2.2. Коры выветривания

Происхождению и составу современных, древних и древнейших кор выветривания посвящена обширная геологическая литература, позволяющая судить и об их эволюции, хотя ряд исследователей видят принципиальное сходство (Сидоренко, 1975) или отсутствие каких-либо отличий (Теняков, 1975) докембрийских и фанерозойских кор выветривания по строению, составу и геохимическим условиям формирования. В самом общем виде процесс образования документально установленных кор выветривания распадается, по мнению многих исследователей, на три основных этапа: позднеархейский-раннепротерозойский, ранне-протерозойский-раннепалеозойский, среднепалеозойский-кайнозойский. О существовании раннеархейских кор выветривания данных нет, азойский-раннеархейский этап описывается гипотетически. При составлении раздела широко использовались обобщающие работы по эволюции кор выветривания М.И. Грайзера с соавт. (1989), Е.Т. Боброва, ИГ. Щипакиной (1989), А.И. Пака (1983).

2.2.1. Азойский - катархейский - раннеархейский этап

На протяжении азоя (5 - 4,6 млрд лет) в связи с предполагаемым отсутствием гидросферы формирование кор выветривания происходить не могло.

В катархее (4,6 - 3,6 млрд лет) продолжает развиваться базальтовая оболочка Земли. По-видимому, на рубеже азой-катархей в результате конденсации парогазовой атмосферы возникла первичная гидросфера, причем суша, скорее всего, отсутствовала. Воды первичного океана были сильно кислыми; под их воздействием протекало подводное выветривание.

В раннем архее впервые возникли протоконтиненты, т.е. появились предпосылки для развития континентальных кор выветривания. Предполагаемая интенсивная денудация суши не способствовала сохранению продуктов выветривания пород. Так как свободного атмосферного кислорода еще не было, гипергенные процессы протекали в восстановительных условиях.

2.2.2. Позднеархейский - раннепротерозойский этап

Нижняя возрастная граница этапа, изученного еще слабо, неясна и проводится условно, верхняя граница его по времени совпадает с появлением в атмосфере свободного кислорода, примерно на уровне 2 - 2,3 млрд лет, т. е. в средней части раннего протерозоя (Грайзер с соавт., 1989). А.В. Сидоренко (1975) считал, что заметные количества свободного кислорода в атмосфере присутствовали уже 3 млрд лет назад, а гипергенные образования в раннедокембрийских разрезах (возраст более 2,6 млрд лет) - метаморфизованные коры выветривания, осадочные породы - не имеют существенных отличий в сравнении с последующими их аналогами.

Наиболее древние образования, трактуемые как метаморфизованные элювиальные профили, известны на Балтийском, Канадском щитах, в Ю.Африке, относятся к позднему архею и имеют возраст 2,7 - 3,1 млрд лет. Коры выветривания рассматриваемого этапа представлены сланцами тальк-хлоритовыми, кварц-карбонат-хлорит-биотитовыми (на основном субстрате) и кварц-серицитовыми, андезин-кварц-серицитовыми, кварц-мусковитовыми (на кислом субстрате), которые по химизму близки монтмориллонит-хлоритовым, монтмориллонитовым, гидрослюдистым, смешаннослойным глинам. Они представляют собой горизонты очень небольшой (около 1м) мощности позднего архея и гораздо более мощные (до 25 - 30 м и даже до 80 -100 м), с двухзональным строением - раннего протерозоя, для развития которых необходимо преобладание щелочной среды. Об этом свидетельствуют отношения FeO/Fe₂O₃ в породах коры выветривания, изменяющиеся от 7,8 до 1,0, совместное нахождение Fe²⁺ и Мn, электронно-микроскопические особенности цирконов из кор выветривания и т.д. Таким образом, гипергенез материнских пород ограничивался щелочным сиаллитным восстановительным типом выветривания. Необходимые геохимические условия создавались следующими факторами.

Продолжает разрастаться суша, в раннем протерозое возникли протоплатформы. Важнейшая особенность данного этапа - отсутствие свободного кислорода или незначительное его количество в атмосфере и гидросфере. Предполагается (А.П.Виноградов, Н.М. Страхов, Ю.П. Казанский и др.), что атмосфера состояла в основном из СО₂, которая резко преобладала, NН₃, СH₄ и N₂, поверхностные воды были насыщены углекислотой, т.е. были кислыми, температура и давление на земной поверхности резко отличались от современных, составляя 50 - 70°С и 12 -15 атм. Кислые поверхностные воды при взаимодействии с материнскими породами быстро нейтрализовались вследствие высвобождения щелочных земель и щелочей. Этому способствовали слабая расчлененность рельефа, вызывающая слабый водообмен в профилях коры выветривания, отсутствие растительности. В результате время взаимодействия раствора и породы было достаточно продолжительным, что способствовало накоплению катионов и увеличению рН растворов, которые из кислых превращались в слабощелочные и щелочные.

Преобразования материнских пород - гидрослюдизация, монтмориллонитизация, хлоритизация - протекали очень медленно. Восстановительная среда, очевидно, отрицательно сказывалась на эффективности гидролитического их разложения. Поэтому основания, в частности калий, успевали фиксироваться коллоидами и разбухающими глинистыми минералами. Здесь уместно привести экспериментальные данные (Кашик, Карпов, 1978) о том, что смешаннослойные минералы, гидрослюды и монтмориллонит образуются при парциальном давлении СО₂ значительно менее 0,1 атм. Это значит, что атмосферные осадки и поверхностные воды не обладали сильными кислотными свойствами и при взаимодействии с породами быстро превращались в щелочные растворы. Каолинит не образовывался либо возникал в очень ограниченных количествах, так как этому препятствовало постоянное высокое содержание калия в грунтовых водах. Не было условий и для образования свободных оксидов и гидроксидов алюминия.