Глава 04. ПРОЦЕСС ВЫДЕЛЕНИЯ ЗЕМНОГО ЯДРА (1119267), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Однако вызванное этим явлением повышение общегодавления земной атмосферы должно будет привести к резкому повышению парниковогоэффекта и возникновению на Земле необратимых условий горячего климата по типуВенеры (см. раздел 9.2).Очевидно, что непосредственная фильтрация рассеянных в мантийном веществелетучих и подвижных элементов и соединений через плотное вещество мантии,характеризующееся вязкостью порядка 1020–1023 П, практически полностью исключаетсяиз-за чрезвычайной малости коэффициентов диффузии в таком веществе (10–21–10–25см2/с).
Следовательно, переход из мантии во внешние геосферы (континентальную кору,гидросферу и атмосферу) литофильных и летучих компонентов может развиваться лишьблагодаря плавлению мантийного вещества. Но это возможно только в приповерхностныхчастях мантии (см. рис. 2.18, 2,19), да и то не везде, а лишь в тех местах, где жесткаяоболочка Земли − ее литосфера – разбита глубинными разломами, через которыепроисходят излияния базальтовых магм. Поэтому для расчета изменений концентрацийлетучих и легкоподвижных элементов и соединений, переходящих в процессе эволюцииЗемли из мантии в земную кору, гидросферу или атмосферу, необходимо дополнительноучитывать разную подвижность химических элементов и их соединений.Подвижность элементов и соединений зависит не только от их химических свойств,но также и от степени и глубины плавления мантийного вещества под рифтовыми зонамиЗемли – главными каналами поставки на земную поверхность ювенильных базальтовыхмагм и растворенных в них подвижных и летучих элементов.
Если же мы рассматриваемподвижные элементы, концентрирующиеся преимущественно в континентальной коре, топоказатели их подвижности зависят и от режимов переработки пород океанической корыи осадков в зонах поддвига плит (в зонах субдукции), где происходит вторичнаямобилизация подвижных элементов и их переход из океанической коры вконтинентальную. Кроме того, часть элементов и химических соединений, например Н2О,СО2, К2О и т.д., ранее уже попавших во внешние геосферы (земную кору, гидросферу иатмосферу), могут вновь по зонам поддвига плит затягиваться в мантию и вновь115вовлекаться в мантийный круговорот вещества. Поэтому под подвижностью такихэлементов и соединений следует понимать их эффективное значение.Здесь же отметим, что сами процессы дифференциации литофильных и дегазациилетучих соединений становятся возможными только благодаря существованию в мантииконвективного массообмена, постоянно доставляющего к поверхности Земли в рифтовыезоны все новые и новые объемы способного к сегрегации мантийного вещества.
Отсюдаследует, что скорость перехода подвижных компонентов из мантии во внешние геосферыЗемли должна быть пропорциональной скорости конвективного массообмена в мантии.В общем же случае за счет разных механизмов дифференциации мантийноговещества и разных условий формирования континентальной коры, гидросферы иатмосферы в архее и послеархейское время показатели подвижности элементов и ихсоединений в эти столь разные эпохи могли существенно отличаться друг от друга.
Это,безусловно, затрудняет решение задачи и заставляет привлекать дополнительные данныео распространении рассматриваемых компонентов в архее и протерозое. В некоторыхслучаях это условие выполнить удается. Так, если принять по С. Тейлору и С. МакЛеннану (1988), что в архее образовалось по массе около 70% континентальной коры и вней содержалось приблизительно 1,8% К2О, а для современной коры принятьконцентрацию равной 2,4%, то оказывается, что показатель подвижности калия в архееприблизительно равнялся 0,56, а в последующие эпохи – 1,07.Аналогичная оценка термической диссоциации воды, находящейся в газообразномсостоянии, на расплавленном металлическом железе в зонах дифференциации земноговещества (по реакции Н2O + Fe → FeO + H2 + 5,8 ккал/моль), показывает, что в археепоказатель подвижности воды равнялся 0,123, тогда как в послеархейское время онувеличился до 1,45.
Таким образом, после архея эффективное значение показателяподвижности воды увеличилось в 12 раз.Для урана и тория средние значения показателей подвижности оказалисьсущественно более высокими, соответственно 2,26 и 2,65. В связи с этим, а также срадиоактивным распадом урана и тория концентрация этих элементов в мантииуменьшилась в наибольшей степени.Как видно из графиков, приведенных на рис.
4.10, после начала развития в Землепроцесса зонной сепарации металлического железа на рубеже катархея и архея, около4 млрд лет назад, химический состав конвектирующей мантии резко изменился благодаряудалению из ее вещества около 13% металлического железа. С тех пор концентрация вмантии наиболее распространенных и малоподвижных окислов SiO2, MgO, Al2O3, CaO(кривая 1) закономерно повышалась. В настоящее время их концентрация в мантииприблизительно в 1,4–1,5 раза выше, чем в первичном веществе Земли. Концентрациятаких малоподвижных компонентов, как Na2O, также несколько повышалась, но все-такизаметно слабее, чем предыдущая группа соединений. Соединения H2O, K2O, Rb2O (кривые2, 3) выносились из мантии в заметно большей степени, поэтому их концентрация современем уменьшилась в 1,4–1,3 раза (если учесть диссоциацию воды, то для нее такойперепад концентраций может оказаться значительно бóльшим).
В еще бóльшей мере (внесколько раз) сократилась концентрация в мантии радиоактивных элементов U и Th(кривые 7 и 8). Происходило это, как уже отмечалось, по двум причинам – за счет распадасамих радиоактивных элементов и благодаря их бóльшей литофильности ипреимущественному переходу в континентальную кору. Начиная с середины архея около3,2·109 лет назад, после перехода процесса зонной дифференциации земного вещества навыделение эвтектических расплавов Fe·FeO стала уменьшаться со временем иконцентрация окиси FeO (кривая 5). Суммарное же содержание “ядерного” вещества вмантии (Fe + FeO + сидерофильные и халькофильные элементы), начиная с 4 млрд летназад, закономерно уменьшалось, и к настоящему времени его осталось не более 7,5% отбывшей вначале концентрации 37,5%.116Необычно поведение свободного (металлического) железа в конвектирующеймантии (кривая 6).
Как только в раннем архее произошло полное расплавлениеохваченных конвекцией участков верхней мантии и произошла плотностнаядифференциация этих расплавов, сразу же концентрация металлического железа в нихрезко снизилась с 13,1% до близкого к равновесному уровню растворения железа всиликатных расплавах. В конце же архея, когда в конвектирующую мантию сталопоступать первозданное земное вещество бывшей “сердцевины” Земли, концентрацияметаллического железа в мантии вновь повысилась. Этим, по-видимому, можно объяснитьвсплеск железорудной металлогении в позднем архее (образование железных рудкиватинского типа).
Кроме того, становится понятным, почему в некоторыхпозднеархейских и раннепротерозойских базальтах встречаются включения самородногожелеза, как, например, на о. Диско в Западной Гренландии (Левинсон-Лессинг, 1940). Кмоменту выделения земного ядра приблизительно 2,6 млрд лет назад средняяконцентрация железа в мантии уже поднялась до 5,5%. Однако в дальнейшем содержаниежелеза в мантии вновь стало плавно уменьшаться, но полностью исчезло оно из этойгеосферы, судя по расчетам, только около 500 млн лет назад.После полного исчезновения из мантии металлического железа освобождающийсяпри формировании “ядерного” вещества кислород стал связываться в магнетитовой фазепо реакции 5FeO → Fe2O + Fe3O4.
В соответствии с этим начала возрастать иконцентрация магнетита в мантийном веществе, поднявшись к настоящему временипримерно до 4% (кривая 9). Увеличение концентрации Fe3O4 в мантии будетпродолжаться еще приблизительно 600 млн. лет в будущем, до полного исчезновения изэтой геосферы всего силикатного (двухвалентного) железа. После этого все мантийноежелезо окажется связанным только в магнетитовой фазе. В результате эндогенныйкислород, освобождающийся по реакции 2Fe3O4 → 3Fe2O + 5O, уже сможет свободнодостигать земную поверхность. В этом случае, при равновесной дегазации мантии закаждый миллион лет парциальное давление кислорода в атмосфере будет повышатьсяприблизительно на 1 атм, уничтожая при этом все живое на поверхности Земли(подробнее эта проблема обсуждается в гл. 10 и 12)..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
