Роль короткоживущих радиоактивных элементов в инициации начального вулканизма

Как показано выше, на Земле и других планетах основным источником начального вулканизма могло быть только обилие короткоживущих изотопов 235U, 244Ри, 1291 и других, которые обрушились на их поверхность с остатками пылегазового облака на завершающейся стадии аккреции планет. Это произошло в результате взрыва массивной молодой сверхновой, развивавшейся по катастрофическому азотно-углеродному циклу [49]. Если бы это случилось раньше, то обилие короткоживущих изотопов, оказавшись во всей массе мантий Земли и планет, привели бы к их полному расплаву. К счастью, этого не произошло, и короткоживущие изотопы сконцентрировались лишь в поверхностном слое планет толщиной 50—100 км. Оценим вклад короткоживущих изотопов (см. табл. 16, с. 120) в тепловую энергетику ранней Земли по 235U, т. е. найдем нижний предел значения радиогенного тепла. Полагая содержание 235U равным 10 4 г/г [17; 61; 62], для площади поверхности Земли в катархее, равной 5,21 106 км2, и плотности протовещества 3,0 г/см3, при мощности разогреваемого радиогенными изотопами поверхностного планетного слоя в 100 км, насыщенного этими изотопами, определим количество тепла Q в год:

Q=521 • 106- 1О10 см2 -100-105 см-3,0 г/см3-4,06-10 4 кал/г в год=

=6,3 -1022 кал/год. (VI.42)

За 500-106 лет катархея распад короткоживущих изотопов дал:

Q = 500-106 лет-6,3 • 1022 кал/год=3,2-1031 кал, (VI.43) причем за первые 100 млн лет было генерировано 6,3- 1О30 кал. Этого тепла было достаточно, чтобы запустить процессы вулканизма в планетарном масштабе. Суммарного же количества тепла вместе с гравитационным сжатием (5,2- 1О30 кал) хватило бы для разогрева до точки плавления трети объема Земли. Из приведенного следует объяснение того, почему начало катархея автор отсчитывает не от завершения аккреции планеты — 4,5 • 109 лет, а с момента начала глобального вулканизма — 4,4-109 лет, т. е. с момента начала геологического процесса на Земле.

Таким образом, из приведенного следует, что единственным источником раннего глобального вулканизма на Земле и других планетах, включая прото-Солнце, был распад короткоживущих изотопов 235U, 129J, 244Pu, 247Cm и других, сосредоточенных в поверхностном слое всех объектов Солнечной системы. Долгоживущие 238U, 232Th, 40К через 100 млн лет после образования планеты не могли дать вообще никакого тепла. Основное тепло они стали генерировать лишь спустя почти 3,5 млрд лет (кроме 40К), т. е. к концу протерозоя — началу фанерозоя. Доказательством тому является продолжительная пауза в вулканизме, длившаяся 3,9 -109 лет — с конца катархея до конца мезозоя (см. рис. 13, с. 100). В течение этой паузы (как было показано выше) образовалось всего 4,5-108 км3 вулканического материала, или =0,13 км3 в год.

Заметим, что о проблеме более высокой радиоактивности ранней Земли писал В. И. Вернадский. Он полагал, что ее радиоактивность была, по меньшей мере, в 5,5 раза выше современной [14].

Становится понятным, что после исчерпания запасов короткоживущих изотопов в конце катархея (4,0-109 лет) источников тепла, кроме 40К, для инициации сколько-нибудь значительного вулканизма на последующем этапе неоархея и протерозоя, вплоть до конца мезозоя на Земле, не существовало. Этим, по нашему мнению, объясняется причина столь длительной мегапаузы в земном вулканизме.

Ответ на вопрос, почему в катархее при значительной массе вулканизма ие возник океан, становится понятным. Во-первых, содержание воды в протовеществе было всего 0,5 % от массы, как и на Луне; во-вторых, масса воды выносилась в течение почти 400 млн лет. Поэтому ежегодные поступления воды составляли всего

0,9 -1022 г/400 -106 лет=2,3 • 1013 г/год (VI.44)

и могли образовать лишь небольшие мелководные моря. Обширный глубоководный океан в таких условиях не мог образоваться. Кроме того, не надо забывать о существовании в катархее мощной реликтовой газовой (преимущественно водородной) атмосферы, насыщенной вулканическими дымами. Такая атмосфера создавала приземное давление более 100 атм и парниковый эффект, в результате чего свободная вода интенсивно испарялась, связывая и окисляя вулканические дымы, которые в виде твердых осадков выпадали на земную поверхность. В конце катархея возникший сиалический слой алдания испытал погружение в высокотемпературную зону бывших очагов вулканизма, метаморфизм и гранитизацию. Последнее возможно при температуре более 500 °C. Поэтому длительное существование свободной воды на поверхности алдания, особенно в конце катархея, несмотря на проведенные расчеты, остается под вопросом вследствие начавшегося глубокого метаморфизма алдания.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >