Геохімічні процеси і глобальна тектоніка

Земля – хімічний завод

Планета Земля утворилася в результаті конденсації і нагромадження космічного пилу та більш крупних фрагментів речовини, що доходять до нас у вигляді метеоритів. Саме метеоритна речовина (суміш різних типів метеоритів від кам’яних (хондритів) до залізних) є первинною речовиною планетарного згустка. Первинно це планетне тіло було однорідним (гомогенним) за хімічним складом, або ж неоднорідності мали хаотичний характер, корінним чином відмінний від теперішньої шаруватої будови. Така гіпотеза є домінуючою в сучасній геохімії і підтверджується космохімічними теоріями конденсації зоряної речовини після вибуху наднової зірки.

Розігрівання планети в результаті гравітаційного колапсу та розпаду радіоактивних елементів призвело до запуску механізму активного перерозподілу хімічних елементів в рамках всієї планети – глобальної хімічної диференціації Землі. Речовина мантії перерозподілялася таким чином, що надлишки заліза, що могли бути задіяні у стабільних в мантійних умовах кристалічних перовськітових структурах, переміщувалися в центр планети і формували ядро, а гази та інші летючі елементи, а також елементи, що мають великий атомний радіус та мало сумісні із структурою мінеральних мантійних фаз виносилися на поверхню, формуючи літосферу, гідросферу та атмосферу. Все це відбувається на фоні поступового охолодження планети. Цей процес розпочався 4,5 млрд. років тому назад, триває до сих пір і ще буде тривати сотні міліонів років, аж поки температура в мантії буде достатньою для існування конвективних потоків речовини.

Хімічну диференціацію в рамках планети Земля можна порівняти із металургійним заводом, який виплавляє залізо і нагромаджує його на складі під назвою ^-Внутрішнє ядро^-, а шлаки нагромаджує в місцевості ^-Літосфера^-. Точнішою мабуть є інша аналогія – складне гірничо-хімічне підприємство, що очищає руду від непотрібних домішок (цех Мантія), а залізний концентрат подається за допомогою конвейера ^-Шар D^- у плавильний цех ^-Зовнішнє ядро^-.

Звідси важливий для екологів висновок – людина природою змушена жити на звалищі, яким є літосфера для хімічного комбінату під назвою ^-Планета Земля^-.

Основні геотектонічні елементи, що мають свою геохімічну специфіку

зони спредінгу – розходження літосферних плит і формування океанічної кори

зони субдукції – поглинання океанічної кори, переробка її і формування континентального типу кори

вулканічні дуги – субдукція океанічної кори під океанічну

активні континентальні окраїни % субдукція океанічної кори під континентальну.

зони колізії (зіткнення) літосферних плит континентальної будови (аналог - Гімалаї)– нарощування блоків континентальної кори, активний гранітний магматизм і метаморфізм

гарячі точки – вузькі потоки гарячої речовини, що піднімаються переважно із D-шару, що призводять до активного базальтового вулканізму і лужного (карбонатити, кімберліти) магматизму в літосферних плитах, що рухаються над такими потоками.

Рух літосферних плит зумовлений конвективними рухами речовини у нижній і верхній мантії. Самі ж рухи направлені на вирівнювання температурних і хімічних неоднорідностей в межах мантії в цілому.

Рис. 5. Числова модель розрахунку конвекції в мантії, що показує виникнення потоку(плюму) гарячої точки (червоне), що рухається від границі ядро-мантія і потоку холодного матеріалу (синє) що субдукується в мантію. Залученння геохімічних даних показує що змішування відбувається ефективно і що границя фазових переходів на 670 км не відображається в хімічній шаруватості мантії (із van Keken and Ballentine, 1998, 1999).

Рис. 6. Будова Землі і основні геотектонічні елементи.

В рамках літосфери всі процеси направлені на вилучення легких елементів із мантійного матеріалу і нагромадження їх в складі континентальних (гранітних) блоків земної кори. Ці процеси починаються із часткового плавлення мантійного матеріалу із утворенням базальтової магми в зонах спредінгу. Базальти та нижче розміщені ультаосновні породи взаємодіють із океанічною водою, міняючи свій мінеральний та хімічний склад, в також звітрюються і руйнуються, формуючи океанічні осадки. Така гідратизована океанічна кора поглинається в зонах субдукції, де нагрівається і в умовах росту температури і тиску віддає значну частину летючих та несумісних із мантією елементів, що приймають участь у процесах плавлення і формування андезитової та гранодіоритової магм під вулканічними острівними дугами та активними континентальними окраїнами. Подальше перетворення речовини вже відбувається в складі континентальних блоків літосфери і основними процесами при цьому є звітрювання, осанконагромадження, діагенез (перетворення осадку в осадову породу), гідротермальна переробка масивів порід, тектонічне нагромадження породних мас, гранітоутворення і метаморфізм.

Рис. 7. Еволюція глибинної будови Землі із часом.

Зліва: Земля на початку геологічної історії; формування основних елементій її будови як результат масового розігріву планети внаслідок розпаду короткоживучих ізотопів і гравітаційної контракції. Активна диференціація речовини приводить до формування ядра і мантії. Верхня частина мантії частково плавиться і магматичний розплав формує великі басейни на поверхні – магматичний океан. Саме його кристалізаційна диференціація і кристалізація при остиганні (за популярними зараз геохімічними моделями) призвела до формування верхньої мантії та первинної літосфери.Хімічна диверенціація призводить до дегазації мантії і формування масивної безкисневої атмосфери. Значна частина цієї атмосфери втрачена внаслідок неминучого розсіювання в космічному просторі. Продовжується активне бомбардування астероїдами. Імпактні події призводять до збільшення вмісту космогенних елементів, зокрема платиноїдів. Саме цим пояснюються геохімічні аномалії складу древніх порід.

Справа: Сучасна геохімічна і геофізична модель Землі, яка відображає вирішальну роль в глобальних геохімічних процесах границі мантії та ядра (із Ballentine, Science 296, 2002, 1247-1248).

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Основні процеси зоряного нуклеогенезу	\|	Історія Землі в світлі геохімічних даних

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.016 сек.