Окенический рифтогенез - Дубинин Е.П.
ISBN 5-89118-198-3
Скачать (прямая ссылка):
носфера и связанная с ней зона сепарации железа должны были возникнуть именно под экваториальным поясом нашей планеты (см. рис. 9.2, а).
Отсюда следует, что в самом начале архея (около 4,0-3,8 млрд. лет назад) кольцевой слой плотных расплавов “ядерного” вещества мог существовать и окружать собой сравнительно холодную, жесткую и недифференцированную сердцевину молодой Земли только со стороны ее экваториального пояса, тогда как через полярные секторы планеты, сложенные также холодным и жестким первичным земным веществом, эта сердцевина оказывалась фиксированной в центре Земли. В дальнейшем, в течение почти всего архея, зонная дифференциация земного вещества уже питалась в основном только гравитационной энергией, но продолжала развиваться как бы по наследству, все в том же поясе Земли, хотя положение ее самой по отношению к оси вращения могло меняться в связи с изменениями распределения масс в теле планеты (см. рис. 9.2, б).
За время развития процесса зонной дифференциации земного вещества в архее ~109 лет Земля, возможно, могла повернуться так, что центры тяжести обоих ее бывших приполярных секторов, сложенных еще холодным и более плотным первичным земным веществом, попали на экваториальную плоскость планеты, а пояс зонной дифферен-
Рис. 9.1. Распределение температуры в Земле, по [121]
Кривые - температуры: 1 - в момент образования 4,6-109 лет назад; 2 - в момент начала тектонической активности 4,0-109 лет назад; 3,4 — в раннем и позднем архее 3,4-109 и 2,8-109 лет назад; 5 - в настоящее время;
6, 7 - температуры плавления эвтектических сплавов Fe-FeO и металлического железа (кружочками отмечены экспериментальные данные по [425]; 8 - температура плавления силикатов мантии
Каким же образом тогда разрешалась отмеченная выше ситуация гравитационной неустойчивости в Земле? Только единственным способом - путем выталкивания стекающим к центру “ядерным” веществом жесткой сердцевины Земли к ее поверхности, как это показано на рис. 9.2.
Однако постепенного выталкивания холодной сердцевины молодой Земли к ее поверхности по мере развития процессов дифференциации земного вещества происходить тогда не могло. Объясняется это существенной неравномерностью прогрева молодой Земли. К началу архея Земля в низких широтах оказалась разогретой в заметно большей мере, чем в приполярных секторах. Поэтому первая асте-
2,7-10”лет 2,6-10 лет
?В1 EES3*
Рис. 9.2. Последовательные этапы развития (а-г) процесса зонной дифференциации земного вещества и формирования плотного ядра Земли, по [122]
1- расплавы железа и его окислов ; 2 - первичное земное вещество; 3 - континентальные массивы
циации земного вещества, перекрытый сверху более легким мантийным веществом, занял меридиональное положение, как это показано на рис. 9.2, б.
С течением времени благодаря распаду радиоактивных элементов происходил постепенный прогрев первичного вещества, что, безусловно, снижало его прочность и вязкость. Не исключено даже, что в оставшихся фрагментах этого вещества после такого прогрева на уровнях верхней мантии могли возникнуть и новые астеносферные слои. Кроме того, по мере углубления фронта зонной дифференциации земного вещества уменьшалась площадь сцепления сердцевины Земли с поддерживавшими ее равновесие двумя секторами первозданной мантии. Поэтому, только в конце архея, т.е. приблизительно через 1,8-2 млрд. лет после образования самой Земли, возникшая ранее гравитационная неустойчивость уже смогла разрешаться путем стекания тяжелого “ядерного” вещества в центральные части планеты и соответствующего выталкивания из центра бывшей земной сердцевины (рис. 9.2, в).
Представляется весьма вероятным, что именно таким путем около 2,9-2,8 млрд лет назад у Земли началось формирование плотного ядра. Причем, раз начавшись процесс должен был развиваться лавинообразно и достаточно быстро, поскольку разность плотности между “ядерным” и первичным земным веществом достигала 3—3,5 г/см3, а к концу архея в кольцевой зоне дифференциации уже скопилась большая масса тяжелых окисно-железных расплавов (до 15-17% от массы самой Земли). Скорость развития этого процесса тогда сдерживалась только высокой вязкостью первичного вещества бывшей земной сердцевины, растекавшегося по активному поясу верхней мантии под влиянием гигантских избыточных давлений, действовавших на эту сердцевину со стороны формировавшегося тогда ядра Земли. Тем не менее, вероятно, что весь процесс формирования земного ядра по описанному сценарию занял не более 100-200 млн лет.
Если описываемый процесс выделения земного ядра действительно происходил в конце архея, то он должен был сопровождаться выделением огромной дополнительной энергии около 1 • 1037 эрг (во многом пошедшей на прогрев первичного вещества бывшей земной сердцевины) и возникновением в мантийном поясе (над зоной дифференциации земного вещества) интенсивных конвективных течений, полностью перестроивших весь существовавший до того тектонический план литосферной оболочки Земли. Из геометрии описываемых движений ясно, что в позднем архее должна была возникнуть одноячеистая конвективная структура с одним восходящим потоком над местом всплытия бывшей сердцевины Земли и одним нисходящим потоком над участками стока “ядерного” вещества. Поэтому есть все основания полагать, что именно над этим нисходящим мантийным потоком на рубеже архея и протерозоя около 2,6Т09 лет назад сформировался и первый в истории суперконти-
