| 1 |
Глава 1 ГЕОДИНАМИКА ЗЕМЛИ 11 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЛУБИННОМ СТРОЕНИИ СОВРЕМЕННОЙ ЗЕМЛИ Согласно сейсмическим данным, Земля состоит из нескольких оболочек с различными физическими свойствами, которые определяются как составом вещества, так и давлением, и температурой, существующими на той или иной глубине По изменению физических свойств с глубиной выделяются земная кора, верхняя и нижняя мантии, внешнее и внутреннее ядра 111 Земная кора Самая верхняя оболочка Земли - земная кора - существенно различается по составу и строению под континентами и океанами Мощность континентальной коры 25-75 км; в среднем 35-40 км Возраст слагающих ее пород от прибл 4млрд лет (возможно, до 44-45 млрд лет), и в ее пределах "записана" практически вся геологическая история Земли Мощность твердой коры в океанах всего 7-10 км, и ее возраст не более 200 млн лет Континентальная кора по скоростям распространения упругих волн сейчас подразделяется на верхнюю, среднюю и нижнюю В составе верхней коры выделяются осадочный и гранитный (гранодиоритовый) слои; последний в отечественной литературе часто называют гранитно-метаморфическим Для осадочного слоя, который местами содержит большое количество вулканитов, характерно пологое залегание пород и отсутствие метаморфизма Основание осадочного слоя четко фиксируется сейсмическими методами Ниже располагается кристаллический фундамент, в строении которого, помимо гранитов и их метаморфических эквивалентов -гнейсов, принимают участие средние, основные и ультраосновные магматические породы, а также дислоцированные и метаморфизованные осадочные толщи О составе и структуре верхней коры до глубины 15-20 км можно судить по породам, выведенным на дневную поверхность в пределах древних щитов В большинстве случаев ниже "гранитного" слоя скорость сейсмических волн возрастает до 6-7 кмс, что указывает на более мафический состав пород, вследствие чего породы глубокой коры часто объединяются в качестве "базальтового слоя" В отечественной литературе они обычно описываются в качестве гранулито-базитового слоя Согласно современным данным, средняя кора образована преимущественно породами диоритового состава и осадочно-вулканогенными комплексами, метаморфизованными в условиях амфиболитовой и гранулитовой фаций Нижняя кора образована преимущественно базитами, преобразованными в гранатовые гранулиты В настоящее время предполагается, что происхождение нижней коры во многом связано с явлением андерплейнга, или "подслаивания", те внедрением базальтового расплава вдоль границы коры и мантии Из этого следует, что нижняя кора могла формироваться независимо от верхней, причем может быть существенно ее моложе Сейсмический раздел между "гранитным" и "базальтовым" слоями - граница Конрада, или поверхность К, - прослежен в разных районах на неодинаковых глубинах и характеризуется разными граничными скоростями, что указывает на неоднородность земной коры и условность деления ее на горизонтальные слои Так, результаты глубокого и сверхглубокого бурения, особенно Кольской сверхглубокой скважины 12300м, показали, что многие сейсмические границы в земной коре могут отражать изменение не столько состава пород, сколько их напряженного состояния, пористости и проницаемости Например, в Кольской скважине "гранитный" слой оказался сложенным протерозойскими вулканическими породами основного состава, а верхняя часть подстилающего его "гранулито-базитового" слоя - гранито-гнейсами Эти данные подтверждают условность деления земной коры на слои глобального распространения. |
| 2 |
Различия в механических свойствах верхней и нижней континентальной коры сказываются и на характере деформаций: если в верхней коре преобладают хрупкие разрывы, то в нижней возрастает роль пластического течения вещества Многие тектонические нарушения, достигая нижней коры, обычно затухают или выполаживаются Внутри нижней коры прослежены пологие ослабленные зоны и срывы Континентальная кора устанавливается также под погруженными краями континентов шельфами и в задуговых морях В этих случаях она имеет меньшую мощность в основном за счет сокращения высокоскоростных пород нижних частей разреза кора промежуточного типа Нижняя кромка континентальной коры - граница Мохоровичича, или поверхность Мохо М, - фиксируется по резкому увеличению скорости распространения продольных упругих волн от 65-75 до 80-90 кмс, что должно соответствовать смене основных пород нижней коры более плотными ультрамафическими породами верхней мантии или эклогитами (высокобарическими метаморфическими аналогами базальтов и габброидов), имеющими такие же плотностные характеристики Поверхность Мохоровичича наиболее уверенно прослеживается под древними кратонами Под тектонически-активными зонами, например под современными континентальными рифтами Байкал, Рейнский грабен, рифты Восточной Африки и др, этот раздел нередко теряет определенность вследствие появления крупных линзообразных тел аномальной мантии мощностью до 200-300 км с промежуточными скоростями продольных волн - так называемых рифтовых подушек Судя по частичной потере поперечных волн, предполагается, что здесь происходит частичное плавление мантии, обеспечивающее базальтовый магматизм, столь характерный для рифтовых структур Предложено несколько геохимических моделей, характеризующих средний состав верхней и нижней коры, а также континентальной коры в целом Оценки среднего состава верхней коры, основанные на результатах изучения обнаженной ее части, во всех моделях оказываются сходными: верхняя кора имеет в среднем гранодиори-товый, или андезитовый состав Следует подчеркнуть, что речь идет не о распространенности тех или иных конкретных пород, а о средних составах, обычно представляющих собой смеси основных и кислых пород Не очень ясна и природа самого раздела Мохоровичича под континентами, особенно под древними платформами Так, часть исследователей полагает, что он имеет чисто механическую природу и отвечает границе окончательного перехода от хрупких к пластическим деформациям Химические составы разных слоев континентальной коры, а также ее средний состав приведены в табл 1-1 Океаническая кора устроена намного проще Судя по результатам драгирования, глубоководного бурения и прицельного отбора образцов с использованием глубоководных обитаемых аппаратов, она состоит из трех слоев 1й слой образован рыхлыми осадками, 2й - базальтами, 3й - интрузивными породами основного-ультраосновного состава, преимущественно габбро-идами; эта нижняя кора залегает непосредственно на мантийных ультрабази-тах Граница Мохоровичича расположена на глубине 12-15 км от поверхности океана 1й и 2й слои океанической коры могут быть сопоставлены с осадочнымслоем континентов, а 3й, мощностью 4-5 км, - с нижней корой континентов "Гранитного" слоя в океанической коре нет Строение коры океанов хорошо изучено также на примере офиолитовых ассоциаций - фрагментах океанической литосферы, повсеместно наблюдаемых в складчатых поясах континентов, где они были выведены на поверхность (обдуцированы) при закрытии древних океанов. |
| 3 |
Согласно определению Пенроузской конференции , где были детально рассмотрены проблемы строения офиолитов, эти ассоциации имеют четырехчленный разрез В его низах встречены мантийные ультрабазиты, на которых залегают габброиды нижней коры, выше расположен комплекс параллельных даек, завершают разрез пиллоу-лавы, нередко ассоциирующие с глубоководными осадками Дайки представляли собой подводящие каналы для подводных базальтовых излияний, в то время как габброиды были промежуточными магматическими камерами, где накапливались расплавы, поступавшие из областей плавления в мантии Считается, что океаническая кора возникает в осевых частях срединно-океанических хребтов, куда практически непрерывно поступает базальтовый расплав из нижележащей мантии Затем эта новообразованная кора растекается в обе стороны, так что ее возраст постепенно увеличивается по мере удаления от оси хребта Это хорошо видно по знаменитым симметричным полосовым магнитным аномалиям океанского дна, которые фиксируют периодические инверсии магнитного поля Земли Граница М под срединно-океаническими хребтами, как и под современными континентальными рифтами, теряет свою определенность - здесь также наблюдаются мощные линзы разуплотненной аномальной мантии мощностью до 300 км По-видимому, такое разуплотнение связано с частичным плавлением мантии, результатом которого и является столь мощный базальтовый магматизм океанов, на долю которого приходится -70% всего магматизма современной Земли 112 Верхняя мантия Верхняя граница мантии фиксируется поверхностью Мохоровичича по резкому скачку скорости упругих волн Верхняя мантия под континентами и океанами образована преимущественно перидотитами Кроме перидотитов, в строении верхней мантии континентов принимают участие и эклогиты - высокобарические метаморфические эквиваленты базальтов и габбро Источниками информации о составе и строении верхней мантии служат геофизические данные, глубинные ксенолиты, вынесенные базальтами и кимберлитами, а также тектонические блоки мантийного вещества, например упоминавшиеся выше офиолитовые ассоциации Петрографические и геохимические особенности перидотитов, входящих в офиолитовую ассоциацию, приводят к выводу, что большая часть этих пород представляет собой твердый материал верхней мантии, оставшийся после удаления из него базальтового расплава, образованного в процессе частичного плавления (реститы) Среди ксенолитов мантийных пород, выносимых на дневную поверхность вулканами и трубками взрыва, встречаются перидотиты, пироксени-ты, дуниты и эклогиты Во внутриплитных умеренно-щелочных базальтах среди ксенолитов преобладают шпинелевые лерцолиты, которые устойчивы до глубин 60-80 км Кимберлиты выносят более глубинные породы лито-сферной мантии, представленные гранатовыми перидотитами, а также экло-гитами, иногда содержащими дистен, корунд, коэсит Эти породы устойчивы уже на глубинах более 60-80 км В некоторых перидотитовых и эклогитовых включениях обнаружены алмазы, что служит прямым указанием на их образование на глубинах более 150 км, в области устойчивости алмаза По минеральному и химическому составам перидотиты глубинных включений можно разделить на три класса: 1) "примитивные", 2) деплетирован-ные, или истощенные, 3) обогащенные Средние химические составы этих главных типов мантийных пород приведены в табл 1-2 Гипотетические "примитивные " перидотиты, близкие к первичному составу верхней мантии, вероятно, были представлены лерцолитами. |
| 4 |
Как полагают, преобладающая по объему часть современной верхней мантии Земли сложена шпинелевыми и гранат-шпинелевыми лерцолитами Такие лерцолиты близки по составу к пиролиту - модельной смеси базальтоидных выплавок -25% и тугоплавкого ультрамафитового остатка -75% Важный аспект вещественного состава пород верхней мантии: они являются плавящимися субстратами при формировании мантийных магм Подробнее этот вопрос будет обсужден в главе 8 Деплетированные (истощенные) перидотиты (гарцбургиты и лерцолиты с небольшим количеством клинопироксена) обеднены Ал, Са, На и другими легкоплавкими компонентами вследствие частичного плавления мантийного материала Судя по результатам драгирования океанического дна и мантийным комплексам офиолитовых ассоциаций, такие перидотиты (особенно гарцбургиты) слагают вещество мантии под срединно-океаническими хребтами Обогащенные перидотиты, наоборот, содержат больше легкоплавких компонентов, чем примитивные мантийные породы, что обусловлено мета-соматическим преобразованием вещества верхней мантии под воздействием глубинных флюидов или магматических расплавов, богатых летучими компонентами Этот процесс приводит к появлению в мантийных породах амфибола, флогопита, апатита, карбонатов и разнообразных акцессорных минералов Такие перидотиты слагают вещество мантийных плюмов Кора и мантия Земли находятся в твердом состоянии На фоне увеличения скоростей упругих волн с глубиной в верхней мантии выявлены области с пониженными скоростями, которые обычно связывают с появлением малого объема (1% межзернового силикатного расплава Многие исследователи объединяют эти области в глобальную ослабленную зону - астеносферу, расположенную в жесткой холодной литосфере Различия между ними основаны главным образом на реологических свойствах: если вязкость "астеносферы" составляет 1018-1019, то литосферы - 1022-1023 Па с Предполагается, что появление "астеносферы" связано с тем, что эффект возрастания температуры с глубиной оказывается менее значительным по сравнению с эффектом возрастания давления Существование астеносферы предполагалось еще в начале века, но потом выяснилось, что она практически отсутствует под континентами, где мощность литосферы 200-400 км и она глобальной сферой не является Согласно современным сейсмо-томографическим данным, эти крупные линзообразные тела разуплотненного вещества скорее всего представляют собой растекающиеся головные части мантийных суперплюмов или их уже полностью затвердевшее, но еще горячее и пластичное вещество Хотя современные геофизические данные указывают на условность понятий "астеносфера" и "литосфера" как глобальных сферических слоев, эти термины продолжают использоваться в геологической литературе Сейсмические границы в этой области обусловлены фазовыми переходами, связанными с изменением структуры кристаллической решетки минералов и увеличением их плотности как функции давления В настоящее время мантия подразделяется на верхнюю и нижнюю Относительно границы между ними единого мнения нет Многие исследователи считают, что нижняя граница верхней мантии располагается на глубинах 250-400 км и обусловлена появлением (3-модификации оливина, плотность которой на 8% выше, чем у обычного оливина На глубинах 500-530км 3оливин переходит в у-оливин, имеющий структуру шпинели; при этом плотность минерала возрастает на 2% Другие исследователи полагают, что такой границей является четко выраженный сейсмический раздел на глубине 660 км, а интервал глубин 400-660 км рассматривают в качестве переходной зоны. |
| 5 |
Возникновение этого раздела связывается с появлением еще более плотных фаз, представленных магнезиовюститом Мг Фе 0, феррипериклазом, оливином и пироксенами со структурой перовскита В интервале 300-460км устойчивы твердые растворы пироксена и граната, получившие название мейджорита Глубокая мантия образована силикатными ультрамафическими породами, состоящими из минералов высокого давления и подчиненного количества эклогитов В настоящее время основная информация о минеральном составе пород нижней мантии получена благодаря экспериментальным данным при сверхвысоких давлениях и путем изучения минеральных включений в природных алмазах и суммирована на рис 1-2 113 Глубокая мантия Земли Главные минеральные компоненты мантии меняются от оливин+пироксен+гранат или богатая А1 шпинель в верхней мантии к шпинель+мейджорит в промежуточной зоне, перовскит+феррипериклаз в нижней мантии до постперовскита+феррипериклаза в слое Д" Границы между слоями проведены по главным сейсмическим разделам разрез Земли 6400 Не вызывает сомнения присутствие в мантии определенного количества флюидов, к числу которых относятся Н20, а также ЦО2 ЦО Н и возможно ЦХ4 Н2 По мнению ИД Рябчикова, преобладающую роль на глубинах ниже 400 км может играть СН4 Согласно экспериментальным работам М Мураками и его коллег, даже в нижней мантии, сложенной перовскитом и магнезиовюститом, может содержаться до 02-04 мас% Н20, общий объем которой может в несколько раз превышать объем Мирового океана 114 Ядро Земли Граница между мантией и внешним ядром Земли на глубине 2900 км отмечается резким скачком плотности и скорости продольных упругих волн Поперечные волны во внешнем ядре не распространяются, что указывает на жидкое состояние вещества Внутреннее ядро, граница которого располагается на глубине -5080 км, твердое; на его долю приходится примерно -5% массы всего ядра и -4% объема всего ядра В настоящее время считается, что ядро Земли состоит в основном из Фе с существенной примесью Ни Однако экспериментальные данные о плотности Фе-Ни сплава при давлениях, отвечающих земному ядру, показывают, что для корректного согласия с геофизическими данными ядро на 5-10% легче Фе-Ни сплава) необходимо предположить вхождение в его состав некоторого количества легких элементов Наиболее вероятными кандидатами являются такие распространенные в составе Земли элементы, как С и О, кроме которых заметную роль может играть Си02, а также Мн Цр Со С1 Р и С (02 мас%) Судя по высокой титанистости и повышенной щелочности внутриплитных базальтов фанерозоя, связанных с плавлением вещества мантийных плюмов, зарождающихся на границе мантии и ядра, определенную роль в составе ядра могут играть Ти К и На Считается, что именно жидкое железное ядро обеспечивает существование магнитного поля Земли вследствие возмущений, возникающих на его границе с твердой мантией, те в глубоких недрах Земли существует своеобразная динамомашина" Внутреннее ядро Земли, по-видимому, состоит в основном из Фе-Ни сплава, который в отличие от внешнего ядра находится в твердом состоянии Из других существенных компонентов, возможно, присутствуют стишовит высокоплотная разновидность кремнезема и алмаз В последние годы большое внимание стали уделять так называемому слою Д мощностью 100-150км на границе между жидким ядром и мантией По своим сейсмическим характеристикам он напоминает астеносферу и, вероятно, является зоной частичного плавления вещества нижней мантии Предполагается, что именно здесь происходит зарождение мантийных плюмов за счет поступления из жидкого ядра флюидных компонентов. |
| 6 |
Поскольку температура нижней кромки мантии на глубине 2900км составляет -2900ц, а температура ядра - около 5000ц , эти флюиды разогревают вещество нижней мантии и разуплотняют его, в результате чего и происходит подъем мантийных суперплюмов, обеспечивающих современную текто-номагматическую активность Земли 12 ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ И ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ Как известно, за последние 160 лет в геологии сменилось три парадигмы: 1) учение о геосинклиналях, 2) учение о ведущей роли литосферных плит (плейт-тектоника), 3) учение о тектонике мантийных плюмов Все они отражают разные уровни понимания взаимосвязи геосфер Земли, углубляющиеся по мере накопления новых геологических, петрологических и геофизических знаний о нашей планете 121 Геосинклинальная модель До сравнительно недавнего времени большинство исследователей считало, что практически все геологически значимые события происходят только в земной коре, а мантия является всего лишь поставщиком мафит-ультрамафи-товых, преимущественно базальтовых расплавов На этом и были основаны представления о геосинклиналях, возникшие из противопоставления относительно подвижных и устойчивых областей земной коры Под геосинклиналями (геосинклинальными поясами) понимались зоны высокой подвижности, значительной расчлененности и повышенной проницаемости литосферы, характеризующиеся на ранних этапах своего развития преобладанием интенсивных погружений, а на заключительных - интенсивных поднятий, сопровождаемых значительными складчато-надвиговыми деформациями Первая стадия рассматривалась как геосинклинальная, а вторая - оро-генная При этом в качестве современных геосинклиналей рассматривались островодужные системы и области современных внутриконтинентальных морей (Средиземного, Черного, Каспийского) и обрамляющих их горных сооружений Развитие тектономагматических процессов рассматривалось как преобразование океанической коры в континентальную Уже тогда была подмечена взаимосвязь магматизма и тектоники, что выразилось в представлениях о стадиях развития геосинклиналей, а впоследствии - в учении о магматических формациях, получивших особую популярность среди отечественных геологов К сожалению, это учение базировалось на уже устаревшей к тому времени геосинклинальной модели и было чересчур формализовано, так что особенного развития оно не получило Основная проблема, лишившая это направление будущего, заключалась в том, что здесь практически не рассматривались конкретные механизмы происхождения главных типов тектономагматической активности, а дело ограничивалось только констатацией фактов 122 Тектоника литосферных плит Представления о геосинклиналях продержались около 100 лет, пока к середине 20в на смену этой модели пришла тектоника плит плейт-тектоника, которая базировалась уже на материалах по процессам в современных тектонических обстановках Вопросы происхождения магм здесь согласовывались с геофизическими данными, а процессам в верхней мантии уже отводилась более серьезная роль К этому времени появились новые геолого-геофизичес-кие данные по строению срединно-океанических хребтов сох и активных окраин континентов и океанов, позволившие выдвинуть представления о том, что в осевых частях сох рождается новая океаническая кора, а ее избыток поглощается в зонах субдукции под островными дугами и активными окраинами континентов По этим признакам земная кора была подразделена на систему литосферных плит разного масштаба, перемещаемых гипотетическими конвективными токами в верхней мантии. |
| 7 |
Первоначально считалось, что континентальные блоки литосферы, "впаянные" в эти плиты, в процессы субдукции не вовлекаются вследствие малой плотности континентальной коры Такие блоки могли только сталкиваться друг с другом, образуя огромные зоны коллизии, где происходили мощные процессы горообразования, например Альпийско- Рис 1-4 Блок-диаграмма, иллюстрирующая классическую модель плейт-тектоники, предусматривающую относительное движение жестких литосферных плит, которые формируются в зонах спрединга и поглощаются в зонах субдукции Гималайско-Индонезийскую, возникшую при столкновении суперконтинентов Лавразии и Гондваны в конце мела-начале палеогена Правда, впоследствии выяснилось, что здесь также развиваются зоны субдукции, связанные с погружением плотной нижней коры Было показано, что подавляющая часть магматических процессов связана с активными границами плит: для осевых частей СОХ (дивергентные, или конструктивные, границы) характерны специфические базальты СОХ (МОРБ - от англ Мид-Оцеаниц Ридге Басалт) Для конвергентных, или деструктивных, границ плит (зоны субдукции и коллизии литосферных плит) типичен преимущественно магматизм известково-щелочной серии, где ведущую роль играют андезиты и дациты На долю внутриплитного мафит-ультрамафитового магматизма приходится не более 10% общей магматической активности Разработка учения тектоники плит дала мощный толчок к развитию всех геологических наук и способствовала переходу от формальной констатации фактов к решению проблем магмообразования на конкретных материалах в разных тектонических обстановках, хотя природа движущих сил тектонических процессов и источников тепла для магм так и оставалась неясной 123 Концепция мантийных плюмов Последнее десятилетие ХХ в ознаменовалось накоплением принципиально новых данных сейсмической томографии о глубинном строении Земли, которые позволили установить, в частности, сложную картину сочетания "горячих" (восходящих) и "холодных" (нисходящих) потоков вещества, пронизывающих мантию по всему ее объему Такие потоки названы "горячими" и "холодными" плюмами соответственно Было показано, что существует корреляция между местоположением проекций верхних участков таких струй на земную поверхность и определенными видами тектономагматической активности Над "горячими" струями располагаются магматические области, сформированные за счет внутриплитных мантийных источников магматизма, называемых "горячими точками мантии" "Холодные" участки мантии в основном подстилают зоны поглощения литосферных плит и в поверхностных структурах выражаются поясами магматизма, порожденного субдукционны-ми процессами (деструктивные, или конвергентные, границы литосферных плит) Появляется все больше публикаций, в которых с помощью сейсмической томографии прослеживаются "тонущие" в мантии фрагменты литосферных плит (слэбов), достигающие в том числе пограничного между мантией и ядром слоя Д", образуя "кладбища слэбов" в нижней мантии , поднимающиеся мантийные плюмы частично захватывают материал из окружающей мантии Представления о ведущей роли мантийных плюмов в тектономагматиче-ском преобразовании Земли развиваются многими современными исследователями По-видимому, именно суперплюмы являются главными факторами тепломассообмена внутри планеты, "перекачивая" тепло и глубинное вещество в верхние оболочки Земли, а тектономагматические процессы являются их поверхностным выражением. |
| 8 |
В настоящее время под мантийными плюмами понимаются струи разогретого мантийного вещества, по-видимому, содержащего поровый расплав, которые поднимаются с разных глубин до уровня своей плавучести, где их головные части начинают растекаться в толще литосферы в форме шляпки гриба, приводя к механическому крупномасштабному перемещению в ней материала Вследствие декомпрессии здесь происходит частичное плавление ультраосновного вещества плюма с появлением над ним ареалов базальтового магматизма Эти ареалы характеризуются длительностью проявления магматических процессов и специфическим, обычно умеренно-щелочным или щелочным, составом магм при повышенной и высокой титанистости и железистости пород (Фе-Ти-пикриты и базальты) Необходимо также отметить, что плюмы отличаются друг от друга размерами, что перенос вещества в них происходит не непрерывным потоком, а отдельными порциями, что они возникают, эволюционируют и исчезают, существуя обычно около 100 млн лет Таким образом, мантийные плюмы, помимо процессов тепломассоперено-са, осуществляют и конвекцию мантии, те вместо абстрактных мантийных токов появились конкретные движители геодинамических процессов - в процессе растекания головных частей наиболее крупных из них (суперплюмов) происходит активное взаимодействие разогретого пластичного мантийного вещества с холодной жесткой верхней частью литосферы Это приводит к разрывам последней, формированию зон океанического спрединга, возникновению и перемещению плит, их взаимодействию, возникновению зон субдукции и тд В итоге общая картина современной геодинамической активности планеты Земля приобрела свою законченность, поскольку оказалось, что практически все оболочки Земли и даже ее ядро вовлекаются в эти процессы С такой точки зрения под геодинамикой следует понимать всю совокупность глубинных динамических процессов в толще Земли, обусловливающих движение масс вещества и энергии внутри Земли и в ее верхних оболочках, а под тектоникой - их отражение на поверхности нашей планеты Крупномасштабное перемещение разогретого мантийного вещества на небольшие глубины, вследствие адиабатической декомпрессии, должно приводить к его плавлению с образованием крупных изверженных провинций и СОХ Возникающие при таком перемещении мантийных масс механические напряжения должны приводить к разнообразным динамическим процессам в земной коре, обеспечивая в ней тектоническую активность Иными словами, магматизм и тектоника отражают разные аспекты развития одного и того же типа геодинамики Однако пока остается неясным, как глубоко в историю Земли может быть пролонгирован современный тип тектономагматической активности Многие исследователи на основании преимущественно геохимических данных распространяют принцип актуализма и на ранний докембрий, где подобные тектонические структуры просто отсутствуют Однако, не говоря уже о других причинах, только непрерывное удаление из мантии легкоплавких компонентов на протяжении нескольких миллиардов лет, хотя и частично компенсируемое за счет рециклинга коры в процессах субдукции, не могло не привести к необратимому изменению ее состава и строения, и тем самым - к изменению характера тектономагматических процессов Вместе с тем ситуация с тектоническими режимами раннего докембрия далеко не безнадежна - их следы действительно плохо сохранились, но отнюдь не были полностью уничтожены более поздними процессами В отличие от фанерозоя, главными тектоническими структурами тогда были неправильно-овальные гранит-зеленокаменные области в архее и жесткие кратоны в раннем палеопротерозое, которые в обоих случаях разделялись одновременно развивавшимися гранулитовыми поясами. |
| 9 |
Несмотря на то что химизм некоторых разновидностей пород близок к таковому фанерозой-ских пород (что искушает многих исследователей приписать им аналогичное происхождение), формирование магматических систем тогда происходило в совершенно других условиях Главные разновидности раннедокембрийс-ких магматических пород мантийного происхождения (высокомагнезиальные коматиит-базальтовые и бонинитоподобные серии) практически полностью "вымерли" к рубежам 25 и 2 млрд лет соответственно, и только с этого времени характер тектономагматической активности стал близок к фанеро-зойскому Таким образом, изучение реальных тектономагматических процессов показывает, что один только состав магматических пород недостаточен для реконструкции геотектонических режимов, особенно далекого прошлого, поскольку он зависит не столько от тектонического режима, сколько от состава плавящихся субстратов Например, появление известково-щелочных серий в фанерозое связано с зонами субдукции, а в раннем докембрии они имели внут-риконтинентальное происхождение Поэтому необходимы дополнительные источники информации, и только в комплексе с ними возможно восстановить тектоническую обстановку проявления конкретного типа магматизма Ввиду того, что характер тектономагматических процессов необратимо менялся во времени, в книге последовательно рассмотрены особенности этих процессов от современных, где ситуация наиболее ясна и поддержана геофизическими и неотектоническими исследованиями, и фанерозойских, где еще сохраняются главные особенности современных процессов, до раннедокемб-рийских Будет показано, что в интервале -23-20 млрд лет назад произошел главный перелом в эндогенном развитии Земли, и будут охарактеризованы тектономагматические ситуации в архее и раннем палеопротерозое, принципиально отличные от существующих в настоящее время 124 Современная глубинная геодинамика Земли по геофизическим данным Основой развития тектономагматических процессов на протяжении всей геологической истории Земли, очевидно, является крупномасштабная конвекция верхней мантии В современной модели тектоники плит эта конвекция в самом общем виде выражается в подъеме мантийных суперплюмов, над растекающимися головными частями которых возникают огромные области растяжения и мафитового магматизма (зоны океанического спрединга и крупные изверженные провинции), а на их периферии, особенно в Тихоокеанском сегменте - комплементарные им зоны нисходящих потоков вещества (зоны субдукции) В настоящее время установлено, что адиабата во внешнем жидком ядре существенно выше таковой в нижней мантии: температура нижней кромки мантии составляет -2900, а на поверхности твердого ядра -5000 С Поэтому на границе между мантией и ядром (СМВ) в основании нижней мантии располагается сверхадиабатический термальный слой (Д"), по своим характеристикам напоминающий астеносферу Граница же между твердым и жидким ядрами должна соответствовать ликвидусу материала ядра Очевидно, что именно тепло, проходящее через СМВ, является главным энергетическим источником для инициации термохимических плюмов и осуществляемой ими конвекции в мантии Земли, главным источником энергии всей планетарной геодинамики Судя по материалам сейсмической томографии , структуры мантийных течений в нижней и верхней мантиях существенно различаются - они значительно более простые в первом случае и более сложные во втором Изменения структуры нисходящих течений часто связаны с границей перехода между верхней и нижней мантиями, находящейся на глубинах порядка 670 км. |
| 10 |
При этом материал субдуцированных плит слэбов может накапливаться на разных уровнях в мантии в форме мегалитов, или кладбищей слэбов Вследствие крайне низкой эффективности кондуктивной теплопроводности, они могут очень длительное время не прогреваться, оставаясь в метастабильном состоянии в толще мантии, где образуют самостоятельные скопления вещества и приводят к феномену ее гетерогенности Существование таких скоплений субдуцированного материала в мантии, помимо геофизических данных, по-видимому, подтверждается недавними находками зерен древнего циркона (с возрастом 27-31 млрд лет) в габброидах 3го слоя океанической коры в центральной части САХ (район 6сш, полигон Сьерра-Леоне) Предполагается, что эти цирконы в качестве метастабильной фазы входили в состав материала мегалита, захваченного мантийным плюмом в процессе его подъема от границы ядро-мантия, и вовлекались в плавление совместно с материалом этого плюма по достижении им уровня своей плавучести Судя по имеющимся данным , одна из таких мантийных неоднородностей расположена как раз в этом районе, с чем хорошо согласуется предложенная модель Главным элементом нисходящей ветви конвективной структуры нижней мантии является огромное кольцо высокоскоростного холодного материала, расположенное вокруг Тихого океана Эта структура разделяет две обширные области низкоскоростного нагретого материала: одну под Африканским континентом и Атлантикой, а другую под центральной частью Тихого океана суперсвеллы суперсщеллс, которые выражаются в рельефе геоида Весьма существенно, что восходящие токи не локализуются под срединно-океаническими хребтами, те структура распределения этих токов в верхней и нижней мантиях различна Но тем не менее районы разогретой нижней мантии характеризуются подъемами геоида, а также представляют собой крупнейшие кластеры внутриплитного магматизма С этими огромными апвеллингами нижней мантии связаны изотопные аномалии Из них наиболее документированной является так называемая аномалия Дюпал в южной части Атлантического и Индийского океанов, где в базальтах возрастают 87Ср86Ср и 207Пб206Пб отношения по сравнению с таковыми других океанов Менее определенно такая же аномалия наблюдается на юге центральной Пацифики Горячие точки с высокими первичными 3Не4Не отношениями также преимущественно связаны с этими ареалами; исключение горячая точка составляет Йеллоустонская располагающаяся в задуговом пространстве Северо-Американской активной континентальной окраины Поскольку 3Не тесно связан с мантийным плюмовым магматизмом, есть основания думать, что гелий поступал с границы жидкого ядра и мантии Таким образом, имеющиеся в настоящее время данные свидетельствуют о том, что крупные апвеллинги в нижней мантии оказывают существенное влияние на тектономагматические процессы в вышележащих оболочках, приводя к появлению глобальных структур расширения и сжатия 13 ГЛАВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПЕТРОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА МАГМАТИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЙ Как известно, магматические процессы являются главным фактором тепломассообмена в верхних оболочках планет земной группы Магматические расплавы, зарождаясь на глубине, выносят расплавленное вещество на поверхность, формируя кору этих планет Постоянный вынос наиболее легкоплавких компонентов из внутренних частей планет приводит к дифференциации вещества и появлению вещественной стратификации в их строении. |
| |
… |
Комментарии