Геологическая история Земли

Источник статьи: Большая российская энциклопедия

За более чем 4,5 млрд. лет существования планета Земля претерпела сложную эволюцию. Единого понимания геологической истории Земли нет, особенно это касается ранних этапов развития планеты. Наиболее достоверно геологическая история Земли реконструирована начиная с 1 млрд. лет назад.

Периодизация

Реконструкция распада Пангеи

В истории геологического развития Земли выделяют ряд периодов: вендский (600–535 млн. лет назад), кембрийский (535–490 млн. лет назад), ордовикский (490–443 млн. лет назад), силурийский (443–418 млн. лет назад), девонский (418–360 млн. лет назад), каменноугольный (360–295 млн. лет назад), пермский (295–251 млн. лет назад), триасовый (251–200 млн. лет назад), юрский (200–145 млн. лет назад), меловой (145–65 млн. лет назад), палеогеновый (65–23 млн. лет назад), неогеновый (23–1,8 млн. лет назад), четвертичный (1,8 млн. лет назад – доныне). Периоды объединены в эры – палеозойскую (535–251 млн. лет назад), мезозойскую (251–65 млн. лет назад) и кайнозойскую (65 млн. лет назад – доныне). Более крупные отрезки геологической истории Земли – эоны (например, фанерозой – 535 млн. лет назад – доныне) и акроны [архей (до 2,5 млн. лет назад) и протерозой (2,5–0,535 млн. лет назад), выделяющиеся в докембрии], наряду с палеозойской, мезозойской и кайнозойской эрами соответствуют глобальным этапам развития органич. мира Земли. Названия, начало, продолжительность отрезков геологической истории Земли (акронов, эонов, эр, периодов) даны в соответствии со Стратиграфическим кодексом России [1992] и дополнениями к нему [2000] (см. Геохронологическая шкала).

Доархейский этап (до 4 млрд. лет назад)

После аккреции, длительность которой различные учёными оценивается от 10 до 150 млн. лет, Земля была сильно разогрета и существенно расплавлена. Она дифференцировалась на жидкое металлическое (главным образом железное) ядро и силикатную мантию, верхняя часть которой представляла собой «океан магмы» толщиной несколько сотен километров. Основная масса воды была частью плотной протоатмосферы из водяного пара и газов (в основном углекислого газа и азота). Некоторые учёные предполагают более позднее образование атмосферы в результате дегазации земных недр в ходе постепенного остывания планеты.

Земля начала остывать со скоростью 100 °C за 1 миллиард лет. При охлаждении «океана магмы» на его поверхности возникла твёрдая корка – первичная земная кора (являющаяся одновременно протолитосферой), возможно, базальтового состава. Земля испытывала метеоритную бомбардировку, в результате чего на её поверхности формировались многочисленные ударные кратеры (астроблемы) различных размеров. В местах падений метеоритов происходили излияния лав. Когда температура поверхности Земли стала меньше температуры кипения воды, из протоатмосферы выпало огромное количество воды, которая образовала Мировой океан; вода частично выделилась в процессе дефлюидизации мантии при её охлаждении и кристаллизации (по мнению других исследователей, именно этому процессу принадлежит главная роль в формировании гидросферы Земли).

Разделение протолитосферы Земли на плиты небольших размеров произошло около 4,3–4 млрд. лет назад, чему способствовали конвекционные течения в мантии и подъём мантийных плюмов (восходящих потоков разогретого глубинного вещества). Кроме того, в результате излияния лав ультраосновного состава (коматиитов) сформировались участки с плотной протолитосферой, которые начали погружаться в нижележащую частично расплавленную мантию (протоастеносферу). Началась «эмбриональная» тектоника плит. В зонах раздвижения плит происходило новообразование океанической коры, а в зонах сближения возникли зоны поддвига (субдукции) и/или скучивания протолитосферы. Над зонами субдукции и в местах тектонического скучивания и утолщения первичной базальтовой коры возникли очаги андезитовой магмы, ставшей основой для формирования вещества континентальной коры.

Архейский этап (ок. 4–2,5 млрд. лет назад)

Большая часть поверхности Земли была занята океаном с корой базальт-коматиитового состава, в пределах которого существовали многочисленные вулканические андезитовые дуги (развивались над зонами погружения литосферных плит в мантию), а также внутриплитные и межплитные вулканические плато типа современной Исландии (формировались над мантийными плюмами). Верхняя мантия была более горячая, чем современная, и субдуцирующие (погружающиеся) в неё литосферные плиты быстро разогревались, не проникая в нижнюю мантию. Из мантии выплавлялось большое количество лав ультраосновного состава. В процессе субдукции междуговое пространство постепенно сокращалось и происходило столкновение вулканических дуг, следствием чего стало образование участков протоконтинентальной коры («ядер» будущих континентов). В конце архея в пределах консолидированных участков континентальной коры существовали озёрно-речные системы, накапливались протоплатформенные чехлы (известны на юге Африки и на западе Австралии). В завершение архея в результате коллизии (столкновения) многочисленных «ядер» с протоконтинентальной корой и крупномасштабного гранитоидного калий-натриевого магматизма сформировались обширные области со зрелой континентальной корой – континенты (или первый в геологической истории Земли суперконтинент Моногея, называемый также Пангея 0). На протяжении архейского этапа развития Земли сформировалось 50–70% (возможно, и более) объёма вещества современной коры континентов. В течение архея вода в океане постепенно охлаждалась. Рубеж 2,5 млрд. лет назад знаменуется первым известным глобальным оледенением – Гуронским. Благодаря жизнедеятельности цианобактерий в атмосфере Земли впервые появился свободный кислород.

Протерозойско-фанерозойский этап (2,5–0 млрд. лет назад)

Общее охлаждение Земли привело к тому, что погружающиеся в мантию литосферные плиты стали достигать её нижних частей; это привело к упорядочиванию всей системы конвекции в мантии и возникновению долговременных тектонических суперконтинентальных циклов. На протяжении этого этапа геологической истории Земли континенты распадались и собирались, океаны раскрывались и закрывались. С периодичностью в 750 миллионов лет формировались относительно стабильные суперконтиненты, состоявшие почти из всех имевшихся континентальных масс. Менее стабильные во времени суперконтиненты образовывались, возможно, в середине суперконтинентальных циклов (2125, 1375 и 625 млн. лет назад). Средний размер литосферных плит и их толщина постепенно увеличивались, количество плит убывало. Менялся состав океанической коры от коматиит-базальтового к базальтовому. В зонах коллизии континентов и на активных континентальных окраинах вследствие процессов складчатости, метаморфизма и гранитизации осадочных и вулканогенных толщ, накопленных в океанах, происходило формирование новых порций континентальной коры; возникали горно-складчатые пояса (коллизионные и аккреционные). За последние 2,5 млрд. лет эпохи глобальных потеплений сменялись менее продолжительными эпохами похолоданий (несколько в раннем докембрии, затем 700–600, 455–445, 325–290 и 10–0 млн. лет назад), которые сопровождались покровными оледенениями. Не ранее 2,5 и не позднее 1,0 млрд. лет назад обособилось внутреннее ядро Земли (вероятнее всего, 1,7 млрд. лет назад).

В начале раннего протерозоя позднеархейский суперконтинент распался в результате образования континентальных рифтов, последующего преобразования их в межконтинентальные рифты и начала спрединга (новообразования океанической коры). Возникшие океанические бассейны, разделившие континентальные массы и породившие раннепротерозойские подвижные пояса, развивались по циклу Вилсона. Закрытие океанических бассейнов в результате коллизии ограничивающих их континентальных блоков привело в конце раннего протерозоя (1,8–1,6 млрд. лет назад) к возникновению нового суперконтинента – Мегагея (также называемый Пангея I). В конце раннего рифея (по международной стратиграфической шкале – начало мезопротерозоя) суперконтинент претерпел частичный распад и возродился в конце среднего рифея (конец мезопротерозоя, около 1 млрд. лет назад), образовалась Родиния, или Пангея II. В начале позднего рифея (начало палеопротерозоя) Родиния распалась на Лаврентию (Северо-Американская платформа), Балтику (Восточно-Европейская платформа), Сибирь (Сибирская платформа), Сино-Корею (Китайско-Корейская платформа), Янцзы (Южно-Китайская платформа), Тарим (Таримский массив), Баренцию-Гиперборею (гипотетическая Гиперборейская платформа) и в значит. степени консолидированную Гондвану (объединяла платформы южного ряда – Южно-Американскую, Африканскую, Индостанскую, Австралийскую, Антарктическую). Древние континенты разделились новообразованными океаническими бассейнами, которые в дальнейшем породили подвижные пояса фанерозоя: Протояпетус (Северо-Атлантический пояс), Прототетис (Средиземноморский пояс), Палеоазиатский океан (Урало-Охотский пояс). Все континентальные глыбы, вероятнее всего, окружал океан Прапацифик, на границе которого с материками развивался Тихоокеанский подвижный пояс. В конце протерозоя и в палеозое подвижные пояса претерпели сложную и многоэтапную эволюцию. Завершение их развития (за исключением Тихоокеанского пояса) в связи с закрытием океанов и коллизией древних континентов привело в начале мезозоя к формированию суперконтинента Пангея.

Распад Пангеи, начавшийся на рубеже ранней и средней юры (около 175 млн. лет назад), привёл к новообразованию современных Атлантического, Индийского, Северного Ледовитого океанов, а также океана Неотетис. Раскрытию океанов во многих регионах Земли в меловом периоде предшествовал плюмовый платобазальтовый (трапповый) вулканизм (трапповые провинции Парана в Южной Америке, Этендека в Африке, Деканская на п-ове Индостан и др.). При закрытии Неотетиса, в пределах которого существовали многочисленные микроконтиненты – «отторженцы» Гондваны, разделявшие этот океан на отдельные бассейны, сформировался Альпийско-Гималайский подвижный пояс (главные деформации в конце эоцена – начале олигоцена). Реликтовыми бассейнами Неотетиса являются Ионическая и Левантийская котловины восточной части Средиземного моря. В мезозое в результате рифтогенеза в тылу вулканических островных дуг сформировались Восточно-Черноморская, Западно-Черноморская и Южно-Каспийская впадины, а в кайнозое – впадины западной части Средиземного моря (Алжирская котловина, Тирренское море). Площадь Тихого океана (реликт Прапацифика) на протяжении мезозоя и кайнозоя сокращалась за счёт надвигания на него смежных континентов. В Тихоокеанском подвижном поясе в мезозое и кайнозое произошли важные тектонические события. Столкновение в конце мезозоя системы островных дуг с окраинами Северной Америки и Южной Америки привело к формированию складчато-покровного горного сооружения Кордильер и к складчатым деформациям в Центральных Андах. Примерно в это же время в связи с коллизионными событиями на северо-восточной окраине Азии образовалась Верхояно-Чукотская складчатая область. Мезозойским тектогенезом была охвачена вся восточная периферия Азии. В меловом периоде в западной части Тихоокеанского подвижного пояса развивались окраинно-континентальные вулканоплутонические пояса андского типа. В начале кайнозоя в результате причленения системы островных дуг к северо-восточной окраине Азии сформировалась Корякско-Камчатская складчато-покровная система. Развитие вулканических островных дуг на западной и северной периферии Тихого океана, начавшееся на рубеже мелового и палеогенового периодов, продолжается. В кайнозое на западной окраине Южной Америки сформировался Андский окраинно-континентальный вулканоплутонический пояс, сохраняющий активность. Заключительные деформации в Андской складчатой системе произошли в конце эоцена.

В позднем кайнозое (олигоцен – квартер), на неотектоническом этапе развития Земли, окончательно сложились современная структура и рельеф Земли. Продолжающаяся коллизия Индостанского субконтинента (фрагмента Гондваны) с Евразией привела к образованию высочайшей Гималайской горной системы и формированию на фронте коллизионной области Центральноазиатского пояса возрождённых гор, включающего горные сооружения Гиндукуш, Каракорум, Памир, Тянь-Шань, Куньлунь, Наньшань, Циньлин, Алтай, Саяны, горы Прибайкалья и Забайкалья. В северо-восточной части этого пояса возникла Байкальская рифтовая система. Заложились и продолжают развиваться Западно-Европейская и Восточно-Африканская рифтовые системы. Образование этих систем сопровождалось вспышкой вулканической деятельности. Перемещение к северу Аравийской плиты, отделившейся от Африканской при раскрытии Аденского залива и Красного моря, а также крупный сдвиг в северо-западной части Аравийского полуострова вызвали поднятие горных цепей на юго-западе Азии (в том числе Большого и Малого Кавказа). На рубеже миоцена и плиоцена в Мировом океане сформировалась современная система срединно-океанических (спрединговых) хребтов. Антарктиду, отделившуюся от Южной Америки в связи с раскрытием моря Скоша, охватило покровное оледенение. Воздействию многочисленных покровных оледенений в четвертичном периоде подверглись северные районы Евразии и Северной Америки.

Литература статьи Большой российской энциклопедии

• Ранняя история Земли / Ред. Б. Уиндли. М., 1980.
• Хаин В. Е., Божко Н. А. Историческая геотектоника: Докембрий. М., 1988.
• Хаин В. Е., Балуховский А. Н. Историческая геотектоника: Мезозой и кайнозой. М., 1993.
• Хаин В. Е., Сеславинский К. Б. Историческая геотектоника: Палеозой. М., 1991.