|
Геохимические процессы, происходившие на поверхности нашей планеты, не оставались неизменными. Шло образование земной коры, и одновременно из земных недр выделялись те вещества, из которых формировались водная и газовая оболочки планеты. Их состав также эволюционировал.
Ученые с давних пор пытаются найти в бесконечном потоке времени какие-либо вехи, опорные точки, чтобы иметь возможность сравнивать события, разделенные неодинаковыми интервалами, чтобы нащупать направленность хода природных процессов. Океан — одно из самых древних образований на Земле. Для геологической истории океан вечен. Последовательность морских осадков отражает движение времени. Но в один и тот же интервал времени в одном и том же океане выпадают осадки разного состава и разной мощности. Чтобы определить время образования осадков различного типа, нужна какая-то объективная единица измерения, в равной мере приложимая к глинистым и карбонатным осадкам, к мощным толщам и тонким пластам.
На рубеже позапрошлого и прошлого веков был разработан прием, который давал возможность объективно судить о времени возникновения геологических напластований. Этот прием базировался на изучении остатков давно вымерших животных, захороненных в древних осадках. В главе 2 рассказано, что животные и растительные ткани могут замещаться вторичными минералами. В таком окаменевшем виде остатки организмов могут прекрасно сохраняться миллионы лет, будучи погребенными под слоями последующих осадков. В процессе эволюции одни группы организмов сменяются другими. Если эти организмы были широко распространены и их остатки хорошо сохранились, то они независимо от состава отложений, в которых находятся, будут свидетельствовать о последовательности отложений в любых частях света. Таким образом, море само открывало возможность перед исследователем ответить на вопрос о возрасте осадочных отложений.
Геологи и палеонтологи — специалисты, изучающие вымершие формы животных, на протяжении XIX и XX в. провели огромную работу по систематизации данных для всего мира. Была установлена последовательность развития живых организмов и намечены интервалы геологического времени — эры, периоды, эпохи, к которым были отнесены важнейшие геологические события. Тем не менее ученые не могли дать ответа на вопрос: какова же абсолютная продолжительность каждого из отрезков этого относительного времени? Например, более ста лет назад геологи твердо знали, что отложения белого пишущего мела вокруг Белгорода значительно моложе известняков Подмосковья, но каков абсолютный возраст, сколько лет назад образовались те и другие, сказать не могли. Кроме того, остатки организмов могут быть только в осадочных породах, а в глубинном кристаллическом веществе они отсутствуют. Да и не все осадочные толщи их содержат, не говоря уже о корах выветривания, в которых этих остатков также нет.
Среди природных процессов есть такие, на скорость течения которых не влияют никакие события, происходящие на Земле. Течение этих процессов может служить эталоном точности и размеренности, а так как при этом происходит образование строго определенного количества масс одних атомов за счет превращения других, то лучшей модели «геохимических часов» невозможно придумать. Речь идет о радиоактивном распаде химических элементов. На основе изучения этих процессов для целей определения абсолютного возраста различных геологических образований, измерения времени развития Земли возникла особая отрасль геохимии — ядерная геохронология. Использование радиоактивного распада дало возможность перевести условное геологическое летоисчисление на масштаб абсолютного времени. Вся геологическая история Земли делится на пять крупных разделов (эр), неодинаковых по своей продолжительности.
Наиболее древние горные породы обнаружены в Антарктиде и Охотском массиве. Их возраст оценивается в 4 млрд. лет. Может быть, еще более древние породы (4,2 млрд. лет) обнаружены в Енисейском кряже. Таким образом, геологическая история Земли охватывает около 4,5 млрд. лет. Огромный интервал самого древнего времени (протяженностью 1,5—2 млрд. лет) относится к архейской эре. В это время уже была сформирована первичная земная кора, возникли зародыши континентов, существовали первичный океан и атмосфера, происходили процессы разрушения горных пород и отложения продуктов их преобразования в водной среде. Древнейшие отложения представлены слабо измененными обломочными породами. Примечательной геохимической особенностью этих отложений является отсутствие минералов окисленного железа. По-видимому, первичная атмосфера имела состав, близкий к составу вулканических газов. Кислород отсутствовал. Об этом свидетельствуют не только обломки минералов-сульфидов, но и отсутствие в морских отложениях минералов кислородных солей: сульфатов (гипса, ангидрита) и карбонатов. По мнению академика А. П. Виноградова, в это время температура поверхности Земли была значительно выше современной и атмосфера состояла из паров воды и примеси вулканических газов (N2, NH3, СО, С02, СН4, НС1 и др.). Единственным источником ничтожных количеств кислорода служили реакции фотодиссоциации молекул Н20 в верхних частях атмосферы под воздействием солнечной радиации.
Такое положение просуществовало около полумиллиарда лет или несколько больше. В дальнейшем состав отложений меняется. Появляются отложения кварцитов, содержащих недоокисленные формы железа, первые отложения карбонатных пород. Это свидетельствует о постепенном изменении состава атмосферы и соответственно поверхностных вод. Оно развивалось под воздействием поступающего в атмосферу кислорода. Этот энергичный окислитель в первую очередь расходовался на окисление газов NH3, СН4, СО. Такой перелом в развитии Земли наметился около 3 млрд. лет назад. Что послужило причиной этого глубокого изменения? Единственный источник кислорода, который мог обеспечить неуклонное поступление кислорода в атмосферу, — фотосинтезирующие живые организмы.
|