознаменовалась появлением на Земли человека разумного.

Подведение итогов

Геологическая история Земли, безусловно, важна для современной науки. Современные формы жизни представляют собой результат того, что происходило за все эти эпохи. Эволюция жизни на Земле идёт и по сей день. Изучение истории Земли в ретроспективе позволит понять, откуда возникло самое удивительное явление во Вселенной – жизнь.

Рассматривать
геологическую историю Земли можно
только с того времени, с которого
сохранились наиболее древние свидетели
этой истории – горные породы и минералы.

Первым(«планетарным») этапом образования
Земли следует считать интервал времени,
в течение которого она сформировалась
как одна из планет Солнечной системы.

В
настоящее время почти всеми признаётся,
что Земля вместе с Солнцем и другими
планетами, образовалась 4,6 – 4,0 млрд.
лет назад из газопылевого облака,
появившегося в связи со вспышкой
Сверхновой звезды. Она породила
гравитационную волну, способствовавшую
сжатию газопылевого облака и началу
конденсации составлявшего его рассеянного
материала.

Формирование
планеты Земля путём аккреции составивших
её частиц – планетозималей. Процесс
аккреции – столкновение планетезималей
диаметром до 1000 км и более – сопровождался
большим выделением энергии с сильным
прогревом формирующейся планеты и ее
дегазацией, т.е. выделением летучих
компонентов, содержащихся в падающих
планетезималях. Вследствие гравитационной
энергии, соударения планетезималей,
падения очень крупных метеоритов
температура превысила точку плавления
вещества и наступила дифференциация
земного вещества – более тяжелые
элементы (железо, никель и др.) опускались,
а легкие, наоборот, всплывали. На
увеличение теплоты оказывал влияние
распад радиоактивных элементов –
плутония, тория, калия и йода. Еще одним
источником теплоты явились твердые
приливы, связанные с близким расположением
спутника Земли – Луны. Однако, давление
на больших глубинах препятствовало
плавлению, особенно во внутреннем ядре.
Эта гипотеза получила название
гетерогенной аккреции. По мнению
многих ученых время аккреции не было
продолжительным и составляло не более
10 млн. лет.

Второй
древнейший(догеологический) –
заключался в дифференциации вещества
внутри планеты, образованию какой-то
первичной земной коры основного состава,
выделению внешнего, жидкого ядра планеты
и, соответственно, появлению магнитного
поля. Эта дифференциация, постепенно
замедляясь, продолжается до настоящего
времени и сопровождается выделением
тепла

С
рубежа 3,8 – 4,0 млрд. лет начинается
собственно геологическаяжизнь
Земли. Этотретий, самый продолжительный
этап в развитии нашей планеты. Основные
события, происходившие на Земле показаны
на рис. 3.10.

Рис.
3.10 Наиболее важные глобальные события
в геологической истории Земли

(по
Короновскому, 2011):

1
– оледенения: 2 – складчатость

В
геологической истории Земли выделяется
два крупных периода – докембрийскийифанерозойский.

История
эволюции Земли в докембрийское время

В
общем виде история эволюции Земли в
докембрийское время разбивается на
четыре этапа: 1) древнеархейский, или
катархейский (4,0-3,5 млрд. лет); 2) архейский
(3,5 – 2,6 млрд. лет); 3) раннепротерозойский
(2,6- 1,65 млрд. лет); 4) позднепротерозойский
(1,65 – 0,65 млрд. лет).

Раннеархейский
этап(4,0-3,5 млрд. лет назад) – этап
формирования протоконтинентальной
коры. Этот этап документирован породами
соответствующего возраста, обнаруженными
в отдельных участках практически на
всех континентах и древних платформах.
Это «серые гнейсы», породы серии Исуа
в юго-западной Гренландии, метакоматииты
Украинского щита, амфиболиты Водлозёрского
блока Балтийского щита и т.д.

На
этом этапе своего развития Земля
обогатилась ещё двумя оболочками –
протоконтинентальной корой (по одной
из гипотез) и гидросферой и первыми
признаками биосферы.

Средне-
и позднеархейский этап(3,5-2,5 млрд.
лет назад) – возникновение континентальной
коры и становление первой Пангеи. На
этом этапе широкое развитие получили
зеленокаменные пояса. Площадь архейской
коры уже составляла не менее 70% площади
современной континентальной коры,
которая, вероятно, представляла собой
единый крупный суперконтинент Пангею
и его антипод – мировой океан Панталасса
с базальтовой корой океанического типа.
Эта структура крайне дисимметрична. По
одной из гипотез предпосылкой для
образования Панталассы, как элемента
этой дисимметричной структуры, могло
быть падение на Землю огромного астероида,
которое привело к выбросу материала,
впоследствии создавшего Луну.

Раннепротерозойский
этап(2,5-1,7 млрд. лет назад) – распад
первой Пангеи, обособление платформ и
подвижных поясов и дальнейшее разрастание
континентальной коры. К концу архея,
вследствие снижения теплового потока,
который был обусловлен радиоактивным
распадом, и охлаждения, верхняя часть
коры стала достаточно жесткой и хрупкой,
что способствовало образованию трещин,
заполненных дайками, протоавлакогенов
и палеорифтогенных структур. Развитие
большей части этих структур закончилось
к концу раннепротерозойского этапа,
что привело к сращиванию ранее разделённых
ими континентальных блоков, к наращиванию
континентальной новообразованной коры
и тем самым к восстановлению единства
Пангеи, которая, вероятно, уже превосходила
по площади первую, эпиархейскую Пангею.
Для данного этапа развития возможно
применение модели «тектоники малых
плит».

Среднепротерозойский
этап (1,7-1,0 млрд. лет назад) –
частичный распад и восстановление
единства Пангеи. Этот этап в развитии
Земли остаётся не вполне ясным, поскольку
отложения нижнего и среднего рифея
весьма ограничены. Предполагается, что
раскол Пангеи дальше образования
континентальных рифтов не пошел.
Рифтогенез закончился формированием
авлакогенов или внутриплитных складчатых
систем. Разогрев привёл к образованию
крупных стратиформных плутонов
габбро-анортозитов и гранитов-рапакиви,
и проявлению кислого субаэрального
вулканизма.

На
границе. около 1,7 – 1,6 млрд. лет на Земле
происходят крупные события, после
которых она вступает в новый этап своего
развития. Это время называют рифей (от
древнего наименования Уральских гор).
Характерная особенность рифейского
времени – широкое распространение
строматолитов.

Строматолиты
(греч. stroma– постилка,
одеяло иlitos– камень)
– это карбонатные наросты с неровной
поверхностью и сложной внутренней
слоистостью. Строматолиты считают
биогермами цианобионтов, бактерий и
известковых водорослей, развивающихся
на морском мелководье с периодической
сменой солености воды.

Найти
первых жителей планеты — задача очень
сложная. Гораздо проще обнаружить следы
их жизнедеятельности. Древнейшие
строматолиты существовали на Земле 3,5
миллиарда лет назад, а самые «молодые»
— встречаются и сегодня.

Древие строматолиты (реконструкция)	Современные строматолиты, залив Шарк, Австралия

Рис.
3.11 Строматолиты – первые земляне

Позднепротерозойско-раннепалеозойский
этап(1,0-0,4 млрд. лет назад) – деструкция
протерозойской Пангеи, заложение и
начало развития подвижных поясов неогея.
В это время деструкция Пангеи приводит
к полной её дезинтеграции с обособлением
кратонов (ядер современных материков)
и заложению широких подвижных поясов
на начальной стадии палеоокеанов,
которые затем эволюционировали на
протяжении фанерозоя. Это – океаны
Япетус, прото-, а затем палео-Тетис,
палео-Азиатский и палео-Арктический
океаны. Из них только Япетус закончил
свое развитие в конце данного этапа,
что привело к объединению Северной
Америки и Восточной Европы в Лавруссию.

Эти
океаны явились областью заложения в
позднем протерозое крупнейших на Земле
подвижных поясов – Средиземноморского,
Урало-Охотского, Северо-Атлантического,
Тихоокеанского и др. Это послужило
началу распада Пангеи-1 на отдельные
литосферные плиты – континенты.

На
этом этапе проявилось определённое
различие в эволюции северной и южной
частях Пангеи. В северной части
господствовали процессы деструкции, а
в южной – уже к началу палеозоя проявились
обратные тенденции, что привело к
формированию единого южного суперконтинента
Гондвана.

После
того, как закончился этап формирования
фундамента платформ, в их пределах в
течение позднепротерозойского времени
формируется осадочный чехол. Чехол
сложен осадочными и вулканогенно-осадочными
образованиями.

В
венде(на рубеже протерозоя и
фанерозоя), который выделен в качестве
самостоятельного периода, существенную
роль стала играть бесскелетная фауна.
Ее называютэдикарской(по местности
Эдикара, Австралия, где впервые были
обнаружены остатки этой фауны).

Переход
от криптозоя (времени скрытой жизни) к
фанерозою (времени явной жизни)
ознаменовался важнейшим событием
появлением и широким расселением
скелетных организмов.

В
фанерозойскойистории выделяется
целый ряд гораздо более мелких этапов,
чем в докембрийской. Каждый из них
начинался с раскрытия океанов, а
заканчивался сближением литосферных
плит, закрытием океанов и складчатостью
накопившизхся осадочных и магматических
пород. Выделяются следующие геотектонические
этапы:

Раннепалеозойский
(каледонский) этап, начавшийся в
позднем рифее или венде и закончившийся
складчатостью в силурийском периоде;

Позднепалеозойский
(герцинский) этап– девон-пермь, иногда
захватывающий и ранний триас;

Мезозойский
(киммерийский) этап – триас (местами
захватывает и конец позднего палеозоя_
— юра со складчатостью в середине юры;

Мезозойско-кайнозойский
(альпийский) этап– начавшийся в
ранеей юре и закончившийся складчатостью
в неогене.

Не
во всех районах Земли эти этапы начинались
и заканчивались одновременно, но в целом
последовательность примерно такая, как
показано выше.

Палеозой

Палеозой
– эра древней жизни («палеос» – древний,
«зоон» – жизнь), назван так потому, что
органический мир палеозоя, в общем
чрезвычайно богатый и разнообразный,
представлен архаичными группами.

Палеозойская
группа была выделена впервые в 1837 году
английским геологом А. Седжвиком. В
настоящее время она объединяет шесть
систем: кембрийскую,ордовикскую,силурийскую,девонскую,каменноугольнуюипермскую,
продолжительностью примерно 330 млн.
лет. Палеозойская эра была временем
очень больших преобразований. Она
объединяет два тектонических этапа –
каледонский и герцинский.

Дважды
в течение палеозойской эры имело место
массовое вымирание многочисленных
групп более древних организмов – в
конце силура и в конце перми. На смену
им приходили новые группы более
высокоорганизованных животных и
растений, причем такое «обновление» в
растительном мире происходило раньше
(примерно на полпериода), чем в животном.
Причины подобных явлений пока не выяснены
до конца. Несомненно, что одной из них
было изменение палеогеографической
обстановки, связанное с перестройкой
земной коры и изменением рельефа и
климата.

В
раннем кембриисверхматерик
Гондвана занимает экватор и приэкваториальные
части планеты (рис. 3.???). Продолжается
спрединг в океанах, разделяющих Гондвану
и внегондванские континенты, начавшийся
ещё в венде. Между Гондваной и Сибирью
выстраивается длинная цепочка
микроконтинентов, условно подразделяемая
на Монгольскую и Казахскую части (дуги).
В океане Япетус зарождается энсиматическая
вулканическая дуга — Таконская. В мелких
тропических водах формируются обширные
строматолитовые рифы.

Рис.
3.12 Реконструкция положения материков
для раннекембрийского времени (по
Федорову, 2006)

На
суше происходила интенсивная эрозия и
большое количество осадков сносилось
в моря. Содержание кислорода постепенно
повышалось. Ближе к окончанию периода
началось оледенение, приведшее к
понижению уровня воды в морях.

В
процессе грандиозного эволюционного
взрыва (так называемый «кембрийский
взрыв») возникло большое число типов
животных, многие из которых существуют
и сейчас, включая микроскопических
ежей, морских лилий и различных червей.
В тропиках археоциаты возводили громадные
рифовые сооружения. Появились первые
твердопокровные животные; в морях
господствовали трилобиты и брахиоподы.
Возникли первые хордовые. Несколько
позднее появились головоногие моллюски
и примитивные рыбообразные. Из
растительности следует отметить наличие
примитивных морских водорослей.

Ордовикский
период (ордовик) – 500 млн. лет назад.
Гондвана находится в южном полушарии,
а остальные материки несколько
переместились к экватору. Коллизия
Таконской дуги с Лаврентией. Континентальный
рифт в Северной Гондване раскрывается
в новый океан Реикум, который отделяет
от Гондваны микроконтинент Авалония.
Раскрывающийся Реикум отсекает от
Гондваны ещё несколько микроконтинентов,
впоследствии вошедших в состав герцинских
и альпийских
складчатых систем, в том числе
два крупных: Армориканско-Богемский и
Иберийский.

Расширение
Реикума вызывает сужение Япетуса и
дрейфконтинентов Балтия и Авалония к
северу. Последние сближаются с Лаврентией.
Первые импульсы каледонской орогениипроявились в Андах и в области Монгольской
и Казахской дуг. Небольшие тектонические
подвижки произошли в Арктической Канаде
и Северной Гренландии (рис. 3.13).

На
протяжении всего периода массивы суши
смещались все дальше и дальше к югу.
Старые ледниковые покровы кембрия
растаяли, в чем произошло поднятие
уровня моря. Большая часть суши
сконцентрировалась в теплых широтах.
В конце периода началось новое оледенение.

В
ордовике резко увеличивается численность
животных-фильтратов, в том числе мшанок
(«морских циновок»), морских лилий,
плеченогих, двустворчатых моллюсков и
граптолитов (для последних это было
время расцвета). Археоциаты уже вымерли,
но строительство рифов продолжалось
первыми кораллами и строматопорондеями.
Увеличилось число наутилоидей и
бесчелюстных панцирных рыб. Развились
различные виды водорослей, а в позднем
ордовике появились первые настоящие
наземные растения.

Рис.
3.13 Реконструкция положений материков
для ордовикского периода (по
Федорову, 2006)

Силурийский
период(силур) — 438 млн. лет назад.
Гондвана надвинулась на Южный полюс, а
океан Япетус постепенно начал уменьшаться
в размерах. Основная эпохакаледонской
складчатости. Коллизия Лаврентии,
Балтии и Авалонии, начавшаяся в раннем
силуре, соединяет эти три континента в
один – Лавруссию (рис. 3.14). При коллизии
замыкается океан Япетус. Растут
Гренландские, Британские, Норвежские
каледониды, каледониды Шпицбергена и
входящие ныне в фундамент Западно-Европейской
платформы каледониды Северной Германии
и Польши. Продолжается интенсивная
орогения в области Казахской дуги.
Коллизия вулканических дуг формирует
каледонскую часть Тасманийской складчатой
системы Восточной Австралии. Это был
период активной вулканической деятельности
и интенсивного горообразования. Начался
этот процесс с эпохи оледенения, когда
же льды растаяли, то уровень моря
повысился и климат стал мягким.

Рис.
3.14 Реконструкция положений материков
для среднесилурийского времени (по
Федорову, 2006)

В
органическом мире также происходят
значительные изменения. Ругозы ведут
активное строительство рифов. Численность
граптолитов снижается. В морях процветают
наутилоиды, брахиоподы, трилобиты и
иглокожие. Вода в морях обладает невысокой
соленостью и в ней обитают ракоскорпионы
(эвриптериды). Наблюдалось изобилие рыб
как в пресной, так и в соленой воде.
Появились первые челюстные рыбы –
акантоды. Скорпионы, многоножки и, как
предполагают, эвриптериды постепенно
выходили на сушу. Растения заселили
берега водоемов, среди которых преобладали
примитивные псилопсидные виды.

Девонский
период(408 млн. лет назад).
В раннем девоне реализуются
завершающие импульсы складчатости в
областяхкаледонской орогении.
Горные хребты высятся в зоне коллизии
Лаврентии и Балтики. На месте Казахской
дуги в результате орогении возник
крупный массив новообразованной
континентальной коры. В северо-восточной
Гондване зарождается континентальный
рифт, который начинает раскрываться в
молодой океан Палеотетис. К западу от
североамериканской части Лавруссии с
позднего силура продолжает развиваться
крупная Антлерская вулканическая дуга.

В
южном полушарии располагалась Гондвана.
В тропических широтах продолжается
формирование Лавруссии (рис. 3.15). Коллизия
микроконтинента Пирия с Лавруссией (в
районе Арктической Канады). Этот эпизод,
называемый эсмирским орогенезом,
завершает формирование Иннуитской
складчатой системы. Коллизия вулканических
дуг Западной Гондване начинает
образование Северных и Центральных
Анд. Раскрывающийся океан Палеотетис
отсекает от Гондваны четыре континента:
Таримский, Северо-Китайский, Южно-Китайский
и Индокитайский. Интенсивное расширение
Палеотетиса приводит Гондвану во
вращение по часовой стрелке, следствием
этого является сближение Западной
Гондваны с Лавруссией и сужение океана
Реикум.

Происходит
интенсивная эрозия недавно образовавшихся
гор, в результате чего образуются мощные
отложения красноцветных песчаников;
речные дельты, в связи с большим
количеством поступающих наносов,
заболачиваются. Уровень моря к концу
периода поднимается. Средние температуры
воздуха возрастают, но в целом климат
становится более резким, с чередованием
периодов ливневых дождей и сильной
засухи. Обширные площади на материках
становятся безводными.

Рис.
3.15 Реконструкция положений материков
для позднедевонского периода (по
Федорову, 2006).

В
морских бассейнах происходит быстрая
эволюция рыб, включая акул и скатов,
кистеперых и лучеперых рыб. Увеличивается
число аммонитов. В морях развились
гигантские хищники – эвриптериды длиной
до 2м.

В
позднем девоне многие группы древних
рыб, а также кораллов, плеченогих и
аммонитов вымерли. Суша подверглась
нашествию множества членистоногих, в
том числе клещей, пауков и примитивных
бескрылых насекомых. В позднем девоне
появились первые земноводные.

Растения
сумели отодвинуться от кромки воды, и
постепенно обширные районы суши заросли
густыми первобытными лесами. Возросло
число разнообразных сосудистых растений.
Появились споровые ликофиты (плауны) и
хвощи, некоторые развились до размеров
настоящих деревьев высотой почти 40 м.

Каменноугольный
период(карбон) – 360 млн. лет тому
назад.

В
раннем карбоне начинается развитие
герцинскои орогении: 1) варисцийский
орогенез происходит в результате
коллизии Армориканско-Богемского и
Иберийского континентов с Европейской
частью Лавруссии. В ходеорогнеза
возникает складчатый фундамент
Западно-Европейской платформы; 2)
антлерский орогенез обусловлен коллизией
нескольких вулканических дуг с
американской частью Лавруссии. С него
начинается формирование складчатой
системы Северо-Американских Кордильер.
На востоке Австралии завершается второй
из трех крупных этапов формирования
Тасманийской складчатой системы.

Гондвана
и Лавруссия постепенно сближались,
образовывая новые горные цепи. В позднем
карбоне образовался суперконтинент
Пангея в результате коллизии Лавруссии,
Казахстании, Сибири и Западной Гондваны
(рис. 3.16). Закрытие Палеоуральского
океана и Реикума. К зонам коллизии
приурочены обширные складчатые области.
Закрытие океана Прототетис при коллизии
к Азиатскойчасти Пангеи Таримского
континента. Заложение и раскрытие океана
Мезотетис приводит к отделению от
Гондванской части Пангеи двух кулис
микроконтинентов, объединяемых под
общим названием «Киммерия». В раннем
карбоне на обширных пространствах
образовались мелкие прибрежные моря и
болотистые низменности; на большой
части суши установился почти тропический
климат. Наличие громадных лесов с пышной
растительностью способствовало повышению
содержания кислорода в атмосфере. Ближе
к окончанию периода началось похолодание,
и на Земле произошло два крупных
оледенения.

Рис.
3.16 Палеореконструкция положений
материков для каменноугольного периода
(по Федорову, 2006)

В
морях появились новые разновидности
аммонитов, возросла численность
брахиопод. Ругозы, граптолиты, трилобиты,
а также некоторые мшанки и морские лилии
вымерли. Это было время расцвета
земноводных, а также насекомых –
кузнечиков, тараканов, чешуйниц, термитов,
жуков и гигантских стрекоз. В позднем
карбоне появились первые рептилии.

Дельты
рек и берега обширных болот были покрыты
густыми лесами из гигантских плаунов,
хвощей, древовидных папоротников и
голосеменных растений высотой до 45 м.
Неразложившиеся останки этой растительности
со временем превратились в залежи
каменного угля.

Пермский
период(пермь) 286 млн. лет назад.
Продолжение главной эпохи герцинской
складчатости. В зонах коллизии Пангеи
формируются складчатые системы Урала,
Южного Казахстана, Тянь-Шаня (Евразия);
Южных Аппалачей и Уошито-Маратон (США);
Атлас (Африка); Перуанско-Боливийских
Анд (Южная Америка); а также складчатые
фундаменты молодых платформ –
Запад-но-Сибирской, Скифской, Туранской,
Патагонской, платформы Мексиканского
залива и ряда впадин. Расширение океана
Мезотетис обусловливает движение
киммерийских континентов к северу.
Начинается коллизия основной части
Монгольской дуги к южной периферии
Сибирского кратона и закрытие разделяющего
дугу и кратон Монголо-Охотского океана
(рис. 3.17). Пангея начала перемещаться к
северу.

Рис.
3 17 Положение материков и океанов в
ранней перми (по
Федорову, 2006)

Пермский
период начался с оледенения, которое
вызвало понижение уровня моря. По мере
движения Пангеи к северу льды постепенно
растаяли, и стало очень жарко и сухо. По
ее территории распространились обширные
пустыни.

В
это время бурно эволюционировали
двустворчатые моллюски. В морях в
изобилии водились аммониты. Главными
строителями рифов постепенно становятся
современные кораллы. В ранней перми в
пресных водоемах господствовали
земноводные. Появились и водные рептилии,
в том числе мезозавры.

В
ходе великого вымирания в конце периода
полностью исчезло свыше 50% животных
семейств, включая многих земноводных,
аммонитов и трилобитов. На суше рептилии
взяли верх над земноводными. На южных
массивах суши распространились леса
крупных семенных папоротников –
глоссоптерисов. Появились первые
хвойные, быстро заселившие внутриматериковые
области и высокогорья.

Мезозой

Мезозойская
эра – эра средней жизни («мезо» –
средний, «зоон» – жизнь) названа так
потому, что организмы, населявшие Землю
в мезозое, по степени организации
занимают промежуточное, среднее положение
между архаичными формами палеозоя и
организмами, жившими в кайнозое.

Мезозойская
группа пород была выделена английским
геологом Дж. Филлипсом в 1841 году. Она
объединяла так же, как и сейчас, три
системы: триасовую,юрскуюимеловую. Продолжительность мезозойской
эры 173 млн. лет.

В
мезозое, так же как и во все другие этапы
развития Земли, главная, ведущая роль
принадлежала тектоническим движениям.
Мезозойский киммерийский тектогенезбыл очень своеобразным и в значительной
мере отличался от каледонского и
герцинского. Складкообразовательные
движения, распад платформ, образование
океанических и других впадин сопровождались
грандиозными интрузивными и эффузивными
магматическими процессами. Интрузии,
преимущественно гранитоидных пород,
приурочены к киммерийским складчатым
сооружениям и другим структурам
Тихоокеанского сегмента земной коры.
С этими интрузиями связаны месторождения
золота, олова, мышьяка, сурьмы, полиметаллов
и цветных металлов. По разломам в области
платформ и складчатых сооружений
изливалось огромное количество лав
основного и среднего состава, которые
образовали потоки и покровы, в том числе
и базальтовые траппы Сибирской платформы,
Индии, Африки и некоторых других районов.

С
преобразованиями в рельефе, происходившими
в результате тектонических движений,
были связаны и значительные изменения
климата. В течение всего триасового
периода в пределах Лавразии и Гондваны
господствовал сухой, нередко пустынный
климат и активно протекали процессы
физического выветривания. К юре рельеф
этих материков был в значительной мере
выравнен и сглажен. Последовавшее затем
опускание значительных участков Лавразии
и Гондваны привело к развитию очень
широких трансгрессий. В результате на
этих континентах появляются большие
мелководные моря, что приводит к
значительным изменениям климата; он
становится мягким, влажным, теплым и
умеренным. На Земле снова появляется
пышная растительность и происходит
массовое угленакопление. Широко
развиваются процессы химического
выветривания, что приводит к образованию
залежей железных руд, бокситов и других
продуктов химического выветривания.

Триасовый
период(триас) – 248 млн. лет назад.
Начинается раннекиммерийскийорогенез,
охвативший юг азиатской части Пангеи
в результате коллизии первой кулисы
киммерийских микроконтинентов и Южного
Китая. На севере европейской части
Пангеи формируются складчатые системы
Новой Земли и Таймыра. Продолжается
закрытие Монголо-Охотского океана (рис.
3.18).

Рис.
3.18 Положение материков и океанов в
позднем триасе (по
Федорову, 2006)

На
западе Пангеи окраины Северной и Южной
Америки наращиваются вулканическими
дугами. Коллизия ещё одной вулканической
дуги к австралийской окраине Пангеи
завершает формирование Тасманийской
складчатой области.

Гондвана
вновь начала разделяться, стал
образовываться Атлантический океан.
Уровень моря по всему миру был очень
низок. Климат, почти повсеместно теплый,
постепенно становился более сухим, и
во внутриматериковых областях
сформировались обширные пустыни. Мелкие
моря и озера интенсивно испарялись,
из-за чего вода в них постепенно
становилась все более соленой

Динозавры
и прочие рептилии стали доминирующей
группой наземных животных. Появились
первые лягушки, а чуть позже сухопутные
и морские черепахи и крокодилы. Возникли
также и первые млекопитающие, возросло
разнообразие моллюсков. Образовались
новые типы кораллов, креветок и омаров.
К концу периода вымерли почти все
аммониты. В океанах утвердились морские
рептилии, такие, как ихтиозавры, а
птерозавры начали осваивать воздушную
среду. Возросло разнообразие голосеменных
растений, образовавших обширные леса
саговников, араукарий, гинкго и хвойных
деревьев. В нижней части леса сформировались
ковры из плаунов и хвощей, а также
пальмовидных баннеттитов.

Юрский
период(юра) – 230млн. лет назад.
Пангея продолжала раскалываться, и море
затопило большую часть суши. Происходило
интенсивное горообразование. В средней
юре начинается раскрытие Атлантического
океана. У западной окраины Пангеи
возникает ряд энсиматических вулканических
дуг, при их коллизии с североамериканской
окраинои Пангеи в юре – раннем мелу
происходит образование основной части
Северо-Американских Кордильер. В
результате коллизии вулканической дуги
с Сибирской окраиной Пангеи формируется
Верхояно-Колымская складчатая система.
От гондванской части Пангеи рифтом
нового океана Кайнотетис отсекается
несколько микроконтинентов будущей
Бирмано-Зондской складчатой системы
(рис. 3.19).

В
поздней юре (150 млн. л. назад) начинается
позднекиммерийский орогенез. К
Южно-Азиатской части Лавразии
присоединяется вторая кулиса Киммерийских
микро-континентов. Окончательно
закрывается Монголо-Охотский океан,
завершается формирование Монголо-Охотской
складчатой системы.

В
результате коллизии Гиперборейской
плиты с Восточно-Северо-Сибирской
окраиной Лавразии, восточнее
Верхояно-Колымской складчатой системы
формируется Чукотская складчатая
система.

Рис.
3.19 Положение материков и океанов в
юрское время (по
Федорову, 2006)

В
начале периода климат был повсеместно
теплым и сухим, затем стал более влажным.

Увеличилось
количество и стали более разнообразными
по видовой принадлежности морские
черепахи и крокодилы, появились новые
виды плезиозавров и ихтиозавров. На
суше процветали насекомые, включая
предшественников современных муравьев,
пчел, уховерток, мух и ос. Появилась и
первая птица – археоптерикс. Господствовали
динозавры, эволюционировавшие во
множество форм – от зауроподов до более
мелких быстроногих хищников.

Климат
стал более влажным, и вся суша покрылась
обильной растительностью. В лесах
появились предшественники нынешних
кипарисов, сосен и мамонтовых деревьев.

Меловой
период(мел) – 114млн. лет назад. В
раннем мелу (130 млн. лет назад) завершаетсякиммерийская складчатость. Начинается
раскрытие Индийского океана: Индостан
отсекается от остальной Гондваны двумя
рифтами и с переходом рифтинга в спрединг
возникает молодой океан. Рифтовые
системы Атлантического океана проникают
в Лавразию и Гондвану. Продолжается
коллизия вулканических дуг к западной
окраине Северной Америки. На восточной
окраине Азии в результате аккреции
разнородных террейнов формируется
Сихоте-Алиньская складчатая система.
Микроконтиненты Бирмано-Зондской
складчатой системы дрейфуют через океан
Тетис (рис. 3.20).

Рис.
3.20 Положение материков и океанов для
меловой эпохи (по
Федорову, 2006)

В
позднем мелу (70 млн. лет назад) продолжается
раскрытие молодых океанов. Оси спрединга
разделили большинство современных
континентов, но ещё сохраняются перемычки
между Северной Америкой и Евразией и
между Антарктидой и Южной Америкой. На
западе обеих Америк развивается активная
окраина андского типа, здесь происходит
складчатость (ларамийский орогенез).
В начале эпохи восточная окраина Азии
также представляет собой активную
окраину андского типа, но здесь над
зоной субдукции формируется краевой
вулкано-плутонический пояс. Позже на
северо-востоке Азии начинается образование
аккреционной Корякско-Камчатской
складчатой области, микроконтиненты
Бирмано-Зондской складчатой системы
достигают окраин юго-восточной Азии,
что означает закрытие океана Мезотетис.

Море
затопило обширные участки суши. Останки
твердопокровных планктонных организмов
образовали на океаническом дне огромные
толщи отложений писчего мела и мелоподобных
пород. Поначалу климат был теплым и
важным, однако затем наступило весьма
заметное похолодание.

В
морях возросло количество белемнитов.
В океанах господствовали гигантские
морские черепахи и хищные морские
рептилии. На суше появились змеи, кроме
того, возникли новые разновидности
динозавров, а также насекомых, таких
как мотыльки и бабочки. В конце периода
произошло гигантское массовое вымирание:
исчезли аммониты, ихтиозавры и многие
другие морские животные, а на суше
вымерли все динозавры и птерозавры.

Появились
первые цветковые растения, создавшие
«взаимообслуживающие» связи с насекомыми,
которые переносили пыльцу и частично
ею питались.

Кайнозой

Кайнозойская
эра – эра новой жизни («кайнос» –
новый, «зоон» – жизнь). Это время
появления всех современных семейств и
родов животных и растений. В кайнозое
появился на Земле и человек.

В
настоящее время к кайнозойской эре
относят три периода: палеогеновый,неогеновыйичетвертичный.

Сравнительно
недавно палеоген и неоген объединялись
вместе в один третичный период и считались
подпериодами. Накопившиеся за это время
толщи называли, соответственно, третичной
системой, а палеогеновые и неогеновые
отложения – подсистемами. Третичная
система была впервые выделена в 1809 году
Ж. Кювье и А. Броньяром по остаткам
характерных для нее млекопитающих.
Более точное палеонтологическое
обоснование третичных отложений и их
стратиграфическое расчленение были
сделаны в 1833 году Ч. Лайелем. В последующее
время третичная и четвертичная системы
были объединены в кайнозойскую группу.
Продолжительность кайнозойской эры 67
млн. лет.

Палеогеновый
период(палеоген) – 65 млн. лет. В
палеогене выделяют три эпохи: палеоценовую,
эоценовую и олигоценовую.

Палеоцен.
Южные материки продолжали
раскалываться. Южная Америка оказалась
полностью отрезанной от остальных
участков суши. Африка, Индостан и
Австралия разошлись друг от друга на
значительные расстояния, при этом
Австралия заняла позицию вблизи
Антарктиды. Обнажились новые участки
суши, и произошло дальнейшее понижение
уровня моря (рис.3.21).

Полное
раскрытие Атлантического океана приводит
к разделению Северной Америки и Евразии.
С проникновением океанского рифта,
продолжающего Атлантическии рифт, в
Арктику начинается раскрытие котловины
Арктического океана. Продолжается
раскрытие Индийского океана и, как
следствие, дрейф Индии и Африки к северу,
быстрое сближение Индии с Евразией.
Субдукция коры океана Кайнотетис под
южную окраину Евразии. В Северо- и
Южноамериканских Кордильерах завершается
ларамийская фаза складчатости.

Рис.
3.21 Положение материков и океанов для
палеогенового периода (по
Федорову, 2006)

На
суше началось время активного развития
млекопитающих. Появились грызуны и
насекомоядные, «планирующие» млекопитающие
и ранние приматоподобные. В морях на
смену морским рептилиям пришли новые
виды хищных костных рыб и акул. Возникли
новые разновидности двустворчатых
моллюсков и фораминифер. Продолжали
распространяться все новые виды цветковых
растений и опылявших их насекомых.

Эоцен
– 55 млн. лет. Индостан придвинулся
к Азии. Антарктида и Австралия в начале
периода располагались рядом, но в
дальнейшем начали расходиться. Северная
Америка и Европа также разделились, при
этом возникли новые горные цепи. Море
затопило часть суши.

Рис.
3.22 Положение материков и океанов дл
позднего эоцена (по Федорову, 2066)

Климат
повсеместно был теплым. На суше появились
летучие мыши, лемуры, долгопяты, предки
нынешних слонов, лошадей, коров, свиней,
носорогов и оленей, а также прочие
крупные травоядные. Другие млекопитающие
– киты и сирены – вернулись в водную
среду. Увеличилось число видов пресноводных
костных рыб. Эволюционировали и другие
группы животных, в том числе муравьи и
пчелы, скворцы и пингвины, гигантские
нелетающие птицы, кроты, верблюды,
кролики и полевки, кошки, собаки, медведи
и др. Во многих частях света произрастали
леса с пышной растительностью, а в
умеренных широтах росли пальмы.

Олигоцен– 38 млн. лет назад. Индостан пересек
экватор, Австралия полностью оторвалась
и отошла от Антарктиды. Климат стал
прохладнее, над Южным полюсом сформировался
огромный ледяной покров, что привело к
понижению уровня моря.

С
распространением степей начался бурный
расцвет травоядных млекопитающих. Среди
них возникли новые виды кроликов, зайцев,
гигантских ленивцев, носорогов и прочих
копытных. Появились первые жвачные.
Тропические леса уменьшились в размерах
и начали уступать место лесам умеренного
пояса, появились и обширные пространства
со степной – травянистой – растительностью.
Быстро распространились новые виды
трав, к которым приспосабливались новые
виды травоядных животных.

Неогеновый
период(неоген) – 25 млн. лет назад.
В неогеновом периоде выделяют две эпохи:
миоценовую и плиоценовую

Миоцен.
Африка столкнулась с Европой и Азией,
образовав Альпы (рис.3.23). Индостан
«врезался» в Азию и воздвиг Гималаи. По
мере наползания материковых плит друг
на друга начали формироваться Альпы и
Скалистые горы. Ледниковый покров в
южном полушарии закрыл всю Антарктиду,
что привело к дальнейшему охлаждению
климата.

Млекопитающие
мигрировали с материка на материк по
новообразовавшимся сухопутным мостам,
что резко ускорило эволюционные процессы.
Слоны из Африки перебрались в Евразию,
а в обратном направлении началась
миграция буйволов, жирафов, свиней,
кошек. Появились саблезубые кошки и
обезьяны, в том числе человекообразные.
В отрезанной от других материков
Австралии, продолжали развиваться
сумчатые животные. Внутриматериковые
области становились все холоднее и
засушливее, в них все больше распространялись
степи.

Рис.
3.23 Положение материков и океанов в
миоцене (по
Федорову, 2006)

Плиоцен.
Материки почти достигли их современного
положения. Громадные ледниковые покровы
распространились по всему северному
полушарию, такое же оледенение было и
в Антарктиде, на юге Южной Америки.
Климат стал еще более холодным.

Травоядные
копытные млекопитающие продолжали
бурно размножаться и эволюционировать.
Ближе к концу периода сухопутный мост
связал Южную и Северную Америку, что
привело к грандиозному «обмену» животными
между двумя материками. Полагают, что
обострившаяся межвидовая конкуренция
вызывала вымирание многих древних
животных. В Австралию проникли крысы,
а в Африке появились первые человекоподобные
существа. По мере охлаждения климата
леса заменились степями.

Четвертичный
период(квартер) – 2 млн. лет назад.
В четвертичном периоде выделяют две
эпохи: плейстоценовую и голоценовую.

Плейстоцен.
Это была эпоха великого оледенения
с чередованием периодов похолодания и
потепления и колебаниями уровня моря.
Эта ледниковая эпоха продолжается и по
сей день. Некоторые животные сумели
адаптироваться к усилившимся холодам,
обзаведясь густой шерстью, к примеру,
шерстистые мамонты и носороги. Из
хищников наиболее распространились
саблезубые кошки и пещерные львы. Это
было время расцвета гигантских сумчатых
в Австралии и громадных нелетающих птиц
типа моа или эпиорниса, обитавших во
многих районах южного полушария.

Рис.
3.24 Положение материков и океанов в
плейстоцене (по
Федорову, 2006)

С
полюсов постепенно надвигались льды,
и хвойные леса уступали место тундре.
Дальше от края ледника лиственные леса
стали заменяться хвойными. В более
теплых лбластях земного шара раскинулись
обширные степи.

Голоцен.
В течение всего голоцена материки
занимают практически современное
положение, климат очень похож на нынешний,
только каждые несколько тысячелетий
становясь то теплее, то холоднее. В
настоящее время имеет место один из
периодов потепления. По мере уменьшения
ледниковых покровов уровень моря
поднимался.

В
настоящий период многие виды животных
вымерли в основном из-за усиленной охоты
человека на них; при перемещении животных
в другие места Земли возникла новая
межвидовая конкуренция. Человеческая
цивилизация постепенно развилась до
современного состояния.

С
возникновением земледелия люди уничтожали
все больше дикорастущих растений,
возникли агроценозы, сформировались
современные растительные сообщества.