Глава 04. ПРОЦЕСС ВЫДЕЛЕНИЯ ЗЕМНОГО ЯДРА (1119267)
Текст из файла
95Глава 4. ПРОЦЕСС ВЫДЕЛЕНИЯ ЗЕМНОГО ЯДРАПосле проблемы происхождения Земли вопрос о времени и режиме выделенияземного ядра занимает важнейшее положение в планетарной геофизике. При изучении жемеханизмов и путей планетарной эволюции Земли, энергетических источников еетектонической активности или основных закономерностей геологического развитияпроблема времени и, главное, режимов выделения земного ядра приобретает центральноезначение. Это и понятно: ведь в земном ядре сосредоточено около трети всей массыЗемли, и процесс столь радикальной дифференциации ее вещества, безусловно, долженбыл существенным образом сказаться на истории развития нашей планеты.
При этом ниоткуда не следует, что процесс полного выделения земного ядра обязательно должен бытькратковременным. Такое явление могло бы произойти только при полном расплавленииЗемли в целом, включая ее центральные зоны. Но, как видно, распределения температурыв недрах и современной и молодой Земли оказываются на много сотен и даже тысячградусов ниже ожидаемых значений температуры плавления земного вещества набольших глубинах, что практически полностью исключает возможность глобальногоплавления планеты.
Об этом же убедительно говорят сравнения изотопных отношенийсвинца в земных и лунных породах. Для объяснения механизмов выделения земного ядранет необходимости ставить условие полного плавления Земли, поскольку наиболеевероятные механизмы ее дифференциации, как будет показано ниже, допускают развитиеэтого процесса в глубинных недрах при температурах значительно более низких, чемтемпература начала плавления силикатов. Однако эти механизмы медленнодействующие,полностью исключающие возможность быстрого выделения всей массы современногоядра.
Именно по этой причине процесс формирования плотного ядра у Земли ирастянулся на миллиарды лет.4.1. Время выделения земного ядраСогласно рассмотренной выше и наиболее вероятной модели образования Земли погипотезе О.Ю. Шмидта (1948), Земля, как и другие планеты Солнечной системы,образовалась за счет гомогенной аккреции холодного вещества протопланетного облака(см. гл. 3). Выделение же плотного земного ядра могло начаться только послепредварительного разогрева Земли. При этом процесс выделения земного ядра, в которомсосредоточена треть массы Земли, естественно, должен был оставить неизгладимые следыи в геологической летописи.
Такими следами являются магматические породы,излившиеся на поверхность Земли или внедрившиеся в земную кору в расплавленном иперегретом состоянии, деформации пород земной коры, продукты дегазации Земли,породившие гидросферу и атмосферу, а также геохимические особенности распределенияизотопов в земных породах.Несмотря на колоссальные усилия геологов всего мира отыскать самые древниепороды Земли, достоверно определенные возрасты наиболее древних пород земной коры,как правило, не превышают 3,75–3,8 млрд лет (Мурбат, 1980; Тейлор, Мак-Леннан, 1988).В последние годы, правда, появились сообщения австралийских геологов о находкахобломочных цирконов с возрастом до 4,2–4,3 и даже почти до 4,4 млрд лет, залегающих впесчаниках и конгломератах архейского возраста, по-видимому близкого к 3,5 млрд лет(Wilde et al., 2001). Но из этого вовсе не следует, что континентальная кора началаформироваться в столь древние времена, как думают некоторые из геологов.Действительно, ниже будет показано, что в течение почти всего архея на поверхностиЗемли обнажалось первичное земное вещество, образовавшееся еще во времяформировании самой планеты и первых 600 млн лет ее жизни (см.
рис. 4.3). В этомвеществе должны были находиться и цирконы с наиболее древними возрастами t > 4 млрдлет, образовавшиеся при локальных плавлениях приповерхностных слоев Земли послепадения на них планетезималей. В дальнейшем, после возникновения в архее плотной96атмосферы и гидросферы, эти цирконы могли вымываться из первозданных пород Землии отлагаться в осадочных породах архея, напоминая нам, что Земля намного старше, чемее земная кора.Куда же делись тогда более древние породы? Как объяснить полный “провалпамяти” в геологической летописи катархея от момента образования Земли,приблизительно 4,6 млрд лет назад и до начала архея, с возрастами пород около 3,8 млрдлет назад? Это можно объяснить только тем, что первоначально молодая Земля в течениеприблизительно первых 600−800 млн лет ее жизни, т.е.
в течение всего катархея,действительно была холодной и пассивной планетой. Именно поэтому в земных недрахтогда и не развивались процессы дифференциации, приводящие к выплавлению легкихкоровых пород (базальтов, анортозитов или плагиогранитоидов). После же началавыделения земного ядра, когда Земля уже прогрелась настолько, что в ее недрахпоявились первые расплавы, а возникшие конвективные течения сломали первозданнуюлитосферную оболочку, на земной поверхности появились и первые изверженныекоровые породы.
При этом вся первозданная литосфера, по существу являвшаясяаналогом примитивных океанических литосферных плит, должна была быстро иполностью погрузиться в мантию. Полному уничтожению ее следов на поверхностимолодой Земли способствовало и то обстоятельство, что первозданная литосфера быласложена богатым железом и потому весьма тяжелым (около 4 г/см3) первичнымвеществом, тогда как плотность расплавленной верхней мантии после начала зоннойдифференциации стала быстро снижаться до 3,2–3,3 г/см3. Изверженные же породы, итогда представлявшие собой крайние дифференциаты земного вещества основногосостава, должны были быть значительно более легкими – плотностью около 2,9–3,0 г/см3.Поэтому-то они и сохранились до наших дней, сформировав на поверхности древнейшиеучастки земной коры.
Это и есть сохранившиеся и бесспорные следы, отмечающие собойначало процесса выделения земного ядра. Но произошло это уже в архее – в древнейшейэре земной истории, следы которой четко запечатлены в геологической летописи Земли.Среди свидетельств, маркирующих начало процесса выделения земного ядра,прежде всего, следует отметить появление первых изверженных пород около 3,9–3,8 млрдлет назад, положивших начало формированию континентальной земной коры, а такжепервых морских бассейнов и земной атмосферы.
Этому же времени, лишь с небольшимопережением, соответствует начало базальтового магматизма на Луне, четкоотмечающего начало тектонической активности Земли (см. раздел 3.4). Наконец,изотопные отношения свинца в земных и лунных породах убедительно показывают, чтоЗемля в противоположность Луне никогда полностью не плавилась и, главное, неподвергалась радикальной дифференциации.
Поэтому в описываемой модели эволюцииЗемли принято, что выделение ядра и гравитационной энергии дифференциации земноговещества началось приблизительно через 600 млн лет после образования самой планеты, вмомент возникновения около 4,0 млрд лет назад в верхней мантии слоя астеносферы.Иногда для доказательства раннего разогрева и дифференциации Землипривлекаются данные по распределению изотопов благородных газов в атмосфере имантии. Особенно показательно в этом отношении избыточное содержание в земнойатмосфере радиогенного изотопа ксенона 129Xe (его концентрация приблизительно на 7%выше, чем обычно предполагается для состава первичного ксенона).
Но изотоп 129Хевозникает при распаде короткоживущего радиоактивного изотопа йода 129I с константойраспада λ129 = 4,41·10–8 лет–1. Отсюда делается вывод, что наличие избыточного 129Хе вземной атмосфере свидетельствует о ранней дифференциации и дегазации Земли,произошедшей еще до исчезновения из земного вещества изотопа 129I (Толстихин, 1986;Озима, Подосек, 1987). Необходимо учитывать, что и в образцах земных пород такжеотмечаются избытки 129Хе, иногда даже превышающие их значения в атмосфере, а этоговорит скорее о поздней дегазации Земли.
Отмечая противоречивость интерпретацииизотопных отношений ксенона, М. Озима и Ф. Подосек, безусловные авторитеты в97геохимии благородных газов, замечают: “Увеличение содержания радиогенных изотоповксенона в атмосфере, а также существование избытка 129Хе требуют, чтобы дегазациябыла исключительно быстрой, что не только противоречит моделям для аргона и гелия, нои внутренне противоречиво”. Выход из положения эти авторы видят в двухступенчатоймодели: вначале, на очень раннем этапе развития Земли, происходила ее бурная и быстраядегазация, в течение которой в атмосферу выделилась большая часть благородных газов, азатем, в течение всей последующей жизни Земли, развивалась ее постепенная дегазация.С моделью Озимы–Подосека трудно не согласиться, за исключением “маленькой”детали: ранней дегазации подвергалась не сама Земля, а падавшие на нее планетезимали.Безусловно, этот процесс был бурным, поскольку при ударах о земную поверхность итепловых взрывах планетезимали могли даже испаряться.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
