Глава 06. ПРИРОДА ТЕКТОНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЗЕМЛИ (1119268), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Действительно, любые перемещения земных масс и магматические преобразованиявещества, приводящие к тектонической активности нашей планеты, в конечном итогепреобразуются в тепло и теряются Землей с ее тепловым излучением. Именно поэтомутакой глубинный тепловой поток Q&m и может являться естественной мерой тектоническойактивности Земли.Выше было показано (раздел 5.4), что основная часть идущего из мантииглубинного тепла (см. рис. 5.16) теряется через океанические плиты. В настоящее времяэта доля составляет 92%, а в прошлые геологические эпохи она была еще более высокой.Следовательно, можно считать, что после возникновения эндогенной тектоническойактивности Земли параметр Q&m прежде всего и всегда характеризовал собой режимыформирования и разрушения океанических литосферных плит.
Но тепловой поток черезокеанское дно пропорционален корню квадратному из произведения средней скоростидвижения океанических плит на их площадь Soc (Сорохтин, Ушаков, 1991). Тогда средняяскорость движения океанических плит оказывается пропорциональной отношениюvl ~Q&m2 /(S oc )1,5 (площадь океанических плит будет определена ниже). Считая, чтосовременная средняя скорость движения океанических плит равна 5 см/год, и учитывая,что площадь океанических плит в архее постепенно увеличивалась вместе с расширениемнизкоширотного тектонически активного пояса Земли, можно оценить и среднююскорость движения этих плит в прошлые геологические эпохи (рис. 6.15).Рис. 6.15.
Эволюция средней скорости движения океанических литосферных плит183Как видно из этого графика, первый существенный всплеск тектоническойактивности Земли произошел в раннем архее, когда начал действовать механизм зоннойдифференциации железа. Средняя скорость взаимного перемещения океанических плиттогда достигала 100–300 см/год, т.е. в 20–60 раз превышала современные скорости ихдвижения. При этом столь высокие скорости движения плит во многом определялись тем,что в раннем архее их площадь еще была незначительной и поэтому плотность тепловогопотока через них была, наоборот, значительной.В середине архея, около 3,2–3,1 млрд лет назад, наблюдалось некотороеослабление тектонической активности Земли с образованием более стабильныхокеанических плит. В это время скорость движения литосферных плит снижаласьприблизительно до 20–25 см/год.
Уменьшение тектонической активности в серединеархея объясняется тем, что в это время фронт зонной дифференциации земного веществаподошел к тем глубинам (около 800–1000 км), на которых существенно возросла разностьмежду температурой плавления металлического железа и геотермой Земли (см. рис. 4.1).В результате начиная с этого времени (приблизительно с 3,4 млрд лет назад) значительнаячасть гравитационной энергии, освобождавшейся при сепарации расплавов железа отсиликатов, стала расходоваться не только на возбуждение конвективных движений вверхней мантии (т.е.
не только на тектоническую активность Земли), но и на прогревнижележащей и еще сравнительно холодной первозданной сердцевины молодой Земли.В позднем архее, во время формирования земного ядра, наблюдался новый инаиболее резкий всплеск тектонической активности Земли. Скорость движенияокеанических плит тогда превышала 350 см/год и в пике достигала почти 400 см/год, т.е.более чем в 70 раз превышала скорость движения современных плит! Резкий всплесктектонической активности Земли в позднем архее был связан с двумя причинами: вопервых, с переходом процесса дифференциации земного вещества от сепарацииметаллического железа (в раннем архее) на дифференциацию более обильныхэвтектических сплавов Fe·FeO; во-вторых, с катастрофическим процессом выделенияземного ядра около 2,9–2,6 млрд лет назад, сопровождавшимся высвобождениемколоссальной дополнительной энергии около 5·1037 эрг (см.
гл. 5). Суммарное воздействиеэтих процессов вызвало колоссальный всплеск тектонической активности Земли, которыйоставил в ее геологической летописи неизгладимый след радикальной переработки почтивсей образовавшейся к тому времени континентальной коры.Начиная с раннего протерозоя скорость движения литосферных плитпоследовательно снижалась с 50 см/год до ее современного значения около 5 см/год.Снижение средней скорости движения плит будет происходить и далее, вплоть до тогомомента, когда благодаря увеличению мощности океанических плит и их трению друг одруга оно вообще не прекратится.
Но произойдет это, по-видимому, только через 1–1,5млрд лет.Первое и, вероятно, главное следствие, вытекающее из рассмотренной здесь теорииглобальной эволюции Земли это четкое деление тектонического развития Земли начетыре крупных и принципиально различных этапа: 1) пассивный катархейский; 2)исключительно активный архейский; 3) умеренно активный (спокойный) протерозойскофанерозойский и 4) будущий этап тектонической смерти Земли.Древнейший из этих этапов (догеологический или катархейский) продолжалсяоколо 600 млн лет, т.е. от момента образования Земли 4,6 млрд лет назад до начала еетектонической активности в раннем архее приблизительно 4,0 млрд лет назад.
В это времятектономагматические проявления эндогенного происхождения полностью отсутствовали,поскольку Земля была еще сравнительно холодным космическим телом и все вещество вее недрах находилось при температурах существенно более низких, чем температураначала его плавления. Тем не менее Земля в эпоху катархея не была тектонически мертвойпланетой. Во-первых, ее недра тогда постепенно разогревались за счет энергии распада184радиоактивных элементов и приливного взаимодействия с Луной, подготавливая темсамым условия для перехода Земли к тектонически активным этапам развития. Во-вторых,в катархее (особенно в раннем катархее) существенную роль играла экзогенная тектоникаприливного происхождения. В общем же этот этап можно было бы назватькриптотектоническим или скрытнотектоническим.Первые явные и интенсивные проявления эндогенной тектономагматическойактивности Земли достоверно отмечаются только в начале архея, около 3,8 млрд лет назад(Мурбат, 1980; Тейлор, Мак-Леннан, 1988).
При этом начало тектонической активностиЗемли было подготовлено радиогенным и приливным прогревом земного вещества доуровня появления в ее верхней мантии первичной астеносферы. Последовавшая за этимрезкая и даже “ударная” активизация тектономагматической деятельности на Землепроисходила вначале за счет “накачивания” в образовавшуюся астеносферу приливнойэнергии лунно-земных взаимодействий, а затем благодаря выделению гравитационнойэнергии дифференциации земного вещества (см.
гл. 5 и раздел 4.3).Быстрое расширение астеносферы с перегревом и почти полным расплавлением еевещества привело в архее к столь же резкому уменьшению мощности перекрывавшей еелитосферы. Но плотность богатой железом и его окислами ( Fe ≈ 13% и FeO ≈ 23%)первичной литосферы (ρо ≈ 3,9 г/см3) тогда существенно превышала плотность веществауже прошедшего к этому времени дифференциацию молодой астеносферы (ρa ≈ 3,3–3,4г/см3). Поэтому вся первичная литосфера в архее должна была погрузиться врасплавленную верхнюю мантию и там полностью переплавиться, стерев таким путем изгеологической летописи Земли практически все прямые следы катархейского этапа ееразвития.Описывая специфику тектонических процессов в архее, важно подчеркнуть, что“накачка” приливной энергии в астеносферу происходила в основном в экваториальномпоясе Земли. Поэтому и первые зародыши континентальных массивов общим числомоколо 40 в начале раннего архея могли возникать лишь в приэкваториальных областях(см.
раздел 6.3 и рис. 6.4). Однако после начала действия нового и очень мощногоэнергетического источника – освобождения гравитационной энергии по механизмузонной дифференциации земного вещества пояс тектонической активности Землипостепенно стал расширяться, захватывая собой и более высокие широты, а числоконтинентальных щитов, наоборот, стало сокращаться и одновременно увеличиваться помассе. К концу же архея, около 2,6 млрд лет назад, тектоническими движениями оказаласьохваченной уже вся Земля в целом, а все возникшие в архее материки объединились вединый суперконтинент – Моногею.Определение глубинного теплового потока Q&m (см. рис. 5.16) позволяет рассчитатьи другие важные характеристики тектонической активности Земли.
Одной из такиххарактеристик является средняя продолжительность жизни океанических плит τl,пропорциональная квадрату отношения площади океанических плит к пронизывающемуих тепловому потоку τ l ~ S oc2 / Q&m2 (рис. 6.16, кривая 1). Другой характеристикой являетсясредняя мощность Hl океанических плит при достижении ими предельного возраста τl,пропорциональная отношению суммарной площади океанических плит к тому же самомутепловому потоку H l ~ S oc / Q&m (кривая 4 на рис.
6.16). Если принять, что современнаясредняя продолжительность жизни океанических плит приблизительно равна τl ≈120 млнлет и H ocl ≈ 7,3 ⋅ τ l ≈ 80 км, то оказывается, что в раннем архее толщина таких плит впике активности около 3,6 млрд лет назад снижалась до 6,2 км, а время их жизни – до 700тыс. лет! В середине архея около 3,3 млрд лет назад предельная толщина океаническихплит поднялась до 27 км, а их продолжительность жизни – почти до 14 млн лет. В позднем185архее, около 2,9 млрд лет назад, значение Hl вновь снизилось приблизительно до 8 км, авремя жизни океанических плит – до 1,2 млн лет.Рис.
6.16. Эволюция строения океанических литосферных плит и среднее время их нахождения наповерхности Земли: 1 – среднее время жизни плит; 2 – мощность океанической коры; 3 – критическаятолщина литосферных плит, определяющая возможность погружения в мантию более мощных плит; 4 –мощность океанических плит в конце их среднего времени жизни; 5 – мощность базальтового слояВ первом приближении средний объем базальтовых излияний на океаническом днепропорционален пронизывающему его тепловому потоку, поэтому аналогичным путемможно определить и мощность базальтового слоя океанической коры H b ~ Q&m .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
