ГЕОТЕКТОНИКА, 2011, № 3, с. 83-88
= РЕЦЕНЗИЯ
УДК 551.1
УСПЕШНАЯ ПОПЫТКА ПРОНИКНОВЕНИЯ В ГЛУБИНЫ ЗЕМЛИ
Последнее 30-летие характеризуется обилием приближенных моделей оценки роли различных процессов в формировании мантии и ядра Земли. Назрела необходимость создания обобщенной модели, в которой были бы учтены глобальные геологические элементы ее строения и процессы преобразования вещества внутренних геосфер Земли в широком диапазоне изменения температуры, давления и флюидного режима. Уже сама постановка такой задачи потребовала проникновения в суть изучаемого явления и столь же глубокого знания геологического строения Земли в контексте ее эволюционного развития. Поэтому следует всячески приветствовать союз двух исследователей — Ю.М. Пуща-ровского, крупнейшего специалиста по планетарной геологии, и Д.Ю. Пущаровского — минералога и кристаллохимика, известного своими работами по структурной минералогии глубинных геосфер Земли. Объединение их усилий привело к созданию принципиально нового направления в науках о Земле — Ю.М. Пущаров-ский, Д.Ю. Пущаровский. Геология мантии Земли. М.: Геос, 2010. 138 с.
Авторы выделяют три направления, на базе которых они разработали новую, более дифференцированную модель строения мантии — это общегеологические, минералогические и сейсмотомогра-фические работы.
Прежде чем приступить к рассмотрению данной монографии, я бы хотел акцентировать внимание на двух аспектах возникновения и последующего формирования планеты Земля. Это прежде всего Организация, которая протекает за счет воздействия внешних сил — прежде всего Солнца и в меньшей мере Луны, и Самоорганизация — постоянный дискретный и полихронный процесс, свершавшийся за счет внутренней энергии Земли. Иногда эти процессы протекают сопряжено, когда, например, внешние организующие глобальные тектонические импульсы порождают сопряженные процессы самоорганизации не только мантии Земли, но, что не менее важно, пограничной зоны между мантией и ядром. По сути дела, данная монография и отражает степень и характер таких разномасштабных явлений, порождающих в итоге структурно-вещественные комплексы литосферы, которые находят свое
отражение на геологических картах и при глубинных геофизических исследованиях.
Одним из достижений рецензируемой монографии является хорошо аргументированный вывод о выделении двух структурных сегментов — Тихоокеанского и Индо-Атлантического, отражающих более глубокую тектоническую асимметрию коры и в большей степени мантии Земли. При этом следует заметить, что сопоставление масштабов плавления океанической мантии (по крайней мере начиная с мезозоя) многократно превосходит процессы выплавления земной коры, ибо объемы выплавления (и переплавления?) базальтов в океанах на порядок превышают процессы выплавления гранитоидов, средних и кислых эффузивов на континентах. А если сюда прибавить объемы базальтоидного магматизма и на континентах (особенно траппов), то сравнение оценки масштабов проявления процессов плавления в мантии и континентальной коре будут существенно различны. Парадоксальность этого различия становится очевидной, если сравнить температуры солидуса базальтов и гранитов, которые в базальтоидных системах на сотни градусов превышают таковые в кислых породах. По-видимому, в данном случае одним из главных факторов плавления выступает флюидный режим процессов плавления, когда массовое воздействие глубинных флюидов на океаническую кору и приводит к глобальному их плавлению. Решение этой задачи и составляет один из вариантов комплексного подхода к оценке эндогенной активности, и в частности, процессов плавления в океанической и континентальной литосфере.
В систему доказательств различий процессов плавления в глобальных масштабах зачастую включаются изотопные соотношения Мё, 8г, РЬ. Я полагаю, что излишняя фетишизация разрозненных изотопных меток, удаленных друг от друга на сотни и даже тысячи километров, не информативна. Ибо опыт подобных исследований на островных дугах, континентальных рифтах и вулканических центрах на океанической коре (Прибайкалье, Сибирская платформа) указывает на высокую степень дисперсии в распределении таких изотопов даже в пределах одного магматического цикла проявления мантийного магматизма.
83
6*
При интерпретации таких изотопных данных упускается из виду то, что мы в данном случае имеем дело с микроэлементами, поведение которых будет во многом определяться характером и составом глубинных флюидов, провоцирующих процессы выплавления базальтовой магмы.
Одним из главных достоинств проведенного тектонического анализа Тихоокеанского и Индо-Атлантического сегментов является их высокая геологическая аргументированность, когда авторы в своих построениях опираются на хорошо изученные в геологическом плане эталонные объекты. Эти результаты как нельзя лучше позволяют расшифровывать особенности геологического развития па-леоокеанов, еще в палеозое закончивших свое существование. В качестве примера сошлемся на Центрально-Азиатский палеоокеан, когда выделение в нем в особый элемент тектоники микроплит и микроконтинентов позволило выделить их в палео-океаническом Центрально-Азиатском пространстве. Таким образом, детальный углубленный геологический анализ главных структурных элементов современной океанической коры позволил с высокой степенью обоснованности выделить аналогичные структуры в палеоокеанических обстановках.
Фундаментальный вывод авторов о существенных различиях геодинамики Тихоокеанского и Ин-до-Атлантического сектора хорошо обоснован и послужит основой для дальнейших более углубленных геологических и геофизических исследований.
Логическим переходом от общегеологических моделей особенностей геодинамического развития выделенных авторами крупных общепланетарных структурных единиц Земли является раздел, в котором на базе современных экспериментальных исследований рассматриваются вопросы структурной перестройки минералов в глубинных оболочках Земли. Эта часть рецензируемой монографии базируется на высоко профессиональном обзоре современных экспериментальных данных, проведенных при высоких и сверхвысоких Т и Р. По этой части монографии у меня есть два замечания.
1. Авторы делают обзор на основе статических экспериментов, когда минерал испытывает всестороннее давление, и это вполне резонно. Но в конце XX века получили развитие эксперименты по методике Бриджмена, когда в ходе эксперимента наряду с осевым давлением осуществлялись сдвиговые напряжения. Иными словами, реализовался механизм "давление + сдвиг", при котором фазовые переходы происходили при более низких Р и Т по сравнению со статическими экспериментами. Учитывая разнообразие ситуации в коре и мантии, где может реализоваться этот процесс, особенно в протяженных по латерали слоях, где имеют место сдви-
говые напряжения, полученные в статических экспериментах величины могут подвергаться необходимым коррективам.
2. В авторском обзоре проведены многочисленные примеры связи давления и объема минералов. При этом из рассмотрения выпал очень важный тезис о том, что при достижении температуры плавления твердофазовый переход может смениться процессом плавления. Для силикатов этот процесс протекает с увеличением объема и определяется в общем виде уравнением Клаузиуса-Клапейрона dP/dT = AH/TAV, в котором Pи ^находятся в обратном соотношении. То есть, при достижении у силикатов температуры плавления, высокое общее давление может не дать реализоваться плавлению силиката, что и отражается положительным наклоном линий плавления на P—T диаграммах. То есть, по мере роста P, хотя и происходит увеличение Т, вероятность плавления силикатов резко снижается, что и объясняет отсутствие расплавов в силикатной матрице средней и особенно нижней мантии вплоть до границы с ядром.
В целом же раздел, посвященный процессам минеральных трансформаций в мантии с ростом Т и Р, написан сжато и высокоинформативен. Отличительной чертой этого раздела монографии является тесное увязывание экспериментальных данных c результатами изучения сейсмических волн в мантии. Признавая правомерность авторского подхода к изучаемому явлению (изменение скоростей сейсмических волн), следует заметить, что кроме фазовых переходов этот эффект может быть обусловлен латеральной флюидизацией тектонически ослабленных зон, обусловленных нелинейным характером распределения давлений в мантии, где, учитывая роль многих, в том числе и внешних факторов, распределение давлений в мантии является функцией многих переменных.
Высокая степень обоснованности авторских выводов о тесной связи изменения минерального состава в глубинных геосферах с изменением их физического состояния делает выводы авторов весьма убедительными. Рассмотрение состава глубинных мантийных геосфер с позиций высокобарной экспериментальной минералогии заслуживает самого пристального внимания, но при этом из сферы рассмотрения выпадает один момент, а именно историчность развития мантии, когда уже на самых ранних стадиях формирования мантии и ядра Земли из первоначально расплавленного пиролита могли реализоваться пока неизвестные нам механизмы дифференциации вещества в зарождающихся твердых оболочках, когда общее давление в кристаллизующихся геосферах в глубинах Земли могло быть иным, атмосфера была восстановленной и более мощной, а скорость вращения Земли менялась во
времени. Тем не менее, тезис о "переходной мантии" достаточно аргументирован, когда экспериментальные данные хорошо соотносятся с результатами, полученными геофизическими методами. Что касается придания глобального характера границам от 670 до 2850 км (с. 25), то здесь возникает одно соображение, а именно: чтобы такая зональность была настолько реальной и отражалась на границах глубинных мантийных блоков, необходимо главное условие — чтобы содержания в породах перечисленных минеральных трансформных пар достигали каких-то критических значений и были настолько значимыми, чтобы дать суммарный эффект в огромных по масштабам блоках пород, тем более если они гетерогенны по латерали и вертикали. Достижения высокобарной термодинамики минералов позволяют исходя из пре
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.