Природа тектонической активности земли возможные причины тектонической активности Земли



Pdf просмотр
страница23/23
Дата28.01.2019
Размер0.78 Mb.
ТипГлава
1   ...   15   16   17   18   19   20   21   22   23

194
метаморфических процессов регионального метаморфизма в условиях избытка воды, поступающей из зон поддвига плит при дегидратации там серпентинитов океанической коры. Можно подсчитать, что за весь протерозой и фанерозой через зоны поддвига плит профильтровалось около 2,3·10 25
г воды, что приблизительно в 16 раз превышает ее массу в современном Мировом океане! Это очень важный фактор, поскольку вода является сильным химическим реагентом и минерализатором, активно переносящим в континентальную кору все литофильные и гидрофильные элементы.
Изменившиеся условия формирования континентальной коры в послеархейское время четко проявляются в геохимических соотношениях однотипных пород разного возраста. Показательны данные Я. Вейзера (1980) по изменению отношений K
2
O/Na
2
O в коровых изверженных породах разного возраста (рис. 6.21). Все изверженные породы раннего архея действительно характеризуются типично базальтовыми отношениями
K
2
O/Na
2
O
≈ 0,5. В позднем архее эти отношения постепенно возрастали (в связи с началом выплавления калиевых гранитоидов). Однако особенно быстро накопление калия в коровых породах происходило в раннем протерозое, когда вновь образованный серпентинитовый слой океанической коры начал насыщаться водой, но уже к концу раннего протерозоя в связи с предельным насыщением к этому времени океанической коры водой отношения K
2
O/Na
2
O достигли равновесного значения 1,2–1,5. Локальный ми- нимум рассматриваемых отношений в мезозое скорее всего связан с глобальной трансгрессией моря на континенты и как следствие этого с уменьшением сноса корового материала в океан и далее (вместе с осадками) в зоны поддвига плит.
Не менее показательны и отношения изотопов стронция
87
Sr/
86
Sr в известняках океанического происхождения (рис. 6.22). Связано это с тем, что в океанской воде происходит эффективное осреднение изотопных меток континентальных пород, подвергающихся в данное время выветриванию и сносу речным стоком в океан. Поэтому изотопный состав таких осадков, отложение которых происходит в равновесных с водой условиях, должен отражать изотопный состав источников поступления вещества, в данном случае – средний изотопный состав континентальной коры и океанических базальтов, изливающихся в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов.
Рис. 6.21. Эволюция отношений К
2
О/Na
2
O в породах континентальной коры (по Я. Вейзеру, 1980) в сопоставлении с кривой концентрации связанной воды в океанической коре (пунктирная линия)


195
Рис. 6. 22. Эволюция отношений
87
Sr/
86
Sr в океанических осадках (по Я. Вейзеру, 1980) в сопоставлении с возрастным трендом этого отношения в мантийных породах (1) и с кривой концентрации связанной воды в континентальной коре (пунктирная линия)
Как и в предыдущем случае, изображенная на рис. 6.22 зависимость
87
Sr/
86
Sr наглядно показывает, что в раннем архее первичные отношения
87
Sr/
86
Sr коровых пород полностью совпадали с мантийным источником. В позднем архее в связи с выплавлением калиевых гранитоидов и начавшимся рециклингом корового материала (приводившим к преимущественному накоплению в коре калия и рубидия) значения
87
Sr/
86
Sr в коровых породах несколько поднялись. Однако вклад этого процесса в общий состав позднеархейской коры еще оставался незначительным, и в целом она по-прежнему характеризовалась приблизительно мантийным уровнем первичного отношении
87
Sr/
86
Sr.
Только начиная с раннего протерозоя, т.е. после перестройки тектонического режима развития Земли, возникновения серпентинитового слоя океанической коры и, главное, после появления зон субдукции, в которые теперь стали затягиваться смываемые с континентов осадки, отношения
87
Sr/
86
Sr резко повысились, отмечая тем самым усиленное накопление в коре того времени рубидия, а следовательно, и калия. Как и в случае отношений К
2
О/Na
2
O, мезозойский минимум на кривой
87
Sr/
86
Sr для морских известняков определяется уменьшением сноса карбонатного материала с континентов в океаны во время фанерозойских трансгрессий моря.
Для границы архей–протерозой характерны резкие изменения концентраций рассеянных элементов (Тейлор, Мак-Леннан, 1988). Например, отношение суммы концентраций легкой части группы редкоземельных элементов к их тяжелой части в тонкозернистых осадках на этом рубеже резко увеличилось, приблизительно от 6 до 11; отношение Th/Sc возросло от 0,4 до 1,1; La/Sc – от 1 почти до 3, а концентрация тория поднялась от 1,5·10
–6
до 3,5·10
–6
Как видно из приведенных примеров, геохимические индикаторы четко отмечают рубеж перехода от архея к протерозою. Учитывая же тектонические факторы, а также приведенные здесь теоретические построения, сегодня можно с большой вероятностью утверждать, что природа крупнейшего геологического рубежа архей–протерозой связана с завершением процесса формирования в центре Земли плотного ядра. В земном ядре тогда оказалось сосредоточенным около 65% его современной массы, а после выделения молодого ядра произошел еще и переход эндогенного режима дифференциации земного вещества от механизма зонной сепарации железа и его окислов к более спокойному механизму их бародиффузионной дифференциации. Непосредственной же причиной произошедших между археем и протерозоем резких изменений геохимических и тектонических условий формирования земной коры служил переход от тектоники тонких базальтовых пластин архея с характерными для того времени зонами торошения и скучивания океанической коры к тектонике литосферных плит с зонами субдукции в протерозое и фанерозое. В связи с образованием в раннем протерозое серпентинитового


196
слоя океанической коры существенно изменился и водный режим выплавления континентальной коры: после архея она стала формироваться в условиях избытка поступавшей из зон поддвига плит перегретых водных флюидов. Большую роль в выплавке коровых магм, особенно гранитоидного и щелочного состава, в это время стали играть и затягиваемые в зоны субдукции осадки.
Развиваемая здесь теория глобальной эволюции Земли позволяет определить и основные закономерности роста континентальной коры. Поскольку в архее континентальная кора формировалась за счет переработки всей массы океанических базальтовых пластин, скорость роста ее массы была пропорциональна средней скорости торошения (скучивания) литосферных пластин и их мощности или, что то же, пропорциональна глубинному тепловому потоку m
AR
Q
m
&
&
(см. рис. 5.16, кривая 1). В последующие эпохи континентальная кора формировалась только за счет переработки океанической коры, мощность которой со временем менялась сравнительно мало, поэтому для послеархейского времени oc
2
m
PH
PR
/
S
Q
m
&
&
+
Следовательно, сама масса континентальной коры m
kk определяется интегрированием этих соотношений.
Для определения параметров интегрирования необходимо учесть значения массы континентальной коры в конце архея m
AR
и в современный момент времени m
0
. По данным многих исследователей докембрия, в архее образовалась существенно бóльшая часть континентальной коры. В наших расчетах вслед за С. Тейлором и С. Мак-Леннаном (1988) мы приняли, что в архее образовалось около 70% континентальной коры, а массу современной континентальной коры определяли по данным А.Б. Ронова и А.А.
Ярошевского (1967) – m
0
≈ 2,25·10 25
г. Площадь океанических плит в послеархейское время определялась по разности кк
G
ol
S
S
S

=
, где S
G
– площадь поверхности Земли и S
кк
– площадь континентальной коры, причем S
кк
m
кк
Полученная таким путем теоретическая кривая роста массы континентальной коры изображена на рис. 6.23 в сравнении с наиболее популярной моделью роста континентальной коры, предложенной С. Тейлором, С. Мак-Леннаном (1988) с учетом геохимических данных, оценок скоростей осадконакопления в океанах и скоростей поглощения этих же осадков в зонах субдукции плит.
Рис. 6.23. Накопление массы континентальной коры: 1 – рассматриваемая энергетическая модель; 2 – модель Тейлора – Мак-Леннана (1988)
Как видно из рис. 6.23, теоретическая зависимость, построенная по нашей геодинамической модели (кривая 1), очень неплохо соответствует эмпирической модели
С. Тейлора и С. Мак-Леннана (кривая 2). Поскольку эти модели, хотя и совмещенные в


197
двух точках, были построены на базе разных подходов с использованием независимых предпосылок и данных, но привели тем не менее к близким результатам, их соответствие друг с другом можно рассматривать как свидетельство в пользу справедливости обеих моделей. Это важно, поскольку излагаемая в данной работе теория тектонической активности Земли, безусловно, еще требует проверки и доказательства, а приведенное на рис. 6.23 сопоставление кривых является одним из примеров такой проверки.
На рис. 6.24 изображена теоретическая зависимость скорости формирования континентальной коры от времени, построенная путем дифференцирования кривой роста коры (рис. 6.23, кривая 1). Как видно из приведенного графика, в начале раннего архея эта скорость была сравнительно высокой и достигала почти 6·10 15
г/год, или около 2,1 км
3
/год и со временем постепенно уменьшалась в связи с опусканием в глубины мантии фронта зонной дифференциации земного вещества. В середине архея, около 3,3–3,2 млрд лет назад, в период общего уменьшения тектонической активности Земли (см. рис. 5.16), снижалась и скорость образования земной коры. Не исключено, что в этот короткий интервал времени, который можно было бы назвать литоплитным периодом развития коры в архее, кое-где могли возникать характерные для тектоники литосферных плит геодинамические обстановки с нормальными зонами поддвига плит и островодужным известково-щелочным магматизмом, близким к современным аналогам. Вместе с тем в этот же литоплитный период должно было прекратиться (или резко сократиться) формирование архейских зеленокаменных поясов, а вместо них могли возникать даже отдельные офиолитовые покровы, обычные для фанерозоя.
Рис. 6.24. Эволюция скорости роста континентальной коры
Характерной особенностью архейской тектоники был резкий всплеск ее активности в позднем архее, приблизительно около 2,8–2,7 млрд лет назад, вызванный начавшимся процессом формирования земного ядра и переходом дифференциации земного вещества от высокотемпературного режима сепарации металлического железа к более энергетически выгодному механизму выделения эвтектических расплавов Fe·FeO (см. раздел 4.2). Судя по расчетам, в пике этого всплеска скорость образования земной коры поднималась до 30·10 15
г/год, или до 10 км
3
/год.
В этот же период должна была существенно увеличиться скорость формирования зеленокаменных поясов и связанных с ними гранитоидных интрузий в основном еще тоналит-трондьемитового состава. В это же время должны были значительно возрасти тепловые потоки, пронизывавшие океанические пластины, и, как следствие этого – увеличиться объем выплавления коматиитовых лав с одновременным возрастанием основности их состава. Тогда же резко увеличилась интенсивность тектонических деформаций, четко выявляемых в строении многих позднеархейских зеленокаменных поясов древних щитов практически всех континентов. При этом, по-видимому, впервые в


198
истории Земли (3,0–2,9)·10 9
лет назад наблюдалась приблизительно синхронная корреляция тектонических деформаций и магматических проявлений на большинстве из древних щитов (см. рис. 6.5).
Однако максимального напряжения тектонический режим формирования континентальной коры должен был достигнуть только в конце архея – в момент развития катастрофического процесса выделения земного ядра (см. раздел 4.4). Судя по геологическим данным (см. рис. 6.5), это событие произошло где-то между 2,7 и 2,6 млрд лет назад. Сопровождалось оно на всех континентах практически одновременной очень интенсивной активизацией всех тектономагматических процессов на Земле: формированием огромных по площади зеленокаменных поясов, выплавлением гигантских объемов гранитоидов, среди которых заметную роль уже играли калиевые граниты, образованием напряженных складчатых деформаций и др. (Конди, 1983; Тейлор, Мак-
Леннан, 1988). При этом главным тектоническим следствием процесса выделения земного ядра должно было быть формирование около 2,6 млрд лет назад первого в истории Земли единого суперконтинента – Моногеи. На рис. 6.5 этому моменту отвечает очень четкая корреляция практически синхронно возникших во всех древних щитах наиболее интенсивных тектонических деформаций, сопровождавшихся резкой активизацией гранитоидного магматизма и регионального метаморфизма. В совокупности тектономагматические формирования этого возраста характеризуют собой проявления наиболее древней и самой интенсивной на Земле кеноранской или беломорской глобальной эпохи диастрофизма.
С окончанием процесса формирования молодого ядра Земли около 2,6 млрд лет назад, в раннем протерозое тектоническая активность Земли снизилась, а вместе с ней уменьшилась и скорость образования континентальной коры – до 6·10 15
г/год, или приблизительно до 2 км
3
/год. В протерозое и фанерозое скорость наращивания массы континентальной коры продолжала снижаться и в настоящее время она, судя по расчетам, не превышает 0,8·10 15
г/год (0,28 км
3
/год), а в фанерозое она в среднем составляла 1,4·10 15
г/год (0,5 км
3
год).
Приведенные здесь скорости образования (роста) коры представляют собой осредненные значения этого параметра по периодам порядка продолжительности полных тектонических мегациклов 10 8
лет (см. раздел 6.3). Одновременно с процессом выплавления коровых пород в зонах поддвига плит, т.е. с наращиванием массы коры, всегда действует противоположный процесс денудации континентальной коры, приводящий к ее разрушению и сносу терригенного осадочного материала в океаны.
После завершения полного цикла развития данного океана (от его раскрытия до полного закрытия) весь попавший в океанический бассейн осадочный материал в конце концов обязательно вновь перерабатывается в зонах поддвига плит или сминается в складки, надвигается на окраины континентов, консолидируется и вновь причленяется к континентальной коре. Однако этот процесс весьма неравномерный. В течение большей части цикла скорость денудации континентов существенно превышает скорость наращивания континентальной коры в зонах поддвига плит. Так, судя по данным о современном сносе терригенного материала (Гаррелс, Маккензи, 1974), общее количество вещества, поступающего сейчас в океаны, приблизительно равно 25·10 15
г/год (около
10 км
3
/год). Вместе с тем современная скорость наращивания коры в зонах поддвига плит составляет всего 0,5–1,1 км
3
/год (Тейлор, Мак-Леннан, 1988). Сносимый с континентов материал в основном отлагается в зонах континентальных склонов и на шельфах, т.е. по- прежнему сохраняет связь с континентальной корой и формально может рассматриваться как ее часть. На долю же пелагических осадков, полностью оторванных от континентальной коры, приходится всего около 3·10 15
г/год, или по эквиваленту коровых пород 1,1 км
3
/год. Поэтому масса современной континентальной коры в настоящий момент скорее уменьшается, чем возрастает. В конце же тектонических циклов при


199
закрытии океанов Атлантического типа все отложившиеся до этого на дне океанические осадки оказываются вовлеченными в процесс корообразования, смятия, гранитизации, метаморфизма и консолидации. В такие фазы орогенеза резко возрастают скорости формирования коры, и ее прирост становится доминирующим. В фанерозое так происходило, например, при закрытии Палеоатлантического океана (Япетус) в каледонское время, Палеоуральского океана в герцинскую эпоху или океана Тетис в кайнозое при образовании Альпийско-Гималайского складчатого пояса. По нашим теоретическим оценкам, прирост массы континентальной коры, осредненный в масштабе времени порядка 1 млрд лет, в настоящее время все-таки положительный и приблизительно равен 0,65·10 15
г/год (0,26 км
3
/год).
В результате осреднения эффектов формирования континентальной коры по разным фазам этого процесса и в предположении полного возвращения (рециклинга) осадочного материала в кору примерно за 800 млн лет можно считать, что до сих пор баланс роста континентальной коры оставался положительным. Более того, до середины фанерозоя это условие, по-видимому, выполнялось практически полностью. В будущем в связи с уменьшением тектонической активности Земли баланс между накоплением осадков в океанах и их рециклингом в процессах корообразования должен все более и более нарушаться. Этому будет способствовать и увеличение базиса эрозии суши, поскольку средний уровень стояния океанов в дальнейшем будет только прогрессивно снижаться (см. гл. 9). Поэтому в будущем, особенно после почти полного замирания тектонической активности Земли, масса континентальной коры должна будет только уменьшаться.
Таким образом, как видно из рис. 6.24, по рассматриваемой здесь модели тектонической активности Земли образование континентальной коры с наибольшей скоростью происходило в позднем архее. В результате большая часть массы современной коры (около 70%) была сформирована к концу архея, т.е. уже 2,6 млрд лет назад. При этом в раннем архее за 800–600 млн лет (от 4,0–3,8 до 3,2 млрд лет назад) возникло только 15% коры, а в позднем архее приблизительно за такой же период времени (от 3,2 до 2,6 млрд лет назад) образовалось приблизительно 50% коры. За всю остальную и наиболее продолжительную историю Земли (за 2,6 млрд лет) образовалось около 30% коры, а за ее последнюю часть в фанерозое (около 600 млн лет) – немногим более 3% (с учетом рециклинга осадков). В дальнейшем рост континентальной коры прекратится и наступит фаза необратимого разрушения, но произойдет это еще очень не скоро.
Последний, завершающий этап в геологической истории Земли будет связан с ее предстоящей тектонической смертью приблизительно через 1,6 млрд лет в будущем, после почти полного исчерпания источников энергии в земных недрах. Но еще ранее, примерно через 600 млн лет, на Земле должен будет возникнуть исключительно сильный парниковый эффект за счет поступления в атмосферу глубинного (абиогенного) кислорода, освобождающегося в мантии при формировании “ядерного” вещества (см. раздел 10.6). С прекращением тектонической активности и возникновением сильного парникового эффекта неизбежно уменьшатся эндогенные теплопотери Земли, поскольку после этих событий они будут происходить только за счет кондуктивной составляющей теплового потока, а это может привести даже к некоторому, правда, не очень большому перегреву земных недр. Тем не менее и это не спасет Землю от остывания, а лишь несколько задержит процесс общего ее увядания. Несмотря на прекращение взаимных перемещений литосферных плит, еще достаточно длительное время на Земле будут проявляться остаточные тектонические подвижки. Но магматических проявлений на
Земле уже больше не должно происходить. В это же время усилятся воздействующие на земную поверхность экзогенные факторы выветривания пород.


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   15   16   17   18   19   20   21   22   23


База данных защищена авторским правом ©genderis.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница