Становление литосферы как геологической системы
Для того чтобы представить, как происходила эволюция литосферы, необходимо знать её первоначальное состояние.
Было много попыток выяснить это, но большая неопределенность и недостаток фактического материала не дали положительных результатов.
Современная планетология показала, что первичная дифференциация земной коры на материковую и океаническую произошла под действием магматических процессов.
Рисунок 1. Становление литосферы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При этом происходило активное воздействие Земли с Солнцем и другими планетами.
Первичная земная кора, как говорят ученые, была довольно примитивна и слабоорганизована. Породы, слагавшие первичную земную кору, были близки к лунным базальтам и анортозитам.
Период, в течение которого происходило становление догеологической коры, ученые назвали лунной стадией. Она охватывала нижний архей, т. е. 4,2 - 3,8 млрд. лет назад.
Схемы развития планеты на самых ранних этапах высказывались в форме догадок, ни фактами, ни логикой они не подкреплялись. Была сделана попытка применения метода актуализма, чтобы расшифровать архейские структуры земной коры, и сложилось несколько геотектонических концепций её развития.
Историю первичной земной коры начали рассматривать с позиций, появившейся теории геосинклиналей. Одна из работ этого направления «Докембрийский континент» авторов И.Б. Барсукова, А.К. Башарина, Н.А. Берзина.
Первую континентальную кору ученые связывали с преобразованием первичной меланократовой коры океанического типа с теми процессами, которые характерны для геосинклинальных систем. Также были попытки использования концепций мобилизма, включая теорию «тектоники плит», где утверждалась реальность существования в архее жестких литосферных плит, зон спрединга и субдукции.
Истинная картина развития литосферы в архее не была установлена.
В познании начальных этапов развития земной коры важные результаты может дать системный подход.
В соответствии с этим подходом формирование происходило на основе минимума образующих её частей.
В ходе её эволюции образуются уже более сложные структуры.
Таким образом, и в истории литосферы, и в истории Земли различают два этапа – догеологический и геологический этап развития.
Геологический этап возможен только после становления геологической системы как целого и связан с одним или двумя процессами. По мнению О.А. Богатикова, процесс магматизма является ведущим фактором. В результате магматической деятельности были созданы магматические породы, различные по составу. Но для формирования континентальной земной коры, магматических пород явно было недостаточно.
Надо сказать, что планеты земной группы тоже испытывают процессы магматизма, однако на этих планетах континентальная кора не образовалась.
Если говорить о вулканической деятельности, то она наблюдается на дне океанических впадин, но и здесь континентальная кора отсутствует.
По всей вероятности, для образования континентальной коры необходим тот минимум частей, который отсутствует во впадинах океана и на планетах земной группы.
К минимуму относятся:
- магматические породы и сама магма, проникающая в литосферу из мантии;
- осадочные породы и вода во всех её состояниях, поступающая из географической оболочки и частично из мантии.
На начальном этапе развития литосферы в наличии были не все части геологической системы.
Магматизм развивается с самого начала становления Земли.
В течение лунной стадии идет формирование горных пород нижнего архея – гнейсы, кристаллические сланцы, базальты, амфиболиты.
В дальнейшем эти породы изменяются магматическими и метаморфическими процессами.
Анализ нижнеархейских пород позволяет установить термодинамическую обстановку, в которой происходило их формирование.
Эволюция температурного режима литосферы
Ещё в XIX веке высказывались предположения о прогрессивном остывании Земли, и на этом основании была построена гипотеза контракции, которая не соответствовала современным представлениям о планете, поэтому не могла быть основой геотектонической теории.
Начальная стадия развития планеты характеризуется огромным количеством поступающего тепла за счет аккреции, гравитационной дифференциации и радиоактивного распада.
Температура мантии достигала 1500-400 градусов, но была ниже адиабатической, поэтому вещество мантии нем было расплавлено.
В поверхностных слоях формирующейся земной коры температура была относительно высокая.
Причинами этого были:
- большое количество поступающего тепла от радиогенного распада и от ударов метеоритов;
- малый градиент перепада температур при переходе к географической оболочке.
Температура поверхности Земли достигала 300-350 градусов.
Проведенный структурный анализ докембрийских пород установил высокую температуру и в приповерхностных слоях формирующейся коры.
Температура архейских недр была выше современной на 200-300 градусов, что и определило высокотемпературный архейский метаморфизм.
Со временем приповерхностные слои начали остывать, причина этого заключалась в тепловом излучении Земли, а также в том, что запасы энергии радиоактивного распада элементов уменьшались.
Температура среды осадконакопления и градиент повышения температуры с глубиной снижались.
Если бы Земля за счет внутренних источников тепла не разогревалась, то первоначальное тепло недр планеты рассеялось бы во внешнее пространство в течение быстрого времени – на это понадобилось бы, как показывают расчеты, всего 1012 лет.
Это говорит о том, что за время своего существования Земля остыть не могла.
Учитывая эти условия, остыванием охватывается только кора и верхняя мантия на глубину до 1000 км.
Таким образом, средняя температура вещества в этом слое, при отсутствии внутренних источников тепла, должна непрерывно падать, но, таких данных нет.
За счет радиоактивного распада планета сегодня получает столько тепла, сколько теряет через выделение.
За геологическую историю Земли за счет температурного эффекта её радиус увеличился более чем на 80 км.
Ученые считают, что поддерживать современный тепловой режим глубинных сфер в течение длительного времени может как радиоактивный распад, так и гравитационная дифференциация вещества мантии.
И в то же время земная кора остывает, что показало сравнение термобар пород разного возраста.
Ситуация складывается парадоксальная – Земля в целом или разогревается, или находится в состоянии теплового равновесия, а её земная кора остывает.
Эволюция магматизма
Вполне возможно, что первичные магматические породы были близки к лунным базальтам и анартозитам.
Под воздействием магматических и метаморфических процессов они претерпели сильные изменения и практически совсем не сохранились.
По мнению О.А. Богатикова в эволюции магматизма надо различать пять стадий:
- лунная стадия, существовавшая более 3,5 млрд. лет назад;
- нуклеарная стадия – 3,5-2,5 млрд. лет;
- кратонная стадия – 2,5-1,5 млрд. лет;
- континентальная стадия – 1,5-0,25 млрд. лет;
- континентально-океаническая стадия – 0,25 млрд. лет.
Земная кора в период магматизма лунной стадии имела повышенные термические условия и характеризовалась значительной активностью магматических очагов.
Характерными в этот период были мало дифференцированные примитивные ультраосновные и основные магмы, где ведущую роль играли коматиитовая, дунит-гарцбургитовая, перидотит-пироксенитовая, эндербит-чарнокитовая, гранито-гнейсовая, магматитовая, анортозитовая магмы.
Во время нуклеарной стадии сохраняется андезито-базальтовый тип вулканизма, проницаемость земной коры в это время очень высокая.
Интенсивность магматических процессов резко падает на границе нуклеарной и кратонной стадий, выпадают такие фракции, как коматиитовая и габбро-пирпоксенит-денитовая.
Идет усиление гранитоидного магматизма.
Качественное изменение магматизма происходит в период кратонной стадии, что связано с резким снижением ультраосновного магматизма.
Широкое развитие получают андезитовая и гранитная формации.
Дальнейшие этапы развития магматизма объединяются в одну континентальную стадию, которая включает такие этапы развития литосферы как рифейский, байкальский, фанерозойский.
Характерным здесь является геосинклинальный вулканизм.
В тех районах, где земная кора была относительно зрелая развитие получили известково-щелочные серии.
В фанерозое начинается обширный трапповый магматизм. Континентально-океаническая стадия является заключительной и не рассматривается как особая стадия магматизма.
