Файл: Войткевич, Г. В. Происхождение и химическая эволюция Земли.pdf

ных породах раннего докембрия FeO почти в три раза превышает Fe 2 0 3 , то в позднем докембрии в осадочных

доля окисных соединений железа и уменьшалась про­ порция его закисных форм в осадочных толщах, оче­ видно, иод влиянием свободного кислорода биосферы.

Максимальная концентрация железа в осадочных тол­ щах образовалась в докембрийских железистокремнистых формациях, что привело к образованию уникальных месторождений железных руд мирового значения (Кри­

формаций метаморфизовано. Однако сохранились и слабометаморфизованные разности, позволяющие восстановить первоначальные условия осадкообразования. Так , в них мы можем различать сульфидные, карбонатные, силикат­ ные и окисные соединения железа, которые чередуются с тонкодисперсным кремнеземом, образуя полосчатые железистые породы (джеспилиты) и руды.

ный характер . В ходе эволюции земной коры роль живых организмов в первую очередь отражалась на процессах седиментации и рудообразования . П р и этом большое значение имела способность живых организмов концент­

сразличными анионными группами . Содержание этих

металлов в растениях достигает величины в десятки и сотни тысяч раз большей, чем в о к р у ж а ю щ е й среде. Концентрирование особенно высоко дл я металлов пере­ ходных групп периодической системы Д . И . Менде­ леева — дл я титана, хрома, марганца, железа, кобальта

141

и никеля . Совершенно естественно, что после гибели растений большая часть концентрированных ими элемен­

В. И. Вернадскому, таким способом накопленные бак­ териями и другими растениями огромные количества металлов вполне могли стать исходным материалом при образовании руд осадочного происхождения .

Согласно исследованиям Е. А. Бойченко, в течение геологического времени происходила смеиа концентра­ ционных функций в связи с эволюцией самих организмов. Т а к , допускается, что первичные организмы возникли в океане. Они развивались за счет окисления органических веществ абиогенного происхождения . После израсходо­ вания запасов органических веществ должен был про­

(хемосинтез) или же с использованием световой энергии (фотосинтез). Переход организмов к этому типу развития с участием фотосинтеза сопровождался усилением кон­ центрирования алюминия, кремния, к а л ь ц и я , титана, хрома, марганца, железа, кобальта, никеля, меди, цинка, молибдена и других химических элементов.

Синезеленые водоросли появились на Земле в раннем докембрии и в течение длительного времени были един­ ственными растениями, способными к фотосинтезу с вы­

эти водоросли образовали мощные карбонатные породы. В конце докембрия появились зеленые водоросли с по­ вышенным содержанием меди по сравнению с другими растениями. Предполагается, что появление крупнейших осадочных месторождений меди относится ко времени расцвета этих водорослей: к концу докембрия — началу палеозоя . Появление бурых водорослей и папоротнико ­ образных растений произошло в середине палеозойской эры. В них отмечается повышенное содержание цинка, с чем, возможно, связаны некоторые его месторождения

и только сейчас мы начинаем подходить к тем много­ гранным связям, которые существовали на нашей планете

142

Х И М Н 4 Е С К А Я Э В О Л Ю Ц И Я З Е М Н О Й К О Р Ы

Учитывая общий характер динамики земной коры в те­ чение веков, главные особенности химических изменений горных пород, изменение концентрационных функций организмов, прогрессивный рост биомассы, связанное с этим изменение состава атмосферы и океана, мы можем теперь перейти к характеристике эволюционных тенден­ ций д л я земной коры в целом.

В биосфере Земли происходило формирование древних осадочных пород. Оно неразрывно было связано с из ­ менением в атмосфере и гидросфере. Отсюда осадочная оболочка Земли, или стратисфера, оказалась наиболее чувствительной по отношению к химической эволюции океана и атмосферы, чем любая другая геосфера Земли . При этом мы можем проследить химические и петрогра­ фические изменения осадочной оболочки Земли по камен­ ным документам геологической летописи.

Изучение состава древних осадочных пород разного возраста позволило многим исследователям установить основную тенденцию их эволюции под влиянием разви­ тия жизни в биосфере. Наиболее обстоятельные иссле­ дования в области теории формирования осадочных пород

выделил в истории Земли четыре этапа эволюции химико-

Первый этап едва ли можно восстановить с достаточ­ ной полнотой, поскольку он охватывал самые ранние периоды истории нашей планеты. От этого начального этапа развития геосфер и литогенеза не сохранились каменные документы геологической летописи, поэтому различные реконструкции древнейшего этапа осадконакопления неизбежно носят гипотетический характер

144

и основываются на общих физико-химических законо ­ мерностях.

Во время первого этапа развития осадочного процесса существовали первичный океан и первичная атмосфера без значительных признаков живого вещества.. Химиче ­ ский состав первичного океана, конденсировавшегося из паров мантийного материала, характеризовался при­ сутствием HCl, HF , Н 3 В 0 3 , S i 0 2 и по существу пред­ ставлял собой кислый раствор. В воде первозданного

так ка к имелось очень мало свободного кислорода дл я окис­ ления H 2 S и образования сульфатов. Первичная атмо­

метан и малые порции инертных газов. В этой обста­ новке морской воды и атмосферы происходило формиро­ вание первичных осадочных пород.

Ландшафт первых сухопутных участков был типичный вулканический, подобный современному лунному ланд­ шафту. Б о л ь ш и е плоские пространства были покрыты вулканическими конусами. Обширные площади между вулканами занимал сравнительно неглубокий океан, в ко ­ тором в виде островов поднимались цепи вулканических конусов. Господствующим типом осадкообразования был вулканогенно-осадочный, который проходил в условиях влажного (гумидного) климата. Климатические пояса, подобные современным, отсутствовали.

Из-за изобилия С 0 2 в атмосфере происходило выветри­ вание изверженных вулканогенных пород с образованием

воду карбонаты вступали в реакции со свободными кис­

145

отношении можно высказать только общие соображения.

счет выветривания этого материала возникли первые террнгеиные (механические) осадки. Химическим путем переносился и осаждался кремнезем. Вероятно,- отлага­ лись сульфиды т я ж е л ы х металлов ввиду обилия H2 S в морской воде. Осаждение Fe и Мп если и происходило, то оно было связано с их записными формами в связи с отсутствием свободного кислорода. В эпоху первичного осадкопакоплешія заведомо не было н и к а к и х карбонат­ ных накоплений. Отсутствовали сульфаты Ca и Mg. Пол­ ностью отсутствовали галогенные породы типа каменной соли. Н а м совершенно неизвестна длительность началь ­ ного этапа развития земных геосфер, но, вероятно, она была непродолжительной, поскольку ж и з н ь на Земле возникла очень давно и энергично стала влиять на раз ­ витие верхних горизонтов планеты.

Следующий, второй этап развития верхних геосфер Земли охватил время от появления живой протоплазмы до возникновения фотоспитезирующих организмов. Древ ­ нейшие находки этих организмов имеют возраст 3— 3,5 млрд. лет. Этот этап уже отражается в каменной

разностями — гнейсами, гранитами и мигматитами, в ко­ торых следы первичной седиментации полностью унич­ тожены. Л и ш ь в одном геологическом разрезе в Южной Африке, в так называемой системе Свазиленд, сохрани­ лись слабометаморфизованные породы в виде различного рода сланцев, чередующихся с кварцитами, железистыми породами и вулканогенными осадками.

Одним из важнейших геологических событий второго этапа был значительный рост алюмосиликатной коры, или сиаля, и расчленение земной коры на основные структурные единицы, которые известны во всей после­ дующей истории Земли. Менялась морфология земной поверхности. Зарождались линейно вытянутые горные

146