Шрифт:
Закладка:
Наконец, воздух оказался насыщен достаточным количеством молекулярного кислорода после того, как океаны поглотили весь первоначальный кислород, что приводило, как отмечалось ранее, к их окислению на протяжении длительного времени во время процесса, называемого «кислородной революцией». Ученые полагают, что «кислородная революция» началась в конце архея, 2,65 млрд лет назад, но полное окисление, приведшее к формированию третьего состава атмосферы, вероятнее всего, происходило поэтапно: выделяют не менее семи стадий этого процесса, охватывающих период с конца архея и часть фанерозоя. В конечном итоге в результате «кислородной революции» доля молекулярного кислорода в атмосфере достигла современных значений – 21 %[412].
Исследователи считают, что первоначальный рост насыщения кислородом в архее также был связан с началом формирования суперконтинентов и массивов суши[413]. По мере объединения континентов появились горы, и выветривание и эрозия начали действовать на вершины. В результате переноса выветренного материала осадки и питательные вещества поступали в океаны, что обеспечивало благоприятные условия для живых организмов в морях. Эти процессы подчеркивают гармоничное взаимодействие всех оболочек Земли. Тектоническая активность и выветривание влияли на биосферу за счет обеспечения питательными веществами колоний микроорганизмов, из которых состояли строматолиты. Живые организмы впоследствии оказали влияние на атмосферу в результате высвобождения продукта фотосинтеза – кислорода, который, в свою очередь, способствовал большему росту определенных форм живых организмов.
Свободный кислород в воздухе подвергался воздействию ультрафиолетовых лучей, в результате чего молекулы кислорода за счет поглощения энергии расщеплялись на атомы, которые, соударяясь с другими молекулами кислорода, образовывали молекулы озона, и в стратосфере формировался защитный озоновый слой (чистый O3). Озон был и остается крайне важным для продолжения развития жизни. Как только живые организмы на Земле оказались защищены озоном от ультрафиолетового излучения, они стали способны существовать в других средах.
Протерозойский эон, 2,5 млрд – 541 млн лет назад
Последний эон перед фанерозойским – протерозойский, он начался 2,5 млрд лет назад и включает три эры: палеопротерозойскую (древнюю), 2,5–1,6 млрд лет назад; мезопротерозойскую (среднюю), 1,6–1,0 млрд лет назад; и неопротерозойскую (новую), 1,0 млрд – 541 млн лет назад. Границы между этими эрами тоже определены хронометрически. В отличие от гадейского эона, внутри которого не выделяют эры, и архея, в котором эры выделены, но нет геологически определенных периодов, эры протерозоя имеют дальнейшее подразделение на три геологических периода, как и эры фанерозоя. Более того, хотя геологи дают название этим периодам по основным геологическим процессам, происходившим в конкретное время, они не являются уникальными «диагностическими» названиями единиц геологического времени[414]. Например, криогеновый период неопротерозойской эры, примерно 720–635 млн лет назад, назван так из-за повторяющихся периодов господства снега и льда во времена Земли-снежка.
В протерозое Земля стала обретать облик, больше напоминающий современный. Как упоминалось при обсуждении архейского эона, уже существовали континенты и тектонические процессы, а также атмосфера, которая была более благоприятной для живых организмов по мере их развития и расселения. Геологи провели анализ докембрийских пород Гренландии и выяснили, исходя из изотопных сигнатур этих пород, что начальная тектоническая активность уже относится к периоду 3,5–3,2 млрд лет назад – архейскому эону[415].
Согласно палеомагнитным данным, начальные движения кратонов относятся к периоду протерозойского эона 1,88–1,11 млрд лет назад[416]. Тем не менее наши возможности по определению событий в далеком прошлом ограничены из-за нехватки свидетельств в виде горных пород того времени и недостатка знаний о магнитном поле до протерозоя. С учетом достижений в изучении палеомагнетизма и обнаружения других, еще более древних пород в конечном итоге могут появиться данные о ранней современной тектонике плит еще в начале протерозоя и даже в архее.
В палеопротерозойскую эру движения литосферных плит, по мере их агрегации из находившихся в зачаточном состоянии континентальных глыб и океанических плит 2,5 млрд лет назад, спровоцировали катастрофические события. Эти процессы ознаменовали начало второй фазы тектонических процессов и появление современной тектонической активности. Единая непрерывная кора – инертная покрышка – больше не существовала. Планета остыла, и геотермический градиент (повышение температуры земных недр с глубиной) увеличился.
С появлением разницы в температурах изменились процессы в мантии, поэтому в коре стали создаваться новые структуры. Фрагменты массивов суши сталкивались, образовывая горные цепи, впадины и зоны швов (участки, где литосферные плиты объединялись под действием сил сдвига и сжатия). Движение крупных литосферных плит, создававшихся и объединявшихся из континентальных глыб на ранних этапах истории планеты, спровоцировало масштабные события, имевшие серьезные последствия. Массивы суши, цепи островов и протоконтиненты сталкивались, и некоторые формировали горные цепи. Одним из примеров ранней тектонической активности служит гренвиллский орогенез – процесс горообразования, который происходил в мезопротерозое, 1,5–1,0 млрд лет назад, когда протоконтиненты объединились в большой массив суши Родинию. Горы Голубого хребта Аппалачей, так же как и Адирондак[417] и нагорья Нью-Джерси, образовались в гренвиллскую эпоху складчатости[418]. Участки, связанные с гренвиллским орогенезом, также известны в Техасе, Мексике и Канаде. В это время океан к юго-востоку от Лаврентии (материка, который станет Северной Америкой) закрывался. Напряжение, вызванное слиянием массивов суши, простиралось на север до Вермонта и Канады и на юг до Техаса, где с этим процессом связано поднятие Льянос, и до участков Центральной Америки[419]. В результате рифтообразования формировались задуговые бассейны, такие как бассейн Японского моря. Образовывались взбросы наряду с метаморфическими поясами и экзотическими террейнами.
Эти блоки со временем объединялись в еще более массивные континенты, сливаясь в зонах швов, где материал скалывался, изгибался и растягивался в результате огромного напряжения. Примеры таких глубоких сколов, помимо других мест, сегодня можно увидеть в поясе Шайенн, расположенном вдоль северо-восточной оси гор Медисин-Боу и Снежного хребта в Вайоминге.
В поясе Шайенн протерозойские островные дуги 1,78–1,75 млрд лет назад столкнулись с более старым, образовавшимся в архее участком – провинцией Вайоминг. Геологи сходятся во мнении, что пояс Шайенн представляет собой самую впечатляющую зону шва в докембрийских горных породах на западе США. Это объединение суши не произошло мгновенно в какой-то момент геологического времени. Наоборот, в течение миллионов лет происходило безжалостное перемалывание и скалывание океанических осадков и материалов островных дуг о молодой континент, сопровождавшееся нагревом, изменениями температуры и давления, под воздействием которых эти материалы деформировались, но горные породы, оказавшиеся между ними, не расплавились.
Геологи обнаружили внутри и рядом с поясом Шайенн на участке Снежного хребта в Вайоминге необычные породы, которые называются мигматитами, и древние строматолиты. Рядом с этими магматитами находятся деформированные горные породы с плотными стрельчатыми складками, такие как сланцы (филлиты) Френч (рис. 8.4, вверху).
Когда-то в протерозойском эоне, еще до процесса сдвига, на окраине Вайоминга,
