Большую часть геологической истории Земли (7/8 всей продолжительности существования планеты) занимает докембрий. На самых первых этапах эволюции Земли после завершения образования планеты, разогревания ее недр, формирования ядра, приведших к активным проявлениям магматизма и, в частности, вулканизма, начались дегазация мантии и образование гидросферы и атмосферы. В архее появились микроскопические одноклеточные водоросли, которые могли осуществлять фотосинтез органических веществ из диоксида углерода и воды с выделением свободного кислорода. (См. первые организмы) Этот кислород шел на окисление аммиака до молекулярного азота. Около 1,8 млрд лет назад, скорость образования кислорода при фотосинтезе стала достаточно высокой и кислород перестал быть малой примесью в атмосфере. С начала этой стадии парциальное давление кислорода все время увеличивалось, пока не достигло современного значения.
Временные масштабы докембрия позволяют выявить в истории Земли не только крупные периодические, но и необратимые изменения климата. О тех и других можно судить по наиболее ярким климатическим событиям − оледенениям, которые образуют как бы каркас климатической истории нашей планеты. Главными литологическими индикаторами, которые могут быть использованы для реконструкций в докембрии, являются тиллиты, эвапориты (гипсы, соли) и карбонатные платформы. Менее однозначны карбонатные и особенно бескарбонатные красноцветы.
Распространение оледенений в геологической истории было весьма неравномерным. Частота и масштабы оледенений возрастали со временем. Такое распределение не могло быть результатом только недостаточной изученности более древних отложений. За последние 30−40 лет были существенно уточнены возраст и ареалы распространения древних ледниковых отложений, но практически не было открыто ни одного нового ледникового горизонта. Поэтому есть основания думать, что с достаточным для нас приближением современные данные отражают реальное распространение оледенений в геологической истории.
Достоверных данных об оледенениях в раннем и среднем архее нет. Первые следы оледенений, еще очень редкие и пространственно ограниченные, известны в верхнем архее на небольшом кратоне Каапваал в ЮАР. Это тиллиты надгруппы Витватерсранд и одновозрастной группы Мозоан. Оледенение Мозоан было покровным, поскольку частично представлено бассейновыми отложениями с дропстоунами, а оледенение Витватерсранд имело, видимо, предгорный или горный характер. Возраст надгруппы Витватерсранд и группы Мозоан сейчас оценивается около 2,9 млрд лет.
Значительно шире распространены ледниковые отложения в нижней части раннего протерозоя. Они известны на четырех континентах. Преобладание среди нижнепротерозойских ледниковых отложений мариногляциальных фаций свидетельствует о покровном характере этих оледенений. В Северной Америке нижнепротерозойские ледниковые отложения известны в четырех регионах на противоположных концах континента. В разрезе раннепротерозойской Гуронской надгруппы к северу от Великих озер установлено три ледниковых горизонта. Их возраст оценивается приблизительно в 2,33−2,22 млрд лет, на Балтийском щите нижнепротерозойские ледниковые отложения имеют возраст между 2,4 и 2,3 млрд лет, в Южной Африке давно известны ледниковые отложения возраст которых 2,4−2,2 млрд лет. В Западной Австралии – ледниковые отложения возраст которых тоже заключен между 2,4 и 2,2 млрд лет. Однотипные изотопно-углеродные аномалии, связанные с карбонатными отложениями, перекрывающими перечисленные выше раннепротерозойские ледниковые отложения, подтверждают, что нижнепротерозойские оледенения были приблизительно одновозрастными. Вероятно, в нижнем протерозое в мантии Земли существовала одна конвективная ячейка, что и способствовало развитию обширных оледенений Континентальное покровное раннего протерозоя в литературе часто называется Гуронским оледенением.
Породы архея и раннего протерозоя дошли до нас в сильно измененном состоянии. Высокие давления и температуры преобразовали первоначальный облик породы, уничтожив всякие следы древней жизни. Поэтому изучение древнейшего животного и растительного мира связано с огромными трудностями. Однако за последние 15–20 лет с помощью современных приборов удалось кое-что прояснить и в облике самых первых организмов на Земле. Изучая с помощью электронного микроскопа, химических и изотопных анализов сланцы свиты Онвервахт, возраст которых превышает 3,2 млрд лет, ученые Аризонского университета обнаружили в них тысячи мельчайших образований сферической, нитеобразной и скорлуповидной формы. Размеры частиц не превышали 0,01 мм. Найденные образования представляют собой окаменевшие остатки одноклеточных морских водорослей. В еще более древних породах Западной Австралии (разрез Пилбара, возраст 3,5 млрд лет) обнаружены строматолиты – особые формы структур, связанные с деятельностью сине-зеленых водорослей (Гаврилов В.П., 1986).
Из растений в архее и раннем протерозое активно развиваются сине-зеленые водоросли. Остатки этих водорослей в виде шаровидных, грибовидных и столбообразных известковых тел, характеризующихся тонкой концентрической слоистостью (строматолиты), часто находят в породах протерозоя. Считают, что первыми представителями органической жизни на Земле были именно сине-зеленые водоросли. Благодаря жизнедеятельности сине-зеленых водорослей на нашей планете начала формироваться кислородная среда.
Рис. 3.7. Одна из древнейших находок нитчатых красных бангиевых водорослей из ранненеопротерозойской формации Канады. Возраст − 1,2 млрд. лет. Масштаб 50 мкм (Сергеев В.Н., Нолл Э.X., Заварзин Г.А., 1996)
Два с лишним миллиарда лет, от раннего архея до позднего протерозоя жизнь темпы биологической эволюции были очень медленными. Ускорение биологической эволюции дали многоклеточные эукариоты, появившиеся, возможно, в позднем архее. В позднем протерозое была пройдена «точка Пастера» − такая концентрация кислорода в окружающей среде, выше которой кислородное дыхание становится энергетически выгодным. Появившиеся более миллиарда лет назад многоклеточные красные и зелёные водоросли способствовали переходу атмосферы из восстановительной в окислительную.
В позднем протерозое (речь идёт о двух последних его периодах – рифее и венде) возникли многоклеточные животные практически всех известных нам типов.