Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Гипотезы о расширении Земли

ГЕОЛОГО-ПЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ О РАСШИРЕНИИ ЗЕМЛИ В РАННЕМ ДОКЕМБРИИ

 

Смотрите также:

 

Гипотеза расширяющейся Земли...

 

науки о земле 

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

 

ГЕОЛОГИЯ

 

Палеонтология

 

Палеогеография 

 

космический вулканизм планет

 

Вегенер. Происхождение континентов и океанов

 

Океан Тетис и гипотеза дрейфа материков

 

метеориты и кометы

 

СЛЕДЫ КОСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ЗЕМЛЮ

 

Камни и геология

 

ПРИЧИНЫ ГОРО-ОБРАЗОВАНИЯ. Гипотеза Вегенера

 

Плейт-тектоника - новая глобальная тектоника

 

Причины вымирания организмов

 

Метеоритная и вулканическая гипотезы вымирания организмов ...

 

 

 

К.А. Шуркин, Ф.П. Митрофанов, Л.E. Шустова

 

Благодаря широкому развитию в последние годы разнообразных геологических, геофизических, петрологических, геохимических, радиологических и других новых информативных методов исследования строения и вещественного состава земной коры, все большее внимание стали привлекать проблемы ее становления на ранних этапах геологической истории.

 

К настоящему времени на всех континентах северного и южного полушария установлены комплексы кристаллических горных пород, относящиеся к раннему докембрию, причем наиболее древние из них имеют возраст не менее 3,9—3,6 млрд. лет [Ранняя история Земли, 1980; Этапы и типы..., 1981], т. е. приближены по возрасту к самой космической системе Земля—Луна, оцениваемому в 4,6 млрд. лет. Такими самыми древними породами являются серые гнейсы плагиогранитоидного состава (тоналиты, трондьемиты, гранодиориты, олигоклазовые граниты, эндербиты, плагиомигматиты), выявленные в инфраструктуре гранито-зеленокаменных поясов почти всех кристаллических щитов. Эти тоналитовые плагиогнейсы представляют собой либо гиперстенсо- держащие метаморфиты гранулитовой фации, либо гиперстеновые гранитоиды (эндербиты), либо они по минеральному составу соответствуют сейчас гнейсам амфиболитовой фации, нередко содержащим более ранние реликты минеральных парагенезисов метаморфизма гранулитовой фации. Признаки гранулитового метаморфизма на рубеже около 3,6 ±0,1 млрд. лет отмечаются на всех древних платформах мира [Ранняя история Земли..., 1980; Этапы и типы..., 1981].

 

По геологическим данным .другую группу древнейших пород образуют так называемые "гнейсо-гранулитовые" комплексы, слагающие обширные площади кристаллического основания всех древних платформ [Этапы и типы..., 1981]. Типичными примерами структур в СССР, сложенных главным образом вулканитами, плутонитами и осадками, преобразованными в гнейсы и сланцы гранулитовой фации и в чарнокит-мигматитовые и эндербитовые комплексы, являются многие геоблоки раннеархейского фундамента Восточно-Европейской платформы (Центрально-Кольский, Белорусско-Литовский, Средне-Волжский и другие). К первоначально гранулитовым здесь относятся и блоки, испытавшие позднее реоморфизм, в которых отмечаются лишь реликты гранулит-чарно кит-мигматитовых ассоциаций (Белорусский, Новгородский и другие массивы). Иначе говоря, достаточно уверенно можно считать, что весь фундамент огромной Восточно-Европейской платформы почти целиком первоначально слагался гнейсо-гранулитовым комплексом пород, образованным преимущественно по вулканитам дацит-андезит-ба- зальтоидного ряда. К сожалению, ввиду позднейшей переработки и радиологического омоложения, ранний гранулитовый метаморфизм фундамента Восточно-Европейской платформы остается до сих пор точно не датированными можно лишь сказать, что он проявился ранее 3,0 млрд. лет.

 

В фундаменте Сибирской платформы чарнокит-гранулитовая ассоциация древнейших пород распространена также повсеместно. Там имеются и отдельные древнейшие изотопные датировки: на Алданском массиве в пределах Олекминской зоны — 3,9 ± ±0,5 млрд. лет, на Анабарском щите, далдынская серия — 3,5 ± 0,5 млрд. лет. в Джуг- джуро-Становой зоне — 3,8 млрд. лет, на Енисейском кряже — 4,1 ± 0,2 млрд. лет.

 

Реликты архейского гнейсо-гранулитового основания, сопоставимого с основанием кристаллических щитов, в последние годы находят повсеместно в фанерозойских склад чатых областях и поясах, как в фундаменте срединных массивов,так и в инфракрусталь ном залегании. Всесоюзное совещание по этой проблеме в 1980 г. в Новосибирске [Докембрий в фанерозойских..., 1982] показало это достаточно отчетливо.

 

Таким образом, не вызывает особого сомнения то положение, что древнейшее геологическое основание континентальной земной коры сложено в основном гнейсо-гранули- товыми образованиями или их последующими производными. Многие обоснования этого положения приводятся в известных работах Л.И. Салопа [1973; 1977] и в отмеченных выше работах. Преобразованный и сохранившийся гнейсо-гранулитовый палеослой на континентах прерывается, видимо, только в разновозрастных зонах деструкции [Ми- лановский, 1981 ], но зато отмечается наличие его на материковых шельфах и склонах и, вероятно, на дне вторичных океанов (Атлантическом, Индийском, Ледовитом). Древнейший геологический этап формирования этого протометаморфического палеослоя мы назвали "прогеосинклинальным" [Шуркин, Митрофанов, 1969; 1974].

 

Важнейшей геологической характеристикой образований этого этапа является однородный ареальный метаморфизм и ультраметаморфизм гранулитовой, не исключено — частью амфиболитовой, фации умеренного давления (5-8 кбар, 650-850 ). Характерна ареальная выдержанность этих высоких термодинамических условий метаморфизма на огромных пространствах материкового масштаба. Так в этих условиях древнейшего метаморфизма гранулитовой фации алданского типа были первоначально метаморфизо- ваны не только нижнеархейские серии всех щитов и выступов Сибирской платформы, но и все коррелируемые с ними древнеишие породы выступов раннего докембрия в ее Алтае-Монголо-Охотском складчатом обрамлении, вплоть до герцинид Центральной Азии. На этом ареальном однородном фоне могут быть выделены только участки еще более глубинного метаморфизма, например, гранулиты Сутамского и Чогарского блоков повышенного давления (более 10 кбар). Сходная картина вырисовывается и при подобном анализе фундамента древних платформ и их обрамлений на других матери ках мира. Отмечается также (В.И. Кицулом, В.И. Шульдинером и другими) прямая связь между градиентами Г и Р этого метаморфизма, что позволяет рассматривать его как метаморфизм погружения, а давление считать литостатическим.

 

При современном режиме литосферы такой метаморфизм при Р = 5-8 кбар и t = = 650—850 мог бы осуществляться на глубине погружения не менее 15—25 км Следо вательно, при этих условиях все первоначальные осадочно-вулканогенные нижнеархеи ские породы должны были быть погруженными на глубины 15—25 км, а затем, при последующем воздымании, эродированы на столько же километров. Последнее следует из того, что в позднеархеиских прогибах (трогах, протогеосинклиналях) [Шуркин, Митрофанов, 1969], хотя и редко, но устанавливается несогласное налегание вулканитов и осадков на гнейсомигматит-гранулитовый фундамент. При этом такая сверхглубинная эрозия должна была бы произойти достаточно быстро,в интервале3,6-3,4(3,2)млрд. лет — времени начала формирования позднеархейских протогеосинклинальных прогибов. Такие величины скорости погружения, воздымания и эрозии представляются невероятными даже для фанерозоя, скорость геологических процессов в котором была, видимо, выше, чем скорость в раннюю историю Земли.

 

К тому же возникает и трудно разрешимая проблема исчезновения огромной массы раннеархейского эрозионного материала. Наш подсчет по Восточно-Европейской платформе [Тектоническая карта фундамента..., 1974] показал, что суммарная площадь ран- неархейских массивов по срезу фундамента платформы, включая ретроморфизованные в позднем архее и в раннем протерозое первоначально гранулитовые массивы и исключая структуры прогибов, составляет 1,9 • 10л км", и соответственно объем их размытой до глубины 20 км массы кристаллических пород должен приблизительно оцениваться в 3,8 • 10 км'. Между тем в прогибах общей площадью около 1,6 • 10'' км: и с сохранившейся мощностью толщ в среднем 6,5 км, т. е. объемом 1,0 • 10 км', терригенные осадки присутствуют в резко подчиненном количестве, а главную массу пород здесь составляют вулканиты. Так, на Украинском щите в разрезе верхнеархейской конкско-вер- ховцевской серии (с возрастом вулканизма, по данным Е.В. Бибиковой и Н.П. Щербака, не менее 3,25 млрд. лет) мощностью в отдельных структурах от 4,5 до 8,2 км осадки составля ют всего 5—15% объема, а вулканиты — 95—85%. На Балтийском щите в разрезе гимольской серии на долю терригенных пород приходится не более 25—30%, причем они приурочены к верхней половине разреза, а не к низам его. Сходная картина устанавливается для михайловской серии КМА, залегающей через кору выветривания на эродированной поверхности нижнеархейского обоянского комплекса. В результате получается, что все позднеархейские прогибы Восточно-Европейской платформы с их в среднем 20% терригенной составляющей вмещают только 0,2 • 10 км1 терригенных пород, что составляет лишь 5% объема материала, необходимого для рассматриваемой модели. Представляется, что даже с учетом других факторов (см. ниже) дефицит объемов здесь очевидный.

 

В связи с этим, по-видимому, следует предполагать существование в раннеархейской литосфере более высоких градиентов температур и давлений, обеспечивших на меньших глубинах необходимый уровень метаморфизма пород в условиях гранулитовой и частью высокотемпературной амфиболитовой фации.

 

Проблема высокого термического режима палеолитосферы имеет ряд решений на основе различных гипотез — эффектов распада радиоактивных элементов (включая ко- роткоживущие), гравитационной дифференциации, метеоритной бомбардировки и прочих. Все они имеют свои основания и должны учитываться в докембрийской геологии. Но не они составляют основу данной статьи, а поэтому в дальнейшем они только принимаются, но не обсуждаются.

 

Значительно сложнее обстоит дело с объяснением причин повышенного общего динамического режима земной коры на древнейшем геологическом этапе. Как мы уже отмечали, исходя из современных земных физических констант, невозможно представить себе величину градиента литостатического давления, обеспечивающего значения 5—8 кбар в пределах первого десятка километров земной коры. В противном же случае возникают явные дефициты скоростей геологических процессов, времени и объемов, преувеличения величин погружения и поднятия.

 

Возможный путь решения этой проблемы авторы видели [Шуркин. Митрофанов, 1974] и видят в признании гипотезы расширения Земли, что находит в настоящее время все большее подтверждение с позиций различных научных дисциплин (см. статьи настоящего сборника и литературу к ним) .

 

Мы попробуем с геолого-петрологических позиций разными независимыми способами оценить величину радиуса Земли в раннем докембрии.

1. Только что было показано, что объем захороненного в позднеархейских прогибах терригенного материала можно выразить величиной 0,2 • 10 KMV НО ЭТО объем материала, сохранившегося в остатках прог ибов до настоящего времени. Несомненно, что верхняя часть разреза этих прогибов, в основном терригенная, была эродирована после верхнего архея. Величину этой эрозии, судя по максимальной мощности толщ в отдельных, наиболее сохранившихся прогибах, и по тому, что степень регионального метаморфизма в них отвечает зеленосланцевой фации, можно оценить в 3,5—4 км, что даст добавку еще 0,6 • 107 км3 терригенного материала. Кроме того, нужно думать, что наиболее растворимые Са—Мд—Fe-содержащие раннеархейские породы попадали не в обломочный материал, а были в растворенном состоянии смыты в мировой бассейн. Доля их в раннеархейских массивах значительная, во всяком случае она достигает половины разреза, в связи с чем максимально возможный общий объем позднеархейской эрозии в фундаменте Восточно-Европейской платформы можно оценить в 1,6 • 107 км3. Этот объем, поделенный на площадь раннеархейских массивов, определяет мощность (Л) их смытой покрышки — "надгранулитовой кровли" — в 9 км.

 

Таким образом, получается, что в раннеархейской литосфере необходимый уровень давления для ареального метаморфизма гранулитовой фации обеспечивался на глубинах не в 20—25 км, а 9—10 км.

 

Отсюда можно рассчитать для раннего архея геобарический градиент (около 0,7 кбар/км, что в 2 раза выше современного), а также по формулам Рпит = hog и д = М= к —оценить радиус Земли (/?) в то время. По первой формуле, где Рпит = 6 кбар, R h = 9 км и о = 2,85—3,00 к/см3 (плотность "надгранулитовой кровли"), высчитывается д (среднее ускорение силы тяжести в столбе вещества h), а затем по второй формуле, при условии постоянства массы Земли (М), равной современной, и К—гравитационной постоянной, оценивается радиус Земли в раннем архее, т. е. 3,6 млрд. лет назад; /?36 = = 4600 км, что на 28% меньше современного радиуса (6372 км).

 

2.         Другой способ расчета fi3 6 следует из геологических данных, изложенных в начале статьи. Признавая вторичность Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого океанов и первичность Тихого океана в пространстве его ложа, а также принимая исключительную древность и первоначальную непрерывность гранулитового фундамента всех континентов, шельфов и материковых склонов, можно ориентировочно считать, что поверхность Земли 3,6 млрд. лет назад составляла лишь 0,65 часть современной поверхности..Отсюда /?3>6 оценивается величиной около 5100 км, что приблизительно на 20% меньше Ясовр.

 

3.         Если принять за основу расчета градиет изменения радиуса Земли П. Дирака, равный 0,3 мм/год (как это было сделано нами в 1974 г. [Шуркин, Митрофанов, 1974]). то радиус Земли 3,6—3,7 млрд. лет назад оценивается в 5300 км, т. е. на 17% меньше совр

 

Соответственно, при постоянной массе Земли М = 4/зя/?3оср = 4/з л3/?3 7 Оз ,7 и при аср (современная средняя плотность Земли) = 5,5 г/см3, /?СОВр = 6372 км и /?3 7 = = 5300 км, а3>7 (средняя плотность Земли 3,7 млрд. лет назад) = 9,3 г/см3.

Полагая, что вследствие внутренней дифференциации Земли к рубежу 3,7 млрд. лет уже возникли внутреннее ее ядро (с /?ж, ож), внешнее ядро (/?„ и оя) и внешняя оболочка (с /?37 и овн), с помощью уравнения разложения масс 4/зя/?33 7 о3>7 = = 4/з  + 4/з я (RyH — /?ж) оя + 4/з я (/?з >7 — Я3) овн можно оценить плотность внеш

ней оболочки (мантии) Земли того времени овн = 5—7 г/см3, внешнего ядра оя = = 11 г/см3, внутреннего ядра ож = 17 г/см3.

 

Очень показательно, что полученная величина плотности в 11 г/см3 для внешнего ядра Земли 3,7 млрд. лет назад совпадает со средней плотностью внешнего ядра современной Земли [Магницкий, 1965]. Отсюда возникает предположение, что именно внешнее ядро вещественно представляет тот первоначальный субстрат, гравитационная дифференциация которого и привела в конечном итоге к формированию центрального ядра, мантийных оболочек и земной коры.

 

Итак, разными независимыми способами расчета мы получили сходные величины радиуса Земли в эпоху 3,6—3,7 млрд. лет назад, на границе раннего и позднего архея, в эпоху смены прогеосинклинального режима протогеосинклинальным.

 

Он оценивается цифрами от 5300 до 4600 км, т. е. величиной на 22 ± 6% меньшей, чем современный радиус Земли. Представляется, что такая оценка не выходит за пределы физически возможного. Во всяком случае, она наилучшим образом объясняет некоторые известные геолого-петрологические особенности древнейших геологических образований Земли на прогеосинклинальном этапе ее развития.

 

Формирование троговых прогибов ("рифтоподобных структур", по Е.Е. Миланов- скому) на позднеархейском протогеосинклинальном этапе развития континентальной земной коры является характернейшей, глобально выраженной чертой этого нового этапа геотектонического режима. К концу этого этапа, к эпохе 3,0—2,5 млрд. лет назад, приурочено интенсивное проявление эндогенных корообразующих и коропреобра- зующих процессов (вулканизм и плутонизм, зональный региональный метаморфизм, гранитообразование, связанное с подкоровыми очагами и коровыми процессами). Этот этап завершился обширной консолидацией и стабилизацией коры на всех материках [Этапы и типы..., 1981]. Подобные этапы рифтогенеза, связанные, вероятно, с расширением Земли и сопровождаемые на конечных стадиях бурной тектоно-магмати- ческой активизацией, датируются в докембрии также в интервалах 2,0—1,6 млрд. лет и 1,0—0,5 мдрд. лет. При этом каждый последующий этап отличается от предыдущего возрастанием общей мощности и стабильности коры, уходом уровней корового и мантийного магмообразования на все большую глубину, все более пространственно ограниченной локализацией и снижением интенсивности процессов регионального метаморфизма, а также усложнением структурной дифференцированности коры.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

Докембрий в фанерозойских складна 1ых областях. Л.: Недра, 19П2. 232 с.

Магницкий В А. Внутреннее строение и физика Земли. M.: Недоа. 1965. 376 с.

Милановский Е.Е. Основные этапы развития процессов рифтогенеза и их место в геологической истории Земли. — В кн.: Проблемы тектоники земной коры. М.: Недра, 1981. с. 38-60.

Ранняя история Земли. М.: Мир, 1980. 620 с.

Салоп ЛИ. Общая стратиграфическая шкала докембрия. Л.: Недра, 1973. 308 с.

Салоп Л.И. Периодизация и корреляция докембрия южных материков. Докембрий Африки. Л.: Недра, 1977. 304 с.

Тектоническая карта фундамента территории

СССР масштаба 1:5000000. Л.: М-во геологии СССР. 19"'4.

Шуркин К.А., Митрофанов Ф.П. Магнетизм в истории развития нижнего докембрия (на примере докембрия Северо-Запада СССР и Восточной Сибири). — В кн.: Проблем'ы связи тектоники и магматизма. М.: Наука, 1969, с. 47-64.

Шуркин К.А., Митрофанов Ф.П. Раннедокемб- рийский магматизим в связи с развитием земной коры. — В кн.: Проблемы докемб- рийского магматизма. Л.: Недра. 1974, с. 8-16.

Этапы и типы эволюции докембрийской коры древних щитов/ К.О. Кратц, В.Я. Хильтова, А.Б. Вревский и др. Л.: Недра, 1981. 163 с.

 

 

 

К содержанию книги: Проблемы расширения и пульсаций Земли

 

 

Последние добавления:

 

ВЛАДИМИРО-СУЗДАЛЬСКАЯ РУСЬ

 

ВНЕШНЯЯ ПОЛИТИКА ДРЕВНЕЙ РУСИ

 

Владимир Мономах

 

Летописи Древней и Средневековой Руси

 

Бояре и служилые люди Московской Руси 14—17 веков