О РАННИХ СТАДИЯХ ЭВОЛЮЦИИ ГЕОСФЕРЫ, БИОСФЕРЫ И ПРОБЛЕМАХ РАННИХ ОЛЕДЕНЕНИЙ. Часть I

О РАННИХ СТАДИЯХ ЭВОЛЮЦИИ ГЕОСФЕРЫ, БИОСФЕРЫ И ПРОБЛЕМАХ РАННИХ ОЛЕДЕНЕНИЙ

©2009 г. Н.Л.Добрецов

Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии СО РАН

 

Ранние стадии эволюции геосферы и биосферы определяются тремя взаимосвязанными причинами: 1) непрерывное остывание поверхности и недр (мантии) Земли (снижение средней температуры мантии в 1.5-2 раза, поверхностной в 3-4 раза, среднего теплового потока на порядок, вязкости на 3 порядка); 2) непрерывное ступенчатое окисление поверхности, наиболее существенное в интервале 3.8-1.8 млрд. лет назад; 3) периодические и сопряженные колебания условий в геосфере и биосфере разного масштаба и природы. Важнейшими рубежами этой эволюции являются рубежи около 4 млрд. лет назад (рождение мощной, но неоднородной земной коры, начало жизни), около 3 млрд. лет назад (появление сильного магнитного поля, усиление фотосинтетической активности), около 1.8-1.9 млрд. лет назад (появление окисленной атмосферы, первого суперконтинента, возможно первых суперплюмов от ядра), около 0.75 млрд. лет назад (ускорение субдукции, «обводнение» верхней мантии, поднятие континентов с обширной сушей, шельфами, большими реками, первые крупные оледенения). Значение и корреляция событий самой ранней истории (до и около 4 млрд. лет назад), событий около 750 млн. лет назад -предмет острой дискуссии. В позднем архее и раннем протерозое (до 1.8 млрд. лет назад) в биосфере преобладали цианобактерий, динамика и максимумы развития которых фиксируются по широкому развитию строматолитовых построек в карбонатных породах (вначале преимущественно доломитовых). На рубеже 700-750 млн. лет назад появились сильные и частые оледенения как отражение остывания Земли. Возможно, максимальным было оледенение около 640 млн. лет назад, для которого дискутируется модель замерзшей Земли (snowball). С оледенениями также связан вопрос о появлении и эволюции скелетов в животном мире. Эти события коррелируются и объясняются крупными эндогенными изменениями. Одно из важнейших событий в эндогенной истории — старт около 750 млн. лет назад периодического проявления мантийных струй (суперплюмов), объясняющих дальнейшую периодизацию эволюции биосферы. В заключение приведена экстраполяция будущей эволюции и последовательного исчезновения сегментов биосферы по мере превращения Солнца в красную звезду и разогрева поверхности Земли.

В первой части статьи я остановлюсь на эволюции Земли и геосферы и важнейших событиях этой эволюции.

Начнем с диаграммы (рис. 1), отражающей три основных тенденции в эволюции геосферы и, соответственно, взаимосвязанной эволюции биосферы (Dobretsov et al., 2008). Первая — это непрерывное остывание недр (мантии) и поверхности Земли (Tajika, Matsui, 1992; Добрецов, 2003). Остывание мантии показано на этой диаграмме в виде снижения средней температуры (в 1.5-2 раза с 3 000 °С по 2 100 °С), среднего теплового потока (почти на порядок) и повышения вязкости (на 3 порядка). Вторая тенденция — это непрерывное окисление поверхности Земли, приводящее, в частности, к осаждению железистых кварцитов (т. е. магнетита), в интервале 3.2-1.8 млрд. лет, а затем, после 1.8 млрд. лет к появлению красноцветов и гематита (по Заварзину, 2003а). Третья тенденция — периодическое колебание всех параметров, включая температуру недр и поверхности, а также взаимосвязанных параметров (Добрецов и др., 2001а). На рис. 1 выделены зелеными и красными линиями главные интервалы в этой периодичности. Природа этой периодичности и границы тех периодов, которые можно наметить — это один из предметов дискуссии. Красное поле в интервале 4.6-3.8 млрд. лет иллюстрирует вывод, что начиная с 3.8 млрд. лет эволюция недр Земли была единой, несмотря на возможность разных начальных условий (Tajika, Matsui, 1992). Что касается взаимосвязанной эволюции биосферы и геосферы, то я об этом еще буду говорить не один раз. Но отражение взаимосвязанного ступенчатого развития — это ступенчатое окисление, показанное внизу на рис. 1. Возможные минимумы и максимумы окислительного потенциала допускает, в частности, А.Ю. Розанов (2003). Вероятно, намеченные границы надо будет продвигать в сторону некоторого удревнения (Rozanov, 2006).

Для сравнения приведем совершенно независимую оценку эволюции Земли (рис. 2), полученную под руководством японского исследователя Ш. Маруямы (Maruyama, Liou, 2005; Maruyama et al., 2007). Им выделены семь важнейших событий в эволюции биосферы и геосферы. Первое — рождение Земли (4.55 млрд. лет), второе (около 4 млрд. лет) — начало жизни, рождение континентальной коры, инициирование плейт-тектоники. Насчет континентальной коры и плейт-тектоники я сомневаюсь, а то, что рождение жизни произошло около этого рубежа — сейчас уже стало привычным допущением (Schidlowski, 1988; Zavarzin, 2008) и совпадает с нашей границей (рис. 1). Третье событие (около 2.7 или 3.0 млрд. лет) — появление сильного «магнитного динамо» (слабое магнитное поле было и до этого), связанное с появлением твердого внутреннего ядра, а также усиление фотосинтетической активности. Фотосинтез появился раньше, но в полную меру заработал около 2.7 млрд. лет назад. Причем японские авторы связывают это в том числе с резким усилением магнитного поля. Четвертое событие (около 1.9 млрд. лет) — появление первого суперконтинента, который был связан с карельской фазой складчатости и, возможно, в связи с появлением постперовскитовых фаз на границе жидкого ядра и нижней мантии и появлением обогащенного слоя, который потом стал рождать плюмы и суперплюмы. Это объяснение тоже пока неоднозначное, но то, что граница номер 4 — это время появления суперконтинента и целого ряда других магматических и тектонических событий, — с этим можно согласиться. Можно двигать ее ближе к 1.8 млрд. лет, но это уже в пределах точности измерений на этот период.

Пятый рубеж около 0.75 млрд. лет — очень важный рубеж, о котором я еще буду говорить. Существенно ускорилась субдукция и вода в виде водных минералов снова стала поступать в мантию, до этого мантия успела «высохнуть». В связи с усилением субдукции и разуплотнения обводненной мантии произошло поднятие континентов и появились обширная суша и шельф, большие реки и т. д. (см. ниже рис. 7). Одна из крупнейших перестроек в термальном режиме и, соответственно, условий на поверхности около 750 млн. лет назад прошла в литературе незамеченной. И по мнению Ш. Маруямы и др. (Maruyama et al., 2007), здесь еще огромное поле работы. Шестое событие на палеозойско-мезозойской границе (250 млн. лет назад) — массовое вымирание, связанное с действием суперплюма, породившего сибирские траппы, а также и эмейшаньские траппы в Китае и Вьетнаме и, наверное, еще много других крупных базальтовых излияний в древних океанах, реликты которых не сохранились. Седьмое событие (последние миллионы лет) — это появление человека и его взаимодействие с биосферой, следствием которого могли стать массовые вымирания в голоцене. Пунктиром на рис. 2 показаны еще промежуточные рубежи, о которых говорится в тексте. И тут тоже получились интервалы по 600-700 млн. лет, как на рис. 1.

 

 

 

121411 2031 8 О РАННИХ СТАДИЯХ ЭВОЛЮЦИИ ГЕОСФЕРЫ, БИОСФЕРЫ И ПРОБЛЕМАХ РАННИХ ОЛЕДЕНЕНИЙ. Часть I

Рис. 1. Эволюция мантии (А), геосферы (В) и биосферы (С) (Dobrctsov ct al., 2008).

А — Рассчитанные вариации средних значений температуры Т °С. теплового потока q и вязкости v (жирные линии по: Tajika, Matsui, 1992, вариации по: Добрецов и др., 2001а), сопоставимые с вариациями возраста гранитов и мантийных пород).

В — Важнейшие индикаторы эволюции геосферы (сверху вниз):

— гистограмма возраста гранитов и мантийных пород (Балашов, 1985; см. также рис. 3);

— вариации К.,0 Na,0 в гранитах и терригенных породах в сравнении с возрастом суперконтинентов Pangea I-IV (Добрецов и др., 2001; Condie, 2005);

— вариации изотопов Sr в карбонатных породах (Добрецов и др., 2001; Dobretsov et al., 2008);

— интервалы формирования железистых кварцитов, красноцветов, восстановленных и окисленных осадков (Заварзин, 2003а; Fallick et al., 2008);

С — стадии эволюции биосферы (Добрецов, 2005; Dobretsov et al., 2008) с учетом распределения цианобактерий (Заварзин, 2001; Sergeev et al., 2002). MBGB — современная биоразнообразная глобальная биосфера. Точками показан период расцвета Algae, точки со штрихами — период расцвета наземных растений. (Кривая эволюции атмосферного кислорода по: Розанов. 2003).

 

121411 2031 9 О РАННИХ СТАДИЯХ ЭВОЛЮЦИИ ГЕОСФЕРЫ, БИОСФЕРЫ И ПРОБЛЕМАХ РАННИХ ОЛЕДЕНЕНИЙ. Часть I

Рис. 2. Важнейшие события в истории Земли (Maruyama et al., 2007, с уточнениями): 1. Рождение Земли; 2. Рождение жизни, континентальной коры, возможное начало тектоники плит; 3. Рождение внутреннего ядра, усиление магнитного поля и выделения фотосинтетического кислорода в атмосфере; 4. Рождение первого достоверного суперконтинента, появление эукариот; 5. Начало возвращения морской воды в верхнюю мантию и результирующее появление обширных континентов выше уровня моря; 6. Pz/Mz массовое вымирание; 7. Появление человека и вымирания в голоцене.

Для сравнения с рис. 1 и 2 приведены диаграмма Ю. А. Балашова и В.А. Глазнсва (2008) с максимумами и минимумами изотопных возрастов (рис. 3). На рис. I она показана в упрощенном виде, в верхней части сектора В (эволюция геосферы).


Если Вы часто работаете с таблицами, то, скорее всего, уже знаете о пакете программ Office Web Apps, в число которых входит excel online, основными преимуществами которого является возможность запуска через окно браузера. Более полную информацию по данному продукту Вы сможете получить по адресу www.kontur365.ru.


Найти на unnatural: РАННИХ СТАДИЯХ ЭВОЛЮЦИИ ГЕОСФЕРЫ БИОСФЕРЫ ПРОБЛЕМАХ РАННИХ ОЛЕДЕНЕНИЙ Часть
Автор: admin | 15 Декабрь 2011 | 699 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

Все размещенные на сайте материалы без указания первоисточника являются авторскими. Любая перепечатка информации с данного сайта должна сопровождаться ссылкой, ведущей на www.unnatural.ru.
Rambler's Top100