Глава 09. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГИДРОСФЕРЫ И ОКЕАНОВ (1119271), страница 6
Текст из файла (страница 6)
рис. 6.22 и 6.21). Действительно, отношения изотопов87Sr/86Sr в осадках формируются за счет смешения вещества, поступающего из мантии вокеанических рифтовых зонах и сносимого в океаны с континентов, а отношениеK2O/Na2O зависит от режимов выплавления континентальной коры. При этом изотопстронция 87Sr образуется благодаря β-распаду изотопа щелочного металла рубидия 87Rb,обычно концентрирующегося, как и калий, в щелочных породах континентов. Именно поэтой причине породы зрелой континентальной коры всегда характеризуются болеевысокими отношениями изотопов 87Sr/86Sr и K2O/Na2O.В архее из-за малого количества воды в океанах и базальтового составаокеанической коры ее породы, как мы видели, оставались слабогидратированными, аконтинентальная кора в те времена выплавлялась почти в сухих условиях (в основном сучастием только ювенильных вод).
В результате дифференциация Rb и Sr, а также К и Naпри формировании как океанической, так и континентальной коры происходила вусловиях, близких к выплавлению слабогидратированных базальтов из мантии. Поэтому впородах архейской океанической и континентальной коры отношения 87Sr/86Sr иK2O/Na2O оставались близкими к мантийным. Такие же изотопные отношениянаследовались и архейскими морскими осадками.В протерозое после возникновения серпентинитового слоя океанической коры иего насыщения водой стало заметно возрастать поступление воды в возникшие тогда жезоны поддвига литосферных плит.
Воздействие же водных флюидов на процессвыплавления континентальной коры прежде всего приводит к ускоренному переносу в нееиз океанической коры литофильных элементов, особенно щелочей, в том числе рубидия икалия. Поэтому с раннего протерозоя континентальная кора начинает заметнообогащаться 87Rb и К, а следовательно, и 87Sr – продуктом β-распада радиоактивногоизотопа 87Rb. В раннем протерозое, стали быстро возрастать и сами отношения 87Sr/86Sr иK2O/Na2O в породах континентальной коры.После полного насыщения океанической коры водой в конце раннего протерозоярежим выплавления континентальной коры стабилизировался, с этого же времени (около2,2 млрд лет назад) в коровых породах стабилизировались и отношения K2O/Na2O (см.рис. 6.21).
Следовательно, в первом приближении можно считать, что это отношение264пропорционально содержанию воды в океанической коре. Радиогенный же стронцийнакапливался в континентальной коре пропорционально не только скорости радиогенногораспада 87Rb, но и массе этого элемента, а накопление рубидия в континентальной корепроисходило вместе с накоплением воды. Поэтому можно принять, что отношениеизотопов 87Sr/86Sr в континентальной коре оказывается пропорциональным содержанию вней связанной воды.
При смешении в резервуаре океанических осадков изотоповстронция, поступающих из мантии и сносимых с континентов, как раз и возникают теотношения 87Sr/86Sr, эмпирическая зависимость которых от времени изображена на рис.6.22.В конце протерозоя поверхность растущего океана поднялась до среднего уровняматериковых равнин, после чего (уже в фанерозое) произошли и первые глобальныетрансгрессии моря на континенты, заметно сократившие площади речного стока ипоставки продуктов размыва континентальных пород в океаны.
Свидетельством томуявляется широкое распространение на континентальных платформах мелководныхморских отложений фанерозоя. По этой же причине в океанических осадках фанерозоя,особенно позднемелового возраста (когда происходила максимальная трансгрессия),наблюдался локальный минимум отношения 87Sr/86Sr (см. рис. 6.22). Несколько позже взоны поддвига плит попадают и снесенные с континентов терригенные осадки схарактерными для них отношениями K2O/Na2O ≈ 1,2. Но поскольку их суммарный объемв мезозое из-за трансгрессии моря на континенты оказался несколько меньшим поотношению к базальтам океанической коры, для которых характерны отношенияK2O/Na2O ≈ 0,5, то выплавляемая из базальтов и терригенных осадков молодаяконтинентальная кора также характеризовалась заметно меньшими отношениями этихокислов, что наглядно отмечено локальным минимумом в кайнозое (см.
рис. 6.21).Отношения изотопов стронция в осадках позволяют оценить соотношениеэндогенного поступления и сносимого с континентов вещества. Современные значенияотношений 87Sr/86Sr в океанических базальтах примерно равны 0,703, в океанической воде– 0,709 и в речном стоке – 0,719, откуда следует, что сейчас около 60% стронцияпоступает в океаны из рифтовых зон и примерно 40% – с речным стоком. Посколькустронций в основном концентрируется в кальциевых минералах, то близкимисоотношениями должен характеризоваться и режим поступления кальция в океаническуюводу.9.3. Природа глобальных трансгрессий моря на континентыВ приведенных выше построениях использовались лишь осредненныехарактеристики тектонической активности Земли и не учитывались ее периодическиеколебания.
Такие колебания интенсивности конвективного массообмена в мантии искоростей движения литосферных плит в реальных условиях, безусловно, должны былипроисходить, например, благодаря нестационарности химико-плотностной конвекции иперестройкам ее структур или за счет влияния процессов коллизии континентов идеструкции литосферных плит на скорость их взаимного перемещения. Например, поданным возрастной идентификации полосчатых магнитных аномалий на океаническомдне, получается, что средняя скорость движения тихоокеанской плиты в позднем мелупочти в полтора раза превышала современную, тогда как в поздней юре и раннем мелуона была близкой к современной.Восстановить колебания тектонической активности Земли помогают следытрансгрессий и регрессий моря на континенты.
В работах Г. Менарда (1966), В. Питмана,Дж. Хейса (1973), О.Г. Сорохтина (1976) и Д. Таркота (1979) показывается, чтоглобальные трансгрессии моря на континенты и их обратные регрессии могут вызыватьсяпульсациями тектонической активности Земли. При этом, правда, помимо сравнительномедленных изменений положения уровня Мирового океана с периодами порядка сотен265миллионов лет выделялись и более короткие эвстатические колебания его уровня,связанные с аккумуляцией или таянием значительных объемов воды в покровныхледниках, образующихся во время установления на Земле ледниковых периодов.До становления тектоники литосферных плит природу глобальных трансгрессий ирегрессий моря на континентах обычно принято было объяснять вертикальнымиколебательными движениями самих материковых платформ, якобы периодическииспытывавших то опускания, то подъемы.
Традиция такого подхода восходит еще квременам древних философовСтрабона и Аристотеля. В связи с кажущейсяочевидностью эта идея принималась за аксиому и часто даже не обсуждалась, войдя почтив чистом виде во многие учебники по геологии и тектонике. Возможность существованиякрупных вертикальных колебательных движений платформ, приводящих к глобальнымтрансгрессиям и регрессиям моря, как правило, связывали с периодическими разогревамии охлаждениями вещества верхней мантии под материками (Джоли, 1929; Белоусов, 1966).При этом, правда, сама природа и особенно механизмы циклических перегревов мантииоставались не вполне ясными и не поддавались количественным расчетам.Совершенно иной подход к объяснению происхождения глобальных трансгрессийморя дает теория тектоники литосферных плит.
Впервые такой подход наметился вработах морских геологов. Так, Г. Менард в 1964 г. высказал идею, что значительныеколебания уровня Мирового океана могут происходить за счет изменений объемасрединно-океанических хребтов. В частности, он показал, что образование современныххребтов могло привести к повышению уровня океана более чем на 300 м.Как следует из тектоники литосферных плит, толщина литосферы определяетсяглубиной охлаждения и кристаллизации мантийного вещества и, следовательно, зависитот времени экспозиции горячего вещества мантии на поверхности Земли.
В связи с тем,что в рифтовых зонах происходит постепенное раздвижение океанических литосферныхплит и непрерывное наращивание их краев за счет охлаждения и кристаллизацииподнимающегося астеносферного вещества, мощность литосферы под срединноокеаническими хребтами закономерно увеличивается по мере удаления от их гребней. Нокристаллизация силикатов, как известно, сопровождается возрастанием плотности.Поэтому с увеличением мощности океанической литосферы уровень ее поверхностипонижается по закону корня квадратного от возраста литосферы (9.6). Следовательно, чембыстрее происходит раздвижение океанического дна в рифтовых зонах, т.е. чем вышетектоническая активность Земли, тем положе становятся срединно-океанические хребты,соответственно уменьшаются объемы океанических впадин и тем бóльшие объемы водывытесняются из океанических областей на континенты.
Отсюда видно, что амплитудаэвстатических колебаний уровня океана, связанных с тектоническими причинами,полностью определяется средней скоростью движения океанических литосферных плит,т.е. тектонической активностью Земли. Возможен и обратный подход: если известны понезависимым данным такие эвстатические колебания поверхности Мирового океана, то поним можно определить и колебания тектонической активности Земли.Амплитуду же эвстатических колебаний уровня океана практически для всегофанерозоя можно восстановить по площадям распространения морских отложений наконтинентах и по анализу сейсмостратиграфических разрезов осадочных толщ наконтинентальных окраинах океана.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
