 | ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ И ИЗМЕНЕНИЕ РЕЖИМОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ |
Вместе с геологической эволюцией Земли менялись условия формирования земной коры и сосредоточенных в ней полезных ископаемых. Так как эволюционные процессы на Земле необратимы, для выяснения эволюционных закономерностей формирования полезных ископаемых в далеком прошлом необходимо осторожно пользоваться принципом актуализма (настоящее - ключ к прошлому).
В архее не существовало зон субдукции, поэтому и режимы образования континентальной коры, а вместе с ней и большинства типов эндогенных полезных ископаемых были иными.
По современным представлениям, основанным на идеях О.Ю.Шмидта (1948), Земля, как и другие планеты Солнечной системы, образовалась благодаря “холодной” аккреции газопылевого протопланетного облака. По этой причине молодая Земля была “холодной”, тектонически пассивной и однородной по составу и строению планетой, как многие планеты земного типа в Солнечной системе.
Все элементы были равномерно распределены по всему ее объему со своими “кларковыми” содержаниями и не образовывали никаких скоплений полезных ископаемых.
В истории Земли выделяют три крупных эона: катархей (от 4600-3800 Ма), архей (от 4000-2600 Ма) и протерозой-фанерозой (2600-0,000 Ма). Все три эона по-своему уникальны и тесно связаны с тремя этапами процесса формирования земного ядра. Напомним, что первоначально Земля разогревалась только за счет выделения в ее недрах радиогенной и приливной энергии. Судя по оценкам, всего за катархей, т.е. за первые 600 Му жизни Земли, в ее недрах выделилось около 1,1•1037 эрг радиогенной и 2,1•1037 эрг приливной энергии. Благодаря такому разогреву первичный теплозапас Земли повысился с 7,12•1037 до 9,2•1037 эрг в начале архея. В результате около 4,0 млрд лет назад в экваториальном поясе Земли, в котором приливные деформации достигали максимального значения, на глубинах около 200-400 км началось плавление вещества верхней мантии. После этого момента стал действовать наиболее мощный источник эндогенной энергии –– процесс химико-плотностной дифференциации земного вещества. При этом химико-плотностная дифференциация земного вещества происходила путем сепарации расплавов железа и его окислов от силикатов мантии. В архее этот процесс развивался по механизму зонной дифференциации вещества, и к концу архея он привел к “катастрофическому” событию образования земного ядра. В последующие эпохи рост ядра происходил спокойно по бародиффузионному механизму дифференциации мантийного вещества. Он же играл и продолжает играть главную роль в возбуждении крупномасштабной мантийной конвекции –– главного фактора тектонической активности Земли.
Напомним, что в архее вместе с железом и его окислами в кольцевой слой расплавов переходило и большинство сидерофильных и халькофильных элементов. По этой причине конвектирующая мантия над погружающимся кольцевым слоем зонной дифференциации земного вещества в архее была обеднена и железом, и другими сидерофильными элементами. Поэтому архейские континентальные щиты и зеленокаменные пояса не отличаются повышенным металлогеническим потенциалом.
Процесс перемещения плотных окисно-железных расплавов к центру Земли и вытеснения оттуда первозданной сердцевины сопровождался выделением энергии в 5•1037 эрг, что привело в конце архея к перегреву планеты. Возникшие при этом интенсивные конвективные течения в мантии радикально перестроили весь режим тектонического развития и привели к формированию первого в истории Земли суперконтинента ––Моногеи, что произошло, вероятно, в самом конце архея.
О таком развитии сценария свидетельствуют палеомагнитные данные, показывающие, что дипольное магнитное поле современного типа у Земли появилось только около 2600 Ма, т.е. на рубеже архея и протерозоя.
Анализ изотопных отношений свинца свидетельствует о том, что земное ядро выделялось без плавления силикатного вещества Земли. Приведенный сценарий формирования ядра описывается двухступенчатой моделью изменения отношений изотопов свинца, согласно которой до начала этого процесса эволюция изотопных отношений происходила в замкнутом резервуаре, а после начала процесса - с учетом перехода части свинца в растущее земное ядро. К настоящему времени в ядро Земли погрузилось около 30% земного свинца (Сорохтин, 1999).
Процесс выделения земного ядра сказался на тектонической активности Земли. После начала процесса зонной дифференциации земного вещества, сопровождавшегося сепарацией расплавов железа от силикатов, в экваториальном поясе Земли впервые возникла конвектирующая мантия, ее температура быстро превысила температуру плавления железа, после чего на уровне верхней мантии появились первые расплавы мантийного вещества и постепенно стали формироваться ядра древнейших континентальных щитов.
Максимальная тектономагматическая активность наблюдалась в позднем архее - суммарный тепловой поток тогда превышал его современное значение более чем в десять раз, но поскольку тектономагматическая активность проявлялась только в постепенно расширяющемся, а вначале узком низкоширотном поясе, то его удельная активность оказывается еще выше. В раннем архее, несмотря на высокую локальную тектономагматическую активность, сформировалось не более 15% массы континентальной коры, тогда как в позднем архее за то же время образовалось около 55% ее массы, т.е. в 3,7 раза больше. Это говорит о том, что в раннем архее тектономагматическая
активность проявлялась не по всей Земле в целом, а только в ее узкой части, тогда как большая часть Земли оставалась холодной и тектонически пассивной.
В связи с высокой тектономагматической активностью архея тогда над зонами сепарации расплавленного железа происходил перегрев верхней мантии, а скорости раздвижения океанической коры в рифтовых зонах того времени были очень высокими –– до 400-500 см/год, тогда как время “самостоятельной жизни” формировавшейся здесь океанической коры было коротким –– не более 10-5Му, поэтому в архее не существовало мощных и плотных литосферных плит, на образование которых требуется около 50-150 Му, а вместо них возникали тонкие базальтовые пластины толщиной 15-30 км.
Вторичное переплавление этих водонасыщенных базальтовых пластин, происходившее на подошве зон их торошения, привело к выплавлению более легких континентальных магматических пород –– трондьемитов, тоналитов и плагиогранитов, поднимавшихся затем в виде диапиров и куполов в верхние этажи растущей континентальной коры.
После образования земного ядра, его дальнейший рост происходил по более спокойному бародиффузионному механизму и тектоническая активность Земли снизилась. В раннем протерозое возникли первые зоны субдукции, а геологическое развитие Земли пошло по законам тектоники литосферных плит.
Выделение земного ядра, в котором сейчас сосредоточено около трети массы Земли, повлияло на состав конвектирующей мантии, выплавки которой можно наблюдать на поверхности Земли. Так, в архее, при зонной дифференциации металлического железа, конвектирующая мантия была обеднена железом, сидерофильными и халькофильными элементами и этим объясняется металлогеническая стерильность (за исключением железа) раннего архея (Смирнов, 1984; Хаин, 2000)
На рубеже архея и протерозоя, во время выделения земного ядра, состав мантии радикально изменился из-за добавления в конвектирующую мантию вещества бывшей сердцевины Земли с первозданными концентрациями железа (около 13-14%), его окислов (около 23-4%), сидерофильных элементов, сульфидов халькофильных металлов и рудных элементов, включая платиноиды. В результате этого эпоха раннего протерозоя стала наиболее выдающимся периодом эндогенного рудообразования.
Прямыми свидетелями этих событий служат уникальные дифференцированные интрузии основных и ультраосновных пород, внедрившиеся в середине раннего протерозоя (около 2300 Ма) в древние щиты при первых же импульсах растяжения и раскола архейского суперконтинента Моногея. Классическим образованием этого типа является интрузия Великой Дайки в Зимбабве, представляющая расслоенный комплекс мантийного вещества раннепротерозойского возраста. Залежи хромитов в Великой Дайке распространены в ее нижних этажах и приурочены к дунитам и гарцбургитам, а платина в форме сперрилита (PtAs2) и платиноиды встречаются в сульфидных слоях между ультраосновными породами и габбро-норитами.
В раннепротерозойских ультраосновных и габбро-норитовых интрузиях Бушвельдского расслоенного магматического массива (ЮАР) высоких концентраций достигают железо, титан, хром и ванадий, а в пластообразных залежах медно-никелевых сульфидов промышленной концентрации достигают платиноиды. Бушвельдский плутон внедрился в мощную осадочно-вулканогенную толщу трансваальской системы раннепротерозойского возраста. В результате верхняя (габбро-норитовая) часть мантийной интрузии контактирует с коровыми гранитами, образовавшимися за счет переплавления осадочно-вулканогенных пород, вмещающих плутон. С Бушвельдскими гранитами связана только литофильная (гидротермальная) минерализация олова и флюорита.