Архей

Общие сведения и деление

Архей, архейская эра (от греч. ἀρχαῖος (archios) — древний) — геологический эон, который предшествует протерозою. За верхний рубеж архея принято время около 2,5 млрд. лет назад (±100 млн. лет). За нижний рубеж, который до сих пор официально не признан Международной стратиграфической комиссией, — 3,8-4 млрд. лет назад. Расплывчатость нижний границы архея объясняется 2 теориями её определения: по первой из них нижней границей архейской эры являются находки древнейших организмов, датируемые 3,8 млрд. лет назад, по второй теории нижней границей следует считать окончание холодного периода, который господствовал в течении всего предшествующего архею эона — гадея (катархея). Продолжительность архея примерно 1,5 млрд.лет.

Архей, по современным представлениям, делится на 4 периода: эоархей, палеоархей, мехоархей и неоархей, которые выделены чисто хронологически. Ранее в состав архея включали катархей, который в настоящее время выделен в отдельный эон.

Эоархей — нижний период архейской эры, охватывающий временной интервал от 4 до 3,6 миллиарда лет назад. Примечателен эоархей тем, что является временем образования гидросферы и обнаружения предполагаемых остатков первых прокариот, строматолитов и древнейших горных пород.

Следующий за эорхеем период — палеоархей, является временем образования первого суперконтинента в истории Земли — Ваальбары и единого Мирового океана. К этому времени относятся и первые достоверные остатки живых организмов (бактерий) и следов их жизнедеятельности. Длительность палеоархея 400 млн. лет.

После палеоархея наступил мезоархей, длившийся с 3,2 до 2,8 млрд. лет назад. Интересен период расколом Ваальбары и широким распространением окаменелостей древних форм жизни.

Наконец последний период архейской эры — неоархей, закончившийся 2,5 млрд. лет назад, является временем формирования основной массы континентальной земной коры, что свидетельствует об исключительной древности континентов Земли.

Тектоника

Тектоника архея характеризуется, в-первую очередь, началом формирования древнейших ядер континентов (щитов), реликты которых встречены на всех древних платформах, кроме Китайско- Корейской и Южно- Китайской. С формированием ядер континентов связана кольская (саамская; Балтийский щит), или трансваальская (Южная Африка) складчатость, которая проявилась на рубеже около 3 млрд. лет назад, и беломорская складчатость (Балтийский щит), известная также как кеноранская (Канадский щит) или родезийская (Южная Африка), проявившаяся около 2600 млн. лет назад.

Первоначально на Земле не существовало сколь либо крупных континентальных образований, что было вызвано высокой геологической активностью.

Но, примерно 3,6 млрд. лет назад всё изменилось и континенты Земли объединялись в гипотетический суперконтинент Вальбару. Это подтверждают геохронологические и палеомагнитные исследования между двумя архейскими кратонами или протоконтинентами: Кратоном Каапваль (провинция Каапваль, ЮАР) и Кратоном Пилбара (регион Пилбара, Западная Австралия). Дополнительным свидетельством является совпадение стратиграфических последовательностей зелёнокаменных поясов и поясов гнейса этих двух кратонов. Сегодня эти архейские зеленокаменные пояса распространены по границам Верхнего кратона в Канаде, а также по кратонам древних континентов Гондвана и Лавразия.

Примерно 2,8 млрд. лет назад первый в истории Земли суперконтинент начал раскалываться.

Об этом свидетельствуют геохронологические и палеомагнитные исследования, показывающие циркулярное поперечное разделение кратонов Каапвааль и Пилбара окол 2,77 млрд. лет назад.

В целом архейская эра характеризуется очень бурной тектонической активностью, выливающейся в частые вулканические извержения, землетрясения и т.д.. Этому способствовали: высокая температура внутренних слоёв Земли, формирование у Земли планетарного ядра и распад короткоживущих радионуклидов.

Примерно 3,8 млрд. лет назад на Земле образовались первые достоверно подтверждённые магматические и метаморфические горные породы, такие как гранит, диорит и анортозит. Найдены эти горные породы были в самых разнообразных местах: на острове Гренландия, в пределах Канадского и Балтийского щитов и др..

Кстати, некоторые учёные именно возраст этих самых древнейших пород принимают за нижнюю границу архея.

3 млрд. лет назад наступил период активного формирования континентальной земной коры. За период равный 500 млн. лет было сформировано до 70% всей её массы. Хотя большинство учёных всё же считает, что континентальная кора архейского возраста составляет лишь 5-40% от всей континентальной коры современности.

Гидросфера и атмосфера. Климат

В самом начале архейской эры воды на Земле было мало, вместо единого океана существовали лишь разрозненные мелководные бассейны. Температура воды достигала 70-90° C, что могло наблюдаться лишь в случае существования у Земли того времени плотной углекислотной атмосферы. Ведь из всех возможных газов только СО₂ мог создать повышенное давление атмосферы (для архея — 8-10 бар). Азота в атмосфере раннего архея было очень мало (10-15% от объёма всей архейской атмосферы), кислород вообще практически отсутствовал, а такие газы, как метан, неустойчивы и быстро разлагаются под влиянием жёсткого излучения Солнца (особенно в присутствии гидроксил- иона, также при этом возникающего во влажной атмосфере).

Температура архейской атмосферы при парниковом эффекте достигала почти 120°С. Если бы при том же давлении атмосфера в архее состояла, например, только из азота, то приземные температуры были бы ещё выше и достигали 100°С, а температура при парниковом эффекте превышала бы 140° С.

Примерно 3,4 млрд. лет назад количество воды на Земле значительно увеличилось и возник Мировой океан, перекрывший гребни срединно-океанических хребтов. В результате заметно усилилась гидратация базальтовой океанической коры, а скорость роста парциального давления СО₂ в позднеархейской атмосфере несколько снизилась. Наиболее радикальное падение давления СО₂ произошло только на рубеже архея и протерозоя после выделения земного ядра и связанного с ним резкого уменьшения тектонической активности Земли. Благодаря этому в раннем протерозое столь же резко сократились выплавки океанических базальтов. Базальтовый слой океанической коры стал заметно более тонким, чем он был в архее, и под ним впервые сформировался серпентинитовый слой — главный и постоянно обновляемый резервуар связанной воды на Земле.

Флора и фауна

В архейских отложениях отсутствует скелетная фауна, которая служит основой для построения стратиграфической шкалы фанерозоя, тем не менее разнообразных следов органической жизни здесь довольно много.

К ним относятся продукты жизнедеятельности сине-зелёных водорослей — строматолиты, представляющие собой кораллоподобные осадочные образования (карбонатные, реже кремниевые), и продукты жизнедеятельности бактерий — онколиты.

Первые достоверные строматолиты были обнаружены лишь на рубеже 3,2 млрд. лет назад в Канаде, Австралии, Африке, на Урале и в Сибири. Хотя имеются свидетельства обнаружения остатков первых прокариот и строматолитов в отложениях возрастом 3,8-3,5 млрд. лет, в Австралии и Южной Африке.

Также в кремнистых породах раннего архея найдены своеобразные нитчатые водоросли, имеющие хорошую сохранность, при которой можно наблюдать детали клеточного строения организма. На многих стратиграфических уровнях встречаются мельчайшие округлые тельца (размером до 50 m) водорослевого происхождения, принимавшиеся ранее за споры. Они известны под названием "акритарх", или "сфероморфид".

Животный мир архея значительно беднее, чем растительный. Отдельные указания на нахождение в породах архея остатков животных относятся к объектам, которые, по- видимому, имеют неорганическое происхождение (Aticocania Walcott, Tefemar kites Dons, Eozoon Dawson, Brooksalla Bassler) или являются продуктами выщелачивания строматолитов (Carelozoon Metzger). Многие окаменелости архея до конца не расшифрованы (Udokania Leites) или не имеют точной привязки (Xenusion querswalde Pompecki).

Таким образом, в архейском зоне достоверно найдены прокариоты двух царств: бактерии, преимущественно хемосинтезирующие, анаэробные и фотосинтезирующие цианобионты, продуцирующие кислород. Не исключено, что в архее появились и первые эукариоты из царства грибов, морфологически сходные с дрожжевыми грибами.

Древнейшие бактериальные биоценозы, т.е. сообщества живых организмов, включавшие только продуцентов и деструкторов, были похожи на плёнки плесени (т.н. бактериальные маты), располагавшиеся на дне водоёмов или в их прибрежной зоне. Оазисами жизни часто служили и вулканические области, где на поверхность из литосферы поступали водород, сера и сероводород - основные доноры электронов.

На протяжении почти всей архейской эры живые организмы были одноклеточными, сильно зависимыми от природных факторов существами. И лишь на рубеже архея и протерозоя произошло два крупных эволюционных события: появились половой процесс и многоклеточность. Гаплоидные организмы (бактерии и сине-зелёные водоросли) имеют один набор хромосом. Каждая новая мутация сразу же проявляется у них в фенотипе. Если мутация полезна, она сохраняется в процессе естественного отбора, если вредна, устраняется. Гаплоидные организмы непрерывно приспосабливаются к среде, но принципиально новых признаков и свойств у них не возникает. Половой процесс резко повышает возможность приспособления к условиям среды, вследствие создания бесчисленных комбинаций в хромосомах. Диплоидность, возникшая одновременно с оформленным ядром, позволяет сохранить мутации и использовать их как резерв наследственной изменчивости для дальнейших эволюционных преобразований.

Полезные ископаемые

Архейская эра очень богата полезными ископаемыми. С ней связаны грандиозные месторождения железных руд (железистые кварциты и джеспилиты), алюминиевого сырья (кианит и силлиманит) и марганцевых руд; с конгломератами архея связаны крупнейшие месторождения золотых и урановых руд; с основными и ультраосновными породами — крупные месторождения руд меди, никеля и кобальта; с карбонатными породами — свинцово- цинковые месторождения. Пегматиты являются главным источником слюды (мусковита), керамического сырья и редких металлов.

На территории России с отложениями архейского возраста связаны месторождения Тиманского кряжа, Урала, Днепровской кристаллической полосы, района Подкаменной Тунгуски...