научная статья по теме ЭВОЛЮЦИЯ ТЕКТОНОМАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ И ЛУНЫ Геология

Текст научной статьи на тему «ЭВОЛЮЦИЯ ТЕКТОНОМАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ И ЛУНЫ»

УДК 523.3

ЭВОЛЮЦИЯ ТЕКТОНОМАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ И ЛУНЫ © 2010 г. Е. В. Шарков, О. А. Богатиков

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, 119017, Москва, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 26.01.2009 г.

Показано, что эволюция Земли и Луны происходила по сходному сценарию. Формирование их первичных кор началось в процессе направленного снизу вверх затвердевания глобальных магматических "океанов". В результате этого к поверхности "сгонялись" наиболее легкоплавкие компоненты, накопившиеся в процессе кристаллизационной дифференциации расплава. Такие первичные коры (гранитная на Земле и анортозитовая на Луне) сохранились в пределах древних континентов. Тектономагматическая активность на первых этапах развития планет связывается с подъемом мантийных плюмов первого поколения, образованных веществом мантии, деплетированной в процессе образования их первичных кор. Над растекающимися головными частями этих суперплюмов на Земле формировались области растяжения, подъема и сноса (гранит-зеленокаменные области в ар-хее и кратоны — в раннем палеопротерозое), а над нисходящими течениями в мантии — гранулито-вые пояса, представлявшие собой области сжатия, погружения и осадконакопления; ситуация может быть описана в терминах плюм-тектоники. Аналогами этих структур на Луне, вероятно, были пологие поднятия и впадины (талассоиды), развитые в пределах лунных континентов. Перелом в развитии тектономагматических процессов на Земле произошел в интервале 2.3—2.0 млрд. лет назад, когда получили широкое развитие геохимически обогащенные Бе-Т пикриты и базальты, типичные для внутриплитного магматизма фанерозоя. Одновременно произошли и важные изменения в экологической обстановке на поверхности Земли. Плейт-тектоника, существующая и поныне, в глобальном масштабе появилась на рубеже ~2 млрд. лет назад. Этот перелом связывается с появлением мантийных суперплюмов второго поколения (термохимических), до сих пор генерирующихся на границе жидкого железо-никелевого ядра и силикатной мантии. Сходный по масштабам перелом в развитии Луны произошел, по-видимому, в интервале 4.2—3.9 млрд. лет назад и завершился образованием крупных депрессий морей с резко утоненной корой и мощным базальтовым магматизмом.

Такое развитие событий предполагает вовлечение в тектономагматические процессы на средних стадиях развития этих планет качественно нового материала, который ранее был "законсервирован" в их металлических ядрах. Из этого следует, что рассматриваемые тела изначально имели гетерогенное строение, а их разогрев происходил сверху вниз путем прохождения "тепловой волны", сопровождаясь охлаждением внешних оболочек. Проходя через деплетированную мантию, эта "волна" генерировала термические суперплюмы первого поколения. Ядер, состав которых был близок к эвтектике Бе + Бе$, она достигала в последнюю очередь, приводя к их плавлению, что вызвало появление термохимических суперплюмов и соответствующую необратимую перестройку геотектонических процессов.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время представления о процессах образования и развития Земли и Луны базируются в основном на различных физических и геохимических расчетах и предположениях. Основным недостатком существующих на этот счет гипотез является их абстрактный характер и полное игнорирование данных по тектономагматической эволюции рассматриваемых планет. Вместе с тем, именно эти данные содержат доступную информацию о конкретных механизмах как формирования, так и эволюции земных планет, необходимую для разработки современной теории их образования и развития.

Луна является единственным планетным телом, где побывал человек и откуда доставлены образцы горных пород. Эти материалы представляют огромную важность в качестве сравнительного материала для анализа эволюции Земли, поскольку процессы ее развития могут быть сопоставлены с аналогичными процессами на другом планетном теле. Это сильно сужает поле для теоретизирования на тему о формировании Земли и ранних стадиях ее развития, относительно которых сейчас существует масса взаимоисключающих гипотез. Все это не менее важно и для Луны, для которой сейчас доминируют спорные представления о ведущей роли ударов крупных метеоритов в появлении лунных морей [58]. Мы полага-

ем, что предлагаемый подход к сравнительному изучению тектономагматической эволюции этих планетных тел даст новый импульс к пересмотру многих устоявшихся представлений о происходивших на них процессах.

Очевидно, наиболее объективным методом исследования эволюции Земли и других земных планет является изучение магматических процессов, поставляющих расплавленное глубинное вещество на их поверхность, осуществляя тем самым непрерывную "запись" информации о составе плавившихся субстратов на протяжении всей их геологической истории. Также очевидно, что магматические процессы не могут быть оторваны от тектонических, поскольку появление областей плавления в верхних оболочках планет связано с подъемом разогретых мантийных плю-мов разного масштаба сквозь более холодные вязкие литосферы и последующим растеканием их головных частей, приводящим к перемещению масс горных пород. По-существу, тектоника и магматизм выступают как две стороны одного и того же геодинамического процесса, взаимно дополняя друг друга.

Целью настоящей работы является сравнительный анализ тектономагматического развития Земли и Луны для выявления главных особенностей их эволюции, которые могут быть использованы при изучении и других планет земной группы (Венеры, Марса и Меркурия), где Земля является самым крупным, а Луна — самым маленьким телом. В данной работе мы рассмотрим вопросы формирования первичных кор этих двух планет, особенности тектономагматических процессов на главных этапах их эволюции и обсудим на этой основе проблему ведущих механизмов их образования и развития. Ранее мы уже обращались к этой проблеме [18, 19, 29], но полученные за последние годы новые данные позволили во многом уточнить эти представления.

ТЕКТОНОМАГМАТИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ ЗЕМЛИ

Всегда ли на Земле существовала тектоника плит, а если нет, то как далеко в ее историю может быть пролонгирован современный тип тектономаг-магической активности? Одни исследователи, преимущественно на основании геохимических данных, полагают, что характер тектономагматических процессов практически не менялся начиная с эоар-хея и может быть описан в терминах современной плейт-тектоники. Другие специалисты, принимая во внимание не только геохимические, но также геологические и петрологические данные, настаивают на специфике развития Земли в раннем докембрии.

Проблема формирования первичной коры Земли

За время своего существования (~4.55—4.65 млрд. лет) Земля прошла через ряд стадий своего развития, необратимо изменивших как сущность происходивших в ней глубинных процессов, так и их отражение на ее поверхности. Первым в этом ряду стоит состав первичной земной коры, который давно является предметом дискуссии, где преобладают две точки зрения:

1. Традиционная, заложенная еще более полутора веков назад, предполагает, что эта кора имела базитовый состав, а сиалическая кора появилась позже в результате геосинклинальнонго процесса, или в современных терминах — на конвергентных границах литосферных плит. Согласно этой концепции, в эволюции Земли происходит постепенное наращивание континентальной коры за счет океанической.

2. Первичная кора была сиалической, а тектоника плит появилась только в палеопротерозое. Именно с этого времени начала формироваться и разрастаться кора океанического типа, т.е. сейчас происходит постепенная замена древней континентальной коры на вторичную, базальтовую (океаническую).

С позиций петрологии и физической химии принципиальных различий между этими точками зрения нет: обе модели требуют глобального расплавления исходного хондритового вещества верхней оболочки Земли, чтобы образовать однородную первичную земную кору. В этом случае конечный результат должен зависеть только от степени дифференциации расплава при затвердевании глобального магматического "океана", возникновение которого могло быть связано с выделением энергии уплотнения вещества, существованием короткоживущих изотопов, приливными явлениями, массовой метеоритной бомбардировкой и т.д. [12].

Как показал еще в начале прошлого века крупный английский геофизик Г. Джеффрис [36], при затвердевании расплавленных планет ведущую роль играют два независимых фактора: адиабатический градиент (минимальная разница температур, при которой начинается конвекция) и градиент температуры точки плавления (наклон линии ликвидуса в Р—Т-координатах). Благодаря тому, что в силикатных расплавах величина адиабатического градиента составляет всего 0.3°С/км, его температура во всем объеме практически одинакова, в то время как градиент точки плавления, определяемый давлением в столбе жидкости, примерно на порядок больше (~3°С/км), кристаллизация расплава может происходить только снизу вверх, так как его главный объем постоянно перегрет относительно ликвидуса.

К сожалению, эта модель впоследствии была забыта, хотя она имеет универсальный характер и

применима как к затвердеванию планетных тел, так и к затвердеванию жидкого ядра Земли и даже крупных интрузивов. На примере последних установлено, что их затвердевание происходит путем перемещения вверх маломощной зоны кристаллизации, что сопровождается кристаллизационной дифференциацией расплава и приводит к накоплению низкотемпературных компонентов в верхних частях интрузивных камер [16 и библиография там]. Как известно, исключением из общего правила является вода, плотность которой максимальна при +4°С и затем заметно снижается вплоть до появления сравнительно легкой твердой фазы (льда). Благодаря этому затвердевание водных бассейнов (и существенно ледяных планет типа Тритона) происходит сверху вниз путем намерзания, и поэтому они практически никогда не промерзают до дна.

Геологические данные — резкое преобладание гранитоидов в архейской земной коре, не имеющее аналогов в более поздние периоды, а также результаты изучения п

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком