Глава 06. ПРИРОДА ТЕКТОНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЗЕМЛИ (1119268), страница 5
Текст из файла (страница 5)
4.8) ипропорциональным этому увеличением скорости генерации гравитационной энергиидифференциации земного вещества (см. рис. 5.3). К этому времени существеннорасширился пояс дифференциации, а следовательно, возросла и масса самойконвектирующей мантии, тогда как число континентальных массивов (будущихархейских щитов), вероятно, снизилось до 12−14. После такого перехода процессдифференциации земного вещества значительно активизировался. Особенно он усилилсяпосле начала процесса формирования земного ядра во второй половине позднего архея,начиная приблизительно с 3 млрд лет назад (см.
рис. 4.3). В это же время произошла исамая значительная перестройка конвективных течений в мантии – в Земле началаформироваться мощнейшая одноячеистая конвективная структура, приведшая в конце156архея к столкновению всех возникших ранее континентальных массивов в единыйсуперконтинент (см. рис. 4.3). Согласно законам механики об устойчивом вращениисвободных тел, упомянутым в разделе 4.2, сформировавшийся над центром нисходящегомантийного потока суперконтинент должен был располагаться на экваторе Земли.
Этопроизошло скорее всего 2,6 млрд лет назад и отмечено в геологической летописи Землинаиболее грандиозным диастрофизмом кеноранской орогении.По аналогии с возникшими в последующие геологические эпохи единымиконтинентальными массивами Мегагеей Штилле и Пангеей Вегенера этот первый вистории Земли суперконтинент мы назвали Моногеей.Несмотря на приближенность выполненных оценок, выявленная здесь общая закономерность изменений числа конвективных ячеек в архее, по-видимому, правильнопередает общую картину развития конвективных процессов в этом древнейшем эоне. Вчастности, из этих оценок вытекает, что в раннем архее могли формироваться толькомелкие конвективные ячейки с короткими временами жизни – тектоническими циклами. Всвязи с мелкомасштабностью раннеархейской конвекции (порядка первых сотенкилометров) отдельные циклы во времени перекрывались друг другом, создавая темсамым непрерывную череду пульсирующих, но глобально не коррелируемых друг сдругом процессов (по отдельным ядрам растущих континентов).
Соответственно этому имногочисленные тектонические циклы раннего архея на древнейших ядрах разныхконтинентов создали мозаичную картину проявлений отдельных и не синхронных друг сдругом всплесков тектонической активности.Рис. 6.5. Корреляция тектонических событий при формировании гранит-зеленокаменных поясов архея (по К.Конди, 1983, с изменениями): прямые линии отмечают время образования зеленокаменных поясов;волнистые – время складчатостиПервые глобально-синхронные тектонические циклы могли появиться только впозднем архее, когда фронт зонной дифференциации земного вещества уже погрузился назначительные глубины мантии, и в связи с этим существенно возросли размерыконвективных ячеек – до нескольких тысяч километров.
Однако наиболее яркосинхронность тектонических процессов должна была проявиться лишь в самом концеархея – в момент обособления земного ядра. Как видно из геологических данных,обобщенных К. Конди (рис. 6.5), заметная глобальная корреляция тектонических событий157в гранит зеленокаменных поясах архея различных щитов проявилась только около 2,9млрд лет назад.
Однако наиболее четко она выявилась лишь на интервале возрастов2,7−2,6 млрд лет назад. При этом последний архейский конвективный цикл, совпадающийпо времени с моментом выделения земного ядра, одновременно является и первымнаиболее сильным глобальным диастрофизмом кеноранской эпохи – самым грандиознымтектономагматическим событием в истории Земли.После перехода процесса гравитационной дифференциации земного вещества отмеханизма зонной сепарации “ядерного” вещества к сравнительно медленнодействующему бародиффузионному механизму дифференциации мантийная конвекцияначиная с раннего протерозоя стала существенно более спокойной. Поэтому наступившуюпосле бурных тектонических событий архея сравнительно спокойную и наиболеепродолжительную стадию эволюции Земли по аналогии с терминологией развития звездможно называть главной последовательностью развития планет земной группы.С переходом процесса дифференциации земного вещества от механизма зоннойсепарации железа и его соединений к медленно действующему бародиффузионномумеханизму выделения “ядерного” вещества (Fe·FeO) начиная с раннего протерозоямантийная конвекция стала более спокойной.
С постепенным угасаниембародиффузионного механизма дифференциации мантийного вещества за счетисчерпания запасов “ядерного” вещества в мантии происходит постепенное снижениеинтенсивности и мантийной конвекции. Так, судя по расчетам, активность конвективногомассообмена в настоящее время по сравнению с позднеархейским пиком снизиласьприблизительно в 7–8 раз. Это снижение продолжится и в будущем.Энергетический подход позволяет оценить и суммарную массу прошедшегодифференциацию и участвовавшего в конвекции мантийного вещества.
Так, выше былоопределено, что скорость современного конвективного массообмена в мантииприблизительно равна 6·1018 г/год, или 1,9·1011 г/с. За все время тектонической активностиЗемли (с 4,0·109 лет назад и до наших дней) ее теплопотери, связанные с конвективнымпереносом тепла, составили приблизительно 12,4·1037 эрг (см. рис. 5.14), а современныйглубинный тепловой поток за вычетом эффекта послеархейского остывания Земли равен3,39·1020 – 0,25·1020 = 3,14·1020 эрг/с.
Отсюда можно определить и суммарную массумантийного вещества, участвовавшего в конвективном массообмене: она оказываетсяравной 7,5·1028 г. Массы же Земли и современной мантии соответственно равны 5,977·1027и 4,014·1027 г, откуда находим, что к настоящему времени суммарная масса мантийноговещества, прошедшего через конвективный массообмен, приблизительно в 12,5 разапревышает массу самой Земли и примерно в 18,7 раз – массу современной мантии.Аналогичные оценки показывают, что за время действия бародиффузионного механизма,т.е. за все послеархейское время (с 2,6 млрд лет назад до современности), конвективныймассообмен в мантии приблизительно равен 3,21·1028 г, что почти в 8 раз превышаетмассу современной мантии.
Приведенная оценка, несмотря на ее приближенность, все жеочень наглядна и показывает, что конвективный массообмен в мантии действительноогромный, поэтому пренебрегать им нельзя.Аналогичным путем можно приближенно оценить и число существовавших вмантии после архея конвективных циклов. Со времени образования земного ядра около2,6 млрд лет назад его масса закономерно увеличивалась (см. раздел 4.4), тогда как массамантии Земли соответственно уменьшалась с 4,76·1027 г на рубеже архея и протерозоя до4,014·1027 г в настоящее время. Учитывая это, можно определить, что суммарная массамантийного вещества, участвовавшего в конвекции за последние 2,6 млрд лет,приблизительно в 7,1 раза превышает среднее значение массы мантии за это же время.Если принять, что при химико-плотностной конвекции в мантии один конвективный циклсоответствует полному обороту мантийного вещества, то находим, что всего в протерозоеи фанерозое существовало около 7,1 конвективного цикла.158При химико-плотностном конвективном массообмене в мантии, по-видимому,происходит чередование одноячеистых и двухъячеистых конвективных структур(Сорохтин, 1974; Монин и др., 1987).
Тогда можно ожидать, что после археясуществовали, например, три одноячеистые и четыре двухъячеистые структуры.Поскольку при возникновении одноячеистых конвективных структур в мантии должныформироваться единые суперконтиненты, то можно ожидать, что после архейскогосуперконтинента Моногея, т.е. уже в протерозое и фанерозое, должно было существоватьеще три суперконтинента: Мегагея Штилле, Мезогея (или Родиния) и Пангея Вегенера(всего же за время жизни Земли с учетом Моногеи – четыре суперконтинента).
Во времяфункционирования двухъячеистых конвективных структур, такие суперконтинентыдолжны были разрушаться, а их “осколки” – обособившиеся материки – должны былицентробежно дрейфовать друг от друга.Приведенная оценка числа конвективных циклов в мантии, безусловно, являетсяприближенной, но и она может быть уточнена, например, путем использованиясинергетического подхода к проблеме и согласования результатов расчета сгеологическими данными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
