Гиполит гранатитовый и пиролитовый

 

Таблица 1. Нормативный минеральный состав гиполита.

 

 

 

Вместе с тем отнюдь не вся литосфера после ее полного окисления освобождалась от калия и прочих литофильных элементов. Они выносились только из верхней части литосферы, в которой преобладающими минералами были пироксены и оливин. В нижней ее части, где преимущественным минералом был гранат, литофильные элементы входили в его кристаллическую решетку в виде изоморфной примеси. И поскольку гранат в условиях высоких давлений является самым тугоплавким из породообразующих, то извлечение изоморфных примесей из его решеток весьма затруднено.

 

Минеральный состав глубинной фации пиролита, представленный в таблице 1, соответствует давлению примерно 30—40 кбар. Но при дальнейшем увеличении давления он меняется в сторону все большего содержания граната, состав которого становится также более сложным. К примеру, в нем начинает растворяться во все больших количествах гроссуляровая составляющая (Ca₃Al₂Si₃O₁₂), и малиновый цвет, свойственный магнезиальному пиропу, становится оранжевым. Такие оранжевые сверхглубинные гранаты обнаруживаются в виде ксенокристов в щелочно-базальтоидных трубках взрыва. Экспериментально показана возможность подмены пары Ca-Si на Na-P, что приводит к образованию в гранате раствора минала Na₃Al₂P₃O₁₂ (Thompson, 1975). Установлено также, что вхождение натрия в гранат может осуществляться по схеме CaAl ↔ NaSi или CaAl ↔ NaTi (Ringwood, Major, 1971).

 

В алмазоносных эклогитах пироксены постоянно обнаруживают примесь калия, тогда как в образцах меньшей глубинности этого не наблюдается. В экспериментах обнаружено, что только при давлениях свыше 40 кбар калий начинает входить в решетку пироксена, а при давлениях порядка100 кбар и больше, сами пироксены приобретают структуру граната и образуют в нем твердый раствор. По всей видимости, с увеличением давления различия в атомных радиусах элементов нивелируются, и это обусловливает отмеченные выше явления.

 

Но если Земля расширяется, то уменьшается сила тяжести, и, соответственно, давления в мантии тоже должны уменьшаться. Следовательно, в мантийных образцах должны существовать структуры распада твердых растворов. И действительно, такие факты существуют. К примеру, в глубинных нодулях кимберлитовых трубок были обнаружены закономерно ориентированные срастания ильменита и диопсида, которые в условиях высоких давлений превращались в гомогенный гранат (Ringwood, Lavering, 1970). А.Рингвуд и А.Мейджор (1968) обнаружили ориентированные вростки диопсида в гранате и связывают их с распадом твердого раствора. По мнению этих исследователей, такие данные «… свидетельствуют о существовании… гранатово-пироксеновых твердых растворов в природе в прошлом».

 

В свете сказанного у нас есть основания полагать, что с глубиной увеличивается роль граната, и с некоторого уровня давлений (глубин) он становится преобладающим минералом в составе мантии. Эту нижнюю, наиболее глубинную часть литосферной мантии можно назвать гранатитовой. Тогда как верхняя часть литосферы имеет преимущественно пироксен-оливиновый состав, и эту зону можно назвать пиролитовой (по первым слогам преобладающих минералов — пироксена и оливина). Следует отметить, что в нижней гранатитовой зоне литосферы гранаты способны удерживать в своих решетках гораздо больше разнообразных примесей в сравнении с оливином, пироксенами и гранатом из верхней пиролитовой зоны. Среди этих примесей присутствуют калий, рубидий, другие литофильные элементы, а также редкие металлы.

Вместе с тем если планета расширялась и сила тяжести уменьшалась, то пиролитовая зона должна была увеличиваться за счет сокращения объема зоны гранатитовой и граница перехода (скорее, это переходная область) должна была опускаться на большие глубины. При этом происходил сброс примесей, которые ранее входили в кристаллические решетки минералов гранатитовой зоны. Эти примеси оказываются в несвязанном виде и распределяются по границам зерен вновь образованных (при распаде твердых растворов гранатита) минеральных фаз пиролита, что способствует их мобилизации при селективном плавлении и промывке мантии глубинным флюидом.

 

Таким образом, зона пиролита является тем резервуаром, из которого происходила (и происходит) мобилизация литофильных элементов, необходимых для формирования континентальной коры с ее гранитным слоем. И если мы определим динамику расширения планеты во времени, то это даст нам возможность оценить потенциальную способность литосферы отдавать литофильные элементы (и многие редкие металлы в их числе) в различные периоды геологической истории. К сожалению, в настоящее время отсутствуют экспериментальные данные по сжимаемости гидридов в мегабарном диапазоне давлений, и по этой причине мы пока не можем определить динамику расширения теоретически, исходя из нашей модели планеты. Вместе с тем эту динамику мы можем вывести из особенностей строения океанов и поясов тектономагматической активности (разумеется, если рассматривать их в свете наших построений).

Динамика расширения планеты показана на рисунке № 1, там же отражено изменение силы тяжести на ее поверхности (соответствующее этому расширению). К этим графикам не следует относиться строго, они в значительной мере условны и показаны нами лишь с целью «обозначить числом» акселерацию расширения планеты во времени. Вместе с тем, в рамках нашей концепции, эта самая «акселерация» должна быть непременно. И следует напомнить, что «изначально гидридная Земля» вполне способна обеспечить такие масштабы своего роста.

 

Рис. 1. Темпы расширения Земли во времени и характер изменения силы тяжести на ее поверхности.

 

Построенный график изменения силы тяжести позволяет определить глубину залегания изобары в 100 кбар в недрах планеты на различных этапах ее геологической истории (см. табл. 2). В соответствии с данными таблицы 5, под древними докембрийскими платформами объемы пиролита и гранатита в литосфере закономерно менялись из-за расширения планеты. Характер этих изменений представлен на рисунке № 2. В протерозое изобара в 100 кбар располагалась на глубине примерно 110 км: ниже этого уровня состав литосферной мантии, по всей видимости, был чисто гранатитовый (или шпинель-гранатитовый); тогда как выше, на меньших глубинах, содержание граната уменьшалось, и в минеральном составе постепенно начинала преобладать пироксен-оливиновая (пиролитовая) ассоциация.

 

Таблица 2. Глубина изобары «100 кбар» в мантии Земли *.

 

* При средней плотности мантии, равной 3,33 г/см³.

 

К концу нижнего протерозоя (~ 2 миллиарда лет назад) вся зона существовавшего тогда пиролита была превращена в рестит в связи с формированием сиалической коры. В дальнейшем, по мере расширения Земли и погружения «изобары-100» под слоем рестита стал нарастать новый слой пиролита, по причине распада гранатита*.

 

————————————————————————————————————

* Следует еще раз пояснить наше понимание терминов, которые используются в этом разделе. Прежде всего, «пиролит» и «грана-тит» — это по химическому составу один и тот же «гиполит», но в разном минералогическом представлении. Напомню: гиполит представляет собой первичную недифференцированную (на кору и мантию) литосферу, и его состав соответствует смеси гранита, базальта и ультрабазита (в пропорции 1:2:5). Состав рестита можно представить смесью из базальта и ультрабазита (в про -порции 0,5:5), состав континентальной коры принимается нами в виде смеси гранита и базальта (в пропорции 1:1,5).

————————————————————————————————————

 

Рис. 2. Характер эволюции литосферной мантии под древними платформами. Под слоем рестита происходило накопление толщи пиролита за счет распада гранатита в связи с расширением Земли.

 

В областях тектономагматической активности, где литосфера периодически промывалась глубинным флюидом, этот слой пиролита являлся тем резервуаром, из которого извлекались литофильные элементы, необходимые для формирования континентальной коры в пределах эвгеосинклинальных трогов, заложение которых происходило на коре океанического типа. Однако под древними платформами, которые длительное время пребывали в состоянии тектонического покоя, слой пиролита (пиролитового гиполита) не расходовался, а увеличивал свой объем, и в мезозое, 150 млн. лет назад, его мощность местами могла достигать 90 км (рис. 2, последняя колонка).

 

Исследователи неоднократно отмечали особую металлогеническую значимость зон тектономагматической активизации, проявленных в пределах древних геологических структур, которые до этого (до активизации) длительное время находились в состоянии тектонического покоя. В рамках наших построений, богатая рудная минерализация этих зон обусловлена мощным слоем пиролитового гиполита, накопившегося под древними платформами в связи с расширением планеты. Этим же объясняется резко выраженный щелочной характер магматизма зон активизации.

 

Итак, в свете наших построений масштабы литофильно-редкометального оруденения должны зависеть от длительности тектонического покоя, предшествовавшего тектономагматической активизации и рудогенезу. Другими словами, чем древнее рудовмещающая структура и чем моложе рудогенез, тем выше должна быть потенциальная рудоносность зоны тектономагматической активизации. Этим выводом можно руководствоваться при перспективной оценке структур на литофильно-редкометальное оруденение фанерозойского возраста. Однако при этом следует учитывать акселерацию расширения Земли во второй половине фанерозоя и соответствующую неравномерность прироста пиролита во времени (см. рис. 2). В этой связи потенциальная рудоносность должна в большей степени определяться временем тектономагматической активизации, т.е. аспект «чем моложе руда…» более существенен, чем время стабилизации рудовмещающего блока, с которого в его пределах установился режим тектонического покоя.

 

Во времени литофильно-редкометальная минерализация обладает отчетливо выраженным бимодальным характером распределения. Судя по запасам, можно наметить два основных этапа оруденения. Первый (ранний) проявился в протерозое, одновременно с формированием континентальной коры, на фоне мощнейших процессов гранитизации и калиевого метасоматизма. Второй (поздний) начался в верхнем палеозое и особенно интенсивно проявился в мезозое. Причину появления второго — позднего этапа мы только что обсудили. Она связана с появлением мощного слоя пиролита под структурами, пребывавшими длительное время в состоянии тектонического покоя. Но, по сути, эта же причина (появление мощного слоя пиролитового гиполита) обусловила первый (раннепротерозойский) этап литофильно-редкометального оруденения. Однако этот слой пиролита, мощностью в 110 км, образовался к концу архея не в результате распада гранатита, а в связи с формированием силикатной оболочки планеты по силицидам, и эту проблему мы уже обсуждали. И в нижнем протерозое этот слой пиролита превратился в кору и рестит (первая колонка на рис. 2).

 

Следует отметить, если Земля расширяется, и если этот процесс имеет акселерацию во времени, то в рамках предлагаемой концепции литофильно-редкометальное оруденение в истории планеты обязательно должно иметь бимодальный характер распределения. Конкретные цифры, принятые нами для иллюстрации этого явления (см. рис. 1 и табл. 2) могут уточняться, но суть явления (бимодальность) от этого не изменится.