Механизм поступления в верхнюю мантию литофильных элементов
Теория Б.Г. Лутца.
Механизм основан на представлении о кислотном магматическом выщелачивании. В мантии содержится вода, но вместе с тем, в связи с сильно восстановительной обстановкой, там содержится и свободный водород, большая часть которого уходит в атмосферу. Наличие водорода ведет к кислотному режиму водных растворов и они поглощают щелочи из окружающей среды и ими обогащаются. Но, по мере подъема растворов водород окисляется и частично улетучивается. В результате кислотность растворов снижается и, проходя через верхние слои мантии, они начинают растворять кислотные компоненты, в первую очередь кремнезем, а также редкие земли и радиоактивные элементы. Теперь глубинные растворы приобретают тот состав (щелочи, кремнезем, РАЭ и РЗЭ), который необходим для процессов гранитизации и регионального метаморфизма. Результатом окисления, является также нагревание растворов. Результатом окисления является также нагревание растворов, что позволяет видеть в них не только необходимый для формирования гранито-гнейсового слоя материковой коры химический реагент, но и источник энергии для метаморфизма и гранитизации. Океаническая мания Тихий океан, не выделяет растворов обогащенных кремнием и щелочами.
«Тот же механизм позволяет понять, почему базальтовый вулканизм в эвгеосинклиналях происходит не одновременно с гранитизацией и региональным метаморфизмом, а раньше последнего. Возможно, базальтовые магмы при выплавлении поглощают всю флюидную фазу, и поэтому ювенильные растворы, которые могли бы проводить региональный метаморфизм и гранитизацию не отделяются. Если предположить, что в следующий этап — в геосинклинально-инверсионную стадию — эмульсия базальтовых пленок застывает, то может произойти отделение ювенильных растворов, которые и поднимаются в кору. В этом объяснении намечается связь между геохимическими и геотектоническими процессами» [В.В. Белоусов, 1975].
Через десять лет было показано: О.А. Богатиков отмечает, что «в кислых породах имеются первичные дометаморфические цирконы, в то время, как породы основного состава содержат только метаморфические цирконы» (В.В. Белоусов1985).
При формировании коры материков в процесс дифференциации вовлечена мантия: расчеты, сделанные А. Б. Роновым и Д.А. Ярошевским показывают, что для литосферных элементов, в дифференциацию должны быть вовлечены вещества с глубины: для кремния 60 км; алюминия - 140 км; кальция - 50 км; натрия - 180 км; для калия - 1300 км. [В.В. Белоусов, 1975]
Геолого-геофизическая модель земной коры и верхней мантии по профилю Фараб- Тамдыбулак (Ф.Х. Зуннунов, М.А. Ахмеджанов, О.М. Борисов, Т. Эргашев 1974г.).
Верхняя мантия: 1 - участки массивного строения, 2 — участки слоистого строения, 3 — переходный слой от земной коры к верхней мантии. « Базальтовый» слой: 4 - участки массивного строения, 5-участки слоистого строения с Vп=6,6 — 6,9 км/сек. «Гранитный» слой: «диоритовый» подслой: 6 — участки массивного строения, 7 — участки слоистого строения с Vп=6,1-6,4 км/сек, 8 — пласт из пород основного состава (метабазальты) сVг=6,5-6,8 км/сек; гранито-гнейсовый подслой; 9 — тела основного и ультраосновного состава сVг=5,9-6,0 км/сек, 10 — тела гранитоидов предположительно дорифейского возраста сVг=5,1-5,7 км/сек, 11 — тела гранитоидов позднепалеозойского возраста (а — геосинклинальные, б — телеорогенные, в — вулканоплутонические) сVг=5,1-5,7 км/сек, 12 — кристаллическая толща архея (?) - нижнего — среднего протерозоя сVг=5,9-6,1 км/сек. «Осадочный слой»: 13 — терригенные породы рифея-венда сVг=4,8-5,8 км/сек, 14 — вулканогенно-осадочные породы палеозоя сVг=4,1-6,6 км/сек, 15 — мезо-кайнозойский чехол со средней скоростью Vг=1,8-3,2 км/сек, 16 — разломы (пронумерованы на схеме: 1 — Амударьинский, 2 — Алатский, 3 — Арало-Гиссарский, 4 — Газлинский, 5 — Южно-Тяньшаньский, 6 — Северо-Кульджуктауский, 7 — Бесапано-Южно-Ферганский, 8 — Ташагыльский, 9 — Северо-Кызылкумский, 10 — Шаргаматский); 17 — граница К, 18 — граница М, 19 — график граничной скорости, соответствующий поверхности фундамента, 20 — график аномалий силы тяжести, 21 — график магнитных аномалий.
Выделяются горообразовательные геохимические эпохи формирования и локализации минерального сырья и разделяющие их равнинообразовательные эпохи.
«От эпипалеозойской плиты, к области до платформенной активизации, увеличивается общий потенциал нефтеносности недр. В зоне сочленения эпипалеозойских, более древних плит, основной потенциал нефтегазоносности, связывается с основанием осадочного чехла, в области корового ослабленного горизонта.
Основной потенциал газоносности, связывается с процессами, происходящими в литосфере и верхней мантии» В.И. Попов].
Срединные массивы области плит и платформ - маркируют зоны генерации нефти и газа… Срединные массивы области подвижных поясов - маркируют зоны дегазации, в связи с тем, что они не перекрыты осадочным чехлом, в котором происходит локализация минерального сырья. Недооценена роль роль погребенных структур Байкальского цикла тектогенеза - СЗ простирание - рифей. В ту эпоху формировалась осадочная формация - серия "Блайна", в которой аккумулировалось минеральное сырье - Копет-Даг, С. Кавказ, З. Сибирь, Тиман.
Исследования Х. Герстенберга, К. Венцеля показали, что «геохимия изотопов дочерних элементов долгоживущих естественных радионуклидов и особенно геохимия изотопов Nb и Sr, как и исследование изотопного состава кислорода в земной коре, позволили получить существенные результаты по динамике и механизму обмена веществом между корой и мантией, а также по общему развитию земной коры. Полученные ими результаты позволяют заключить, что:
1. огромные материковые ядра возникли до рубежа 3,0 млр. лет назад;
2. рост континентов на продолжении всей истории Земли связан с последовательностью более или менее глобальных событий, сопровождавшихся высокой магматической активностью, которая была обусловлена поднятием магмы из верхней мантии;
3. в течении процесса дифференциации, в отдельных областях мантии, произошло обеднение литофильными ( в частности - рифтовые зоны)» [15].
В.А. Ермаков отмечает, что «земная кора магматического происхождения, сформированная к середине протерозоя, - наглядное свидетельство огромной потери тепла, легколетучих и легкоплавких компонентов протомантии. К концу периода (4,4 — 1,6 млр. лет) было образовано 85-95% континентальной коры. Наиболее древние офиолиты имеют возраст менее 2,8 млр.лет. Образование древнейших пород коры (протосиаль - серые гнейсы) произошло в первые 500 млн. лет».
Исследования В.А. Ермакова показали, что «древние породы земной коры образовались в первые 500 млн лет (геохронологические и геохимические результаты цирконометрии) и породы протосиаля близки по составу серым гнейсам. Наиболее древние офиолиты имеют возраст менее 2,7 млрд. лет».
О.А. Богатиков отмечает, что «в кислых породах имеются первичные до метаморфические цирконы, в то время, как породы основного состава содержат только метаморфические цирконы (1985)».
В протерозое (2,5-1,9 млр. лет) происходят процессы деформации коры, сопровождающиеся внутрикоровым и мантийным магматизмом и высокотемпературным метаморфизмом. К середине протерозоя сформировалась кора магматического происхождения (В.А. Ермаков).
Метапороды основного и ультраосновного состава имеют возраст архей - протерозой. Первые офиолиты имеют возраст менее 2,7 млр. лет.
Фиксируется повсеместное налегание пород зеленоакаменых поясов на комплексы сиалической коры.
«В архее скорость осевого вращения была менее 10 часов» (М.З. Глуховский, В.Н. Жарков, Ю.Н. Авсюк), «...в связи с чем в экваториальных широтах (±35º), под воздействием центробежных сил в режиме мантийных плюмов, происходило зарождение коры сиалического состава [М.З. Глуховский], а также формирование зеленокаменных поясов первого поколения - Барбертон и Пилбара (3,4-3,2 млр. лет)» [Kolger, 2006] [5].
Зеленокаменные пояса второго поколения (3-2,7 млр. лет) формировались в режиме быстрого осевого вращения.
Многие исследователи [В.В. Белоусов, Н.Л. Боуэн, Г.С. Горшков, Б. Гутенберг, Н.Л. Добрецов, В.С. Соболев, В.А. Магницкий и др.] считают, что, базальтоидный магматизм имеет «сквозькоровый» характер, полагая, что магмогенерирующие очаги располагаются в пределах волновода. Это подтверждается ультраосновными и эклогитовыми включениями («вестников» больших глубин) и связью регионов базальтопроявлений с очагами землетрясений.
Волна энергии и водород, уран способствовали формированию земной коры. Резервуары водорода в земной коре не зафиксированы.
Осадочные породы — производные магматических фомаций.
По Н.В. Виноградову, «вся верхняя мантия в настоящее время, в той или иной мере, деплетирована. С этим взаимодействием связана вся дальнейшая эволюция земного вещества. Геологические доказательства наращивания объёмов континентального материала во времени, должны, следовательно, рассматриваться и как доказательство комплементарно связанного с континентализацией процесса океанизации вещества сиалической коры. Оба процесса могут идти только при условии постоянно продолжающегося и циклически повторяющегося перемешивания вещества коры и мантии. Изотопные исследования дают непосредственные доказательства реальности процессов перемешивания вещества коры и мантии. Существуют, по-видимому, и иные механизмы такого перемешивания, кроме признаваемой ныне субдукции. Один из важнейших механизмов перемешивания связан, видимо, с глубинной конвективной циркуляцией поверхностных вод, с процессами преобразования вещественного состава пород под влиянием циркулирующих вод. Побочной ветвью такого взаимодействия является формирование рудоносных гидротермальных растворов. При этом очень важным в научном отношении оказывается следующее обстоятельство. Концентрирование рудных компонентов в гидротермальном растворе происходит за счёт их кларковых содержаний в породах».
«В условиях Земли аномально низки содержания двух элементов: H и He. Это связано с их «летучестью». Оба эти элемента – газы, и, к тому же, самые легкие. Поэтому атомарные водород и гелий имеют тенденцию перемещаться в верхние слои атмосферы, а оттуда, не удерживаясь земным тяготением, рассеиваются в космическом пространстве. Водород до сих пор не потерян полностью, так как большая его часть входит в состав химических соединений – воды, гидрооксидов, гидрокарбонатов, гидросиликатов, органических соединений и др. А гелий, являющийся инертным газом, постоянно образуется как продукт радиоактивного распада тяжелых атомов. Таким образом, земная кора по существу является упаковкой анионов кислорода, связанных друг с другом кремнием и ионами металлов, т.е. она состоит почти исключительно из кислородных соединений, преимущественно, из силикатов алюминия, кальция, магния, натрия, калия и железа. При этом, как Вы уже знаете, в составе литосферы 86,5% приходится на чётные элементы» (данные Г. Оддо, Италия).
В 1979 году С.И. Ибадуллаев и К.К. Карабаев в своей работе- «Об эволюции магматического процесса в Средней Азии», на основании фактического материала (геологическая карта Средней Азии (1976), показали эволюционную этапность магматизма в разные периоды (от протерозоя до неогена включительно) развития земной коры, и пришли к выводу, что «все известные в Средней Азии интрузивные и вулканические комплексы являются дериватами магматических процессов, проявившихся двадцать восемь раз (от протерозоя до неогена). Они представлены семнадцатью комплексами пород различного состава, генезиса и времени становления. Дифференциация магматических образований происходила в направлении: щелочные - кислые - основные - ультраосновные породы.
Частота проявления магматических комплексов варьирует от 1 до 16. Так, граниты лейкократовые, биотитовые и двуслюдяные, гранодиоты, гранито-гнейсы внедрялись 16 раз (архей-неоген); габбро, нориты, габбро-диориты, диориты - 14 раз; породы комплекса гранодиориты, кварцевые диориты, гранито-гнейсы и гранито-диорито-гнейсы - 13 раз; диориты, габбро-диориты, кварцевые диориты, кварцевые сиенито-диориты - 11 раз; дуниты, передотиты, гарцбургиты серпентинизированные - 5 раз (в кембрии, ордовике, девоне и карбоне); комплекс пород - перидотиты, пироксениты, габбро, габбро-нориты - 1раз (мел). Комплекс габбро, габбро-норитов, который соответствует "базальтам" внедрялся 14 раз (от архея до неогена включительно).
Высокой частотой внедрения отличаются комплексы пород кислого и основного состава, меньшей - серии щелочных и ультраосновных пород.
В каждом отдельно взятом периоде дифференциация осуществлялась в сторону изменения состава магмы от кислого до основного» [5].
Последовательность состава пород:
дуниты, перидотиты, гарцбургиты серпентинизированные;
перидотиты, пироксениты, габбро, габбро-нориты;
габбро, нориты, габбро-диориты, диориты;
шонкиниты, монцониты, сиенито-диориты;
порфириты, диабазовые, габбро-диабазовые, долеритовые;
диориты, габбро-диориты, кварцевые диориты, кварцевые сиенито-диориты;
гранодиориты, кварцевые диориты, гранито-гнейсы и гранито-диорито-гнейсы;
граниты, адамеллиты, гранодиориты;
гранодиоритовые, адамеллитовые и гранитовые порфиры;
андезитовые, дацит-андезитовые порфириты;
диориты, гранодиориты, граниты, плагиограниты;
плагиограниты, тоналиты;
граниты лейкократовые, биотитовые и двуслюдяные гранодиориты, гранито-гнейсы;
липаритовые, фельзитовые и кварцевые порфиры;
сиенито-диориты, кварцевые монцониты, монцониты;
граносиениты, сиениты, кварцевые сиениты;
сиениты, щелочные сиениты, нефелиновые сиениты, щелочные габброиды.
Осадочный слой является производным разложения алюмосиликатов, - изверженных пород, с которыми связывается генезис нефти, т.е., нефть, - минерал абиогенного происхождения.
