Основные закономерности эволюции Земли и земной коры

Общая направленность развития нашей планеты определяется неуклонным снижением величины теплового потока и флюидопотока, поступающих из глубоких, недр Земли к ее поверхности. Предполагается, что тепловой поток в архее мог быть в 3—4 раза выше современного. Его уменьшение не было плавным и монотонным; происходили периодическое накопление и сбрасывание эндогенного тепла, и это сказывалось в периодическом изменении интенсивности тектогенеза и магматизма, последний максимум которой приходится, по-видимому, на заключительную, неотектоническую, стадию последнего, лозднемезозойско-кайнозойского, этапа развития Земли. С этими изменениями должны коррелироваться изменения радиуса Земли, ее полярного сжатия и скорости вращения, вызывающие обновление регматической сети. Обшей тенденцией должно быть уменьшение радиуса Земли, ее контракция, сказывающаяся в повсеместном преобладании в земной коре напряжений сжатия над напряжениями растяжения, локализованными в рифтовых системах.

На этом фоне прогрессирующего охлаждения Земли и ее контракции происходила дифференциация первично-однородного или почти однородного вещества планеты на оболочки. Сначала, возможно уже в период аккреции, т.е. в первые 100 млн лет истории Земли, выделилось ее внутреннее ядро; затем, но не позднее 3, 5 млрд лет, — ее внешнее ядро; еще до 4, 0 млрд лет назад за счет выплавления из верхней мантии начала формироваться первичная базальтовая кора, а в интервале 4, 0—3, 0 млрд лет ее стала замещать протоконтинентальная тоналитовая кора; к 2, 5 млрд лет ее в свою очередь в значительной степени заместила зрелая континентальная кора, почти тотчас же разделившаяся на верхний, гранитогнейсовый, и нижний, гранулито-базитовый, слои. Интенсивный рост континентальной коры продолжался до 1, 7 млрд лет; к этому рубежу могло возникнуть от 60 до 80% современной континентальной коры. Наращивание континентальной коры должно было идти за счет истощения верхней мантии; нижняя мантия подпитывала верхнюю главным образом флюидами.

Таким образом, к концу раннего докембрия в основном завершилось разделение твердой Земли на оболочки, из которых каждая более верхняя отличается от подстилающей более сложным химическим и минералогическим составом. Ядро состоит из железа с примесью никеля и, возможно, кремния, серы или кислорода, т.е. из отдельных элементов. Нижняя мантия сложена уже силикатами очень простого состава и окислами, верхняя мантия — также силикатами, но более сложными (пироксены, гранаты). Но наиболее сложным составом обладает земная кора, обогащенная литофильными элементами и их соединениями.

В позднем докембрии и фанерозое рост континентальной коры продолжался, но уже в более замедленном темпе, прерываясь ее деструкцией, первая фаза которой приходится еще на ранний протерозой. Рост континентальной коры происходил за счет более просто построенной более примитивной океанской, в результате ее субдукции, скучивания в аккреционных клиньях, островодужного и коллизионного магматизма, метаморфизма, гранитизации. Поскольку континентальная кора обладает «плавучестью» по отношению к океанской, а континентальная литосфера — по отношению к астеносфере, она, в принципе, является «непотопляемой». Но все же разрушение континентальной коры идет, причем двояким путем. Один из них известен давно — это денудация континентов, но основной объем сносимого с континентов материала оседает в пределах континентальных склонов и подножий и в дальнейшем, при столкновении континентов и островных дуг, возвращается в состав континентальной коры. Другой способ разрушения континентальной коры установлен недавно — это тектоническая эрозия краев континентов в зонах субдукции. Продукты этой эрозии, поглощаясь зонами субдукции, наращивают континент снизу, а также, вместе с частью осадочного слоя океанской коры, уносятся на большую глубину (по представлениям А.Е. Рингвуда, до подошвы верхней мантии, но, возможно, даже глубже), а затем могут вовлекаться в мантийные струи и обогащать магму вулканических островов. Последние рано или поздно сталкиваются с континентами и входят в их состав. Таким образом, континентальный материал в конечном счете возвращается в состав континентов, пройдя круговорот — рицайклинг (recycling).

Структура континентальной коры систематически усложняется в связи с появлением все новых генераций подвижных поясов и систем и несмотря на определенную унаследованность последних от более древних. В итоге современная структура континентов отличается крайней сложностью, особенно в их верхних горизонтах, чему способствуют расслоенность литосферы и земной коры, дисгармоничные деформации отдельных слоев и пластин, изменение ориентировки напряжений вследствие перемещений литосферных плит.

В ходе развития земной коры и литосферы менялся и общий стиль деформаций и создаваемых ими структурных форм. В архее деформации проявлялись повсеместно примерно с одинаковой интенсивностью и были в основном пластичными. В конце архея верхняя кора стала хрупкой, в ней появилась сеть разломов, по которым в раннем протерозое началось раскалывание эпиархейского суперконтинента. Оно привело к разделению литосферы и коры на устойчивые блоки непереработанной континентальной коры — протоплатформы (эократоны) и подвижные пояса, закладывающиеся на той же коре, но утоненной и переработанной или даже замещенной корой океанского типа. Протоплатформы отличались повышенной подвижностью от своих более поздних аналогов и, в частности, появлением гранитогнейсовых куполов, обязанным разогреву и ремобилизациии кристаллического фундамента под их слаботеплопроводным чехлом. Также в конце архея, но главным образом в протерозое получил распространение особый вид подвижных поясов — гранулито-гнейсовые пояса, продукты энергичного столкновения протоплатформ. С позднего протерозоя стиль деформаций приобрел уже характер, близкий современному. Появление эвапоритовых формаций способствовало широкому развитию галокинеза — соляного диапиризма, к которому в позднем кайнозое присоединились глиняный диапиризм и грязевой вулканизм (не исключено, что последние проявлялись и раньше, но их следы стерты в геологической летописи).

Менялись в истории Земли и формы проявления, и состав продуктов магматической деятельности. Эффузивные покровы и силлы основной и ультраосновной магмы и пластовые интрузии гранитоидов были особенно широко распространены в архее. В позднем архее появляются диапировые интрузии гранитоидов, внедряющиеся в зеленокаменные пояса. В конце архея и начале протерозоя впервые массовое развитие получают дайковые рои, затем достаточно широко представленные среди более молодых образований и являющиеся предтечами комплексов параллельных даек в офиолитах. Тогда же, в раннем протерозое, возникают первые крупные дифференцированные пластообразные плутоны габбро-анортозитов, которые вместе с гранитами-рапакиви приобретают особенно большое значение в среднем протерозое. К тому же времени относится появление кольцевых плутонов ультраосновных — щелочных пород и кимберлитовых трубок, формировавшихся во все более молодые времена. С раннего протерозоя известны и краевые вулканоплутоничесюие пояса и крупные гранитные батолиты, в то время как вулканические островные дуги появились уже в позднем архее.

В конце архея и раннем протерозое образуются первые поля платобазальтов с сопутствующими им интрузивными телами (траппы). Они распространены далее в среднем и позднем протерозое, почти, полностью отсутствуют в палеозое и снова приобретают большое значение в мезозое и кайнозое в тесной связи с новообразованием океанов.

Следует отметить, что появление особенно значительного числа новых типов магматических образований совпадает с концом архея — началом протерозоя, когда в развитии литосферы начинает утверждаться тектоника плит, а в мантии устанавливаются устойчивые системы конвекции. Несколько позднее в протерозое появляется и такой характерный ее атрибут, как пояса метаморфитов высокого давления — низкой температуры, глаукофановые сланцы. Впрочем, их роль в раннем протерозое могли играть более высокотемпературные эклогиты.

Параллельно с развитием литосферы и земной коры шло развитие астеносферы. Зародившаяся в виде расплавленного слоя, вероятно, на поверхности планеты («магматический океан»), затем ушедшая на некоторую глубину под новообразованную первичную кору, астеносфера приобрела затем характер лишь частично плавленной оболочки изменчивой мощности и вязкости.

Удаление выделявшегося в недрах Земли тепла на всем протяжении ее истории должно было обеспечиваться конвекцией, но тип конвекции сам изменялся в течение этой истории. Хаотическая конвекция двух наиболее ранних этапов сменилась более упорядоченной в архее, как об этом свидетельствуют относительно организованный план расположения зеленокаменных поясов и закономерное изменение их возраста в пределах отдельных щитов в определенном направлении. Несколько другой, но также все еще мелкоячеистый тип конвекции — конвекция Рэлея—Бенара с относительно небольшими полигональными ячеями — установился в раннем протерозое. Начиная с позднего протерозоя господствует уже крупноячеистая конвекция — одноячеистая в эпохи существования суперконтинентов — Пангей, дву- или многоячеистая в эпохи их распада.

Периодическое образование Пангей начиная с конца архея и их распад представляют одну из важнейших закономерностей развития литосферы, равно как и постоянная, также с отдаленных времен, диссимметрия Земли с ее разделением на материковое и океанское полушария: Пангее постоянно должна была противостоять Панталасса. Пангей, как и крупные империи в социальной истории Земли, всегда оказывались неустойчивыми. Не успев образоваться, они уже начинали подвергаться раскалыванию, рифтогенезу, что логично объясняется накоплением под их мощной и слаботеплопроводной литосферой эндогенного тепла. Последнее могло приводить к частичному плавлению верхней мантии и накоплению в основании коры базальтовой магмы (" underplating"), в особенности в зонах рифтинга и под трапповыми полями. Имеются серьезные основания предполагать, что в истории Земли, по коайней мере с протерозоя, наблюдалась периодическая смена общемантийной конвекции двухъярусной, раздельной в нижней и верхней мантии. По мнению французских исследователей П. Машетеля и П. Вебера, это могло происходить с периодичностью в 500 млн лет. Представляется, что общемантийная конвекция могла возникать в период существования Пангей и приводить к их распаду, после чего она сменялась двухъярусной.

Кроме чередования в истории Земли периодов возникновения и разрушения Пангей отмечается закономерность более подчиненного значения. Она заключается в общей тенденции перемещения континентов в течение позднего фанерозоя в северном направлении с их откалыванием от Антарктиды. Кроме того, в течение палеозоя и мезозоя шло откалывание микроконтинентов от Гондваны с их последовательным причленением к Лавразии. В Тихоокеанской области откалывание микроконтинентов сменялось их обратным причленением к материнским континентам; процесс носил «аккордеонный» характер, по выражению китайского геолога Хуан Цзыциня. В мезозое и кайнозое в северной половине Тихоокеанской области по обе стороны океана шло смещение микроконтинентов и океанских поднятий в северном направлении. Причины всех этих смещений пока не ясны; они должны быть связаны с перестройками систем конвективных течений в астеносфере.

Намечаются некоторые закономерности и в общем структурном плане Земли, в частности возрастание амплитуды смещений по транаформным разломам от полюсов к экватору, некоторая тенденция левостороннего смещения Северного полушария относительно Южного и др.

В заключение надо подчеркнуть, что изложенное в данной главе, особенно в п. 17.2, и прежде всего касающееся ранних стадий развития Земли во многом проблематично и составляет предмет дальнейших исследований.