Глава 04. ПРОЦЕСС ВЫДЕЛЕНИЯ ЗЕМНОГО ЯДРА (1119267), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Но все химически активныегазы (СО2, Н2О и другие летучие) при этом быстро вступали в реакцию с пористымреголитом ультраосновного состава, покрывавшим тогда растущую Землю, и быстровыводились из первозданной земной атмосферы. В первичной же атмосферепреимущественно сохранялись и накапливались лишь благородные газы и частично азот.Очевидно, что такая бурная дегазация планетезималей ни в коей мере не моглахарактеризовать тепловой режим самой Земли и тем более не могла быть индикатором ееранней дифференциации.Есть и прямые доказательства того, что молодая Земля никогда не плавилась и унее еще не было плотного металлического ядра.
Так, многие отличия геохимии лунныхпород от земных могут быть объяснены только тем, что родительское тело Луны, т.е.Протолуна в противоположность Земле, была полностью расплавлена вскоре же послесвоего образования. При этом Протолуна прошла полную дифференциацию с выделениемметаллического ядра и анортозитовой коры. Об этом говорит, например, мощнаяанортозитовая кора на Луне, а также резкое обеднение лунных пород (по сравнению сземными) всеми сидерофильными и халькофильными элементами (Рингвуд, 1982;Хендерсон, 1985).Наиболее ярким и практически неопровержимым свидетельством этого являютсяизотопные отношения свинца на Луне и Земле. В лунных породах, явно выделившихсяпосле полного расплавления планеты, отношения радиогенных изотопов свинца сатомными весами 206, 207 и 208, образовавшихся за счет распада урана 238 и 235, а такжетория 232, к стабильному (первичному) изотопу 204 экстремально велики.
Эти отношенияв лунных породах в среднем достигают соответственно значений 206Pb/204Pb ≈ 207,207Pb/204Pb ≈ 100, 208Pb/204Pb ≈ 226 и выше, тогда как для земных пород, осредненных вокеаническом резервуаре пелагических осадков, эти отношения равны 206Pb/204Pb = 19,04,207Pb/204Pb = 15,68 и 208Pb/204Pb = 39,07. Для первичных же свинцов (судя по изотопномусоставу железного метеорита “Каньон Диабло”, Аризона, США) они еще меньше – только9,50; 10,36 и 29,45 (Справочник по геохимии, 1990).Из приведенных соотношений вытекает, что лунным веществом во времярасплавления Протолуны действительно было потеряно (перешло в протолунное ядро) от96 до 98% первичного (нерадиогенного) свинца, а в лунной коре и базальтах накапливалсяв основном только радиогенный свинец.
Ничем другим, кроме полного расплавленияпротолунного вещества, ликвацией расплавов и переходом свинца и его сульфидов в ядроэтой планеты, такую потерю первичного свинца лунным веществом объяснить не удается.При этом железный метеорит “Каньон Диабло”, в котором изотопы свинца действительноблизко соответствуют их первичным отношениям, следует рассматривать как осколокядра некоего спутника, прошедшего, подобно Протолуне приливное расплавление,дифференциацию и разрушение еще на стадиях формирования самих планет Солнечнойсистемы.Таким образом, приведенные отношения изотопов свинца практическиоднозначно фиксируют факт полного расплавления и дифференциации лунного вещества98и столь же убедительно показывают, что Земля никогда полностью не плавилась и неподвергалась столь радикальной дифференциации.По этой же причине нельзя согласиться и с многочисленными гипотезамиобразования Луны за счет так называемых “мегаимпактов” или “макроимпактов”.
Если быЛуна действительно образовалась из осколков земной мантии, выброшенных воколоземное пространство касательным ударом или ударами планетообразных тел, то исейчас на Луне наблюдались бы такие же отношения изотопов свинца, как и в породахземной мантии: 206Pb/204Pb ≈ 18–19; 207Pb/204Pb ≈ 15–16 и 208Pb/204Pb ≈ 37–38, а неприведенные выше ураганные значения (от 100 до 220).В противоположность лунному земное вещество никогда не подвергалось быстройи радикальной дифференциации. Объясняется это тем, что земное ядро формировалосьпостепенно и без плавления силикатов благодаря действию зонного и бародиффузионногомеханизмов дифференциации мантийного вещества, скорость функционирования которыхвсегда сдерживалась исключительно низкими коэффициентами теплопроводности идиффузии в силикатах мантии. Кроме того, в состав земного ядра одновременнопереходили как первичный свинец, так и его радиогенные изотопы, успевшие накопитьсяко времени протекания процесса дифференциации земного вещества.
Отсюдапромежуточные и сравнительно близкие к исходным (первичным) отношения изотоповсвинца в земных породах (по сравнению с такими же отношениями в лунном веществе).Таким образом, с большой уверенностью можно утверждать, что процессдифференциации земного вещества начался около 4 млрд лет назад. Тогда же начался ипроцесс выделения “ядерного” вещества, приведший в конце концов к формированию уЗемли плотного окисно-железного ядра. Заметная тектоническая активность Землипроявилась несколько позже – около 3,9–3,8 млрд лет назад.
Процесс роста земного ядрапродолжается и в настоящее время.4.2. Механизм зонной дифференциации земного веществаРаспад радиоактивных элементов в катархее согревал Землю более или менееравномерно по всему ее объему. Зато разогрев земного вещества приливнымидеформациями был неравномерным и в основном происходил в верхних частяхэкваториального пояса Земли. Следовательно, и возникновение первой астеносферы всамом начале архея скорее всего произошло все в том же экваториальном поясе, наглубинах около 200–400 км, т.е. там, где геотерма разогревающейся Земли впервыедостигла уровня начала плавления железа и силикатов (рис.
4.1).Рис. 4.1. Распределение температуры в молодой Земле: 1 – начальная температура Земли около 4,6 млрд летназад; 2 – температура на рубеже катархея и архея около 4 млрд лет назад; 3 – температура плавленияжелеза; 4 – температура плавления силикатовНапомним, что в первичном веществе Земли содержалось около 13%металлического железа, поэтому дифференциация земного вещества первоначально была99связана с сепарацией расплавов металлического железа от силикатов земного вещества.Дальнейшее развитие процесса дифференциации происходило по механизму зонногоплавления земного вещества, впервые подробно рассмотренному А.П.
Виноградовым иА.А. Ярошевским (1965, 1967), принявшими за основу, правда, функционированиенереального источника радиогенной энергии.В современной Земле не существует источников энергии, способных поддерживатьпроцесс зонной плавки земного вещества незатухающим. В противоположность этому вмолодой Земле такой источник энергии существовал и был значительным – это энергиягравитационной дифференциации земного вещества. Как только содержащееся впервичном земном веществе свободное железо стало плавиться, процесс дальнейшейдифференциации Земли уже смог самостоятельно распространяться и вверх и вниз толькоза счет высвобождения гравитационной энергии.
Энергия эта генерировалась в самомастеносферном слое (в слое расплавленного железа) благодаря опусканию вниз тяжелыхрасплавов железа и всплыванию вверх (флотации) более легких силикатов.Термодинамический расчет процесса зонной плавки мантии в молодой Землепоказывает, что этот процесс сопровождался выделением значительной гравитационнойэнергии, которая тратилась на прогрев земного вещества, подстилающего слойрасплавленного железа, на расплавление железа и его перегрев.
Процесс сепарациирасплавленного железа от силикатов тем не менее не мог распространяться глубженекоторого предельного уровня, начиная с которого высвобождавшейся гравитационнойэнергии уже не хватало на прогрев нижележащего земного вещества до уровня плавленияжелеза. Однако на глубинах, превышающих 860 км, помимо железа, стала выплавляться иокись железа FeO, концентрация которой в первичном веществе достигала 24%. Этопридало новый импульс процессу зонной дифференциации Земли в архее.Рассмотренный процесс зонной дифференциации земного вещества молодой Землихорошо объясняет важную и интересную особенность развития мантийного магматизма вархее – перегрев верхней мантии и выплавление из нее высокотемпературных (до 1800 °С)коматиитовых лав. Кроме того, этот же механизм объясняет и тонкую спецификуперегрева мантии во времени – наличие двух температурных максимумов.
Первый из нихпроявился в раннем архее, приблизительно 3,8–3,4 млрд лет назад, второй импульсперегрева произошел в позднем архее около 3,0–2,6 млрд лет назад, тогда как около 3,2млрд лет назад наблюдался относительный минимум этих температур (рис. 4.2).Интересно отметить, что точно этим же периодам максимального перегрева мантиисоответствуют и две эпохи массового выплавления коматиитовых лав (от 3,8 до 3,4 и от3,0 до 2,6 млрд лет назад) с перерывом в середине архея (Коваленко и др., 1987).Перегрев верхней мантии произошел достаточно резко примерно через 200 млн летпосле начала действия процесса зонной дифференциации металлического железа исначала быстро возрастал.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
