ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЕ И НИЖНЕЙ МАНТИИ И ВОЗМОЖНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ РАДИУСА ЗЕМЛИ

Благодаря геофизическим и геохимическим исследованиям сейчас уже довольно много известно о строении глубин Земли. В частности, в результате интенсивных экспериментальных работ по фазовым переходам окислов, силикатов и их структурных аналогов под действием высоких давлений удалось создать непротиворечивую картину минеральных превращений, объясняющих разделы в скоростях прохождения сейсмических волн и природу границ между переходной зоной и верхней и нижней мантиями. Так, раздел между верхней мантией и переходной зоной успешно объясняется превращением оливина в более плотную шпинелеобразную фазу, а граница между переходной зоной и нижней мантией — переходом шпинели (Mg, Fe) ;SiO^ и ильменита (Мд, Fe) БЮз в смесь перовскита (Мд, Fe) SiOa и периклаза (Мд, Fe) О.

Градиент реакций фазовых превращений dP/dT известен из эксперимента только для глубин 400—500 км, отвечающих границе между верхней мантией и переходной зоной. Он положителен по знаку и составляет примерно 0,05 кбар/град. Это означает, что при повышении температуры указанная граница смещается вглубь, в область более высоких давлений.

Для определения градиента dP/dT более глубинного фазового превращения, связанного с появлением перовскитовой структуры, необходимо знать другие свойства этой фазы, кроме плотности, известной из опыта. Ее стандартные энтропия и энтальпия были оценены в настоящей работе с помощью ряда структурно-термодинамических корреляций. Оказалось, что рассчитанный с помощью этих данных градиент dP/dT интересующего нас перехода имеет отрицательный знак. Однако этот результат нельзя считать окончательным. Более внимательный анализ показывает, что основные структурные типы переходной зоны (шпинель и ильменит) весьма склонны к позиционному разупорядо- чению из^за близости или равенства координационных чисел различных катионов (кремния, железа, магния, алюминия). Беспорядок в размещении катионов по пустотам плотнейшей упаковки приводит к значительному повышению энтропии вещества переходной зоны, которую в отличие от верхней и нижней мантий можно назвать зоной твердых растворов и разупорядоченных фаз. Вычисления dPIdT с учетом этого обстоятельства приближают величину градиента к 0 и допускают изменение его знака на положительный. Во всяком случае, принятое А. Рингвудом [1981] значение порядка 0,02 кбар/град не кажется невероятным.

Из приведенных данных следует, что при повышении температуры вся толща переходной зоны должна испытывать перемещение вниз, в сторону больших глубин. Так, при повышении температуры на 500 все границы фазовых превращений погружаются на 50-100 км. Следовательно, объем вышележащего слоя этой мощности становится примерно на 5% менее плотным, а его поверхность увеличивается на 3%. С другой стороны, земная кора не подвергается столь же интенсивному разогреванию и расширению и вследствие этого должна испытывать мощные тангенциальные растягивающие усилия со стороны мантии. Реологические свойства коры, ее относительная жесткость должны были привести к тому, что на определенном этапе, а именно примерно 200 млн. лет тому назад, земная кора реагировала на эти напряжения путем образованиям глубинных разломов.

Во всяком случае, эти оценки увеличения поверхности нашей планеты очень близки к оценкам площади рифтогеналей и позволяют на строгой физико-химической основе понять причины появления в геологической истории Земли преимущественно меридиональных планетарных рифтовых зон и частичного разрастания в них площади дна Мирового океана. Более того, совершенно очевидно, что сброс давления в зияющих глубинных разломах обязательно должен привести к подъему под ними из астеносфер- ного слоя линейных мантийных диапиров и частичному их плавлению за счет декомпрессии, что и обеспечивает длительное и устойчивое во времени проявление в рифтовых зонах базальтового магматизма.

В свою очередь, сопровождающий образование линейных диапиров подток вещества астеносферного слоя к зонам декомпресии ведет к прогибанию и блоковому опусканию прилегающих к рифту фланговых зон. Попадая в зону прогрева мантии долгоживущим диапиром, они одновременно попадают и в зону частичного плавления мантии, что также приводит к излиянию по ограничивающим блоки разломам базальтов, покрывающих большие площади дна Мирового океана. Не случайно детальное изучение состава закалочных стекол базальтов со дна Атлантического, Индийского и Тихого океанов, проведенное на достаточно представительном материале (более 1000 образцов), четко указывает на наличие на дне Мирового океана двух значимо различающихся типов базальтов, генерируемых мантией Земли на различных уровнях глубины и давления. Если в рифтогенных структурах встречаются малоглубинные по своему происхождению толеитовые базальты, то во фланговых частях дна Мирового океана — значительно более глубинные с андезитовым или субщелочным трендом. Эти достаточно строгие построения никоим образом не позволяют рассматривать все базальты дна Мирового океана как продукт их генерации в рифтовых зонах с последующим "растеканием" по дну океана вместе с перемещающимся в стороны от рифтовых зон дном.

На дне Мирового океана все больше обнаруживается крупных опущенных блоков континентальной коры, все больше со дна океана появляется образцов древних до- кембрийских гранитов, кимберлитов, гранулитов, амфиболитов и других метаморфических пород, явно принадлежащих материковой коре.

Все это говорит о гораздо более сложной геологической истории дна Мирового океана, чем это рисуется ортодоксальными сторонниками так называемой "новой глобальной тектоники".

Многочисленные геологические и геофизические факты, противоречающие этим построениям, детально рассмотрены в ряде работ наших ведущих геологов и геофизиков (Ю.А. Косыгина, В.В. Белоусова, Г.Д. Афанасьева, B.C. Суркова, Ю.М. Шейнмана и др.), и здесь нет надобности их повторять.

С другой стороны, в геологической истории Земли проявляются не только вертикальные, но и горизонтальные движения земной коры, не только растягивающие усилия, но и сильные напряжения сжатия, причины которых также являются областью горячих дискуссий. Их рассмотрение выходит за рамки обсуждаемой проблемы, но представляется, что наиболее плодотворный путь их познания лежит в развитии "гипотезы планетарного равновесия" в сочетании с дальнейшей разработкой предложенной А.В. Пейве в 60-х годах модели ротационно-инерционного механизма возникновения горизонтальных напряжений в земной коре. Суть этих построений заключается в том, что устанавливаемый по палеомагнитным данным для фанерозоя неравномерный во времени дрейф полюсов (например, для Северного полюса — от Австралии в нижнем палеозое до современного его положения), а следовательно, и изменение оси вращения Земли с неизбежностью должны были вызывать перераспределение скоростей вращения между разными зонами земного шара. При этом замедление вращения или его увеличение вызывает соответствующие тангенциальные горизонтальные напряжения в восточном или в западном направлении, которые в первом случае будут сочетаться с прогибанием, а во втором — с поднятием земной коры (Пейве, 1961]. Причины смещения в геологическом прошлом оси вращения Земли не ясны, они могли вызываться как внутренними (быстрое смещение полюсов следует за эпохами орогенеза), так и внешними космическими явлениями.

Благодаря бурному развитию в последние годы сравнительной планетологии, которая на основе накопленного материала указывает на принципиальную близость ранних стадий эволюции всех планет земного типа, появилась возможность использовать данные о Луне, Марсе и особенно Венере для построения моделей геологической истории Земли.

Вероятно, только сочетание различных путей познания приведет нас к правильному пониманию как механизма различных тектонических процессов, так и все еще полной загадок геологической истории нашей планеты в целом.

ЛИТЕРАТУРА

Рингвуд А.Е. Состав и петрология мантии Земли. Пейве А.В. Тектоника и магматизм. — Изв. М.: Недра, 1981. 584 с. АН СССР. Сер. Геол., 1961, № 3, с. 36.

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

Гипотезы о расширении Земли

ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЕ И НИЖНЕЙ МАНТИИ И ВОЗМОЖНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ РАДИУСА ЗЕМЛИ