Палеогеография. Физико-географические обстановки в течение архея кардинально менялись

Физико-географические обстановки в течение архея кардинально менялись. Вначале это были лунные ландшафты с кратерами различных размеров. В палеоархее земная кора представляла первичную выплавку базальтов, покрытых рыхлым реголитом ультраосновного состава. Появление водных бассейнов, процессов эрозии и осадконакопления привели к уничтожению прежнего рельефа и появлению нового. Бомбардировка земной поверхности метеоритами приводила к появлению ударно-вулканических кластитов – импактитовых туфов. Мобилизация огромных масс вещества в результате интенсивного выветривания легко разрушающихся базитов и ультрабазитов, перенос и осаждение его в синформах – первых бассейнах седиментации – привело к накоплению осадков большой мощности. Большую роль среди них играли вулканиты.

Рельеф в палеоархее отличался сильной выравненностью, о чем свидетельствует практически полное отсутствие обломочных образований в это время. Они появились в мезоархее, когда начали возникать зеленокаменные пояса.

Мезо-неоархейский этапы характеризуются образованием многочисленных подвижных поясов, где было сосредоточено вулканогенно-осадочное осадконакопление, сопровождавшееся масштабными излияниями эффузивов, преимущественно основного состава. Вулканогенно-осадочное осадконакопление было чрезвычайно разнообразным, что подтверждается составом мезо- и неоархейских пород, формировавшихся в различных обстановках, как мелководных, так и глубоководных. Важной составляющей разрезов неоархея являются железистые кварциты, которые в ряде мест образуют крупные железорудные месторождения. Так комплекс Иесуа в Гренландии представлен породами пяти формаций – метапелитовой, метаграувакковой, амфиболитовой, кремнистой, железистой. Морские бассейны были сходны с нынешними периокеаническими, однако размеры архейских водоёмов были намного меньше. Отложения рассматриваемых этапов заключают в себе также многочисленные реликты кор выветривания, следы несогласий, образований литорали (приливных, строматолитовых, карбонатных банок), континентальных красноцветов и наземного вулканизма. Появившиеся в мезоархее карбонатные отложения, представленные преимущественно доломитами хемогенного происхождения, связали значительную часть углерода, уменьшив, таким образом, его содержание в атмосфере, что привело к падению в ней парциального давления. Образование карбонатов стало возможным в результате нейтрализации сильных кислот в морских бассейнах щелочами и щелочноземельными элементами. Развитие органической жизни предопределило появление в конце архея углеродистых формаций, богатых органическим веществом.

Для гидросферы источником паров воды были первичная атмосфера и дегазация мантии при разогреве и дифференциации вещества Земли. Н.М. Страхов, А.П.Виноградов, Т. Юри, Л. Руби считали, что в палеоархее, в первичном океане водная часть жидкости была раствором кислот, которые нейтрализовались силикатами земной коры на суше и море с образованием солей K, Na, Ca, Мg, Fe, Mn, свободных Si₂O и Al₂O₃. Кора как бы «плавилась», а процесс очень походил на низкотемпературный гидротермальный. На рубеже 4 млрд лет появились обломочные и хемогенные осадочные образования, а нейтрализация сильных кислот привела к хлоридному анионному составу воды, Ph которой в мезоархее достиг 7. Об этом свидетельствует формирование карбонатных пород, превратившихся затем в мраморы.

Начиная с 3,5 и до 2,6 млрд лет назад, морская вода стала хлоридно-карбонатной, что привело к формированию карбонатов магния, кальция, железа, марганца и других элементов, среди которых преобладал первый. В бескислородной среде формировались сульфиды, не было окислов и сульфатов, начали отлагаться железистые кварциты и силициты. В гипергенных отложениях встречается галька окатанного пирита.

Атмосфера. Вулканическая деятельность в самом начале архея привела к появлению первичной атмосферы, напоминавшей венерианскую. Она состояла из углекислоты, паров воды, аммиака, сероводорода и других газов. Её парциальное давление разными авторами оценивается от 50 до 90 бар, при котором температура кипения воды должна быть 250-280 °С. Но по данным изотопии кислорода в морских кремнях палеоархея высокая температура атмосферы возникла 3,8 млрд лет тому назад. В мезоархее (около 3,4 млрд лет назад) температура составляла 70°, а к рубежу 3.2 млрд лет – до 90 °СТакая температура воздуха на Земле может быть только при парниковом эффекте, создаваемом плотной атмосферой в несколько бар (атмосфер). А столь плотную атмосферу из ее составляющих газов мог давать СО₂.

Азота было мало, газы типа метана и аммиака были неустойчивы и быстро разлагались под влиянием солнечного излучения, а свободный кислород отсутствовал. Количество азота постоянно увеличивалось за счет разрушения аммиака и атмосфера в архее была, в основном, азотно-углекислой с примесью инертных благородных газов и паров воды. Наличие небольшого количества водорода в атмосфере придавало ей слабо восстановительный характер. Разогревание атмосферы и гидросферы за счет парникового эффекта происходило несмотря на то, что светимость Солнца в то время была примерно в два раза слабее нынешней [29].

Весь углекислый газ поступал в архейскую атмосферу только благодаря дегазации земной мантии. Скорость дегазации была пропорциональна тектонической активности Земли. Если бы весь дегазированный СО₂ сохранялся, то его парциальное давление сейчас достигло бы 90-100 атмосфер, т.е. было таким же, как на Венере, а на Земле господствовали бы аналогичные климатические условия. Однако одновременно с поступлением СО₂ в атмосферу происходило его связывание в карбонатах и процессах серпентинизации основных пород дна водных бассейнов, изъятие этого газа из атмосферы, что позволило развиваться жизни на Земле. Около 3,4 млрд лет назад возник Мировой океан, и началось формирование мощных толщ карбонатов и чёрных сланцев, содержащих углеродистые соединения. Во многом благодаря органической жизни менялся состав атмосферы.

Климаты архея. Особенностью архейских климатов было отсутствие климатической зональности из-за парникового эффекта. В начале архея температура атмосферы по разным оценкам составила от 90 до 150 °С, но к середине архея она понизилась до 60-90 °С. Дальнейшее понижение температуры привело к появлению оледенений, поскольку гуронские отложения раннего протерозоя возрастом 2,6-2,5 млрд лет назад содержат мощные толщи тиллитов, свидетельствующие о появлении отрицательных температур.

Образование Мирового океана в мезоархее, зарождение жизни привело к процессу изменения состава атмосферных газов. Большая часть углекислоты была растворена в воде, а затем в виде карбонатов начала переводиться в стратисферу. Количество азота возрастало в результате диссоциации аммиака под действием солнечного излучения, а зародившиеся и развивающиеся водоросли начали продуцировать кислород, появившийся в мезоархее в свободном состоянии. В конце архея это привело к резкому снижению влияния парникового эффекта и понижению приповерхностной температуры воздуха. В начале протерозоя появилась климатическая зональность и ледниковые отложения.