ПАЛЕОКЛИМАТОЛОГИЯ

ЭВОЛЮЦИЯ ПРОЦЕССОВ ЛИТОГЕНЕЗА. Архейский океан. Атмосфера протерозоя. Послепротерозойское время Неогей

Процессы литогенеза за время существования Земли претерпели значительную эволюцию в связи с изменениями состава и состояния атмосферы и гидросферы, количества солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, особенностей тектонического развития земной коры, роли биогенного фактора и пр. В соответствии с представлениями Г. Юри, Н. М'. Страхова, А. Б. Ронова и других ученых, процессы литогенеза эволюционировали в такой последовательности.

В раннем архее вещество атмосферы и гидросферы, по-видимому, не было достаточно разделено и представляло смешанную парогазовую массу, окутывавшую мощным и плотным слоем всю планету. Проницаемость ее для солнечных лучей была очень слабой, поэтому на поверхности Земли царил мрак. Неразделенная парогазовая оболочка состояла из паров воды и некоторого количества кислых дымов: НС1, HF, В(ОН)3, S, HaS, СО, СН4. Обладая высокой химической активностью, кислая парогазовая масса энергично воздействовала на базальтовую поверхность Земли, производя разложение ее пород до конечных продуктов. Но так как рельеф планеты тогда был стабильным и плоским, не дифференцированным на поднятия и погружения, процессы сноса и осадкона- копления были чрезвычайно ограничены, а это в свою очередь препятствовало развитию химического разложения базальта, которое не могло распространяться на сколько-нибудь значительную глубину.

В дальнейшем с понижением температуры парогазовой оболочки происходила дифференциация ее на атмосферу и гидросферу. По мере конденсации паров воды мрак на поверхности Земли постепенно рассеивался и сменялся глубокой тенью. Но даже и в позднем архее атмосфера продолжала содержать много паров воды, аммиак, метан, углекислый газ, была лишена кислорода и поэтому сохраняла восстановительный характер.

Архейский океан был мелким, и воды его, по мнению Н. М. Страхова [1963 ], представляли собой довольно крепкий раствор НС1, HsB03 с показателем рН = = 1-г-2. На активизированных участках базальтовой коры, где уже формировался сиаль, получили развитие еще малоамплитудные и поэтому слабо выраженные в рельефе поднятия и погружения, возбуждавшие, хотя и в очень малой степени, процессы сноса и осадконакопления. Кора химического разложения базальта начинает местами размываться; слагающие ее карбонаты калия, натрия, кальция и магния сносятся в первичный океан, где сильные кислоты преобразуют их в хлориды и фториды. Но при этом сами воды океана постепенно раскисляются и рН их возрастает до 5—6 [Страхов,

С удалением из океанических вод сильных кислот появилась возможность накопления карбонатов, первое время только доломита, поскольку при высоком парциальном давлении углекислого газа насыщения раньше достигает MgG03, нежели CaCOs. При высоком парциальном давлении углекислого газа и при отсутствии кислорода были возможны широкие миграции железа и марганца. Эти геохимические условия сред осадконакопления в архее способствовали широчайшему распространению доломитов, кварцитов, высокоглиноземистых и высокомарганцовистых осадков, а также смешанных кремнисто-железистых пород — джеспилитов. Сульфаты в архее еще не накапливались, поскольку сера при отсутствии свободного кислорода не могла окисляться и продолжала существовать в самородной форме и в виде сероводорода. Объемы и скорость осадконакопления в позднем архее, хотя и возросли по сравнению с ранней стадией, но все еще оставались незначительными вследствие малой расчлененности рельефа.

В атмосфере протерозоя содержание кислых дымов уменьшается, почти полностью удаляются из нее аммиак и метан; в связи с этим воздействие атмосферных осадков, поверхностных и грунтовых вод на породы суши стало менее агрессивным. В результате полное химическое разложение, которому до того подвергались породы земной поверхности, сменяется обычным выветриванием с гидролизом в качестве основного процесса (А. Б. Ронов, 1964). Жизнь в протерозое развивается до масштабов, отражающихся на геохимических процессах. Фотосинтез, осуществляемый сине-зелеными водорослями, дает в атмосферу свободный кислород во все возрастающем количестве. При наличии же свободного кислорода сера и сероводород стали переходить в сульфатную форму, обогащая воды океана сульфатным ионом.

Появление свободного кислорода имело большие последствия для миграции элементов, способных менять свою валентность (Fe, Mn, V и др.). Железо стало больше окисляться, образуя труднорастворимый гидрат окиси, что существенно ограничило его миграционные возможности. Марганец в окислительной обстановке также стал мигрировать на меньшие дистанции в труднорастворимой четырехвалентной форме. Эти изменения в поведении важнейших литофильных элементов существенно отразились на геохимии процессов осад- конакопления.

В литогенезе первой половины протерозоя еще доминировали черты, унаследованные от архея: значительным было накопление джеспилитов, высокоглиноземистых сланцев и доломитов. Вместе с тем в этих процессах заметную роль начинает играть обломочный материал, накапливающийся в виде как чисто терригенных, так и смешанных терригенно-хемогенных осадков.

Во второй половине протерозоя осадконакопление становится еще более разнообразным и эффективным. Существенно возрастают объемы обломочных пород; появляется рад новых терригенных формаций, в том числе подобные флишевой и молассовой. Хемогенное осадконакопление, характерное для архея, сокращается. Наступает спад доломитообразования, связанный с уменьшением парциального давления углекислого газа, вследствие чего магнезиальные карбонаты в морской воде все реже" стали достигать насыщения. Одновременно угасают процессы накопления высокоглиноземистых осадков и джеспилитов. Дальнейшее повышение содержания свободного кислорода в атмосфере еще больше ограничило подвижность железа и способствовало массовому распространению сильно окисленных сидеритовых и гематитовых руд.

В послепротерозойское время (неогей) в связи с возросшей контрастностью и динамичностью рельефа усиливаются процессы денудации и механической седиментации. Решающего преобладания достигает терригенное осадконакопление, а хемогенное ослабевает еще больше и ограничивается пределами аридных областей. Среди денудационных процессов прогрессирует физическое выветривание, а химическое становится менее эффективным и локализуется преимущественно на платформах тропического пояса.

В неогее изменяется состав атмосферы как в результате продолжающейся конденсации паров из воздуха и связывания углекислого газа при процессах карбонатного осадконакопления, так и в результате фотосинтеза растений, выделявшего много свободного кислорода. Уменьшение содержания в атмосфере паров воды и углекислого газа ослабило ее экранирующее действие при задержании длинноволнового излучения Земли. Температура приземных слоев атмосферы и поверхностного слоя гидросферы падает до 35—25е С. Облачный пю- кров планеты становится тонким, а затем и прерывистым, вследствие чего глубокая тень протерозоя рассеивается и постепенно складывается солнечный климат. В связи с этим усиливается роль солнечной энергии в геохимических, биологических и литологических процессах. Резко возрастает воздействие биоса на геохимические и литологические процессы. Карбонатное и кремнистое осадконакопление становится преимущественно биогенным.

До карбона наземная растительность была развита слабо, поэтому суша в то время представляла собой сплошную зону окисления. Лишь позже гумус и углекислый газ стали накапливаться в большом количестве и много кислорода начало расходоваться на разложение органических остатков, в связи с чем получили распространение бескислородные среды [Перельман, 1961J. Происходит накопление огромных масс растительного углерода. Участие организмов в геохимических и литологических процессах необычайно усилило темп круговорота вещества в природе благодаря огромной скорости биологической передачи вещества и энергии.

В течение геологической истории в развитии литогенеза происходили последовательные необратимые изменения, приведшие к полному обновлению этих процессов. Чем дальше мы будем углубляться в историю, тем меньше будем находить аналогии с современным литогенезом. Применение актуалистиче- ского метода познания к процессам литогенеза ограничивается неогеем. Да и в этом случае конкретные аналогии могут проводиться лишь с отложениями не древнее второй половины палеозоя. В отношении же литогенеза раннего палеозоя и рифея допустимы только общие сопоставления. Литологические показатели древних климатов должны рассматриваться в аспекте эволюционных изменений литогенеза. В частности, сравнение с современными климатическими условиями выветривания и осадконакопления и основанные на этом сравнении количественные оценки элементов климата прошлого надежны только для кайнозоя и мезозоя. Уже для палеозойских объектов сопоставления с современными климатическими условиями оказываются менее определенными, а в отношении еще более древних образований вообще неприменимыми.