Kalandozás bolygónk múltjában - 1. rész: földtörténeti ős- és előidő, a prekambrium

A földtörténeti ősidő és előidő közel 4 milliárd évet ölel fel, s ezzel a leghosszabb fejezet a Föld történetében. Az összevontan prekambriumnak nevezett időszak 4,6 milliárd évvel ezelőtt, a Föld kialakulásával kezdődött. Földtörténeti sorozatunk első részében bemutatjuk a prekambrium legfontosabb eseményeit: az ősi földkéreg és a kontinensek, illetve az őslégkör és az ősóceán létrejöttét. Megismerhetik a legfontosabb kőzeteket és az ősi élővilágot is. 

Jégkorszaki gleccser által lecsiszolt archaikumi zöldkő, Gilbert, Minnesota (Dr. Terry Boerboom, Minnesota Geological Survay)

A Föld éve alkalmából új sorozatot indít a Magyar Természettudományi Múzeum Őslénytára és az [origo]. Bemutatjuk bolygónk múltjának legfontosabb geológia és éghajlati eseményeit, a kontinensek vándorlásától a jégkorszakokig. A "fő fogást" azonban az egykori élőlények jelentik: felfedjük a legjelentősebb ősmaradványokat és a leghíresebb lelőhelyeket.

A prekambrium: a földtörténet kevéssé ismert 80%-a

A csillagászati és a geológiai adatok alapján bolygónk története körülbelül 4,6 milliárd évet ölel fel. A legidősebb ismert földi kőzet azonban csak 3,9 milliárd éves, így az első 700 millió évről nem rendelkezünk ilyen jellegű bizonyítékokkal. Az ásványok szempontjából már jobb a helyzet: néhány nyugat-ausztráliai cirkonkristályon 4,4 milliárd éves kort mértek, ami arra utal, hogy a stabil földkéreg viszonylag korán megjelenhetett a bolygó kialakulása után. Sorozatunk első részében bemutatjuk a földtörténet legkorábbi nagy szakasza, a prekambrium legfontosabb eseményeit, kőzeteit és éghajlatát. Ez a hosszú időszak a későbbiekhez viszonyítva kevésbé látványos, ám alapvető fontosságú mind a bolygó, mind az élővilág kezdeti fejlődése szempontjából.

A prekambrium bolygónk történetének körülbelül 80%-át fedi le. A legidősebb ismert kőzetek kialakulásától a szilárd vázú tengeri gerinctelenek megjelenéséig tart (3,9 milliárd évvel ezelőttől 542 millió évvel ezelőttig). Elnevezése arra utal, hogy a korai elképzelések szerint az első élőlények a kambrium időszakban jelentek meg, és az összes korábbi geológiai képződményt a prekambriumba (a "kambrium előtti" időszakba) sorolták. Később kiderült, hogy már 3,5 milliárd évvel ezelőtt is éltek egyszerű szerveződési szintű élőlények, de az eredeti felosztás és elnevezés máig megmaradt.

A prekambriumot két további szakaszra osztják (archaikum és proterozoikum), a kettő közötti határt 2,5 milliárd évvel ezelőtt húzzák meg. Könnyen azonosítható, gyakori ősmaradványok hiányában ennél finomabb beosztást nehezen lehet megvalósítani. A legjelentősebb geológiai különbség a két korszak között, hogy az archaikumban a földkéreg még aktívan növekedett, és a kis proto-kontinensek csak körülbelül 3 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg. A proterozoikumban viszont már jelen voltak a későbbi földrészek magjait alkotó kontinentális tömbök, más néven ősmasszívumok (a mai Skandinávia, Szibéria, Kína, Kanada, India, Ausztrália és Dél-Afrika területén).

A Föld kialakulása

A Naprendszer kialakulása során a Föld kőzet- és jégdarabok, valamint gázok egyesüléséből jött létre 4,6 milliárd évvel ezelőtt. Ez hatalmas energiát szabadított fel, ami a becslések szerint mintegy 5000 Celsius-fokra melegítette fel a bolygó felszínét. Ez a forró időszak körülbelül 100 millió évig tartott, ezalatt kialakult a Föld belső szerkezete. A nehezebb vas- és nikkelásványok a mélybe süllyedve létrehozták a nagy sűrűségű földmagot. A kisebb sűrűségű és emiatt könnyebb ásványok a felszínre törve kialakították a földkérget. A földmag és a földkéreg között jött létre a forró kőzetanyagból álló földköpeny. A bolygó belsejébe zárt hő a mai napig számos vulkánt lát el energiával.

Jellegzetes kőzetek

A prekambriumi kőzetek tanulmányozása nem egyszerű feladat, mivel jelentős részüket elpusztította az erózió, vagy mélyen betemetődve fekszenek a fiatalabb képződmények alatt, a felszínen lévők jelentős része pedig erősen átalakult (metamorfizálódott). Az archaikumi kőzetek egyik legfontosabb előfordulása a felső-földkéregben képződött, majd később a felszínre került zöldkő-gránit-övekben található. A legtöbb kontinensen előforduló kőzetcsoport képződési ideje 2,7-2,6 milliárd évvel ezelőtt történt. Ezek a területek szerte a világon nagyon sok fontos nyersanyagot biztosítanak a bányászatnak. Az archaikumi kéreg mélyebb szintjeiben képződtek a magas fokú metamorfózist szenvedett granulit-gneisz-övek (8-900 Celsius-fokon, 20-30 kilométeres mélységben).

Prekambriumi granulit vékonycsiszolati képe (University of California)

A szárazföldek születése

Az első vulkáni hasadékvölgyek (riftek), az első bázisos (szilícium-dioxidban szegény) magmabenyomulások (telérek) és az első nagy üledékes medencék a késő-archaikumban azt jelzik, hogy a kontinentális kéreg ekkorra már megfelelő stabilitással és merevséggel rendelkezett. Az archaikumi kéreg kifejlődését követően kialakult speciális képződmények közé tartozik a legöregebb kontinentális árok, a 2,95 milliárd éves Pongola-rift Dél-Afrika határán. Szintén Dél-Afrikában található a 2,8 milliárd éves Witwatersrand-medence, amelynek 11 kilométer vastag rétegsorában lávák és üledékes kőzetek váltják egymást. A konglomerátum-rétegekben előforduló gazdag törmelékes arany- és uránlerakódások a környező zöldkő-gránit-övekből erodálódtak. A 480 kilométer hosszú és 8 kilométer széles Nagy-telér a Zimbabwei-kratonon húzódik keresztül.

A Nagy Telér Zimbabwe űrfelvételén (NASA)

A magmával kitöltődött hasadékban rétegzett ultrabázisos (szilícium-dioxidban igen szegény) kőzetek találhatók.

Az első ismert szuperkontinens

A proterozoikumban képződött üledékes, magmás és metamorf kőzetek az egész világon előfordulnak. Az archaikumi kéregnövekedés után a kontinentális töredékek egyetlen hatalmas szuperkontinensbe tömörültek mintegy 1 milliárd évvel ezelőtt (Rodinia), amely 600 millió évvel ezelőtt kezdett feldarabolódott.

Prekambriumi ősföldrajzi térkép, 600 millió évvel ezelőtt (Prof. Ron Blakey, North Arizona University)

Eközben sok kontinentális szegély (self) alakult ki, ahol változatos üledékes kőzetek rakódtak le. Gyakoriak a párhuzamos törésekhez kapcsolódó bázisos telérek; egy-egy telérrajban akár ezer telér is lehet. A kanadai Mackenzie-raj például eléri az 500 kilométer szélességet és a 3000 kilométer hosszúságot. A kontinentális selfeken 10 kilométer vastag üledékes sorozatok (kvarcit, dolomit, pala, sávos vasérc) találhatók. A tektonikai aktivitás fontos bizonyítékai a több helyen is előforduló hegységképződési (orogén) övek, például a Kanadai-pajzs északnyugati részén, a Balti-pajzson, Kanada északkeleti részén, Kelet-Afrikában.

MacKenzie telér-raj, Kanada (Baragar és társai, 1996 nyomán, J. Petrol.)