Древнейшая эра истории земной коры — архей и протерозой

О самых ранних этапах архейской эры мы также судим лишь предположительно. Однако многие из этих предположений основаны на точных фактах и строгих логических размышлениях. Лежащими в основании всей земной коры горными породами, доступными изучению, являются валунники, галечники, конгломераты и грубозернистые пески. Такие горные породы, слагающие древнейшие слои, могут возникать только от размыва и разрушения возвышенностей, у подошвы которых лежат водоемы. В них и отлагались перечисленные продукты разрушения. Отсюда можно заключить, что тогда на Земле были острова и моря, в которых накапливались слои осадочных пород из обломков островной суши. Валунники, галечники, грубые пески под действием сдавливания превратились в крепкие кристаллические породы. Более подробными исследованиями обнаружено в толщах осадочных слоев много изверженных кристаллических пород. Одни из них лежат параллельно осадочным слоям, другие прорывают эти слои вертикальными и наклонными жилами или внедряются огромными массивами.

Нанести на современную карту местоположение этих первичных морей и гор нашей планеты мы пока не можем, так как древнейшие поднятия были давно стерты неустанной работой воды и ветра. Во многих местах срезанные водой и ветром поднятия не раз опускались глубоко в земную кору вместе с ее прогибами. Их затопляла морская вода, и они нередко покрывались мощными осадками глин и песков. На больших глубинах земных недр высокие температуры и давление вместе с поднимающимися горячими веществами с еще больших глубин превращали пласты, слагавшие остатки первичной земной коры, в переплавленные и вновь затвердевшие кристаллические породы. Если в них и были остатки древнейших организмов, то они полностью уничтожались. Время ничего не щадило.

Теперь установлено, что древнейшая эра истории земной коры, включающая архей и протерозой, длилась около трех миллиардов лет. Как следует из приведенной геохронологической шкалы, длительность архейско-протерозойской или, говоря несколько упрощенно, докембрийской эры в пять раз превышает длительность всех остальных эр, равную 550—615 млн. лет.

Характернейшими событиями архейской эры были грандиозные по напряженности и широте распространения вулканические извержения, заливавшие лавой огромные пространства земной поверхности, а также глубинные поднятия горячей магмы. Магма врезалась секущими и пластовыми жилами и колоссальными массивами в толщу осадочных пород.

Недра выдавали земной коре неисчислимые массы магматического материала. Кора приходила в движение, в результате чего нарушалось первичное залегание горных пород морского происхождения; воздымалось дно морей, слагались древнейшие горные цепи и хребты.

Возможно, что в осадочных слоях и содержались остатки простейших организмов. Но высокая температура, перемещение громадных земных масс, создававшее гигантское давление в слоях, уничтожали любые остатки органической жизни. А эта жизнь, несомненно, существовала, о чем свидетельствуют встречающиеся всюду в архейских породах графит и чистый углерод — производные жизни организмов. Углерода в архейских слоях содержится больше, чем, например, в угольных пластах Аппалачского бассейна Северной Америки.

В вышележащих протерозойских слоях найдены иглы губок, следы медуз, грибов, водорослей, плеченогих морских животных, членистоногих и т. п. Эти остатки говорят о довольно развитом органическом мире. В тех же слоях были обнаружены споры наземных растений, что свидетельствует о начавшемся расселении жизни из моря на сушу.

Исключительное господство кристаллических пород в архейско-протерозойских толщах указывает на напряженную магматическую деятельность и горообразование, охватывавшее огромные пространства. Этим объясняется то чрезвычайно богатое содержание высокоценных руд, которое наблюдается в толщах ранней эры развития земной коры: жильное золото в бассейнах рек Лены и Амура, руды марганца, железа, меди, молибдена, вольфрама и висмута в Сибири, оловянные, медные, железные и цинковые руды в Финляндии. К тем же породам приурочены слюда, асбест, графит, нефрит, драгоценные камни и такие высокосортные строительные материалы, как гранит и мрамор.

Совершенно изумительны по мощности залежи железных руд, представленных железистыми кварцитами и в меньшей степени магнетито-гематитовыми рудами и магнетитовыми гнейсами. Такие залежи открыты в Европе, Азии, Австралии, обеих Америках, Африке, на островах Гренландия, Борнео, Ява, Цейлон, Суматра, Тайвань и т. д. Найдены древнейшие железные руды на дне всех океанов. Докембрийские отложения дают 93—95% всех известных запасов железных руд Земли. В слоях более поздних периодов содержится всего 5—7% запасов железа.

Надо заметить, что в больших количествах железные руды тогда накапливались в определенных зонах нашей планеты, охватывавших ее широкими поясами. Установлено три таких пояса: западный, восточный и широтный. Западный пояс прослеживается через Европу, Северный Ледовитый океан, Северную и Южную Америку, Атлантический океан и Африку. К этому поясу принадлежат Криворожско-Кременчугские залежи и грандиозное месторождение Курской магнитной аномалии (КМА).

В 1922 г. В. И. Ленин писал: «Обращаю внимание на исключительную важность работ по обследованию Курской магнитной аномалии… Мы имеем здесь почти наверное невиданное в мире богатство, которое способно перевернуть все дело металлургии».

Восточный пояс идет по дну Северного Ледовитого океана, переходит в Колымский край, хребты Сихотэ-Алиня, Малого Хингана, Китай, Корею, Бирму, Индию, Австралию, на дно Индийского и Тихого океанов.

Широтный пояс проходит по азиатской части СССР — по Становому хребту, Восточным и Западным Саянам, Южному Алтаю, Туве, Казахстану, Южному Уралу.

Вернемся к КМА. Это самая богатая подземная кладовая железа на нашей планете. Хранятся эти богатства в недрах горных хребтов, когда-то двумя почти параллельными цепями тянувшихся на юге теперешней Русской равнины. Один из них пересекал Смоленскую, Калужскую, Брянскую, Орловскую, Курскую, Белгородскую, Харьковскую и Ростовскую области. Другой располагался к северо-востоку от первого на расстоянии от 20—25 до 75—80 км. Это были могучие хребты, поднимавшиеся до высот современного Кавказа. От них шли отроги на месте нынешних Сумской, Полтавской, Донецкой и Воронежской областей.

Теперь сильно разрушенные водой и ветром горы погребены в земной коре на глубине до пятисот и больше метров. Геологи, изучив слои земной коры в названных областях, прочитали их историю в древнейшую, древнюю, среднюю и новую эры.

Установлено, что к концу древнейшей (архейско-протерозойской) эры накопились большие толщи осадочных и магматических пород. Они подверглись мощному сжатию, создавшему складчатое строение, поднявшему складки на высоту и образовавшему вышеописанные горные хребты. Чем выше они поднимались, тем сильнее их разрушали вода и ветер, воздействуя на горные породы не только механически, но и химически. Более чем за миллиард лет вода и ветер стерли могучие хребты. Остались более глубокие части, на поверхности которых возникла почти равнина. В результате последующего опускания 370 млн. лет назад, в среднедевонскую эпоху, эту равнину залило неглубокое море, на дно которого, т. е. на размытые пласты складок из древнейших пород, отложились пески и известняки.

Опускание продолжалось, и примерно через 25 млн. лет воды девонского моря сменились морскими водами раннекаменноугольной эпохи, которые оставили новые слои осадочных пород, покрывших пласты девона. Эта эпоха продолжалась около 35 миллионов лет.

Погружение земной коры в пределах центра Русской равнины сменилось ее поднятием. Море ушло, возникла суша, на поверхности которой лежали морские осадки каменноугольного периода с соответствующими окаменелостями. По истечении 110—115 млн. лет началось новое погружение равнины, которую покрывали последовательно моря юрского, мелового и палеогенового периодов, оставляя после себя пески, глины и известняки.

Примерно через 165 млн. лет новые сжатия освободили изучаемую нами область от морских вод, и появилась более или менее равнинная суша, очертания которой были уже близкими к современному облику.

Разрушенные архейско-протерозойские горные хребты оказались покрытыми разновозрастными осадочными породами морского происхождения: среднедевонскими, верхнедевонскими, нижнекаменноугольными, юрскими, меловыми и палеогеновыми мощностью от 30 до 650 м. Однако историки-геологи сумели рассмотреть погребенные горы сквозь толщу непроницаемых для глаза пород с помощью магнитных свойств железистых кварцитов, которые прослеживаются на сотни километров при мощности от 400 до 800 м. Но в ряде мест КМА железные руды лежат очень неглубоко. Например, геолог И. П. Калинин представил разрез Михайловского месторождения, где руда лежит всего на глубине от 27,5 до 100 м.

Еще более точной расшифровки геологического строения и истории развития железорудного бассейна КМА удалось добиться с помощью многочисленных скважин, пробуренных глубоко в недрах древнейших рудоносных пород. В результате была построена геологическая карта распространения железистых кварцитов, которая совершенно необходима горным разведчикам КМА.

Изучение образцов железистых кварцитов (керна), поднятых с глубин, помогло разгадать события давно прошедших времен и высказать предположение об условиях накопления столь мощных толщ руды именно в те древнейшие времена. Историки-геологи выяснили, что много сотен тысяч лет назад, в конце докембрийской эры, на месте Русской равнины расстилалась каменистая пустынная суша. На поверхности ее обнажались преимущественно магматические породы, содержавшие повышенное количество железа. Горячее солнце, буйные ветры пустыни, редкие, но мощные дождевые ливни неустанно разрушали горные породы, раздробляя их в пески и глины и вынося более легко растворимые химические элементы. Породы обогащались устойчивым трехвалентным железом, и поверхность каменистой пустыни покрылась рыхлой железистой коркой с большим количеством кремния. Корка эта постепенно разрушалась, а получавшиеся рыхлые пески, железисто-кремнистые илы и глины сносились и оседали на дно существовавших кое-где водоемов, где и накопилась в конце концов толща пород мощностью в сотни метров. Погрузившись в глубины земной коры, породы подверглись уплотнению и кристаллизации, и железистые глины и илы стали железистыми кварцитами.

Керны железистых кварцитов характеризуются резко выраженной тонкой (от одного до пяти миллиметров) слоистостью из чередования темных железистых и светло-серых песчано-глинистых слойков. Для их сложения типична линейная полосчатость.

Пока нет единого мнения о происхождении железистых кварцитов. По одному предположению первоисточником железа и кремния являются железистые и кремнистые рыхлые продукты выветривания горных пород, по другому — подводные вулканические извержения. Однако безусловных доказательств истинности той или другой точки зрения пока не найдено. Надо заметить, что исследование древнейших образований земной коры сопряжено с огромными трудностями.

В 1965 г. М. И. Калганов, давно изучающий древнейшие железные руды, выдвинул идею о космическом первоисточнике железа рудоносных кварцитов. Изложим кратко сущность гипотезы.

Всем хорошо известен небесный Млечный Путь — почти необъятное скопление неярких звезд, газовых и пылевых туманностей. Последние, как выяснили астрономы, состоят главным образом из мельчайших частиц железа, общая масса которых в четыре-пять раз превышает массу Солнца.

Земля и вся солнечная система вращается вокруг центра Галактики (Млечного Пути). Период оборота составляет 180—250 млн. лет. Длительность же архейско-протерозойской эры, как мы помним, 2900 млн. лет. Следовательно, Земля могла пройти через пылевидные туманности не один раз, и в эти периоды на нее осаждались громадные количества мельчайших космических железистых частиц.

Пласты железистых кварцитов залегают в верхнеархейских, нижнепротерозойских, среднепротерозойских и частично в верхнепротерозойских толщах. Можно предполагать, что именно в эти геологические времена Земля прошла через облако железной пыли Млечного Пути. Длительность прохождения каждый раз занимала несколько миллионов лет. Выпадение железистых пылевидных частиц на Землю становится тем вероятнее, что планета наша — огромный естественный магнит.

Оседавшее космическое железо усваивалось горными породами, отлагавшимися на суше и дне океанов, морей и озер, формировались минералы — магнетит, гематит, гетит, гидрогетит. Железная пыль покрывала всю поверхность Земли. В дальнейшем главная масса железистых частиц была переотложена водой и ветром, причем создались те пояса железорудных слоев, о которых было сказано раньше.

Эта космическая гипотеза довольно удачно объясняет большую протяженность, на которой прослеживаются пласты древнейших железистых кварцитов. Из трех главных докембрийских железорудных бассейнов Южно-Африканский (Наама — Трансвааль) занимает область протяженностью 600 км, Лабрадорский (Канада) — 1300 км и Русский (Кольский полуостров — побережье Черного моря) — 2300 км.

В Русский бассейн входит Курская магнитная аномалия протяженностью 850 км и площадью 200 000 км².

Потом наклон плоскости орбиты вращения солнечной системы вокруг центра Галактики изменился, движение планет пошло по другим направлениям космоса. Наша планета уже с начала древней эры (палеозоя) не проходит через пылевые железистые туманности, поэтому кварциты и не оседали больше на поверхности Земли в таких колоссальных массах.

Отметим общие запасы древнейших железистых кварцитов: СССР (КМА и Кривой Рог) — 10 000 и 50 млрд. т, Северная Америка (район Верхнего озера) — 280 млрд. т, Южная Америка — 10 млрд. т, Индия — 15 млрд. т, Китай — 25 млрд. т, Южная Африка (Наама — Трансвааль) — 2500 млрд. т. Всего на земном шаре насчитывается около 15 000 млрд. т древнейших железных руд. Поистине космические величины!

Но железистые кварциты бедны железом; в месторождениях КМА они составляют 20—40%. Однако в КМА имеются громадные запасы и естественных богатых руд, в которых железа больше 45%, например тип красных железняков, которые содержат от 52 до 65% металла. Запасы богатых руд в КМА теперь оцениваются более чем в 50 млрд. т. При ежегодной выплавке стали в 250 млн. т этих запасов хватит для обеспечения всей металлургической промышленности СССР в течение 150 лет. При использовании и бедных руд запасов хватит на 15 000 лет! Пока КМА дает лишь 10 млн. т металла ежегодно.

Геологи, «читая» пласты, слагающие земную кору на территории КМА, установили, что в тех местах в архейско-протерозойскую эру существовал тропический климат, а также выяснили те природные процессы, которые превращали бедные руды в богатые.

Основа всех современных материков сложена докембрийскими кристаллическими породами. Местами они обнажены, т. е. выходят на земную поверхность. Такие части материков геологи называют щитами. Кристаллические породы лежат на разной глубине от земной поверхности и чаще всего покрыты более поздними осадочными породами. Эти двухъярусные части материков называют плитами, а плиты вместе со щитами — платформами. Схематическая карта показывает платформы, являющиеся ядрами современных материков.

Источник: С.С. Кузнецов. Как читают историю Земли. Издательство «Недра». Ленинград. 1973