Геологическая история и геодинамика земли
Проблема появления воды на поверхности Зем-
жүктеу/скачать 1.85 Mb. Pdf көрінісі
|
| Проблема появления воды на поверхности Зем-
ли. Теоретически есть два варианта, откуда могла появиться вода на поверхности Земли: 1) вода выпала на поверхность из протоатмосферы после завершения горячей аккреции Земли и остывания поверхности планеты ниже температуры кипения воды [Abe, Mat- sui, 1988; Martin et al., 2006; Board on Earth Sciences…, 2008]; 2) вода выделилась в атмосферу при кристал- лизации океана магмы толщиной более 2000 км после завершения аккреции Земли [Elkins-Tanton, 2008]. Вещество мантии теоретически может содержать воду. В переходной зоне (глубина 410–670 км) может быть высокое содержание H 2 O (до 2–3 об.%). Напри- мер, вода может находиться в структуре большинства номинально безводных минералов мантии [Bolfan- Casanova et al., 2000]. В нижней мантии может быть до 0,15 об.% H 2 O. Максимальная масса воды в нижней мантии 3,42·10 21 кг (это 2,5 массы воды Мирового океана) [Litasov et al., 2003; Litasov, Ohtani, 2007]. Вода может содержаться в структуре минералов Mg- перовскит, Ca-перовскит и Mg-вюстит. Из этого сле- дует, что вода океанов могла поступить из мантии. В ходе аккреции Земли вода могла не входить (по крайней мере в большом количестве) в состав горячей планеты, а в зна- чительной степени оставалась в атмосфере. Изначально вода была в телах ледяных комет и веществе метеоритов. На рис. 2 и 3 показаны мо- дели строения Земли в конце ее аккреции. Теоретически можно предполагать, что при охлаждении Земли и кристаллизации океана магмы вода выпала на поверхность планеты из протоатмосферы и вы- делилась из кристаллизующейся мантии. Геологические данные пока- зывают, что вода была уже на зем- ной поверхности более 4 млрд л.н. Например, по данным изотопии δ 18 О и Hf известно, что цирконы с возрастом 4,1–4,3 млрд лет образо- вывались в породе с участием воды [Kramers, 2003]. Древнейшие на Земле осадки комплекса Исуа об- разуют подводный аккреционный комплекс над зоной субдукции. Рис. 2. Модель строения Земли в конце ее аккреции (А), модифицировано по [Никишин, 2008], и предполагаемый минеральный состав мантии и коры, сформировавшийся при кри- сталлизации океана магмы толщиной 2000 км (Б), согласно модели [Elkins-Tanton, 2008] ВЕСТН. МОСК. УН-ТА. СЕР. 4. ГЕОЛОГИЯ. 2011. № 4 11 6 ВМУ, геология, № 4 Вопрос о дате начала тектоники плит дискусси- онный. Приведем основные данные по этой проб- леме. 1. В последние годы исследователи изучают зе- ленокаменный пояс Нуввуагиттук с преобладающим возрастом пород около 3,8 млрд лет в провинции Сьюпириор на Канадском щите. В его состав входят амфиболиты, сланцы, железистые кварциты, уста- новлены толеитовые базальты, известково-щелочные базальты и андезиты. Среди них изучены силл габбро- идов с Sm/Nd возрастом 4023±110 млн лет, а также ас- социация низкотитанистых амфиболитов и ультрама- фитов с Nd/Nd—Sm/Nd возрастом 4381±120 млн лет [O'Neil et al., 2010; Слабунов, 2011]. Предварительные выводы показывают, что этот зеленокаменный пояс в целом сходен с другими архейскими зеленокаменны- ми поясами и представлен фрагментом древнейшего вулканогенно-осадочного разреза с возрастом около 4,3 млрд лет, формировавшимся с присутствием мор- ской воды [Слабунов, 2011]. 2. Вероятно, один из древнейших осадочный и вулканический комплекс Исуа с возрастом около 3,8 млрд лет формировался в обстановке аккреци- онный призмы в субдукционной энсиматической обстановке [Komiya et al., 1999; Щипанский, 2008; Nutman et al., 2009]. 3. Данные изотопии и геохимии редких земель показывают, что в основных—ультраосновных по- родах соотношения Nd/Th и Th/U резко изменились около 3,6 млрд л.н., это указывает на то, что субду- цированные литосферные слэбы существовали уже около 3,9 млрд л.н. [Shirey et al., 2008]. 4. Согласно геохимическим данным [Shirey et al., 2008], кратоны с утолщенными литосферными корнями («mantle keels») существовали как минимум 3,5 млрд л.н., это означает, что процессы сдваивания толщин литосферы к тому времени уже существо- вали.
5. Обобщение геологических данных о времени начала тектоники плит [Condie, Kroner, 2008; Сла- бунов, 2011] показало, что: 1) типичные офиолиты имеют возраст менее 1 млрд лет, древнейшие гипо- тетические архейские аналоги офиолитов — около 3,8 млрд лет (часть комплекса Исуа) или даже 4,3 млрд лет (часть комплекса Нуввуагиттук); 2) древнейшие известные системы вулканическая дуга—задуговой бассейн имеют возраст 3,1 млрд лет (группа Ухандо, кратон Пилбара); 3) аккреционные призмы и орогены широко распространены с 2,7 млрд л.н. (например, провинция Сьюпериор в Канаде [Pease et al., 2008; Wyman, Kerrich, 2009]), допускается, что и комплекс Исуа с возрастом 3,8 млрд лет также образовывал ак- креционную призму; 4) древнейшие краевые прогибы имеют возраст около 2,7 млрд лет (район зеленока- менного пояса Абитиби в Канаде); допускается, что часть группы Фиг Три с возрастом 3,25 млрд лет была частью краевого прогиба для зеленокаменного пояса Барбертон в Южной Африке; 5) породы «голубых Значит, тектоника плит и океан уже существовали 3,8 млрд л.н. [Komiya et al., 1999; Martin et al., 2006; Щипанский, 2008; Nutman et al., 2009]. Имеющиеся к настоящему времени данные и модели показывают, что более 4 млрд л.н. на поверх- ности Земли вода уже образовала Мировой океан. Из моделей следует, что около 4 млрд л.н. объем воды в океанах был максимальным за всю историю Земли [Franck, Bounama, 2001].
жүктеу/скачать 1.85 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|