МАГМАТИЗМ ЗЕМЛИ

МАГМАТИЗМ РАННЕЙ ЗЕМЛИ

Обратимся к самому началу геологической истории. Наиболее древние магматические породы, известные на Земле, имеют возраст 3,8 млрд лет. В осадочных породах примерно такого же возраста обнаружены обломочные зерна минерала циркона (ZrSiO₄), содержащего примесь U, Th, Pb. По соотношению радиогенных изотопов этих элементов установлено, что зерна циркона являются продуктом размыва магматических пород с возрастом 4,1-4,3 млрд лет. Если учесть, что возраст Солнца оценивается в 5 млрд лет, а возраст Земли как планеты - в 4,5 млрд лет, можно заключить, что магматическая деятельность началась одновременно с возникновением нашей планеты. Более того, математические модели формирования Земли приводят к выводу, что на завершающей стадии накопления протопланетного вещества или сразу после завершения этого процесса внешняя оболочка Земли до глубины в несколько сотен километров была расплавленной и представляла глобальный магматический океан. Последующее затвердевание этого океана привело к образованию твердых внешних оболочек Земли, а выделение летучих компонентов, растворенных в океане магмы, - к возникновению атмосферы и гидросферы. Если это так, то ранний магматизм можно рассматривать как главный процесс, определивший современный лик Земли, и все, что происходило на Земле на протяжении последующих четырех миллиардов лет, является лишь слабым отголоском исключительно мощных ранних магматических процессов.

ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ

Одной из основ геологического познания является метод актуализма - сравнение геологического прошлого с тем, что происходит на Земле сейчас. Для того чтобы понять механизм магматических явлений, обратимся к глубинному строению современной Земли.
Даже относительно небольшие глубины, измеряемые первыми километрами, как правило, недоступны для прямого наблюдения, и о строении глубоких частей Земли судят главным образом по характеру физических полей - гравитационного, магнитного, электрического. Весьма эффективными являются также сейсмические методы, которые изучают распространение упругих волн в глубинах Земли. Такие волны возникают как при землетрясениях, так и при искусственных взрывах. Специальные приборы, установленные по определенной сети, фиксируют время прохождения упругих волн сквозь горные породы, а также эффекты преломления и отражения волн на границах слоев с разными физическими свойствами. Результаты измерений обрабатываются с помощью мощных компьютеров и интерпретируются с учетом физических свойств горных пород. Современная сейсмическая томография выявляет неоднородности глубинного строения Земли до глубины нескольких сотен километров.
Единственным источником прямой информации о составе горных пород, залегающих на глубине десятков и сотен километров, служат их обломки, выносимые магматическими расплавами при извержениях вулканов и формировании интрузивных тел.
Геофизические данные и результаты изучения глубинных включений свидетельствуют о том, что наша планета состоит из нескольких оболочек с различными физическими свойствами, изменение которых отражает как смену химического состава вещества с глубиной, так и изменение его агрегатного состояния как функции давления. Cамая верхняя оболочка Земли - земная кора - под континентами имеет среднюю толщину около 40 км (25-70 км), а под океанами - всего 5-10 км (без слоя воды, составляющего в среднем 4,5 км). За нижнюю кромку земной коры принимается поверхность Мохоровичича - сейсмический раздел, на котором скачкообразно увеличивается скорость распространения продольных упругих волн с глубиной от 6,5-7,5 до 8-9 км/с, что соответствует увеличению плотности вещества от 2,8-3,0 до 3,3 г/см3.
От поверхности Мохоровичича до глубины 2900 км простирается мантия Земли; верхняя наименее плотная зона толщиной 400 км выделяется как верхняя мантия. Интервал от 2900 до 5150 км занят внешним ядром, а от этого уровня до центра Земли, т.е. от 5150 до 6371 км, находится внутреннее ядро. Как полагают, внутреннее ядро образовано твердым никелистым железом и содержит до 15% более легкого материала, который отождествляют с серой, кремнием или кислородом. Внешнее ядро также является металлическим (существенно железным), но в отличие от внутреннего ядра металл находится здесь в жидком состоянии и не пропускает поперечные упругие волны. Конвективные течения в металлическом внешнем ядре являются причиной формирования магнитного поля Земли.
Мантия Земли состоит из силикатов: соединений кремния и кислорода с Mg, Fe, Ca. В верхней мантии преобладают перидотиты - горные породы, cостоящие преимущественно из двух минералов: оливина (Fe,Mg)₂SiO₄ и пироксена (Ca, Na)(Fe,Mg,Al)(Si,Al)₂O₆. Эти породы содержат относительно мало (< 45 мас.%) кремнезема (SiO₂) и обогащены магнием и железом. Поэтому их называют ультраосновными и ультрамафическими.
Выше поверхности Мохоровичича в пределах континентальной земной коры преобладают силикатные магматические породы основного и кислого составов. Основные породы содержат 45-53 мас.% SiO₂. Кроме оливина и пироксена в состав основных пород входит Ca-Na полевой шпат - плагиоклаз CaAl2Si2O8 - NaAlSi3O8. Кислые магматические породы предельно обогащены кремнеземом, содержание которого возрастает до 65-75 мас.%. Они состоят из кварца SiO2, плагиоклаза и K-Na полевого шпата (K,Na)AlSi3O8. Наиболее распространенной интрузивной породой основного состава является габбро, а вулканической породой - базальт. Среди кислых интрузивных пород чаще всего встречается гранит, a вулканическим аналогом гранита является риолит.
Таким образом, верхняя мантия состоит из ультраосновных и ультрамафических пород, а земная кора образована главным образом основными и кислыми магматическими породами: габбро, гранитами и их вулканическими аналогами, которые по сравнению с перидотитами верхней мантии содержат меньше магния и железа и вместе с тем обогащены кремнеземом, алюминием и щелочными металлами. Под континентами основные породы сосредоточены в нижней части коры, а кислые породы - в верхней ее части. Под океанами тонкая земная кора почти целиком состоит из габбро и базальтов.
Твердо установлено, что основные породы, которые по разным оценкам составляют от 75 до 25% массы континентальной коры и почти всю океаническую кору, были выплавлены из верхней мантии в процессе магматической деятельности. Кислые породы обычно рассматривают как продукт повторного частичного плавления основных пород в пределах континентальной земной коры. Перидотиты из самой верхней части мантии обеднены легкоплавкими компонентами, перемещенными в ходе магматических процессов в земную кору. Особенно "истощена" верхняя мантия под континентами, где возникла наиболее толстая земная кора.

Назад| Следующая страница