РАЗВИТИЕ НА ЗЕМНАТА КОРА И ОРГАНИЗМОВИЯ СВЯТ ПРЕЗ ОТДЕЛНИТЕ ЕТАПИ ОТ РАЗВИТИЕТО НА ЗЕМЯТА

16.РАЗВИТИЕ НА ЗЕМНАТА КОРА

И ОРГАНИЗМОВИЯ СВЯТ ПРЕЗ ОТДЕЛНИТЕ ЕТАПИ ОТ РАЗВИТИЕТО НА ЗЕМЯТА

Криптозойски еон. Архайска и протерозойска ера

Докамбрият като геохроноложка единица няма офицален статус в геохроноложката скала, въпреки че обхваща 90% от геоложкото време. Той започва преди 4,6 млрд. г., когато се смята, че Земята се е образувала, като планета и завършва до началото на камбрия или 4,0 млрд. г. по-късно. Повечето геолози възприемат докамбрия като една голяма геохроноложка единица, наречена криптозойски еон или времето на скрития живот. Тя се подразделя на архайска и протерозойска ера.

Малко се знае за тези две ери, тъй като те обхващат голям интервал от геоложкото време, а докамбрийските скали са едва 20% от всички, разкриващи се скали на земната повърхност. Ерозията е разрушила голяма част от докамбрийските скали, а останалите са се променили съществено от метаморфни процеси. Много от тях са погребани под по-млади седименти и не могат да се изучават в естествени разкрития. Намерените вкаменелости от този еом са изключително редки и представляват примитивни организми, като значителна част от тях са били без твърд скелет. Това е една от основните причини стратиграфската корелация на докамбрийските скали да се основава предимно на радиометрични датировки.

Най-много геоложка информация за архайската и протерозойската ера е получена от изучаването на древните щитове на платформите. Те се разкриват сега на много от континентите и не са претърпели съществени тектонски деформации, след края на докамбрия. Докамбрийските щитове изграждат голяма част от платформите, които се разкриват на земната повърхност. В тях се разкриват предимно магмени, метаморфни и малко седиментни скали. Планинските вериги, които са се образували през докамбрия са оставили геоложки следи в докамбрийските щитове, но техния високо издигнат релеф отпреди 600 млн. г. сега е разрушен изцяло от ерозията. Сравнително високо издигнати докамбрийски скали са тези, които са изпитали допълнително издигане по време на фанерозойските орогенези.

По време на архайската ера Земята изгражда своето ядро, мантия и земна кора. В началото на тази ера земната кора е била доста по-различна от съвременната. Земята е била по-гореща, поради което са отсъствали големи гранитни плочи. Преобладавал е базалтовия тип земна кора. Едва към края на архайската ера започват да се образуват обширни стабилни области. Резултат от вторичното потъване и разтапяне на вече образуваната базалтова кора и постепенното изстиване на Земята е образуването на континентален тип земна кора. Този преход се извършва на границата между архайската и протерозойската ера и през последната основен модел в тектонското развитие на Земята се явява плейтектонският. Поради липсата на биостратиграфски данни границата между архайската и протерозойска ера се определя по абсолютната възраст на 2,5 млрд.г.

Континентите са били изградени от дебела гранитна кора и заобиколени от тънката базалтова кора на океанските басейни. Първичната земна кора вероятно се е образувала в краткия интервал на охлаждане на магмата, когато е достигнала земната повърхност. Първична земна кора е била океанската, която е била изградена от базалтов материал дошъл от по-плътната мантия. Едва към края на архая се е образувал гранитния слой на континентите, вследствие на потъването на съдържащата вода базалтова кора в мантията. Разтапянето, отделянето на вода и химичните реакции между продуктите на разтваряне и литосферата е довело до образуването на кисели магми, чиято по-ниска плътност ги издига към повърхността, загубвайки съдържащите се в тях ултрабазични компоненти. Вероятно повечето архайски кисели магми са произлезли от базалти в древните срединно-океански хребети. Този факт се потвърждава от базалтите, образуващи се днес в срединно-атлантическия хребет, който се издига при о-в Исландия над морското ниво. В тази област базалтите имат такава дебелина, че потъват обратно на значителни дълбочини, като се разтапят частично и образуват кисела магма, която се издига към повърхността, образувайки интрузивни и ефузивни кисели скали. Най-първата континентална кора вероятно е образувана преди 4 млрд. г., което е недостоверно доказано, защото изследваните скали са силно метаморфозирани. Те се разкриват на малка област в южните части на Гренландия. Това е един от малките архайски щитове, от който са датирани метаморфозирани седиментни скали с възраст 3,8 млрд г. Тази датировка, която е по минерала Zr, който е устойчив на изветряне и е образуван вследствие на метаморфизма на кисели скали подкрепя предположението, че първата континентална земна кора се е формирала преди 4 млрд. г.

Архайските океани – В ранния архай в резултат на бързата дегазация от все още течната планета са се освобождавали водни пари, които са образували горещи облаци, обвивали Земята в плътна пелена. Постепенното изстиване на планетата е довело до преминаването на водата от атмосферата в течно състояние и връщането й обратно на земната повърхност чрез проливни, продължителни и повсеместни дъждове. Те са били основният източник за образуването на първите водни басейни, които са били предимно пресноводни. Солите в най-ранната морска вода са се натрупвали в резултат на химичните реакции между СО₂ и глинестите минерали. Изчисленията показват, че солеността на водата в древните архайски океани е била близка до сегашната. От тогава до днес образуването на евапорити се е извършвало почти със скоростта на прибавянето на нови соли в морската вода, поради което солеността на океаните не се е изменяла значително.

Едни от най-широко разпространените седиментни скали по време на архайската ера са скалите на зеленошистната формация. Те са слабо метаморфозирани и имат обилно присъствие на хлорит. Магмените скали преди да се метаморфозират са представлявали базични и ултрабазични вулканити, образувани във вулкански дъги. Киселите вулканити са рядко представени. Много от вулканските скали са пилоу-лави, което показва образуването им в подводни условия. Повечето от седиментните скали са се утаявали вследствие на ерозията на тъмни вулканити. Често се срещат и метаморфозирани турбидити. Те са се образували във фациални обстановки на предъговите басейни, разположени в близост до зоните на субдукция. Кремъчните седиментни скали с повишено съдържание на железни хидроокиси са известни като лентъчна желязна формация (banded iron formation). Те са широко разпространени в някои области, но обикновено са много тънки. В протерозойската ера тяхното присъствие става определящо. Едни от най-старите скали на Земята се отнасят към тази формация и се разкриват в южните части на Гренландия. Предполага се, че тяхното образуване е резултат от утайконатрупване в морски басейни със съпътстваща интензивна вулканска дейност. Други характерни, но не широко разпространени архайски седименти са груби конгломерати, които са изградени от големи заоблени късове. Късовият им състав е от зелени седиментни скали и кисели интрузиви ерозирани от протоконтинентите. Те са се образували в алувиални или плажни фациеси и след това са били транспортирани от турбидитни потоци в сравнително дълбокоморски обстановки. Скалите, които изграждат зеленошистните пояси на Земята се разполагат по сутурите между архайските континенти, защото са били образувани по протежение на зоните на субдукция и след това са били вмъкнати между сблъскалите се и съединени протоконтиненти. Имайки предвид малките размери на архайските континенти и многобройните зони на субдукция зеленошистните скали изграждат големи части от архайските терени.

Големите континенти не се появяват едновременно на Земята. В по-голямата част от архайските терени зеленошистните асоциации са се образували до преди 2,5млрд. г. (края на архайската ера). В Южна Африка вече е съществувал голям континент 0,5 млрд. г. по-рано. Тук зеленошистната скална последователност е с възраст повече от 3,5 млрд.г. и се покрива от дебели теригенни седименти, известни като надгрупа Понгола (Pongola Supergrup).

Над тази голяма литостратиграфска единица се разкриват седиментите Витватерсрант, които са прочути със златните находища. Над нея се разполагат теригенни седименти с възраст 3 млрд. г., които са били образувани в приливно-отливни обстановки на утайконатрупване. Наличието на широка приливно-отливна равнина показва присъствието в Африка на голяма по размери суша още преди 3 млрд. г. Над тези прибрежноморски фациеси се разкриват седиментите Витватерсрант, които са с възраст от 2,5 до 2,8 млрд. г. Те покриват 40 000km² и имат дебелина 8km, като са образувани в седиментационни обстановки на обширна континентална суша. Най-груботеригенните скали са представени от конгломерати, които се разкриват в горните части на разреза и от тях добива прочутото витватерсрантско злато.

Високометаморфна асоциация - В сравнение с зеленошистната асоциация архайската високометаморфна асоциация не е толкова добре изучена. Основните места на нейното разпространение са Антарктида, Сибир, Южна Индия и Южна Африка. Тя е изградена главно от мигматити, представени от редуването на тъмни и светли пластове. Изследванията на циркони по U/Pb метод показват, че тези високометаморфни терени включват значителни обеми от стара преработена земна кора. Освен мигматити в тази асоциация се срещат гнайси, образувани от метаморфизма на глинести скали, кварцови пясъчници, карбонати и BIF пластовата желязна формация. Последната има ограничено разпространение в архайските терени с изключение на Югоизточен Китай, където от нея се добива желязо. Карбонатите, които са метаморфозирани в мрамори са също в подчинено количество и показват наличието на плиткоморска седиментация. Базичните и ултрабазичните скали се срещат под формата на дайки, силове и пластови интрузии.

Архайските високометаморфни асоциации са претърпели значителни и многократни деформации и метаморфизъм. В много области континенталното удебеляване достига до 80km, вероятно в резултат на континентални колизии. В някои райони, като южна Индия и Шри Ланка изследванията показват, че метаморфизмът е преминал през богата на СО₂ фаза. Източникът на този СО₂ вероятно е идвал от мантията по време на сблъсъка (колизията) на континент с континент.

По-достоверни данни има в подкрепа на континенталният рифтов модел.

а. В някои зеленошистни комплекси се срещат значителни обеми от кисели вулканити;

b. Някои зеленошистни асоциации лежат несъгласно върху по-стари кристалинни скали;

c. Удължените басейни развити върху широки области предполагат вероятно континентални рифтови системи;

d. В някои зеленошистни формации отсъстват андезити;

e. Някои коматити съдържат циркони, които са 700 млн. год. по-стари от зеленошистния вулканизъм и показват наличието на по-стара континентална основа.

Всички по-горе изброени факти са характерни за континенталните рифтове, което предполага за най-вероятен този модел на образуване на архайските зеленошистни асоциации.

Архайските зеленошистни скали имат доста сходни черти със съвременните дъгови и океански вулканити, което предполага и субдукционен модел за образуването им.

Вулканските скали и свързаните с тях грауваки, които доминират при много зеленошистни формации могат да се образуват в пред и заддъгови басейни.

За образуването на архайската високометаморфна асоциация най-вероятен модел на образуване е континенталната колизия.

През архайската ера, въпреки че плочите са били по-малки по размери, а срединноокеанските хребети по-големи от съвременните, определящи за еволюцията на земната кора още преди 4 милиарда години са били плейттектонските механизми.

За възникването на живота съдим по фосилните находки, открити в скалите. Те са пряко доказателство, че именно през тази ера са възникнали и първите живи организми. Някои факти говорят, че животът е толкова стар, колкото и най-старите скали на Земята. Минералът графит се среща в най-старите доказани скали в Южна Гренландия. Въглеродните изотопи ¹²С и ¹³С имат близко съотношение както и в съвременните биогенни структури. По-пряко доказателство за съществуването на ранен клетъчен живот са страматолитите. В съвременната епоха цианобактерии образуват страматолити в крайбрежните части на топлите морета, но тяхното разпространение е по-ограничено, отколкото в далечното геоложко минало. Някои страматолитни постройки през архайската ера са достигали височина няколко метра. Най-старите седиментни структури, които се предполага, че са страматолити са намерени в Австралия в скали с възраст 3,5 млрд. г. Страматолити на възраст между 2,8 и 3 млрд. г. са доказани в надгрупата Понгола в Южна Африка. Редките находки на архайски страматолити се дължи на факта, че тогава шелфовите морета са имали ограничено разпространение и са преобладавали дълбокоморските обстановки на седиментация. Досега не е доказано със сигурност, че организмите, които са образували архайските страматолити са били фотосинтезиращи. Днес бактерии образуват страматолитоподобни структури в гейзерите на Йелостонския парк, без да са фотосинтезиращи.