Современные представления о происхождении Земли и эволюция магматических процессов на Земле, Луне и земных планетах

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОИСХОЖДЕНИИ ЗЕМЛИ, И ЭВОЛЮЦИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ЗЕМЛЕ, ЛУНЕ И ЗЕМНЫХ ПЛАНЕТАХ

2.

• Согласно современным представлениям, Солнце представляет собой
одиночную звезду 2-го поколения, обращающуюся в периферической
части Галактики. Возраст Солнца менее 5 млрд. лет, в то время как
возраст звезд 1-го поколения может превышать 10 млрд. лет.
Расстояния до ближайших звезд настолько велики, что Солнечную
систему можно считать практически изолированной в пространстве и
рассматривать ее эволюцию лишь под действием внутренних факторов.
Вокруг Солнца обращаются 9 планет, имеющих в совокупности 54
спутника. Планеты делят на две основные группы:
• (1) твердые планеты земной группы, куда входят еще Меркурий,
Венера, Марс и Луна; они имеют сходное строение и образованы
силикатной мантией и железным ядром.
• (2) газовые планеты-гиганты – Юпитер и Сатурн, а также ледяные
гиганты Уран и Нептун, Планеты-гиганты образованы преимущественно
водородом и гелием с подчиненным количеством метана и аммиака, а
также воды. У них предполагается наличие твердого ядра, сложенного
горными породами.
• Известна также карликовая планета Плутон, образованная льдом и
камнями.
• Между орбитами Марса и Юпитера обращаются тысячи мелких планет астероидов. Считается, что они представляют собой реликты стадии
аккреции, т.е. накопления протопланетного вещества в виде
неоформившейся планеты. Более сложна ситуация с кометами,
приходящими с дальней периферии Солнечной системы.

3.

Предполагается, что Солнечная система
произошла из газово-пылевого облака в
результате уплотнения вещества в
спиральных ветвях Галактики. Возраст
Солнечной системы оценивается в 4.6
млрд.лет, а возраст древнейшего
метеоритного вещества составляет ~4.56
млрд. лет. Такой же возраст имеет
первичная анортозитовая кора Луны.
Таким образом, планеты Солнечной
системы возникли почти одновременно
4,6--4,5 млрд. лет назад.
Считается, что планеты земной группы
(Венера, Земля, Марс, Меркурий, Луна)
образовались из материала газовопылевого облака, окружавшего Солнце. В
состав этого протопланетного вещества
входили как силикаты (кислородсодержащие соединения кремния),образующие
каменные метеориты, так и металлические частицы, отвечавшие по составу
железным метеоритам.
Твердый силикатный материал, из
которого была сформирована ранняя
Земля, обычно отождествляют с хондритами - наименее дифференцированными
каменными метеоритами. Они и сейчас
падают на поверхность нашей планеты. К
этому же типу относится и Челябинский
метеорит, упавший всего полтора года
назад в районе Челябинска

4. Челябинский метеорит

5. Вверху – железный метеорит, внизу - хондриты

Хондриты состоят из так называемых хондр – округлых шариков с
диаметром порядка 1 мм со сфероидальной структурой. Хондры состоят
преимущественно из оливина, ортопироксена и натриевого плагиоклаза и,
иногда, силикатного стекла. Они цементируются никелистым железом,
содержащим сульфид железа – троилит (FeS).
Хондриты никогда не испытывали плавления и являются наиболее
примитивным материалом, образовавшимся на начальных стадиях
конденсации газово-пылевого облака.

6. Каменные метеориты

Каменные метеориты
Очень важной разновидностью хондритов являются углистые хондриты,
образованные низкотемпературной ассоциацией минералов. Они
характеризуются присутствием водных силикатов (обычно серпентина и
хлорита) и большим количеством органических соединений (углеводородов,
жирных кислот, порфиринов и др.) – количество потерь при прокаливании в
них достигает 24-30 %, в том числе воды – до 20%.
Считается, что углистые хондриты являются самыми ранними продуктами
конденсации газово-пылевого облака, представителями первичного вещества
Солнечной системы; во всяком случае межпланетная пыль на 90% образована
ими.
Иногда в хондритах отмечаются алмазы, возникшие за счет ударных
процессов.
Согласно современным представлениям, именно такими хондритами и льдом
сложено большинство астероидов, а также ядра комет. Об этом могут
свидетельствовать результаты посадки космического аппарата на ядро кометы
Чурюмова-Герасименко.
В отличие от хондритов, другой тип каменных метеоритов – ахондриты,
т.е. не имеющие хондр, формировались из магматических расплавов на
других планетных телах. Предполагается, что они в основном произошли
за счет планеты Фаэтон, существовавшей между орбитами Марса и
Юпитера и «разорванной» взаимным притяжением этих планет.
Другим источником ахондритов могут являться Луна и Марс, фрагменты
вещества которых были выбиты крупными метеоритами.

7. Железные метеориты

Железные метеориты составляют
всего 3% от наблюдавшихся падений. Они состоят из никелистого
железа, содержащего от 6 до 16%
Ni. Характерной особенностью
этих метеоритов является так
называемая видманштеттовая
структура, выявляемая при
протравливании их слабой
азотной кислотой.
Эта структура образована двумя
минералами: камасит, содержащий от 4% до 7,5% никеля, и тэнит
- от 27% до 65% никеля. Последний обычно образует кристаллы,
которые выглядят как отражающие тонкие ленты.
В земных породах таких структур
не устанавливается. Считается,
что они произошли за счет ядер
разрушившихся мелких планет.
Предполагается, что такой же или
близкий к нему состав имеет и
твердое ядро Земли

8. Метеоритный кратер в Аризоне, США

9.

Вот так выглядят планеты земной группы. Они довольно сильно
отличаются по размерам. Венера только немного меньше Земли –
ее радиус составляет 0.9 от земного. Марс практически в 2 раза
меньше, еще меньше Меркурий, и, наконец, Луна в 4 раза меньше
Земли.
Несмотря разницу в размерах, все они имеют сходное строение, т.е.
имеют железное ядро и силикатную оболочку. Это предполагает,
что они образовались и развивались по одному сценарию, о чем
мы поговорим позже. Естественно, что Земля изучена несравнимо
лучше, и поэтому именно c нее мы сегодня и начнем.
на существенную разницу в размерах

10.

• Есть все основания полагать, что формирование ранней Земли
сопровождалось выделением большого количества тепловой
энергии. Сюда относится выделение тепла в результате быстрой
аккреции протопланетного вещества, распад короткоживущих изотопов
(26Al,244Pu, 40K и др.), интенсивная метеоритная бомбардировка
поверхности планеты на заключительной стадии аккреции, а также
гравитационное уплотнение первичного вещества. Другой важный
источник тепла был связан с приливными эффектами под влиянием
притяжения Луны, которая тогда располагалась значительно ближе.
• Все это делает весьма вероятным предположение о том, что к концу
аккреции верхние 700 километров ранней Земли испытали плавление с
образованием глобального магматического океана. Именно при его
затвердевании протопланетное вещество превратилось в систему
мантия - кора, сложенную уже земными породами.
• Изотопный состав благородных газов, в первую очередь ксенона,
указывает на образование ранней атмосферы Земли 4.48–4.47
млрд. лет назад. По-видимому, эта атмосфера формировалась
одновременно с первичной корой, при затвердевании магматического
океана, которое сопровождалось дегазацией его расплава. Согласно
расчетам, затвердевание такого океана произошло в течение первых
миллионов лет. После охлаждения коры до температур ниже 100оС,
произошла конденсация пара в атмосфере, и образовался Мировой
океан, существующий до наших дней.

11. Модели формирования Земли

• В настоящее время существует две модели формирования (аккреции)
Земли – гомогенная и гетерогенная. Согласно первой из них, Земля
изначально была образована однородным материалом и формировалась за счет планетезималей – небольших допланетных тел размером
в сотни метров-первые километры. Они и служили «строительным
материалом» для формирования планет, их спутников и родительских
тел метеоритов.
• В этой модели современное строение Земли связано с процессами ее
последующего разогрева и дифференциации. Как полагают сторонники
модели гомогенной аккреции Земли, железо стекало к ее центру в виде
металлического расплава, образуя ядро. Этот расплав имел состав,
близкий к эвтектике Fe + FeS, температура плавления которой равна
990°С. Добавление третьего компонента (Fe3C, FeO и др.) снижает эту
температуру еще на несколько десятков градусов. В металлическом
расплаве были растворены никель и другие элементы, имеющие
химическое сродство к железу и сере, а также калий.
• Согласно же модели гетерогенной аккреции, на начальной стадии
накопления протопланетного вещества возник твердый металлический
зародыш Земли - сгусток железных метеоритов, соответствующий ее
современному ядру. Затем на этот зародыш нападали каменные
метеориты, близкие по составу к примитивным углистым хондритам.
Они образовали внешнюю силикатную оболочку Земли - мантию, из
которой впоследствии и выделилась земная кора.

12.

Каков был состав первичной земной коры? Сейчас на этот счет тоже существует
две точки зрения: 1) первичная кора была базальтовой, и 2) гранитной. С
позиций петрологии и физической химии принципиальных различий между
ними нет: и та, и другая модель требуют глобального расплавления первичного
хондритового вещества, чтобы образовать первичную однородную земную
кору. В этом случае конечный результат должен зависеть только от степени
кристаллизационной
дифференциации
расплава
при
затвердевании
глобального магматического океана. Такая дифференциация связана с тем, что
согласно законам физической химии, первыми из расплава выделяются
высокотемпературные кристаллические фазы, состав которых заметно
отличается от состава самого расплава. Соответственно, расплав по мере
затвердевания
обедняется
этими
компонентами
и
обогащается
низкотемпературными.
Затвердевание
магматического
океана
из-за
разницы
в
величинах
адиабатического градиента и градиента температуры точки плавления, должно
происходить снизу вверх. Это, в свою очередь, это должно было приводить к
накоплению низкотемпературных дифференциатов в верхних оболочках
планетных тел, которые и будут представлять собой первичную кору.

13.

Поскольку наиболее низкотемпературным силикатным расплавом является гранитный, можно ожидать, что первичная
земная кора была гранитной (сиалической).
И действительно, геологические данные (резкое преобладание гранитоидов в архейской коре) свидетельствуют в
пользу первично-сиалической земной коры.
Однако на Луне, которая в 4 раза меньше Земли, первичная
кора анортозитовая, т.е. основного состава. Разница в
составе их первичных кор, очевидно, объясняется разной
глубиной магматических океанов, т.е. гранитный материал
при формировании лунной коры просто не успел
накопиться.
• С образованием первичной коры в процессе направленного
затвердевания магматического океана связано и первичное
истощение (деплетирование) вещества верхней мантии
легкоплавкими компонентами. Поэтому самые древние
вулканиты произошли не из вещества первичной мантии, а
из уже истощенной. Это, например, истощенный источник
установлен для пиллоу-лав древнейшего зеленокаменного
пояса Исуа в Гренландии с возрастом около 3.8 млрд. лет,
изливавшихся на дне морского бассейна.

14.

Магматизм главных стадий геологической эволюции
Земли
Имеющиеся данные позволяют выделить четыре стадии магматической
эволюции Земли: догеологическую, нуклеарную, кратонную и континентально-океаническую, каждая из которых отличалась характерным типом
земной коры и набором магматических ассоциаций, сформированных в
специфических геодинамических обстановках.
2.1. Догеологическая стадия
В эту стадию образовалась первичная земная кора. Ранее предполагалось,
что эта стадия на Земле и Луне была похожей, но на Земле ее продукты были
переработаны более поздними геологическими процессами, а на Луне они
сохранились и их можно наблюдать и сейчас. Однако появившиеся за
последнее время данные свидетельствуют о том, что хотя Земля и Луна
развивались по сходным сценариям, их эволюция совпадала только
частично. На Луне отсутствуют как гранит-зеленокаменные области,
типичные для архейской коры, так и тектоника плит, характерная для
современной Земли.
Горных пород с возрастом более 4 млрд. лет на Земле пока не установлено.
Однако в архейских осадочных породах Западной Австралии обнаружены
детритовые (обломочные) цирконы с возрастом до 4.4 млрд. лет. Поскольку
циркон характерен для кислых магматических пород, был сделан вывод о
возможном существовании тогда древнейшей гранитной коры. При этом
изотопные характеристики кислорода в этих древнейших цирконах
свидетельствуют о том, что в это время на поверхности Земли уже
существовала жидкая вода.

15. ТЕКТОНОМАГМАТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В АРХЕЕ И РАННЕМ ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЕ

Преобладающими типами тектонических структур архея (~4.0-2.5 млрд.
лет назад, нуклеарная стадия) и
раннего палеопротерозоя (2.5-2.35
млрд. лет назад, кратонная стадия)
являлись гранит-зеленокаменные
области (ГЗО) и разделяющие их
гранулитовые пояса.
ГЗО с неправильной сетью зеленокаменных поясов в гранитной матрице
(скорее всего переработанной первично-сиалической коре), представляли собой области растяжения,
воздымания и сноса, а гранулитовые
пояса – преобладающего сжатия,
погружения и осадконакопления.
Между ними развивались промежуточные зоны тектонического течения.
Вот как это выглядит на примере
восточной части Балтийского щита.
Ситуация в целом резко отличалась
от современной плейт-тектоники.

16.

• Магматизм нуклеарной стадии (4.0–2.5 млрд лет)
• Гранит-зеленокаменные области на 80-90% образованы различными плагиогранитами (т.е. гранитоидами с
низкими содержаниями калия) с неправильной сетью
зеленокаменных поясов. Они имеют очень однообразный
облик на всех докембрийских щитах и получили название
«серых гнейсов».
• Зеленокаменные пояса сложены преимущественно
высоко-Mg вулканогенными породами ультраосновного и
основного состава – коматиитами и базальтами. Сеть этих
поясов образует крупные изверженные провинции.
• Осадочные породы (различные метапесчаники, метаконгломераты, реже углеродистые сланцы, карбонатные
породы и др.) в зеленокаменных поясах играют подчиненную роль. С вулканитами кислого состава в позднем архее
часто ассоциируют железистые кварциты осадочного
происхождения, представляющие собой один их главных
источников железных руд.

17.

Индикаторной магматической породой
стадии являются коматииты – высокомагнезиальные лавы с своеобразными
структурами спинифекс, образованных
пластинчатыми выделениями оливина
длиной до 1 м. Эти структуры напоминают
листья осоки, по африканскому варианту
которой они и названы. Это были наиболее
высокотемпературные расплавы в истории
Земли (до 1600о-1700оС).

18.

Появление крупных изверженных провинций предполагает существование
под ними мантийных суперплюмов первого поколения, которые в отличие
от современных, были сложены материалом деплетированной мантии.
Растекание их головных частей происходило на глубинах 200-450 км, не
приводя разрывам древней литосферы. Ситуация может быть описана в
терминах плюм-тектоники, характерной для раннего докембрия.

19. Магматизм кратонной стадии (2.5–2.05 млрд лет) К протерозою, т.е. к 2.5 млрд. лет назад, земная кора стала жесткой, о чем

свидетельствует появление рифтогенных структур, крупных лавовых плато, огромных роев даек
и крупных расслоенных интрузивов основных и ультраосновных пород. Характер же
тектоно-магматической активности в раннем палеопротерозое изменился мало: место
ГЗО заняли кратоны, разделенные гранулитовыми поясами.

20.

Преобладающим (индикаторным)
типом магматизма тогда были
образования кремнеземистой
высоко-Mg серии (КВМС).
По своим геохимическим особенностям расплавы КВМС близки к
представителям надсубдукционных магм, однако они образуют
внутриконтинентальные крупные
изверженные провинции наподобие траппов фанерозоя.
Мы полагаем, что генерация этих
магм происходила путем «всплывания» очагов высокотемпературных ультрамафических магм типа
коматиитов сквозь кору по принципу зонной плавки, т.е. путем проплавления кровли и кристаллизации у дна, что и приводило к
такому результату.
1- литосферная мантия; 2 – нижняя кора; 3 –
сиалическая кора; 4 – вулканогенно-осадочные
комплекс; 5 – путь «всплывания» магматического очага; 6 – промежуточный магматический
очаг (расслоенный интрузив); 7 – подводящие
каналы

21.

Образования кремнеземистой высоко-Mg серии серии развиты в форме
иногда хорошо сохранившихся лав с вкрапленниками магнезиальных
оливина и пироксенов, а также хромита в вулканическом стекле преимущественно андезитового и дацитового состава, а также роев даек и крупных
расслоенных интрузивов основных и ультраосновных пород.

22. Примером таких крупных расслоенных интрузивов основных и ультраосновных является, например, Бураковский плутон в Южной Карелии.

Тектономагматическая активность этой стадии по существу является логическим
продолжением нуклеарной стадии, но в условиях уже жесткой коры. Этим завершается
ранний период развития Земли.

23. НЕОБРАТИМАЯ СМЕНА ТЕКТОНО- МАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

НЕОБРАТИМАЯ СМЕНА ТЕКТОНОМАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Интервал 2.35-2.0 млрд. лет назад на всех докембрийских щитах охарактеризовался массовым
появлением геохимически-обогащенных Fe-Ti пикритов и
базальтов, аналогичных современным внутриплитным
магмам.
В отличие от предыдущих высокo-Mg расплавов, они
произошли из обогащенного мантийного материала. C
этого времени такие расплавы становятся главным
типом магматизма, приводя к постепенному исчезновению расплавов кремнеземистой высоко-Mg серии.
Вначале характер тектоники не изменился: молодые
лавовые потоки наращивали разрезы в тех же самых
рифтогенных структурах, формировались рои даек и
крупные расслоенные интрузивы, но уже титаноносные.
Параллельно с ними еще локально существовали
излияния магм высоко-Mg серии, но они имели уже
ограничеснные масштабы.
Драматическая смена тектонических процессов произошла только 200-300 млн. лет спустя, около 2 млрд. лет
назад, когда появились первые орогены фанерозойского
типа, т.е. появилась плейт-тектоника, характерная для
современного этапа развития Земли.

24. Континентально-океаническая стадия (неогей) Таким образом, в интервале 2.35-2.0 млрд. лет назад, состав мантийных расплавов и

геодинамические процессы испытали
постепенное необратимое изменение в масштабе всей Земли, т.е.
произошел переход к современной, континентально-океанической
стадии развития, существующей и поныне. Геологи называют этот
период развития Земли неогеем.
Одновременно произошли и важные изменения на поверхности
Земли, сопровождаемые изменением состава атмосферы (она стала
окислительной) и гидросферы Мирового океана (из слабокислотной
она стала нейтральной). Среди осадков появляются каменные соли,
фосфориты и углеводороды, а в биосфере – начался переход к
многоклеточным организмам.
По-видимому, все это было результатом поступления качественно нового материала на поверхность Земли, богатого щелочами,
фосфором и другими элементами, способствующими процессам
метаболизма и ферментации. Это благоприятствовало развитию
фотосинтезирующих бактерий – основных поставщиков кислорода в
атмосферу, что и привело к смене экологической обстановки на
поверхности Земли.
Мы связываем переход к неогею с подъемом мантийных суперплюмов второй генерации (термохимических), обогащенных Fe, Ti, K,
Na, P и другими элементами, ответственными за такие изменения.
Подобные плюмы и сейчас формируются на границе жидкого ядра и
мантии в слое D«, и этот процесс действует и поныне, т.е. доступен
непосредственным наблюдениям.

25.

Поскольку суперплюмы постоянно отводят тепло от жидкого железного
ядра, оно должно постепенно затвердевать, что происходит снизу вверх и
приводит к появлению и разрастанию внутреннего (твердого) ядра. При
этом высвобождается большое количество растворенных в расплаве
флюидов, что и инициирует подъем термохимических суперплюмов.
Благодаря наличию флюидов, их вещество имело меньшую плотность и
достигало более умеренных глубин, где растекание их головных частей уже
приводило к активному взаимодействию с верхней частью древней
литосферы, включая земную кору: к разрывам последней, формированию
океанической коры, возникновению и перемещению плит, процессам
субдукции и т.д., т.е. к появлению плейт-тектоники.
К ратонная К о н т и н е н та л ь н о -о к е а н и ч е с к а я
стад ия
М лрд. лет
с та д и я
Н у к л е а р н а я с та д и я
Ф о р м и р о в а н и е З ем л и
М а гм а т и ч е с к и й о к е а н
4.6-4.5(?)
?
4.0
3.0 2.8
2.5 2.3
2.0 1.8
1.0
К о м а т и и т -б а за л ьт о в а я с е р и я
Кремнеземистая
высоко-Mg серия
Б онинитопод обная серия
Ф ан ер о зо й ски й ти п текто н о м агм ати ч еско й
акти в н о сти
П ре обл а д а ние об е д не нны х м а нт ийны х
и с то ч н и к о в
П р ео бл ад ан и е п л ю м -текто н и ки
П оявл е н и е
П ол н ость ю
ж и д ко го яд р а ж и д ко е яд р о
О бо гащ ен н ы е и о бед н ен н ы е м ан ти й н ы е
и сто ч н и ки
П р ео бл ад ан и е п лей т-текто н и ки
0

26.

• С этого времени началось
систематическое уничтожение
древней континентальной сиалической коры в новообразованных системах вулканическая
дуга-задуговое море, где эта
кора вовлекалась в зоны субдукции из задугового пространства
и затем «склади-ровалась» в
«кладбищах субдуцированных
плит (слэбов)», устанавливаемых сейсмической томографией
в толще мантии.
• Систематическое уничтоже-ние
древней коры в зонах субдукции
началось ~2 млрд. лет назад и
привело к ее постепенному
замещению вторичной базальтовой (океанической) корой.
• Так что в дальнейшем, где-то
через 2 миллиарда лет, практически вся кора, возможно,
станет в основном, океанической, как это имеет место на
Венере.

27. Так выглядит современная ситуация в конвергентных зонах по данным сейсмической томографии (Karason, van der Hilst, 2000). .

28. ПРИЧИНЫ ЭВОЛЮЦИИ ЗЕМЛИ

ПРИЧИНЫ ЭВОЛЮЦИИ ЗЕМЛИ
Из приведенных материалов следует, что спустя примерно 2.5 млрд. лет
после образования Земли в тектономагматические процессы стало
вовлекаться
новое,
геохимически-обогащенное
вещество,
ранее
практически в них не участвовавшее. В конечном счете это и привело к
появлению на Земле плейт-тектоники, действующей и поныне.
Это вещество не могло нападать на Землю, поскольку его появлению
предшествовал 200-300-миллионный
переходный период, а сам
новообразованный стиль тектономагматических процессов существует уже
более 2 млрд. лет. Кроме того, никаких следов такой сверхмощной
бомбардировки на средних стадиях развития Земли, уже хорошо
геологически задокументированных, просто не существует. Иными
словами, оно могло содержаться только в недрах нашей планеты, откуда и
сейчас поступают такие же мантийные плюмы, обогащенные этим
веществом.
Где же хранилось это вещество, что оно собой представляло и каким
образом было активировано? Скорее всего, это было вещество, которое
существовало на ранних стадиях развития Солнечной системы и могло
сохраниться только в ядре Земли, т.к. мантия перемешивается конвекцией,
главными движущими силами которой являются мантийные плюмы.
Из этого следует, что установленная последовательность событий могла
возникнуть только при комбинации двух независимых факторов: (1) Земля
изначально была гетерогенной, т.е. образовалась в результате
гетерогенной аккреции и (2) ее разогрев происходил сверху вниз, от
поверхности к ядру, сопровождаясь охлаждением внешних оболочек; и
перелом в развитии Земли связан именно с разогревом ядра с его
сопутствующим плавлением.

29. Наиболее вероятной причиной центростремительного разогрева Земли была, по-видимому, зона (волна) теплогенерирующих деформаций,

которая, согласно
экспериментальным данным, возникает при ускорении
вращения тел.
Такая волна могла появиться после завершения
аккреции Земли в результате постепенного уплотнения
ее материала и соответствующего сокращения радиуса.
Согласно закону сохранения момента движения, это
должно было вызвать ускорение ее вращения вокруг
своей оси.
Волна деформаций вначале проходила через
деплетированную (истощенную) мантию, генерируя
суперплюмы первого поколения. Железного ядра она
достигла в последнюю очередь, приводя к его
плавлению и генерации мантийных термохимических
суперплюмов второго поколения. Как я говорил, такие
плюмы на Земле существуют и поныне, определяя
практически всю тектономагматическую активность
нашей планеты.

30.

Схема, иллюстрирующая главные этапы внутреннего
развития Земли
1 – первичное ядро; 2 – первичная мантия; 3 –
магматический океан; 4 – сиалическая кора; 5 –
деплетированная мантия; 6 – ядро: а – жидкое, б –
твердое; 7 – фронт разогрева; 8 – мантийные плюмы.

31. ЭВОЛЮЦИЯ ПЛАНЕТ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ

• Как уже говорилось, Земля не одинока и является одной из
твердых планет земной группы, поэтому результаты ее изучения
могут помочь разобраться с процессами и на других планетах.
• Как вы видели, важнейшим событием в истории Земли был
крупный перелом в характере тектоно-магматических процессов
на рубеже около 2 млрд. лет назад. До этого рубежа ситуация
описывается в терминах плюм-тектоники, главными элементами
которой являлись гранит-зеленокаменные области и разделяющие их гранулитовые пояса, а мантийные источники магм были
представлены деплетированными (истощенными) перидотитами,
образовавшимися в результате отделения первичной сиалической коры.
• После этого рубежа появились геохимически-обогащенные Fe-Ti
пикриты и базальты, а также широкий спектр щелочных пород, а
геологические процессы начали развиваться в рамках плейттектоники, существующей и поныне. А что происходило на других
земных планетах, как они развивались, и что это нам дает для
понимания эволюции собственно Земли?

32.

Тектономагматическая
эволюция Луны
Согласно результатам изучения
образцов, доставленных американскими и советскими космическими миссиями, древнейший
магматизм Луны имел место 4.44.0 млрд. лет назад на лунных
материках и был представлен
низко-Ti породами магнезиальной серии, аналогичными земным палеопротерозойским кремнеземистой высоко-Mg серии.
Аналогичная земной геологическая катастрофа имела место и на
Луне. Там около 3.9 млрд. лет
назад появились лунные моря:
крупные впадины, дно которых
залито базальтами. Здесь
встречены как аналоги базальтов
срединно-океанических хребтов,
так и высоко-Ti базальты типа
земных внутриплитных.
Моря обычно рассматривают как
результаты ударов крупных
метеоритов, однако состав
базальтов близок к плюмовому
магматизму неогея Земли.

33.

С таких позиций, лунные
моря можно рассматривать
как аналоги земных океанов, и эту стадию развития
Луны коррелировать с континентально-океанической
стадией развития Земли.
Из всего этого следует,
что Луна, как и Земля,
развивалась в рамках одних
и тех же закономерностей, но
быстрее и по сокращен-ному
сценарию, т.к. дело до
тектоники плит так и не
дошло.
• Различия в характере
эволюции Земли и Луны, повидимому, связаны со
значительно меньшими
энергетическими запасами
последней - диаметр Луны
составляет только 27 % от
земного, а масса - всего
около 1.5% от массы Земли.

34. На Венере и Марсе также развиты два главных типа морфоструктур – молодые обширные низменные равнины, залитые базальтами, и

поднятия,
сложенные более древним легким материалом. Это тессеры на Венере и
земли на Марсе, которые на 3-5 км возвышаются над базальтовыми
равнинами. Так что если осушить земные океаны, картина будет такая же –
древние материки, сложенные сиалической корой, также примерно на 5 км
возвышаются над уровнем дна океанов, которое сложено базальтами.
Из этого следует, что данные планеты также формировались в два приема –
вначале образовывалась первичная кора, а затем – вторичная, базальтовая

35. Обнажение осадочных пород на Марсе, кратер Эндовер

36. Кратер Гусева, Марс

Присутствие дренажных систем и
осадочных пород на Марсе, а также и
долин на Венере предполагает существование жидкой воды на ранних
стадиях развития этих планет.
Как и на Земле, красноцветные
отложения появились на Марсе на
средних стадиях его развития. Вероятно, тогда там существовали и
фотосинтезирующие бактерии,
обеспечивавшие существование
кислородной атмосферы, что и
приводило к окислению железа.
По-видимому, мощные извержения
гигантских вулканов Тарсис и
Элизиум, привели к уменьшению
солнечной инсоляции, похолоданию
и исчезновению жидкой воды на
Марсе, прервав дальнейшее развитие
биосферы.
По контрасту, на Венере развился
разгоняющий парниковый эффект,
который привел к осушению
поверхности и ее нагреву до 500оС,
что также не способствовало
развитию жизни.
Таким образом, процессы планетарной эволюции благоприятствовали
развитию биосферы только на Земле

37.

Из всего этого следует, что на Марсе и Венере, как и на
Земле и Луне, при направленном затвердевании
глобальных магматических океанов, формировались
их первичные коры, сложенные относительно легким
материалом. Вторые стадии их развития характеризовались появлением и развитием вторичной
базальтовой коры.
Очевидно, это было связано с подъемом
мантийных термохимических суперплюмов с границ
существовавших тогда еще жидких железных ядер и
силикатных мантий.
Небольшой Меркурий изучен хуже, однако и там
устанавливаются морфоструктуры, аналогичные
лунным материкам и морям.
В настоящее время, судя по отсутствию магнитных
полей и современной тектономагматической активности, все эти планеты являются уже «мертвыми»
телами.

38. Таким образом, все земные планеты в целом развивались по одному сценарию, предусматривавшему появление сразу же после их

аккреции глобальных магматических океанов, затвердевавших снизу
вверх. В результате легкоплавкие компоненты сгонялись наверх,
образуя их первичные коры, сформированные сравнительно легким
материалом. После охлаждения поверхностей до 100оС, происходила конденсация воды с образованием первых океанов. Следы
таких океанов устанавливаются на Земле и Марсе, а на Венере
наблюдаются остатки огромных долин длиной до 6000 км, близких по
масштабам к речным долинам Земли. Следов древней атмосферы не
сохранилось только на самых маленьких планетах – Луне и
Меркурии.
На средних стадиях своего развития все земные планеты испытали
перелом в своем развитии, в результате чего их древние «континентальные» коры начали замещаться вторичными, базальтовыми. Эти
изменения связываются с центростремительным разогревом планетных тел, сопровождавшимся охлаждением их внешних оболочек.
Наиболее вероятной причиной такого разогрева земных планет была
зона (волна) теплогенерирующих деформаций, связанная с
сокращением их радиусов из-за уплотнения материала. Такая волна
вначале проходила через деплетированную мантию, генерируя
суперплюмы первого поколения. Металлических ядер она достигала
в последнюю очередь, приводя к их плавлению и генерации
термохимических суперплюмов, которые на Земле существуют и
поныне.

39. ВЫВОДЫ

• 1. Характер тектономагматической активности в
раннем докембрии (архей, ранний палеопротерозой)
резко отличался от фанерозойского: главными
типами тектонических структур тогда были гранитзеленокаменные области и разделяющие их гранулитовые пояса, а мантийные расплавы поступали из
деплетированного субстрата.
• 2. В интервале 2.35-2.0 млрд. лет произошла кардинальная перестройка тектономагматических
процессов – появились геохимически-обогащенные
мантийные расплавы, а ситуация уже может быть
описана в терминах современной тектоники плит.

40.

• 3. Такое развитие событий могло быть
обусловлено только комбинацией 2-х
факторов: (1) Земля изначально была
гетерогенной, и (2) ее разогрев происходил
сверху вниз, от поверхности к ядру,
сопровождаясь охлаждением внешних
оболочек. Благодаря этому материал
первичного ядра долгое время сохранялся
практически нетронутым и включился в
глобальные тектономагматические процессы
только около 2.35 млрд. лет назад.
• 4. Поскольку по этому же сценарию, хотя и
сокращенному, развивалась и Луна, а также,
по-видимому, Марс и Венера, можно думать,
что такое развитие событий имело место и на
других планетах земной группы.

41.

• Вопросы для зачета по курсу "Петрология и минералогия"
• 1. Основные принципы классификации магматических горных пород
• 2. Внутриплитный магматизм на континентах и в океанах
• 3. Мантийные плюмы, адиабатическое плавление. Понятия ликвидуса и
солидуса
• 4. Кристаллизационная дифференциация магм
• 5. Главные геодинамические обстановки, связь магматизма и тектоники
• 6. Подъем магм и его причины; возможности подъема «сухих» и
водонасыщенных магм
• 7. Современный магматизм на границах литосферных плит
• 8. Земная кора континентов и океанов
• 9. Магматизм в современных конструктивных обстановках
• 10. Вещественный состав мантийных пород, деплетированная мантия,
реститы
• 11. Тектоно-магматические ситуации в рамках модели тектоники плит,
магматизм и тектоника
• 12. Понятие метаморфической фаций
• 13. Эволюция магматизма в истории Земли
• 14. Магматизм в современных деструктивных обстановках (зоны
субдукции)

42.

17. Внутреннее строение Земли
18. Происхождение Земли, две главные модели
21. Особенности магматизма раннего докембрия
22. Континентальные покровные базальты (траппы)
23. Метаморфизм, что это такое
24. Строение ядра Земли
25. Континентальные рифты, строение и магматизм
26. Классификация метаморфических пород,
метаморфические фации
27. Главные опасности, связанные с вулканической
деятельностью.
28. Понятие метасоматизма; его отличия от
метаморфизма
29. Главные породообразующие минералы
30. Структуры и текстуры горных пород