ПРИЧИНЫ ОКЕАНИЗАЦИИ ЗЕМЛИ

Процесс дегидратации и десерпентинизации земной коры

Вернемся к проблеме кайнозойской океанизации Земли. Ввиду фундаментального значения механизма океанизации, сопровождавшего кайнозойский этап глобального вулканизма, необходимо прояснить суть этого процесса.

Согласно В. В. Кесареву [24], в термодинамических условиях внешнего ядра в зоне его контакта с твердым веществом нижней мантии, где давление составляет 1,5 млн атмосфер, а температура порядка 3000 °C, будут идти реакции взаимодействия дигидридов (МеН2) и пероксидов металлов (МеО), главным продуктом которых станет вода:

МеО2 + МеН2 -> Me + МеО + Н2О. (IV. 1)

В условиях жидкого ядра возможна достаточно широкая дифференциация продуктов этой реакции. Металлы будут опускаться к ядру, а их окислы и связная вода в форме гидроксилов ОН с Si, Al, Mg и другими элементами вместе с избытком тепла и свободным водородом (Н2) поднимутся к периферии планеты. Особо следует отметить роль водорода (Н2). Упомянутые реакции являются эндотермическими. Водород, обладая большой теплоемкостью, вместе с другими газами может служить транспортером тепла и воды к земной поверхности. Вода поднимается также в виде гидридов Si, Mg, Al. В термодинамических условиях внешнего ядра вода ассоциирует с карбидами (МеС), нитридами (MeN), сульфидами (MeS), фосфидами (МеР) металлов. При этом окислы Al, Si, Mg, Ti выполняют роль дефлегматоров, а карбиды, нитриды и сульфиды металлов — инициирующих добавок к топливу. Взаимодействуя с водой, они образуют вулканические газы, водород, окислы металлов и органическое вещество [24]:

МеС + 2Н2О -? МеО + СН4;

2MeN + ЗН2О -? Ме2 + 2NH3; (IV.2)

МеС + ЗН2О МеО + СО2 + Н2;

Поскольку основное вещество внешнего ядра представляет собой плазму, где обычные законы молекулярной химии не работают, реакции идут во внешней части ядра в месте контакта с твердой нижней мантией, в слое мощностью не больше 100 км, где температура и давление ниже, чем внутри «внешнего ядра».

По мере вовлечения в эти реакции все больших объемов нижней мантии ширина внешнего ядра неизбежно возрастала, а твердые, жидкие и газообразные продукты реакции и избытки радиогенного тепла (см. дальше), транспортируемые водородом, диффундировали через толщу мантии на периферию планеты. Уменьшение объема Земли неизбежно сопровождалось деформацией мантии с образованием ослабленных разломных зон, трещиноватостей, которые служили путями разгрузки внешней мантии от избытка летучих и тепла. На периферии планеты под подошвой сиалической коры, имеющей на порядок меньшую теплопроводность, чем вещество верхней мантии, происходило нагревание последней и частичная переработка с одновременным формированием обширной зоны астеносферы. Важно отметить, что высокая температура (1100—1200 °C) на глубинах 40—100 км, возникающая вследствие гидростатического давления, не приводит к повсеместному расплаву вещества в мантии и инициации вулканизма, несмотря на сохранение этих условий до настоящего времени. В термодинамических условиях формирующейся астеносферы (Р ~ 104—105 атм, Т = 1300 °C) вполне вероятны гидролитические реакции с поднимающейся из зоны внешнего ядра связной водой, в которых гидролизу подвергаются карбиды (МеС), нитриды (MeN), сульфиды (MeS), фосфиды (МеР) металлов в соответствии с реакцией типа [24]

Fe2C + ЗН2О -> СН4 + 3FeO5 + Н2 + Q. (IV.3)

Важно отметить, что эти реакции — экзотермические и проходят с большим выделением тепла, достаточного для инициации очагового вулканизма.

Другими важными реакциями, происходящими в астеносфере, являются гидратация и серпентинизация ультраосновных пород верхней мантии выносимой сюда из внешнего ядра водой. В частности, формирующиеся при этом хлориды (водные магниевые алюмосиликаты) могут содержать воду в количестве 10,3—15,2%. При понижении температуры до 440—750 °C [14] они теряют воду. Другая гидратированная порода — серпентиниты (Mg3H3Si2O9). Они содержат 12,04% конституционной воды, которая сразу выделяется при температуре больше 500 °C [14]. Процесс серпентинизации ультраосновных пород мантии — метасиликатов (энстатит) и ортосиликатов (оливин) — происходит при гидратации в астеносфере:

Mg2SiO4 + MgSiO3 + 2Н2О -> Mg3H4Si2O9. (IV.4)

Таким образом, уже к началу фанерозоя в секторах будущих океанов создавался нижний слой консолидированной коры, состоящей теперь из двух слоев: верхнего — сиалического гранитно-метаморфического мощностью 10—11,5 км и нижнего — мафического, представленного серпен-тинизироваииыми и гидратированными породами верхней мантии мощностью 25—30 км.

Одним из спусковых механизмов усиления выноса потоков летучих и тепла из внешнего ядра стала очередная кратонизация коры, возникшая в конце протерозоя [56]. Она произошла вследствие уменьшения объема земного шара в рифее и конце мезозоя, что привело к деформации мантийного вещества под контролем изменения скорости осевого вращения Земли. Диффузия летучих, тепла и воды происходила под сектора будущих океанов, что в конечном итоге привело к образованию здесь насыщенной водой (до 20%) астеносферы, вызвавшей обширное поднятие земной коры во второй половине мезозоя. Это поднятие, вызванное увеличением объема вещества астеносферы, стало источником денудации и сноса осадочного материала в морские бассейны прилегающей суши будущих континентов (см. гл. II).

Начавшийся в конце мела мощный вулканизм, длившийся почти до конца миоцена, вынес на поверхность за 70 • 106 лет более 109 км3 магмы, пирокластики, вулканических газов и воды. Главным итогом этого глобального вулканизма стало последующее проседание консолидированной коры в разуплотненную астеносферу на 8 км и более. При этом начавшиеся дегидратация и десерпентинизация сиалического и мафического слоев коры стали причиной выноса на поверхность 2,3 • I09 км3 воды, что более чем в 2 раза превысило объем твердых лав и пирокластики. В этом заключается одно из основных отличий кайнозойского глобального вулканизма от катархейского (см. гл. VI). Если в катархее на всей поверхности Земли была создана сиалическая кора мощностью до 11,5 км, то в кайнозое впервые был образован глубоководный Мировой океан.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >