Архейский эон. Общая продолжительность докембрийской (архей-протерозойской) истории составляет около 3 млрд. лет. В общем виде вся она разбивается на четыре этапа: 1. Древнеархейский, или катархейский (4,0 —3,5 млрд. лет). 2. Архейский (3,5 —2,6 млрд. лет). 3. Раннепротерозойский (2,6— 1,65 млрд. лет). 4. Позднепротерозойский (1,65 — 0,65 млрд. лет). Все эти четыре этапа отличались друг от друга различными физико-географическими обстановками, климатическими условиями, особенностями и масштабностью развития геологических процессов.
Древнейшими породами на Земле являются нижнеархейские, которые слагают щиты самых древних платформ — Северо-Американской, Австралийской, Индостанской, Африканской, Восточноевропейской и Сибирской. Эти породы представлены комплексом сильно метаморфизованных магматических пород среднего (андезитового) состава, которые образуют вулканоплутоническую ассоциацию и называются комплексом «серых гнейсов». Они представляют собой реликты древней протоконтинентальной земной коры и возникли 3,5 — 3,8 млрд. лет назад и составляют группу катархейских или древнеархейских пород. Надо отметить, что вследствие фрагментарного распространения катархейских и нижнеархейских пород многие вопросы, связанные с древнейшей историей Земли, являются дискуссионными. До сих пор неясен вопрос, была ли древнейшая кора, состоящая из «серых гнейсов», сплошной или в ней были промежутки, где выступала кора иного состава.
На древнейшем фундаменте платформ располагаются мощные и разнообразные комплексы горных пород. С одной стороны, это различные по составу граниты и гнейсы, метаконгломераты, метакварциты, железистые кварциты и мрамора, а с другой — породы так называемых зеленокаменных поясов. Последние представлены относительно слабометаморфизованными ультраосновными, основными и средними вулканитами и реже кремнистыми и песчано-глинистыми отложениями. Наличие последних, так же как и метаконгломератов и мраморов, свидетельствует о том, что уже в раннем архее существовали водные бассейны, в которых происходило накопление не только терригенных (песчано-глинистых), но и карбонатных пород.
Наиболее характерной чертой архейских комплексов, кроме зеленокаменных поясов, является сильнейший и неоднократный метаморфизм. Он развивался в условиях высоких температур и давлений при погружении на большие глубины. Мощный тепловой поток, направленный из глубин к поверхности, привел к гранитизации древнейшего гнейсового комплекса. Благодаря мощному разогреву еще неустойчивая земная кора легко подвергалась растяжению и разрыву, а именно в эти места устремлялась из глубин магма ультраосновного и основного состава, которая формировала породы зеленокаменных поясов.
Несмотря на присутствие разнообразных пород, до настоящего времени еще мало известно о катархейском и раннеархейском этапах. Все породы настолько сильно видоизменены, что восстановить их первоначальный облик практически невозможно.
Земля — единственная планета Солнечной системы, на которой сформировались условия, благоприятные для зарождения и эволюции жизни. Исключительная роль в этом принадлежала размерам Земли, существовавшему атмосферному давлению, гравитации и температурам приземной части атмосферы. Наиболее древние следы органической жизни установлены в породах, имеющих возраст 3,5 —3,8 млрд. лет. Они представлены остатками своеобразных бактерий и вирусов, которые захоронены в породах и видны под большим увеличением. В настоящее время аналогичные остатки были обнаружены палеонтологами и микробиологами в каменных метеоритах.
Архейский эон — это время прокариот, т. е. организмов, не имеющих клеточного ядра, — бактерий, вирусов и синезеленых водорослей. Следы жизнедеятельности древнейших синезеленых водорослей — строматолитов — обнаружены в Австралии (Пилбара). Их возраст оценивается в 3,5 млрд. лет. Свидетельством существования органической жизни в архее является присутствие в осадочных породах углерода в форме графита.
Протерозойский эон. В течение протерозойского эона формировались комплексы горных пород более разнообразные, чем в архее. К началу протерозоя земная кора с поверхности остыла настолько, что стала легко подвергаться раздроблению и раскалыванию. Среди горных пород выделяются два главных типа: глубокометаморфизованные породы, очень похожие на архейские, и слабометаморфизованные, и неметаморфизованные настоящие осадочные и вулканогенные образования.
Главной особенностью начала протерозойского эона является образование первого в истории Земли гигантского единого материка —Пангеи-0. Важной чертой раннепротерозойской истории является снижение внутреннего теплового потока и температур на земной поверхности по сравнению с археем. Характерной чертой раннего протерозоя является то, что на рубеже с археем произошло первое в истории Земли грандиозное оледенение. Следы этого так называемого гуронского оледенения обнаружены в разных регионах. Они представлены древними моренными (тиллитовыми) комплексами и следами движения ледника в виде царапин, штриховок и отполированного ложа. До сих пор дискутируется вопрос об условиях возникновения оледенения. Трудно себе представить, как и каким образом после высоких архейских температур, которые на земной поверхности достигали 70 — 90° С, могло произойти такое мощное и резкое похолодание и почему после отрицательных температур они вновь повысились до отметок 50 — 60° С? Показательно, что для раннепротерозойского времени, кроме тиллитовых отложений, является широкое распространение железистых кварцитов — джеспилитов. Они состоят из тонких (первые миллиметры или их доли) прослоек магнетита или гематита и такой же толщины прослоек кварцита. Хотя первые джеспилиты известны в архее, но максимальное распространение они получают только в середине раннего протерозоя. Существуют разные точки зрения на их происхождение, однако предпочтение отдается биохимическим условиям осадконакопления железа. Оно связано с периодическим (правда, неизвестно каким — сезонным или ритмическим?) возрастанием биомассы синезеленых водорослей и увеличением содержания кислорода в атмосфере. В результате осаждаемые из морских вод оксидные формы железа переходят в труднорастворимые оксидные соединения. Они осаждались из воды вместе с кремнеземом, из которых впоследствии образовались кварциты.
Установлено существование несколько главных типов обстановок, в которых формировались раннепротерозойские образования. Одним из таких типов являются подвижные пояса, в пределах которых сохранились относительно разогретые фрагменты земной коры и происходили массовые излияния базальтовых и реже кислых лав. В противоположность им существовали участки относительно стабильного развития, которые покрывались морскими водами. В их пределах формировались песчано-глинистые, кремнисто-глинистые, кремнисто-железистые, карбонатные — доломитовые и известняковые толщи. Мощность таких образований достигала нескольких километров. Но кроме вытянутых по форме морских бассейнов существовали изометричные впадины, в пределах которых в основном в континентальных или мелководно-морских условиях накапливались песчано-глинистые и реже карбонатные осадки. Присутствие конгломератов и кварцевых песков крупной размерности указывают на существование высоких гористых поднятий. Они являлись поставщиками обломочного материала. Однако высокая степень окатанности конгломератов свидетельствует о значительном расстоянии их переноса и наличии речных потоков.
Эволюция органической жизни в течение раннего протерозоя происходила весьма медленно. Преобладающее распространение получили прокариотные организмы — синезеленые водоросли, следы жизнедеятельности которых в виде строматолитов известны в толщах горных пород, распространенных во многих районах мира. На рубеже 2 млрд. лет назад, вероятно, в середине протерозоя, а возможно, и несколько позже, в атмосфере появился свободный кислород. Его вначале было довольно мало, но постепенно общее количество кислорода стало увеличиваться.
К концу раннего протерозоя обособился новый гигантский материк, состоящий из спаянных между собой континентальных плит — щитов и отдельных блоков фундамента платформ. Этот гигантский материк носит название Пангеи-1 или Мезогеи. Он был окружен пространством с корой океанского типа. Но располагались ли в этом месте настоящие океаны с их большими глубинами или существовали мелководные моря, до сих пор неизвестно.
На границе между ранним и поздним протерозоем, т.е. около 1,7 — 1,6 млрд. лет назад, на Земле происходят крупные события, после которых она вступает в новый этап своего развития. Это время позднего протерозоя. Поздний протерозой в России называют рифеем (от древнего наименования Уральских гор). Наиболее полный разрез рифейских образований описан на Урале в долине р. Белая. В настоящее время рифей подразделяется на три части. Общая длительность рифейского времени приближается к 1 млрд. лет. Характерная особенность рифейского времени — широкое распространение остатков строматолитов, которые позволили осуществить его биостратиграфическое расчленение. В течение рифейского времени по крайней мере дважды возникали покровные оледенения. Одно из них произошло примерно 820 — 850 млн. лет назад, а другое, называемое Варангерским или Лапландским, закончилось на границе с вендским периодом, т.е. около 650 млн. лет назад. О существовании покровных оледенений в полярных и высоких широтах северного и южного полушарий свидетельствуют многочисленные толщи тиллитов, эрратических валунов, следы штриховок и своеобразные выпаханные ледниками долины, называемые каменными мостовыми.. На рубеже с фанерозоем, в вендском периоде, который выделен в качестве самостоятельного периода, существенную роль стала играть бесскелетная фауна, называемая эдиакарской (по местности Эдиакара, находящейся в Австралии, где впервые были обнаружены остатки этой фауны).
После того как закончился этап формирования фундамента платформ, в их пределах в течение позднепротерозойского времени формируются осадочный чехол, состоящий из пластов осадочных и вулканогенно-осадочных образований, практически не подвергшихся метаморфизму. В позднем протерозое произошло заложение крупнейших на Земле подвижных поясов — Средиземноморского, Урало-Охотского, Северо-Атлантического, Тихоокеанского и др. Их заложение послужило началу распада Пангеи-1 на отдельные литосферные плиты — континенты.