Исходные предпосылки плюмботектоники фанерозоя




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Исходные предпосылки плюмботектоники фанерозоя

Исходные предпосылки плюмботектоники фанерозоя

07.09.2017


Математическая обработка результатов измерения изотопного состава свинца горных пород и руд с самого начала выявила, что во многих случаях на протяжении всего геологического времени существовал резервуар с постоянными отношениями уран/свинец и торий/свинец. Внимание исследователей часто сосредоточивается на том, чтобы привести имеющиеся данные в наилучшее соответствие с довольно простыми моделями закрытых систем, что позволяет в итоге провести различие между обычными и аномальными свинцами в зависимости от того, насколько они вписываются в такие модели. К сожалению, в течение многих лет соотношения между этими прежде всего математическими моделями и реальными геологическими процессами образования магматических пород и руд были малопонятны. В последние годы основное внимание исследователей было обращено на то, чтобы попытаться представить изменение изотопного состава свинца как следствие геологических условий и геохимических циклов свинца, урана и тория. Многие из открытий, влияющих на развитие представлений о закономерностях эволюции изотопного состава свинца в динамической Земле, уже были описаны в литературе и требуют лишь краткого упоминания. Для того чтобы представить, каким образом отдельные поля изотопного состава соотносятся с определенной геотектонической обстановкой, следует обратиться к рис. 2.1, тогда как некоторые из основных положений, на которых основана наша модель, изложены в следующих разделах.
Изотопные характеристики океанических вулканических пород и связанных с ними ультраосновных ксенолитов почти определенно свидетельствуют о том, что современная мантия не является прямым источником свинца, обнаруживаемого в континентальных изверженных породах и рудных месторождениях. Наиболее легкий доступ к мантийному свинцу, возможно, осуществляется на океанических поднятиях и во внутриплитных океанических «горячих точках», т. е. там, где встречаются обширные излияния толеитовых базальтов. Поле изотопного состава свинца толентовых базальтов заметно обеднено как 206Pb, так и 207Ph но сравнению с большей частью континентальной коры; это обеднение позволяет предполагать, что мантия в течение длительного геологического времени была каким-то образом изолирована от континентальной коры. Кроме того, в некоторых вулканических породах океанических островов был обнаружен свинец более сложного изотопного состава, но и в этих случаях такой характер изотопного состава свинца легче всего объяснить как результат его эволюции в мантии, являвшейся предшественником толеитов.
До настоящего времени сохраняются противоречия в представлениях о природе и времени процессов первичной химической дифференциации Земли и последующего образования континентальной коры. Для целей настоящей работы нам нужно принять только самые общие допущения относительно этих процессов, которые, как представляется, вполне согласуются с данными геологических наблюдений. Поскольку в этой работе рассматривается главным образом фанерозойская часть геохронологической шкалы, наши выводы не будут сильно зависеть от точного знания более примитивных условий среды. He вдаваясь в споры о возрасте Земли или о природе самой ранней планетной дифференциации, мы просто используем эмпирические данные Стейси и Крамерса, для того чтобы нарисовать в общих чертах кривую эволюции свинца в орогене. Более важным в данном случае является то, что в результате изучения древнейших сиалических пород появляется все больше свидетельств того, что где-то около 4,0 млрд. лет назад началась аккреционная стадия роста континентов. Дальнейшая эволюция континентальной коры включала более или менее равномерно распределенные в пространстве процессы орогении, в ходе которых происходило смешение некоторой части мантии и отдельных порций уже существовавшей к этому времени континентальной коры с образованием новых коровых сегментов. Насколько закономерно происходил рост континентов, известно не очень хорошо, хотя для простоты мы будем полагать, что его интенсивность во времени была постоянной. Наша модель допускает не очень существенные отклонения от этого предположения и в то же время сохраняет относительное положение полей изотопного состава свинца, отвечающих разной геологической обстановке.
Изотопный состав свинца континентальной коры в большинстве случаев не мог быть обусловлен его эволюцией в источнике, представляющем собой закрытую систему на протяжении всего геологического времени. Такой свинец лучше интерпретировать как образовавшийся в источниках, испытавших до некоторой степени изменчивое, но постепеннее увеличение отношения 238U/204Pb во времени. Кроме тоге, верхняя земная кора в среднем обладает высоким отношением 238U/204Pb, что приводит с течением времени к образованию in situ довольно радиогенного свинца. В ряде случаев это может обусловить появление очень радиогенного свинца такого типа, как в месторождениях долины Миссисипи, особенно когда наряду с этим происходит еще и селективное выщелачивание пород.
Нижняя часть твердо установленной континентальной земной коры часто состоит из пироксеновых гранулитов или других высокометаморфизованных пород, обладающих, насколько об этом можно судить по изучению как их выходов на поверхность, так и ксенолитов в вулканических породах, очень низкими концентрациями урана (0,1—1 млн-1) и отношениями 238U/204Pb (0,5—5). Содержания тория и свинца (1 млн-1 и 2—20 млн-1 соответственно) представляются не столь сильно пониженными по сравнению со значениями, отвечающими верхней коре; отношение 232Th/204Pb часто сильно изменчиво, но в среднем лишь ненамного меньше верхнекорового значения. Очевидно, такое преимущественное обеднение ураном происходит во время главных процессов орогенеза, связанных с образованием новых сегментов континентальной коры. Накопление больших количеств свинца, относительно не поддержанного последующим радиоактивным распадом, должно оказать существенное влияние на закономерности дальнейшей эволюции систем уран — свинец и торий — свинец в нижней континентальной коре. И наоборот, комплементарный избыток урана будет оказывать противоположное влияние на верхнюю континентальную кору. Как будет показано в дальнейшем, такие различия между верхней и нижней континентальной корой должны иметь важное значение для последующих стадий образования коры.
Океаническая кора существует слишком мало времени, чтобы ее можно было отнести к резервуарам в нашей модели, однако ее влияние на развитие орогена несомненно имеет весьма важное геологическое значение. Далее, за исключением особо оговоренных случаев, мы будем применять термин «кора», подразумевая под ним только континентальную кору. Аналогично мы не будем отдельно выделять участок мантии под континентами, расположенный между поверхностью Moxo и зоной низких скоростей сейсмических волн, который может непосредственно примыкать к залегающей над ним континентальной коре. Породы, слагающие эту зону, могут обладать химическими характеристиками, отличными от характеристик мантии в океанических районах, однако общий геохимический цикл свинца, как полагают, не зависит в сильной степени от того, рассматривают эту зону или нет.
Из предшествующего обсуждения мы вывели следующие заключения относительно геохимического цикла свинца: 1. Для того чтобы объяснить важнейшие изотопные характеристики, необходимо допустить существование в течение достаточно длительного времени по крайней мере трех весьма обширных геохимических сред, содержащих существенные количества свинца, урана и тория. Такими тремя средами являются мантия, верхняя земная кора и нижняя кора. 2. Мантия характеризуется явно замедленной изотопной эволюцией свинца по сравнению с корой, что требует определенной изоляции этих двух систем после ранней главной дифференциации Земли. 3. Вскоре после образования некоторого сегмента новой земной коры между верхней и нижней корой происходит комплементарное перераспределение свинца, урана и тория, особенно четко выражающееся в значениях отношения 238U/204Pb Благодаря тому что при переработке материала континентов в более молодые орогены вовлекается преимущественно материал верхней коры, уран попадает во вновь образовавшиеся зоны в большем количестве по сравнению со свинцом, что приводит в конечном итоге к ускоренной эволюции изотопного состава свинца в орогене. Хотя такое перераспределение указанных элементов уже было известно в течение некоторого времени, мы в данной работе выдвигаем предположение, что эта особенность имеет важное количественное значение для объяснения наблюдающихся отклонений изотопной эволюции свинца в континентальной коре от моделей его эволюции в закрытой системе. 4. Различная химическая природа мантии, верхней коры и нижней коры обусловливает возникновение изотопной неоднородности в периоды изоляции одного резервуара от другого. С другой стороны, динамические процессы, допускающие сообщение между разными резервуарами, будут в какой-то мере сглаживать эти различия. В целом наблюдаемые изотопные характеристики могут быть объяснены, исходя из представлений о ранней дифференциации мантии и протокоры, сопровождающейся на более поздних стадиях периодическим разрастанием континентов за счет орогенов, в которых происходит смешение отдельных порций мантии и существовавшей ранее коры.