Процесс трансформации базальта в эклогит рассматривается как главный, обеспечивающий субдукцию океанической плиты [7]: в процессе погружения до определенного интервала глубины происходит резкое увеличение плотности на 600 кг/м3, метаморфические реакции базальт-эклогитового перехода происходят либо по пути формирования лавсонитовых эклогитов (холодная трансформация), либо амфиболовых эклогитов (горячая транформация). Для архейских геодинамических обстановок с более высоким геотермическим градиентом эта трансформация происходит путем формирования амфиболовых Доархейская и архейская история Земли: этапы, геодинамика и зарождение литогенеза 42 ВЕСТНИК ВГУ, СЕРИЯ: ГЕОЛОГИЯ, 2010, № 2, ИЮЛЬ–ДЕКАБРЬ и амфибол-цоизитовых эклогитов, причем эта более «горячая» транcформация сопряжена с зонами пологой субдукции, а «холодная» послеархейская глаукофан-лавсонитовая трансформация сопряжена с зонами крутой субдукции океанических плит. Такая специализация вполне объясняет отсутствие голубосланцевого метаморфизма в архее [7].
Следует также отметить, что архейская «пологая субдукция» производила новую континентальную кору, океаническая плита полностью дезинтегрировалась на глубинах менее 200 км; послеархейская «крутая» субдукция зародилась вследствие постепенного охлаждения Земли, в результате произошло утонение океанической коры и увеличение крутизны погружающегося слэба, который доходил до границы «ядро – мантия» (с длительной остановкой на глубине 670 км). Так окончательно сформировалась нисходящая ветвь цикла Бертрана. Модель пологой субдукции получила существенную аргументацию, когда выяснилось, что архейские ТТГ-ассоциации по своим основным петрохимическим и геохимическим показателям являются аналогами адакитов – кайнозойских высокоглиноземистых кислых плагиопорфировых лав.
О мантийных плюмах в архее (и доархее) Как известно, различают два типа мантийно-плюмовых образований: 1) собственно плюмы – обширные регионы (и объемы!) поднятия горячей мантии; 2) горячие точки, над которыми фиксируются асейсмические хребты и цепи океанических островов шириной до ≤ 75 км.
Продукты плавления мантийных плюмов по составу четко отличаются от базальтов СОХ и островодужных систем. Это отличие предопределено тем, что температуры в головной части плюма на 200–250 °С выше, чем температура пассивного апвеллинга верхней мантии. Наиболее важной характеристикой эволюции мантийно-плюмового магматизма является уменьшение во времени (после архея) магнизиальности вулканитов. Фанерозойские плюмовые вулканиты имеют магнезиальность от MgO ≥ 12 вес.% (пикриты) до MgO 22–24 вес.% (коматииты). Для архея типичными являются вулканиты с MgO 12–18 вес.% (коматиитовые базальты) и с MgO 18–30 вес.% (коматииты). Но поскольку в разрезах зеленокаменных поясов архея коматииты тесно ассоциируют с толеитовыми базальтами, то неизбежный разрыв в ликвидусных температурах плавления можно объяснить только с позиций плавления мантийного плюма: в центральной (осевой) части образуются коматиитовые расплавы, поступающие с больших глубин, а в головной, менее высокотемпературной части генерируются толеитовые расплавы. Показателем связи коматиитов с глубинными мантийными плюмами являются высокие значения отношения 3He/4He, деплетированные геохимические характеристики, положительные значения εNd, что также указывает на деплетированный N-MORB-тип мантийного источника [7]. Очень важно подчеркнуть, что деплетированный характер коматиитового источника подтверждает модель очень быстрого в ходе аккреции или сразу после нее разделения Земли на оболочки (геосферы), когда и возник обширный магматический резервуар MORB-типа.
Послеархейские, особенно фанерозойские, вулканиты горячих точек существенно отличаются от архейских: они представляют вулканиты OIB-типа, обогащенные спектром высокозарядных некогерентных и редкоземельных элементов.
Вместе с тем, выясняется, что утверждение об исключительной деплетации архейских мантийно-плюмовых образований, как и о широком распространении самих коматиитов, об их связи с якобы господствующей в архее плюмовой тектоникой, являются слишком преувеличенными [7]: сами вулканиты в разрезах земнокаменных поясов составляют не более 5 %, анализ распространенности высокомагнезиальных мантийно-плюмовых вулканитов в геологической истории Земли показывает, что архейская история по насыщенности коматиитов мало отличалась от средней для всей геологической истории. И даже уникальное мантийно-плюмовое событие у рубежа 2700 млн лет имеет свой аналог в виде суперплюма альбского времени! Показательно также, что архейский суперплюм приурочен не к раннему или среднему архею, а к неоархею.
Формирование гидросферы и литогенеза в доархейской истории Предполагаемый сценарий событий в ранней истории Земли позволяет обосновывать три источника (и механизма накопления) воды на Земле.
1. Вода как остаточный реликтовый продукт неизгнанного газово-пылевого конденсата: вклад этого источника в формировании массы гидросферы незначителен.
2. Вода, выделившаяся в ходе аккреции Земли, разделения ее на кору, мантию и ядро; вклад этого источника, напротив, максимально велик.
3. Вода, выделяющаяся в ходе последующей дифференциации мантии. К сожалению, в настоящее время геологи, геохимики и космохимики не могут оценить долю этой воды в образовании гидросферы, поскольку появление зон спрединга и субдукции на 3-м этапе докембрийской истории предполагает вовлечение ранее выделившейся воды в круговорот вещества, связанный с зарождающейся тектоникой литосферных плит. Часть воды на Земле имеет кометное происхождение, но доля ее в общей массе пока не оценена.
Итак, все вышесказанное позволяет с достаточным основанием считать 2-й этап временем зарождения примитивного литогенеза временем начала формирования осадочной оболочки Земли. Трудно представить характер осадков, но можно предположить, что он определялся интенсивным выветриванием под влиянием горячих кислотных дождей. Можно предположить также, что формировались свободные оксиды кремния, алюминия (глинозем), кальцит, магнезит, пирит, соли щелочных металлов с галогенами, серой, азотом и бором; не было только в продуктах выветривания оксидов и гидроксидов железа из-за восстановительного характера атмосферы. Именно эту стадию имели в виду Р. Гаррелс и Ф. Маккензи [11], когда отмечали, что реактивность системы рождающегося океана и атмосферы была «устрашающей». Температура поверхности была значительно выше 100 °С (по Р. Гаррелсу и Ф. Маккензи – до 600 °С), а начавшееся образование гидросферы с рубежа 4, 404 млрд лет приводило к таким соотношениям: на 1 моль воды образовывались 1 моль НCl и 0, 5 моль СО2. Процесс аккумуляции воды в виде пара в атмосфере не мог быть длительным, поскольку, по заключению современных космохимиков, «вода в атмосфере планет не жилец» (достаточно вспомнить печальный пример Венеры, которая потеряла воду). Раннее зарождение гидросферы и литогенеза – важнейшие события ранней истории Земли, определившие стиль ее дальнейшей эволюции, заложившие основу для возникновения и эволюции жизни.
По мере остывания поверхности Земли конденсация воды усиливалась, начали появляться признаки климатической зональности. Поэтому есть основание считать, что образование первозданных океанов начиналось в высоких широтах, близ полюсов, где вода аккумулировалась в мелких депрессиях и становилась соленой, выщелачивая растворимые соли галоидов, сульфатов, карбонатов и нитратов, боратов и др. Автор является сторонником значительного (до 80–90 %), если не максимального формирования гидросферы Земли по объему к концу 1-го и в течение 2-го этапа. Ряд зарубежных исследователей (Д. М. Шоу и др.) также полагают [10], что уже к рубежу 4, 0 млрд лет назад объем морской воды увеличился до современной величины в 1, 42 Ч 1024 см3, что привело к образованию обширного океана с разбросанными островками гранитов с воздымающимися вулканическими образованиями с большей их концентрацией в экваториальном поясе. В то же время глубокие горизонты архейской мантии, питавшие мантийные коматиитовые плюмы, были существенно более горячими, превышая современные значения на 250–300 °С (см. выше).