изотопный состав

Не менее показательны отношения изотопов стронция 87Sr/86Sr в известняках океанического происхождения. Связано это с тем, что в океанской воде происходит эффективное осреднение изотопных меток континентальных пород, подвергающихся в данное время выветриванию и сносу речным стоком в океан. Поэтому изотопный состав таких осадков, отложение которых происходит в равновесных с водой условиях, должен отражать изотопный состав источников поступления вещества, в данном случае – средний изотопный состав континентальной коры и океанических базальтов, изливающихся в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов. Зависимость 87Sr/86Sr показывает, что в раннем архее первичные отношения 87Sr/86Sr коровых пород полностью совпадали с мантийным источником. В позднем архее в связи с выплавлением калиевых гранитоидов и начавшимся рециклингом корового материала (приводившим к накоплению в коре калия и рубидия) значения 87Sr/86Sr в коровых породах повышается, однако вклад этого процесса в общий состав позднеархейской коры незначительный и в целом она по-прежнему характеризуется мантийным уровнем первичного отношении 87Sr/86Sr.

Начиная с раннего протерозоя, т.е. после перестройки тектонического режима, возникновения серпентинитового слоя океанической коры и после появления зон субдукции, в которые теперь стали затягиваться смываемые с континентов осадки, отношения 87Sr/86Sr резко повысились, отмечая тем самым усиленное накопление в коре рубидия и калия. Как и в случае отношений К2О/Na2O, мезозойский минимум на кривой 87Sr/86Sr для морских известняков определяется уменьшением сноса карбонатного материала с континентов в океаны во время фанерозойских трансгрессий моря.

Для границы архей–протерозой характерны резкие изменения концентраций рассеянных элементов (Тейлор, Мак-Леннан, 1988). Отношение суммы концентраций легкой части группы редкоземельных элементов к их тяжелой части в тонкозернистых осадках на этом рубеже резко увеличилось, приблизительно от 6 до 11; отношение Th/Sc возросло от 0,4 до 1,1; La/Sc – от 1 почти до 3, а концентрация тория поднялась от 1,5•10–6 до 3,5•10–6.

Геохимические индикаторы четко отмечают рубеж перехода от архея к протерозою. Учитывая тектонические факторы и теоретические построения, можно утверждать, что природа крупнейшего геологического рубежа архей–протерозой связана с завершением процесса формирования в центре Земли плотного ядра. После выделения молодого ядра произошел еще и переход эндогенного режима дифференциации земного вещества от механизма зонной сепарации железа и его окислов к более спокойному механизму их бародиффузионной дифференциации. Непосредственной же причиной произошедших между археем и протерозоем резких изменений геохимических и тектонических условий формирования земной коры служил переход от тектоники тонких базальтовых пластин архея с характерными для того времени зонами торошения и скучивания океанической коры к тектонике литосферных плит с зонами субдукции в протерозое и фанерозое. В связи с образованием в раннем протерозое серпентинитового слоя океанической коры существенно изменился и водный режим выплавления континентальной коры: после архея она стала формироваться в условиях избытка поступавшей из зон субдукции перегретых водных флюидов. Большую роль в выплавке коровых магм, особенно гранитоидного и щелочного состава, стали играть и затягиваемые в зоны субдукции осадки.

Основные закономерности роста континентальной коры следующие. Поскольку в архее континентальная кора формировалась за счет переработки всей массы океанических базальтовых пластин, скорость роста ее массы была пропорциональна средней скорости торошения и мощности пластин или, что то же, пропорциональна глубинному тепловому потоку AR. В последующие эпохи континентальная кора формировалась только за счет переработки океанической коры, мощность которой со временем менялась сравнительно мало. По данным многих исследователей докембрия, в архее образовалась существенная часть континентальной коры (около 70% континентальной коры), а массу современной континентальной коры по данным А.Б. Ронова и А.А.Ярошевского (1967) составляет 2,25•1025 г. Площадь океанических плит в послеархейское время определялась по разности площади поверхности Земли и площади континентальной коры. Полученная О.Сорохтиным теоретическая кривая роста массы континентальной коры в сравнении с наиболее популярной моделью роста континентальной коры, предложенной С. Тейлором, С. Мак-Леннаном (1988) с учетом геохимических данных, оценок скоростей осадконакопления в океанах и скоростей поглощения этих же осадков в зонах субдукции плит имеем хорошее соответствие, хотя модели построены на базе разных подходов с использованием независимых предпосылок и данных.

Из модели следует, что скорости формирования континентальной коры от времени, построенная путем дифференцирования кривой роста коры, в начале раннего архея была сравнительно высокой и достигала почти 6•1015 г/год, или около 2,1 км3/год и со временем постепенно уменьшалась в связи с опусканием в глубины мантии фронта зонной дифференциации земного вещества. В середине архея, около 3300-3200 Ма, в период общего уменьшения тектонической активности Земли снижалась и скорость образования земной коры. Не исключено, что в этот интервал времени, кое-где могли возникать характерные для тектоники литосферных плит геодинамические обстановки с нормальными зонами субдукциии островодужным известково-щелочным магматизмом, близким к современным аналогам. Вместе с тем в этот же литоплитный период должно было резко сократиться формирование архейских зеленокаменных поясов, а вместо них могли возникать даже отдельные офиолитовые покровы, обычные для фанерозоя

Приведенные здесь скорости образования (роста) коры представляют собой осредненные значения этого параметра по периодам порядка продолжительности полных тектонических мегациклов 108 лет. Одновременно с процессом выплавления коровых пород в зонах субдукции, т.е. с наращиванием массы коры, всегда действует процесс ее денудации, приводящий к разрушению и сносу терригенного осадочного материала в океаны.

После завершения полного цикла развития данного океана (от его раскрытия до полного закрытия) весь попавший в океанический бассейн осадочный материал обязательно вновь перерабатывается в зонах субдукции или сминается в складки, надвигается на окраины континентов, консолидируется и вновь причленяется к континентальной коре. Этот процесс очень неравномерный. В течение большей части цикла скорость денудации континентов существенно превышает скорость наращивания континентальной коры в зонах поддвига плит. Так, судя по данным о современном сносе терригенного материала (Гаррелс, Маккензи, 1974), общее количество вещества, поступающего сейчас в океаны, приблизительно равно 25*1015 г/год (около 10 км3/год). Вместе с тем современная скорость наращивания коры в зонах субдукции составляет всего 0,5–1,1 км3/год (Тейлор, Мак-Леннан, 1988). Сносимый с континентов материал в основном отлагается в зонах континентальных склонов и на шельфах, т.е. по-прежнему сохраняет связь с континентальной корой и формально может рассматриваться как ее часть. На долю же пелагических осадков, полностью оторванных от континентальной коры, приходится всего около 3*1015 г/год, или по эквиваленту коровых пород 1,1 км3/год. Поэтому масса современной континентальной коры в настоящий момент скорее уменьшается, чем возрастает. В конце же тектонических циклов при закрытии океанов Атлантического типа все отложившиеся до этого на дне океанические осадки оказываются вовлеченными в процесс корообразования, смятия, гранитизации, метаморфизма и консолидации. В такие фазы орогенеза резко возрастают скорости
формирования коры, и ее прирост становится доминирующим. В фанерозое так происходило при закрытии Палеоатлантического океана (Япетус) в каледонское время, Палеоуральского океана в герцинскую эпоху или океана Тетис в кайнозое при образовании Альпийско-Гималайского складчатого пояса. По теоретическим оценкам О. Сорохтина, прирост массы континентальной коры, осредненный в масштабе времени порядка 1000Му, в настоящее время все-таки положительный и равен 0,65*1015 г/год (0,26 км3/год).

В результате осреднения эффектов формирования континентальной коры по разным фазам этого процесса и в предположении полного возвращения (рециклинга) осадочного материала в кору примерно за 800 Му, можно считать, что до сих пор баланс роста континентальной коры оставался положительным. Более того, до середины фанерозоя это условие выполнялось полностью. В будущем в связи с уменьшением тектонической активности Земли баланс между накоплением осадков в океанах и их рециклингом в процессах корообразования должен нарушаться. Этому будет способствовать и увеличение базиса эрозии суши, поскольку средний уровень стояния океанов в дальнейшем будет прогрессивно снижаться. После замирания тектонической активности Земли, масса континентальной коры будет только уменьшаться.

Таким образом, по рассматриваемой здесь модели образование континентальной коры с наибольшей скоростью происходило в позднем архее и ее 70% было сформировано 2600 Ма, при этом в раннем архее за 800–600 Му (от 4000 до 3200 Ма) возникло только 15% коры, а в позднем архее приблизительно за такой же период времени (от 3200- до 2600 Ма) образовалось приблизительно 50% коры. За всю остальную и наиболее продолжительную историю Земли образовалось около 30% коры, а за ее последнюю часть в фанерозое (около 600 Ма) – немногим более 3% (с учетом рециклинга осадков). В дальнейшем рост континентальной коры прекратится и наступит фаза необратимого разрушения, но произойдет это еще очень не скоро.

Последний, завершающий этап в геологической истории Земли будет связан с ее предстоящей тектонической смертью приблизительно через 1600 Му в будущем, после исчерпания источников энергии в земных недрах. Но еще ранее, примерно через 600 Му, на Земле должен будет возникнуть исключительно сильный парниковый эффект за счет поступления в атмосферу глубинного (абиогенного) кислорода, освобождающегося в мантии при формировании “ядерного” вещества. С прекращением тектонической активности и возникновением сильного парникового эффекта неизбежно уменьшатся эндогенные теплопотери Земли, поскольку после этих событий они будут происходить только за счет кондуктивной составляющей теплового потока, а это может привести к некоторому перегреву земных недр. Тем не менее и это не спасет Землю от остывания, а лишь несколько задержит процесс общего ее увядания. Несмотря на прекращение взаимных перемещений литосферных плит, еще достаточно длительное время на Земле будут проявляться остаточные тектонические подвижки. Но магматических проявлений уже не должно происходить. В это же время усилятся воздействующие на земную поверхность экзогенные факторы выветривания пород.
http://www.evolbiol.ru/sorohtin10.pdf