ОБРАЗОВАНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ

Поздравляю, Вы наконец-то решили покинуть родительское гнездо и сняли однокомнатную квартиру и все, что вам осталось сделать, для того, чтобы стать независимым человеком, это заказать газель на сайте taxed.ru и перевезти все вещи в свою новую холостяцкую берлогу.


ОБРАЗОВАНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ

 

На протяжении многих лет группа исследователей методично собирала данные по содержанию калия и натрия по всем типам широко распространенных пород на всех континентах и по всему доступному интервалу геологического времени (Engel et al., 1974). Результаты этого кропотливого труда представлены на рис. 35, который, по сути дела, отражает динамику формирования континентальной коры во времени. Как мы видим, континентальная кора образовалась в нижнем протерозое, и в данной связи возникает два трудных вопроса (по сути, два парадокса). Первый связан с очевидным дефицитом калия в исходной мантии (согласно традиционной точке зрения). Вопрос второй: что удерживало калий и прочие литофильные элементы в мантии почти 2 миллиарда лет и почему они не вовлекались в корообразующие процессы вплоть до начала протерозоя? Обсудим причины появления этих парадоксов.

 

020112 2200 II11 ОБРАЗОВАНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ

Рис. 35. Эволюция отношения K2O/Na2O в земной коре во времени: 1 метаморфические и осадочные породы; 2 изверженные породы.

 

 

Проблема дефицита калия

 

Проблема дефицита калия является следствием метеоритной модели Земли. В метеоритах мало калия, и если исходная мантия имела такой же состав, как и метеориты, то чтобы собрать калий, содержащийся в земной коре, необходимо было бы очистить от него мантию до глубины примерно в 1200 км. Однако на континентах имеют место мантийные интрузии и вулканиты с нормальным и даже высоким содержанием калия, внедрение которых происходило уже после формирования сиалической коры. Вместе с тем генерация этих интрузий заведомо происходила в верхней мантии, и в них часто отсутствуют признаки ассимиляции корового материала. В рамках традиционных представлений (ядро — железное, мантия — силикатная) накопилось много противоречий подобного рода. И чтобы понять, откуда они проистекают, давайте вернемся к исходным посылкам метеоритной модели Земли.

 

К концу XIX века ученое сообщество пришло к окончательному выводу, что камни, падающие с неба, являются планетарным веществом нашей Солнечной системы. Метеориты стали рассматривать как «строительный мусор», оставшийся после завершения грандиозного проекта формирования планет.

 

В начале ХХ века появилась наука сейсмология, и очень скоро сеть станций оказалась достаточной, чтобы обнаружить «сейсмическую тень» от ядра планеты. Таким образом, были подтверждены догадки математиков-механиков (основанные на определении момента инерции планеты) о существовании большого и плотного ядра в недрах Земли. На уровне знаний того времени ядро планеты, конечно же, могло быть только железным, поскольку железо — единственный тяжелый элемент, широко распространенный в природе. Более того, среди «строительного мусора» много железных метеоритов (как раз для ядра), а остальные силикатные (из них якобы и была составлена мантия). Среди силикатных метеоритов наибольшее распространение имеют хондриты, и поэтому в науках о Земле уже давно укрепилось понятие «хондритовой мантии».

 

В данной связи метеориты привлекли к себе особое внимание исследователей и были подвергнуты тщательному и всестороннему изучению. Вместе с тем и геологи за прошедшее столетие собрали громадный фактический материал и в настоящее время могут кое-что сказать о составе континентальной коры и подстилающей ее мантии.

 

Но если мантия планеты действительно изначально имела хондритовый состав, то из определенного объема хондритов мы легко должны были бы получить состав континентальной коры и состав обедненной мантии, т.е. мантийного рестита, который остается после того, как из хондритов были извлечены коровые элементы. На роль рестита можно определить породы типа дунит-гарцбургитов, которые хорошо изучены. Однако попытка свести баланс по этой схеме (хондриты = кора + мантийный рестит) обнаруживает в исходной (якобы) мантии дефицит одних элементов и явный избыток других. В таблице 3 эта ситуация отражена на малых и следовых элементах (калий для хондритов не является петрогенным элементом).

 

Таблица 3. Распределение элементов по группам при хондритовом составе мантии Земли.

Дефицитные 

Сбалансированные 

Избыточные 

Сверхизбыточные 

К, Rb, Cs,U, La, Ва, Sr…..

Ni, Со, Cr, Mn, V, Sc…….

Au,Pt, Pd,Os, Ir, Be, Ge…..

C,S,Se,Hg,….

 

Таким образом, калий попадает в большую группу дефицитных элементов, и если его все же можно набрать для континентальной коры, очистив преобладающий объем мантии, то хондритовые содержания некоторых других элементов (например, урана) оказываются недостаточными даже при полном их извлечении из всего объема планеты.

С другой стороны никак не меньшая проблема возникает в связи с избыточными элементами, которых в метеоритах в десятки, сотни и даже тысячи раз больше, чем в коре и подстилающей ее мантии. Сторонники изначально хондритовой мантии решают эту проблему допущением дифференциации, которая якобы обусловила захоронение этих элементов на недоступных для нас глуби -нах (в ядре Земли, например). В рамках традиционных представлений (ядро — железное) такое предположение может показаться оправданным для тяжелых сидерофильных элементов, таких как платина, палладий, осмий, иридий и др.

 

Однако среди избыточных есть легкий бериллий, у которого ярко выражены литофильные свойства. Его максимальные концентрации отмечаются в грейзенах, пегматитах, щелочных метасоматитах, которые, в свою очередь, проявляются только в блоках континентальной коры с хорошо развитым гранитным слоем. Не возможно предположить, что этот литофильный элемент в процессах дифференциации опускался вглубь планеты вместе с тяжелыми сидерофилами.

 

Кроме того, среди избыточных есть германий, который (в силу своей гомеофильности) относится к геохимическому классу рассеянных элементов. У этого элемента нет склонности концентрироваться в какой-либо петрогенетической формации. Так вот, в метеоритах его на порядок больше в сопоставлении с любой породой коры или мантии. Спрашивается: куда он подевался, если мантия изначально была хондритовая? *

 

———————————————————————————————————

* В мае 1975 года в Москве в Институте геохимии и аналитической химии прочитал лекцию А.Рингвуд, широко известный своими исследованиями по проблемам коры и мантии Земли. В своем сообщении этот очень авторитетный исследователь демонстрировал практически такую же таблицу с дефицитными и избыточными элементами. Однако он «постеснялся» показать в ней германий и бериллий среди избыточных элементов. Я же постеснялся спросить его о причине такой забывчивости, поскольку понимал, что вразумительного ответа (в рамках хондритовой мантии) не может быть в принципе.

———————————————————————————————————

 

Такой же гомеофильной, по сути дела, является ртуть, которой в метеоритах в 1000 раз больше в сопоставлении со всеми известными породами Земли. Если бы изначально мантия была хондритовой, то под слоем рестита (в основном оливинового) мы были бы вправе ожидать озера ртути с растворенным в ней золотом, которого в метеоритах в 100 раз больше.

 

Помните авантюрную эпопею инженера Петра Гарина, который с помощью гиперболоида пробился сквозь «оливиновый пояс» (мантийный рестит) к ртутным озерам с растворенным в них золотом. Интересно, кто подсказал эту дерзкую идею русскому писателю Алексею Толстому. Безусловно, это был человек, хорошо осведомленный в области геохимии, но он почему-то не рискнул опубликовать ее в научной печати. Может быть, сомневался в ее обоснованности, а возможно, его испугали вероятные последствия (мировая революция), так красочно представленные Толстым в его талантливом романе.

 

020112 2200 II21 ОБРАЗОВАНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ

Рис. 35.1. Содержание элементов в поясе астероидов относительно их распространенности на Земле.

 

В свете наших построений выявленные группы элементов являются следствием различий в исходных составах Земли и метеоритного вещества (пояса астероидов). Эти различия были обусловлены магнитной сепарацией элементов по их потенциалам ионизации в процессе формирования протопланетного диска. Дорогой читатель, сравните таблицу 3 с рис. 35.1 и вам сразу станет понятным, почему метеориты не могут приниматься в качестве исходного вещества нашей планеты. Однако весь фактический материал по метеоритам не только не теряет своего значения, а, напротив, приобретает особую актуальность, поскольку его можно использовать для оценки исходного состава Земли, но с учетом магнитной сепарации элементов на протопланетной стадии.

 

Положение калия на общем тренде (см. рис. 35.1) позволяет утверждать, что его концентрация на Земле должна быть примерно на порядок выше, чем в метеоритах. Соответственно, при нашей оценке исходного (среднего) содержания калия на планете (К2О = 0,6%) исчезает проблема дефицита этого элемента. Для образования коры мощностью 37,5 км, составленной из 1 части гранита и 1,5 частей базальта, зона рестита (с содержанием К2О = 0,05%) в литосфере должна быть развита до глубины всего лишь 120 км. Согласно распространенности эклогитов и дунит-гарцбургитов в коллекциях глубинных нодулей из кимберлитовых трубок, состав рестита можно представить смесью из 0,5 части базальтов и 5 частей ультрабазитов. Отсюда следует, что состав первичной силикатно-окис-ной оболочки планеты (а равным образом и состав исходной неистощенной мантии) может быть задан смесью из 1 части гранита, 2 частей базальта и 5 частей ультрабазитов (дунит-гарцбургитов).

 

Для данного состава мы предлагаем использовать термин «гиполит» (в переводе с греческого — «глубинный камень»), который отражает глубинное положение этого недифференцированного субстрата под континентами в настоящее время (рис. 36). Кроме того, этот термин имеет отчетливую фонетическую импликацию со словом «гипотеза», что придает ему смысловой оттенок, соответствующий характеру наших рассуждений.

 

При расчете состава гиполита использованы кларки, по К.Турекьяну и К.Ведеполю, у которых ультрабазиты по главным компонентам близки к шпинелевым и пироповым перидотитам из кимберлитов. Кроме того, эти авторы выделили обогащенные кальцием граниты, весьма сходные по петрохимии со средним составом кристаллических пород сиаля (по Р.Дели). Результаты расчета обнаруживают большое сходство гиполита с верлитами (среднему, по Р.Дели), и, таким образом, его состав не является чем-то экзотическим.

 

SiO2

TiO2

M2O3

FeO 

MnO

MgO 

CaO 

Na2O

K2O

P2O5

Сумма

Гиполит 

48,2 

0,7 

8,0 

10,4 

0,2 

24,8 

5,5 

1,5 

0,6 

0,1 

100% 

Верлит 

46,5 

0,7 

5,9 

13,3 

0,3 

23,6 

7,7 

1,2 

0,6 

0,2 

100% 

                       

020112 2200 II31 ОБРАЗОВАНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ

Рис. 36. Характер распределения калия в литосфере, основанный на оценке содержания этого элемента в свете магнитной сепарации.

 

Результаты пересчета гипотетического мантийного субстрата на нормативный минеральный состав (по методу П.Ниггли) приведены в таблице 4. Они показывают, что в условиях малых давлений гиполит может быть плагиоклазовым вебстерит-лерцолитом, тогда как его глубинная фация должна соответствовать гранат-оливиновым пироксенитам.

 

Таблица 4. Нормативный минеральный состав гиполита.

На малых глубинах, % 

На больших глубинах, % 

Оливин

41,1 [форстерит 74%)

Гранат **

20,7

Плагиоклаз

25,2 (Лабрадор, № 51)

Оливин

27,4 (форстерит 72%)

Энстатит

20,0

Омфацит***

23,0

Диопсид

9,6

Энстатит

28,8

Лейцит *

2,8

Ильменит

1,0

Апатит

0,3


 


 

* * Гроссуляр-альмандин – пироп (1:1:1)

*** Диопсид + жадеит (1:1), жадеит кали-натровый (1:3,5) 

* Или ортоклаз (в виде антипертита) 


 

 


Найти на unnatural: ОБРАЗОВАНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ
Автор: admin | 2 Февраль 2012 | 544 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

Все размещенные на сайте материалы без указания первоисточника являются авторскими. Любая перепечатка информации с данного сайта должна сопровождаться ссылкой, ведущей на www.unnatural.ru.
Rambler's Top100