Количественные определения эндогенной воды, поступившей на поверхность Земли в последние 70 • 106 лет

Удивительную картину последних 160 млн лет истории Земли можно представить при анализе графика V(t) (рис. 9). Оказывается, что даже в этот, крайне небольшой в геологическом отношении отрезок времени, вода на поверхность планеты выносилась отнюдь не так равномерно, как это предполагалось ранее.

Если до рубежа мезозоя и кайнозоя (65—70 млн лет) скорость поступления воды составляла всего 25—30 мм/1000 лет, то позднее, в кайнозое, происходит ее быстрое увеличение (табл. 3). В настоящее время планета извергает воду с максимальной за последние 160 млн лет скоростью, которая по уточненным данным (если продолжить график до пересечения с вертикальной осью V(t)) (рис. 9) равна 0,8 мм/1000 лет (табл. 3). Сюда не входит количество воды, идущей на увлажнение непрерывно накапливающихся морских осадков, а также воды, которая формировала полярные ледники Гренландии и Антарктиды; величину 0,8 мм/год следует рассматривать как нижнюю границу возможных ежегодных темпов выноса на поверхность планетарной воды. Поскольку объем океанских впадин вследствие продолжающегося погружения дна не перестает возрастать, а уровень океана продолжает повышаться, то полученное значение 0,8 мм/год можно округлить до 1 мм/год [44].

График скорости поступления эндогенной воды на поверхность Земли в последние 165 млн лет [42; 48]

Рис. 9. График скорости поступления эндогенной воды на поверхность Земли в последние 165 млн лет [42; 48].

По скважинам Тихого, Индийского и Атлантического океанов.

На колонке: 0 — вода, 2 — дно, 3 — глубоководные осадки,

4 — мелководные осадки, 5 — базальты

Если подходить к полученному значению скорости поступления воды с обычных позиций, этот миллиметр мы и не заметим даже при высокоточных измерениях. Однако если измерять время тысячами и миллионами лет, т. е. если перейти на геологический масштаб времени, то это весьма ощутимо меняет наши представления о консервативности сложившихся на Земле условий.

Так, столетние наблюдения на водомерных постах по берегам морей и океанов показали, что уровень океана действительно поднимается со средней скоростью 1,5 мм/год (более детально изменения уровня будут рассмотрены далее). До сих пор этот подъем объясняли потеплением климата. И действительно, климат за это же время менялся. С 1880 до 1980 г. температура поднялась в среднем на 0,8 °C.

Таблица 3

Количество эндогенной воды, поступившей на поверхность Земли в процессе океанизации, определенное из графика V (t) и по объему вулканизма [44; 45]

Характеристика водных поступлений

Объем

(км3)

Масса (г)

По уровню (мм/год)

Поступление воды с вулканизмом

1. За время океанизации: 70-106лет(8 =320 106км2)

2,24 • 109

2,30 • 1024

0,1

2,4 • 1023 г

2. Современный приход воды, в год

360

3,6 • ю17

1,0

0,3 км3/год

3. Приход воды во время океанизации, в год

32

3,2 • 1016

0,1

3,7 км3/год

4. Средние за 70 • 106 лет потери на фотолиз, в год

9,0

9,0- 1015

0,03

5. Потери на фотолиз за время океанизации (70 • 106лет)

6,3 • 108

6,3 • 1023

_

_

6. Поступление воды до океанизации, в год (S, = 50- 106км2; J3 + К)

1,3

1,3 • 1015

1,3 • 1015г

7. Приход воды за 70- 106 лет (S, = 50- 106км2; J3 + K)

1,6 • 106

1,6 • 1021

8. Потери на фотолиз до океанизации, в год (S, = 50 ? 106 км2; J3 + К)

1,3

1,3 • 1015

9. Потери на фотолиз за 70 • 106 лет до океанизации (Si = 50 ? 106км2; J3 + K)

9,1 • 107

9,1 • 1022

Спутниковыми наблюдениями и непосредственными исследованиями в Антарктиде и Гренландии установлено, что ежегодно происходит сокращение их ледниковых покровов примерно на 200—250 км3. Это соответствует подъему уровня океана на 0,6—0,7 мм/год. Кроме того, воду вытесняют осадки, выносимые реками в океан, ежегодный объем которых

  • § 3. Количественные определения эндогенной воды, поступившей в последние 70-1& лет составляет 7 kmj, или 0,02 мм по уровню. Еще меньше поднимается уровень за счет ежегодного поступления 2—3 км3 вулканического материала (0,003 мм). Следовательно, оставшаяся от 1,5 мм часть — 0,78 мм/год — поступает не за счет климатических потеплений. Это глубинная, внутри-планетарная вода, выносимая с продуктами вулканизма и по глубинным разломам. Как видим, полученная независимым путем цифра мало отличается от рассчитанной нами выше по графику V(t) величины (0,8 мм/год). Таким образом, в балансе воды необходимо учитывать многолетнюю внутрипланетарную составляющую, равную 0,8—1,0 мм/год. Если умножить эту цифру на современную площадь Мирового океана (361 • 106 км2), то мы получим объем ежегодных поступлений глубинной воды на поверхность Земли:
    • 361 • 1016 см2 • 0,1 см/год = 361 км3. (Ш.З)

В Мировом океане ныне находится 1,42 • 1024 г свободной воды. Таким образом, в объеме ежегодно поступающих в океан вод присутствует постоянная в историческом периоде статья эндогенных поступлений, равная 0,8—1,0 мм по уровню и 3,7 • 1017 г по массе, не зависящая ни от каких внешних условий, в том числе и от климатических изменений.

Рассчитаем количество вулканического материала и воды, поступивших на земную поверхность в океанических секторах в эпоху кайнозойского глобального вулканизма. Средняя мощность платобазальтовых образований с учетом островных дуг составляет 2,6 км, площадь ~ 340 • 106 км2. Как показывают наблюдения за современными вулканами, с их извержениями поступает порядка 5 % воды; еще 5 % — ювенильным путем, т. е. в сумме с вулканизмом на поверхность выносится 10% воды. Рассчитаем объем вулканического материала:

Увлк = S0K • нвлк = 340 ? 106 км2 • 2,6 км = 0,884 • 109 км3. (III.4) Его масса при средней плотности 3,0 г/см3 будет:

Мвлк = V • р = 0,884 • 109 км3 • 3,0 г/см3 • 1015 см3 = 2,65 • 1024 г. (Ш.5) Отсюда найдем объем и массу вынесенной воды: МИ О = 2,65 • 1023 г, или 2,65 • 108 км3. Следовательно, суммарный объем продуктов кайнозойского этапа глобального вулканизма составил:

(8,84 + 2,65) ? 108 км3 = 1,15 • 109 км3. (III.6)

Сравнивая количество воды, поступившее за время океанизации, по графику V(t) — 2,24 • 1024 г и с вулканизмом — 2,65 • 1023 г, можно заключить, что главным источником воды в период океанизации был не вулканизм, а поступление ее из астеносферы по многочисленным глубинным разломам, сольфатарам и фумаролам, которые и сегодня продолжают оставаться основными источниками эндогенной воды (360 км3/год). Объем современного вулканизма составляет всего 2—3 км3/год, что приносит только 0,6 км3 воды в год.

Найдем объем опустившейся в астеносферу земной коры и сравним его с объемом образовавшихся в результате этого океанических впадин с учетом их заполнения твердыми продуктами вулканизма, осадками и водой. Рассчитаем объем земной коры:

340 • 106 км2 • 8,0 км = 2,72 • 109 км3. (III.7)

Объем вулканических пород и воды будет:

340-106 км2-2,6 км = 8,84- 108км3; 361 • 106 км2-4,0 км = 1,44 -109 км3. (III.8)

И наконец, определим объем твердых осадочных пород, образовавшихся в кайнозое в пределах океанических секторов, средняя мощность которых примерно 1,0 км:

3,60 -108 км2 -1,0 км = 3,6-108 км3. (III.9)

Таким образом, сумма объемов будет равна 2,68-109 км3. Их разность с объемом опустившейся в астеносферу земной коры составит всего 0,04- 109 км3. Эту разность можно отнести к газообразным продуктам вулканизма. Нетрудно видеть хорошую согласованность приведенных расчетов. Становится также понятным, что под толщей платобазальтов, осадков и воды в океанических секторах залегает сильно размытая поверхность кристаллического фундамента, сложенного породами алдания (4-109 лет). В течении большей части фанерозоя в ходе формирования астеносферы под секторами будущих океанов существовала приподнятая суша. Если денудация гранитно-метаморфических пород шла со скоростью 10 4 мм/год, то размыву подверглось 3,0—3,5 км сиаля, следовательно, его современная мощность составляет 7—8 км. Отсюда граница между алданием и мафическим слоем в океанах должна залегать на глубинах 15—16 км от уровня моря, а граница Мохоровичича — на глубине 40—45 км. Однако ее до сих пор ищут, согласно модели Рейта [94], на значительно меньших глубинах (7—10 км). За подошву коры может приниматься граница между сиалем и мафическим слоем. Трудности в регистрации реальной границы Мохоровичича обусловлены ее более глубоким залеганием под океанами и значительной переработкой низов мафического слоя в ходе его десерпетинизации и дегидратации. Как показали исследования с применением годографов рефрагированных волн [47; 49], регистрация этой границы возможна лишь при длине годографов свыше 120—150 км. Однако из 276 годографов, отстрелянных к 1979 г. и положенных в основу существующих представлений о двух типах коры — континентальной и океанической, лишь 2% имели длину порядка 100— 120 км, а почти у 90% была длина 50—60 км [47]. Поэтому эти данные в свете приведенных выше расчетов не могли дать информацию о реальной мощности земной коры под океанами и тем более выделять в ней специфическую «океаническую» кору, якобы лишенную гранитного слоя [94]. Это нашло подтверждение в последующих измерениях на сверхдлинных годографах, длинной 600 км и более [7; 8; 9].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >