ВУЛКАНИЗМ В ЭВОЛЮЦИИ

Source -http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1157821&s=121112000 -ВУЛКАНИЗМ И ЕГО РОЛЬ В ЭВОЛЮЦИИ НАШЕЙ ПЛАНЕТЫ -Т.И. ФРОЛОВА

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ТЕКТОНИКИ, МАНТИЙНОЙ КОНВЕНЦИИ И МАГМАТИЗМА ЗЕМЛИ

Процессы вулканизма синхронны со становлением планеты. Выделение энергии за счет разогрева и гравитационного сжатия достаточно для начального плавления и последующей дифференциации Земли на оболочки. Позднее добавился разогрев за счет выделения тепла радиоактивными элементами. Земля имела газовую оболочку, но в отличие от других планет, утратила инертные газы.

Железокаменная массы Земли близка по составу метеоритам-хондритам. Расплавленная под большим давлением водородная оболочка привела к высокой концентрации водородных флюидов (летучих компонентов в надкритическом состоянии) в начавшем обособляться железо-никелевом ядре.Огромный запас этих флюидов определил уникальную по длительности, по сравнению с другими планетами, эндогенную активность.

По мере консолидации Земли в направлении от ее внешних оболочек к центру возрастало внутреннее флюидное давление и наступала периодическая дегазация, сопровождаемая образованием магматических плюмов, достигающих поверхности.

Самый ранний вулканизм имел высокоэксплозивный характер, связан с началом остывания Земли и образованием атмосферы.

Согласно другим представлениям, первичная атмосфера образовалась на стадии конденсации газо-пылевого облака и постепенно эволюционировала в своем составе. Примерно 3,8 - 3,9 млрд. лет назад температура опустилась ниже точки кипения воды и образовалась гидросфера. Наличие атмосферы и гидросферы стало источником мощных экзогенных геологических процессов, а около 3 млрд. лет здесь появилась примитивная форма жизни.


В отличие от других планетземной группы, на Земле не осталось самой ранней коры. Более или менее достоверно историю Земли можно проследить лишь с раннего архея, но известно, что формирование ранней коры происходило в результате кристаллизации магматических расплавов, претерпевших дифференциацию. Растрескивание этой застывшей протокоры с образованием депрессий сопровождалось позднее массовым базальтовым излиянием и формированием глубоких депрессий типа лунных океанов.


Геология Луны и других планет земной группы проливает свет на самый ранний период дифференциации земного вещества и зарождение тектоники плит, что очень важно, потому что на очень динамичной Земле протокора полностью исчезла и историю Земли можно проследить лишь с раннего архея. Самые древние земные породы принадлежат архейским гнейсам (3,8 - 4 млрд. лет) и зернам циркона в метаморфизованных кварцитах (4,2 - 4,3 млрд. лет). Предполагается, что до этого Земля развивалась аналогично другим планетам земной группы.

Наиболее древние породы так называемых лунных материков имеют возраст 4,4 - 4,6 млрд. лет. Они представляют собою кристаллизовавшиеся на малых глубинах или на поверхности богатые высококальциевым полевым шпатом –анортитом светлосерые основные анортозиты.

Предполагается, что нижние части лунной коры сложены породами более основного, низкокремнеземистого состава, близкими к каменным метеоритам, которые лежат ниже анортозитов и анортитовых габбро (эвкритов). На Земле эта ассоциация возникает из-за дифференциации базальтовой магмы.

Поскольку физико-химические процессы дифференциации едины во всей Вселенной, древнейшая лунная кора образовалась в результате появления магматического расплава ("лунного океана магмы"). Отличия в процессах дифференциации лунных магм от земных заключаются в том, что на Луне она чрезвычайно редко доходит до образования высококремнеземистых кислых пород.

Позднее на Луне образовались крупные депрессии, названные лунными морями, выполненные более молодыми (3,2 - 4 млрд. лет) базальтами, похожими на базальты Земли. Это низкощелочные породы (особенно низко содержание натрия), отсутствием оксидов железа и минералов, содержащих гидроксильную группу ОН, что подтверждает потерю расплавом летучих компонентов и восстановительную обстановку вулканизма.

Бесполевошпатовые породы (пироксениты и дуниты) могут слагать лунную мантию как остатки от выплавления базальтовых пород.

Ранняя кора Маркса и Меркурия аналогична коре лунных материков. На Марксе развит более поздний базальтовый вулканизм. Базальтовая кора есть и на Венере.

Формирование ранней коры планет земной группы происходило в результате кристаллизации магматических расплавов, претерпевших дифференциацию. Растрескивание этой застывшей протокоры с образованием депрессий сопровождалось позднее базальтовым излиянием.

4 000 Ма на Земле возникла первая континентальная протокора, состоящая из "серых гнейсов" (гнейсов магматического происхождения, отличающихся от гранитов меньшими содержаниями кремнезема и калия). Их называют ТТГ ( тоналиты, трондьемиты и гранодиориты).

Однако "серые гнейсы" – это не первичная кора Земли. В отличие от действительно первичных коровых анортозитов Луны эти огромные объемы кислых пород не могут быть получены при дифференциации базальтов. Образование "серых гнейсов" магматического происхождения возможно лишь при переплавлении пород базальтового или коматит-базальтового состава, вследствие своей тяжести опустившихся на глубокие уровни планеты. Возможно уже был аналог субдукции тяжелой базальтовой доархейской коры, предшествующей "серогнейсовой". Наличие ранней базальтовой коры подтверждается находками в архейских "серых" гнейсах более древних метаморфизованных блоков основного состава.

Протокора Земли могла быть анортозитовой как результат дифференциации магм, но позднейшее излияние базальтов привело к формированию океанских депрессий типа лунных. Образование кислых гранитоидов благодаря водному режиму, привело к образованию зародышей протоконтинентов, похожих на те, что мы наблюдаем на современной Венере.

В течение самого раннего (катархейского) и архейского времени, преимущественно в результате процессов магматизматизма, тектоники и осадконакопления сформировалась земная кора, которая стала интенсивно перерабатываться продуктами активной дегазации ранней Земли с привносом кремнезема и щелочей. Дегазация была вызвана формированием твердого внутреннего ядра Земли. Она вызывала процессы метаморфизма с процессами плавления и покисления состава коры.

Нарастающие различия коры и верхней мантии обусловлены различиями в их тепловом и геодинамическом режиме. Это усилило неоднородность состава коры и привело к формированию разных ее типов.

В областях сжатия, где была затруднена дегазация и подъем на поверхность возникающих расплавов, последние дифференциировались и ранее образовавшиеся основные вулканические породы, уплотнялись, опускались на глубину и переплавлялись. Так формировалась протоконтинентальная двухслойная кора, имевшая контрастный состав: верхняя ее часть была сложена преимущественно кислыми вулканическими и интрузивными породами, переработанными метаморфическими процессами в гнейсы и гранулиты, нижняя - породами основного состава, базальтами, габброидами и коматитами.Такая кора была свойственна протоконтинентам.

В областях растяжения формировалась протоокеаническая кора, имевшая преимущественно базальтовый состав. По расколам в протоконтинентальной коре и в зонах ее сочленения с протоокеанической образовывались первые субдукции и первые подвижные пояса Земли, отличавшиеся повышенной эндогенной активностью. Уже тогда кора имели сложное строение и состояли из менее мобильных приподнятых зон, претерпевших интенсивный высокотемпературный метаморфизм и зон интенсивной экстенсии и прогибания. Последние создали зеленокаменные пояса, потому что слагающие их породыимели зеленый цвет из-за процессов низкотемпературного метаморфизма. Обстановка экстенсии ранних этапов формирования подвижных поясов под напором плитсменилась сжатием, что привело к появлению кислых пород и первых пород известково-щелочных серий с андезитами.

Подвижные пояса, закончившие свое развитие, причленялись к областям с континентальной корой и увеличивали ее площадь. От 60 до 85% современной континентальной коры было сформировано в архее и мощность ее была близка к современной и составляла 35 - 40 км.

На рубеже архея и протерозоя (2700 - 2500 Ма) наступил новый этап, так как стали возможными процессы плавления в уже сформированной коре, и появилось больше кислых пород. Состав их существенно изменился за счет увеличения содержания кремнезема и калия. Широкое распространение получили калиевые граниты, выплавля уже из коры. Интенсивная дифференциация мантийных базальтов под воздействием флюидов в подвижных поясах, сопровождалась взаимодействием с материалом коры и привела к увеличению объемов андезитов, т.е. помимо мантийного вулканизма значимым стал коровый и смешанный мантийно-коровый вулканизм.

В то же время в связи с ослаблением дегазации Земли и теплового потока столь высокие степени плавления мантии стали невозможными и произошло затухание ультраосновных коматитовых расплавов. Если же они возникали, то редко поднимались на поверхность вследствие своей высокой плотности. Они дифференциализировались в промежуточных камерах и на поверхность попадали их производные - менее плотные базальты.

Замедлился и процесс высокотемпературного метаморфизма и гранитизации, которые приобрели не площадной, а локальный характер. В это время окончательно сформировались два типа земной коры, соответствующие континентам и океанам.

Начиная с 570 Ма, фанерозоя, тенденции протерозоя получили дальнейшее развитие. Вулканизм становится все более разнообразным в океанических и континентальных сегментах. В зонах экстенсии в океанах (срединно-океанические хребты) изливает толейитовые базальты, а в аналогичных зонах континентальных рифтов начинают доминировать щелочные вулканические породы. Подвижные пояса Земли становятся магматически активными десятки и сотни миллионов лет, начиная с фазы ранне толеит-базальтового вулканизма (он образует совместно с ультраосновными интрузиями офиолитовые ассоциации в условиях экстенсии), но по мере смены растяжения сжатием выделяются базальт-риолиты и известково-щелочные андезиты, расцвевшие в фанерозое. После складчатости, образования гранитов и орогенеза в подвижных поясах пронизывается щелочным вулканизмом.

Эволюция вулканизма в фанерозойских подвижных поясах повторяет эволюцию в развитии Земли: намечен тренд от однородных базальтов и контрастных базальт-риолитов архея к непрерывным по кремнекислотности андезитам и далее к щелочным ассоциациям, не представленным в архее. Эта эволюция отражает общее уменьшение проницаемости и возрастание жесткости земной коры, что определяет более высокую степень дифференциации мантийных магматических расплавов и их взаимодействия с материалом земной коры, углубление уровня образования магм и уменьшение степени плавления.

Это связано с уменьшением глобального теплового потока, 3 - 4 раза меньшим. Соответственно уменьшаются локальные восходящие потоки флюидов от периодической дегазации недр (они вызывают разогрев подвижных поясов, рифов и др.и образуют конвективные струи).

Эндогенная активность являет свою периодичность. Здесь есть этапы крупных пульсаций Земли с попеременным преобладанием основного и ультраосновного магматизма, фиксирующего растяжение (известково-щелочный магматизм) и гранитообразование периода сжатия. Эта периодичность создает магматические и тектонические циклы, которые наложены на необратимое развитие Земли.

Необратимость развития Земли выражается в резком уменьшении объемов одних пород (коматитов) и увеличением объемов других (щелочных пород).

Общая тенденция эволюции свидетельствует о постепенном затухании глубинной эндогенной активности Земли и увеличении процессов переработки континентальной коры при магмообразовании.

Вулканизм является индикатором геодинамических обстановок растяжения или сжатия коры. В первом случае возникает мантийный вулканизм, во втором - мантийно-коровый и коровый, отличающийся по составу магм.

КАЙНОЗОЙСКИЙ ПЕРИОД РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ

Геологические структуры кайнозоя (67 Ма) находятся в пределах океанических и континентальных сегментов Земли. К первым относятся срединно-океанические хребты и многочисленные вулканы океанического дна с высокой проницаемостью земной коры. На континентах извергаются вулканы, связанные с крупными континентальными рифами (Восточно-Африканский, Байкальский и др.). Здесь в обстановках сжатия возникает горный вулканизм (Кавказ, Карпаты). Тихоокеансколе огненное кольцо – зона преимущественного сжатия (Курило-Камчатская, Тонга, Алеутская и др.) и интенсивного растяжения (окраинные моря).

На краю Американского континента находятся Анды и Кордильеры, являющиеся аналогами островных дуг, в тылу которых расположены зоны растяжения - аналоги окраинных морей. В условиях высокой проницаемости, как всегда в истории Земли, изливаются мантийные расплавы, причем в океанических структурах они оимеют нормальную щелочность, а в континентальных – высокую.

В обстановках сжатия на фоне континентальной коры, помимо мантийных, возникают породы смешанного мантийно-корового (андезиты) и корового (кислые эффузивы и граниты) происхождения.


Если учесть особенности кайнозойского этапа развития Земли, в котором высока интенсивность процесса формирования океанов и широкое развитие рифтовых зон на континентах, то становится ясным, что в в настоящее время преобладает растяжение и, следовательно, развит мантийный, преимущественно базальтовый вулканизм, особенно интенсивный в океанах.

Вулканиты, связанные с мантийным происхождением и с высокой проницаемостью коры, свойственные океанам и подвижным поясам, начинается основными породами (базальтами), сменяемыми затем формациями с постепенно возрастающими объемами средних и кислых пород по мере уменьшения проницаемости и прогрева коры.


Ряд, который начинается с формаций кислого состава с возрастанием роли основного вулканизма к концу формации свойствен геологическим структурам с мощной, слабо проницаемой континентальной корой. Эти ряды характерны для структур, закладывающихся на прогретой коре. Взаимодействие тем интенсивнее, чем более кора прогрета. Базальтовые формации изливаются последними тогда, когда кора растрескивается под напором магм. Примерами их являются окраинные моря и континентальные эпиорогенные рифты. В них с начала магматических циклов возникают мантийно-коровые и коровые породы среднего и кислого состава, сменяемые основными. В случае если этот процесс заходит далеко (окраинные моря), континентальная кора в результате сложного комплекса процессов экстенсии сменяется океанической.


Наиболее разнообразными и разнонаправленными становятся процессы преобразования коры в длительно развивающихся поясах накопления осадков геосинклинального типа, весьма разнородных по входящим в них структурам. Здесь есть структуры и с режимом растяжения, и с режимом сжатия. Тип преобразования коры зависит от преобладания тех или иных процессов.

Щитовидный (щитовой) вулкан
Вулканизм островных дуг
Tипы вулканов
Bулканизм
Влияние вулканизма нa экосферy Земли