Глава 3. Формирование материков и дифференцированной земной коры в результате действия механизма диффузионного флюидозамещения

Глава 3. Формирование материков и дифференцированной земной коры в результате действия механизма диффузионного флюидозамещения

Процесс зарождения собственно магматического гранитоид­ного расплава, начавшись с глубокого регионального метамор­физма, завер­шается формированием мигматитов. На этом этапе дифференциация вещества земной коры могла бы и закончиться. Но затем начинает действовать описанный выше гидродомкрат­ный эффект. Благодаря повторяющимся тектоническим подвижкам под действием этого эффекта жидкие расплавы начинают перете­кать в более крупные магматические резервуары. Как показано выше, это связано с тем, что, горное давление, сдавливая мелкие жилки, заполненные расплавом, заставляют жидкость переме­щаться в более крупные жилы и резервуары, где рас­плав создает огромное давление, все более расширяся их стенки. Таким обра­зом создаются большие плутоны гранитоидной магмы. Когда такой плутон достигнет достаточно больших размеров, вследствие сво­его меньшего удельного веса по сравнению с вмещающими поро­дами он приобретает подъем­ную архимедову силу и начинает дви­гаться вверх по разрезу зем­ной коры. При этом движении созда­ются деформации во вмещающих породах, где под действием ме­ханизма диффузионного флюидозамещения зарождаются грани­тоидные мигматитовые жилки, пополняющие плутон в ходе его продвижения вверх. Так создается саморазвивающаяся система, когда продвижение плутона под действием архимедовой силы спо­собствует зарождению новых порций расплава и пополнения ими магматической камеры. Такое продвиже­ние возможно до тех глу­бин, пока Р-Т условия позволяют формиро­ваться мигматитам в окружении плутона. Затем уже в гипабиссальных условиях воз­можна только инъекция расплава во вмещающие породы вдоль тектонических разломов, как это обычно и наблюдается.

Можно полагать, что именно таким способом формируются гней­совые купола, описанные Ф. А. Летниковым (1975). Это может быть также одним из механизмов возникновения и продвижения так называемых плюмов в земной коре, описываемых в геодина­мических теориях (Добрецов и др., 1994). В целом, формирование и перемещение гранитоидной магмы таким способом приводит к дифференциации земной коры с формированием ее гранитоидной оболочки. Ниже остаются поро­ды с пониженным содержанием ки­слого материала – реститы, откуда могут внедряться породы бо­лее основного состава за счет их простого переплавления – палин­генеза. Выше зоны гранитообразования также под действием ме­ханизма диффузионного флюидозамещения формируются опре­деленные типы основных и ультраосновных пород. В процессе продвижения интрузий и их внедрения они могут смешиваться ме­жду собой или ассимилировать компоненты из вмещающих пород с образованием гибридных разностей. При оста­новке интрузий также происходит кристаллизационная или ликвационная диффе­ренциация с обособлением порций расплавов другого состава. Так в целом формируется разнообразие магматических горных по­род в земной коре.

В связи с тем что кремнезем и щелочные компоненты, обра­зую­щие кислые породы, обладают гораздо большей растворимо­стью по сравнению с основаниями (Зарайский, 1989), масштабы формирова­ния кислых магматических пород намного превосходят таковые основных и ультраосновных пород, и поэтому именно ими обогащается в пер­вую очередь верхняя часть земной коры в ходе дифференциации первичного вещества земных оболочек.

На основе предложенного механизма гранитообразования и диф­ференциации земной коры формирование материковых под­нятий, начиная с самой ранней эпохи развития Земли, по моим представ­лениям, происходило следующим образом.

После завершения расплавления Земли и формирования ее железоникелевого ядра и внешней силикатной оболочки около 4,2–4,6 млрд лет началось остывание поверхности и образование ко­рочки твердых пород – протокоры. Как предполагается, она име­ла анортозитовый, эвкритовый или диоритовый состав. Формиро­вание ее соп­ровождалось излиянием большого количества ба­зальтовых слабодифференцированных лав, которые, по существу, сформировали протокору базальтового, т. е. океанического, типа. Этот так назы­ваемый лунный этап развития Земли продолжался до тех пор, пока поверхность первичной коры и нижние слои атмо­сферы не охладились до температуры ниже 100 С, т. е. до того, когда вода в виде жидкости стала заполнять понижения на поверх­ности Земли, образуя первые морские бассейны (Маракушев, 1992).

По моему мнению, именно эти первичные морские водоемы, покры­вавшие сначала отдельные участки поверхности Земли, спо­собство­вали созданию на их месте первых докембрийских щитов и первичных геосинклинальных систем (Shabalin, 1999). Вода, обла­дая очень низкой теплопроводностью, как шубой, покрывала уча­стки земной ко­ры, способствуя длительному поддержанию под ними высоких температур. Кроме того, вода проникала в земную кору или за­держивала исход из нее этой же воды, действуя как гидробарьер и способствуя этим широкому развитию процессов гранитообразования по механизму диффузионного флюидозаме­щения. Поскольку толщина земной твердой оболочки была еще незначительна, это могло способ­ствовать длительному прогиба­нию данных участков под воздействием веса самой массы воды и накапливающихся морских и вулканогенных осадков. Вероятно, на данном этапе это способствовало и бо­лее интенсивным тектони­ческим деформациям этих участков, дополнительно активизиро­вавшим действие механизма диффу­зионного флюидозамещения. Его интенсивное проявление под дном первичных морских бассей­нов на определенной глубине земной коры привело к образованию граниоидных плутонов, дифференциации земной коры и формиро­ванию первых ее утолщенных континентальных участков, которые под дейст­вием изостазии были приподняты над поверхностью Земли, образовав первые докембрийские щиты.

В последующем действие механизма диффузионного флюи­дозамещения было сосредоточено в основном по окраинам этих щитов, так как именно эти области были местами наиболее актив­ных тектоничес­ких подвижек на границе между утолщенной конти­нентальной и тонкой океанической корой. Это следует из извест­ного факта с льдинами, когда участки наибольшей трещиноватости сосредо­точены на границе толстых льдин с окружающим их тонким льдом.

Далее новообразованные материковые части земной коры начина­ют дрейфовать самостоятельно среди тонкого в тот период литосферного слоя по вязкой астеносфере или по еще частично расплавленной мантийной оболочке. Причиной дрейфа являются силы Кориолиса, которые появляются в период поднятия матери­ков. Эти силы стремятся затормозить вращение земного шара так же, как они действуют на фигуриста, когда во время вращения он раскидывает руки в стороны. Но эти сила торможения сказывает­ся не столько на замедлении вращения Земли, сколько в виде гори­зонтальной силы, действующей на материки и заставляющей их двигаться, главным образом в направлении к экватору, где их дей­ствие исчеза­ет. Н. Л. Добрецов и др. (1994) считают, например, что действием сил Кориолиса определяется миграция пятен на Солнце к его эквато­ру; они проявляются также в жидком ядре Земли. В этой части гипотеза сходна с гипотезой А. Вегенера (1925) о дрейфе континентов. Но главным недостатком этой гипо­тезы и причиной пос­ледующего отказа от нее было то, что, по мнению ученых, силы Кориолиса слишком слабы, чтобы заставить двигаться континенты среди твердой литосферной оболочки.

Однако, по-видимому, этих сил достаточно, чтобы создать на окраи­нах материков зоны повышенной тектонической активно­сти, где начи­нает действовать механизм диффузионного флюидо­замещения, зарождающий гранитоидные мигматитовые зоны, из которых расплавы объединяются в гранитоидные плутоны, всплы­вающие и создающие завер­шающий горообразовательный этап развития складчатых областей в соответствии с ундационной тео­рией P. P. Бемеллена (1956). Благо­даря этому материки последо­вательно наращиваются по краям новы­ми складчатыми поясами, расширяя таким образом площади устойчи­вых континентальных участков земной коры.

В период зарождения магматических расплавов в краях кон­тинентальных глыб и под ними появляется как бы жидкая смазка, которая способствует более легкому их скольжению вдоль лито­сферы. Иначе говоря, материки, создавая сначала ослабленные тектоничес­кие зоны вокруг себя, сами способствовали возникнове­нию разжиженной окружающей среды, в которой могли легко скользить в горизонтальном направлении даже под действием сравнительно слабых сил Кориолиса. Значит, они своим движе­нием как бы проплавляли или, точнее, перерастворяли литосфер­ную оболочку.

Можно предполагать, что такой механизм наиболее активно дей­ствовал в докембрийский и палеозойский период развития Земли, когда образовались главнейшие материковые щиты и складчатые по­яса в соответствии с теорией геосинклиналей (Му­ратов, 1975).

В это время тепловой поток из недр Земли шел широким фронтом, поэтому конвекция мантийного вещества астеносферы осуществля­лась в пределах очень узких ячеек, не способных вли­ять на движение континентов, так как их размер был меньше ши­рины последних. Это можно видеть из экспериментальных наблю­дений, приведенных А. Кок­сом и др. (1989): если воду в кастрюле нагревать широкой горелкой размером во все дно кастрюли, то те­пловая конвекция воды осуществляется в виде множества мелких ячеек.

Однако можно полагать, что начиная с мезозоя в связи с уменьшением тепловой энергии Земли и соответствующего утол­щения литосферной оболочки тепловые струи в мантии сосредо­точиваются вдоль определенных узких зон – рифтов, т. е., образно говоря, «горелка» греет дно «кастрюли» в узколокальных участках, поэто­му возникают крупные конвективные ячейки мантийного ве­щества, способные перемешать крупные блоки литосферы. В это вре­мя свободное движение материков прекращается, поскольку они оказываются впаянными в эту литосферу, так что в после­дующем становится возможным только их движение как пассажи­ров в составе крупных литосферных плит. Это следует из разраба­тываемой сейчас теории тектоники плит (Зоненшайн и др., 1979; Унксов, 1981, Кокс и др., 1989; Сорохтин, 1991; Добрецов и др., 1994). Но механизм, приводящий в действие тектонику плит, иной, чем был раньше при движении материков. Здесь главную роль приобретают локальные тепловые потоки вдоль узких зон глубин­ных разломов, которые способствуют созданию горизонтальной конвекции мантийного вещества в пределах крупных конвекцион­ных ячеек. Эта конвекция захватывает литосферные плиты вместе с впаянными в них материками и перемещает их по по­верхности Земли. В зонах спрединга литосферные плиты расходятся, рождая новые участки океанической земной коры, а в зонах, субдукции они уходят одна под другую в мантию, где одна из них переходит в со­став вязкой астеносферы и ее вещество снова участвует в ман­тийной конвекции.

Таким образом, по моему мнению, необходимо разделить тек­тони­ческую историю Земли на два этапа: домезозойский и после­мезозойский. В первый этап действовал механизм диффузионного флюидозамещения с образованием геосинклиналей и древних щи­тов, а во второй этап развивалась тектоника плит в современном представлении. Тем более что из крупных обобщающих работ по тектонике плит можно видеть, что этапы развития материковых участков земной коры, где зафиксирована почти вся геологическая история пла­неты, ими почти не отражена, а все внимание сосредо­точено на динамике движения литосферных плит в послемезозой­ское время, причем в областях, скрытых океанами. В частности, один из специалистов по тектонике плит В. А. Унксов (1981) пишет, что «тектоника плит все же не успела или не сумела охватить всю тектонику. Очень многое остается пока за пределами ее возмож­ности и даже интере­сов, например, в сущности, вся тектоника платформ» (с. 159).