Эволюция магматических горных пород и магматизма в истории Земли

Как известно, Земля, как и другие планеты Солнечной системы, обладает оболочечным строением. По данным абсолютного возраста, мантия древнее, чем “базальтовый” слой коры, а последний древнее, чем “гранитный”, т.е. каждый более внешне расположенный слой моложе соседнего внутреннего. На этом основании можно предполагать, что за стадиями ранней Земли и ее дифференциации следовали стадии формирования мантии, “базальтового”, а затем “гранитного” слоев. На современном уровне наших геологических знаний мы, более или менее уверенно, можем судить об образовании “гранитного”, и немного, “базальтового” слоев. Что касается ранней Земли, ее дифференциации, истории формирования мантии и даже образования “базальтового” слоя, то здесь наши построения опираются на последние достижения планетарной геологии и петрографии, на данные полетов межпланетных станций. Последние значительно продвинули космогонические взгляды на геологическую историю Земли и магматических горных пород, с которыми эта история, по-видимому, связана самым непосредственным образом. Сразу же отметим, что в период 4,4-3,8 млрд. лет назад все планеты земной группы Солнечной системы и, по всей видимости Земли, подверглись мощной метеоритной бомбардировке. Этот период можно рассматривать как четкий временной рубеж в истории развития планет Солнечной системы. В истории образования Земли, в первом приближении можно выделить два периода:

а) Догеологический (4,6-3,8 млрд. лет)

б) Геологический (3,8-0,0 млрд. лет).

В догеологическом периоде мы рассмотрим четыре стадии развития Земли:

I. Стадию ранней или примитивной Земли.

II . Стадию дифференциации ранней Земли (модель Юпитера).

III. Стадию формирования мантии Земли (модель Венеры и обратной стороны Луны).

IV. Стадию формирования “базальтовой” коры (модель видимой стороны Луны).

В геологическом периоде мы рассмотрим:

V. Стадию образования “гранитной” коры с тремя подстадиями: нуклеарной, кратонной и континентально-океанической.

Стадия ранней или примитивной Земли

Все многообразие космогонических взглядов на раннюю стадию формирования Земли, в принципе, можно свести к двум позициям:

1 Земля возникла в процессе аккреции в результате концентрации космической пыли, набрасывание обломков в виде метеоритов и астероидов, т.е. скопления твердого и холодного вещества. Эта гипотеза вполне геохимична, так как в первом приближении состав Земли соответствует составу метеоритов, имеющих ультраосновной состав (гипотеза О.Ю.Шмидта).

2 Земля возникла в результате конденсации горячей солнечной материи (небулярная гипотеза Канта-Лапласа). Спутниковые геофизические данные, в первую очередь, по Венере, а также по крупным газовым планетам - гигантам Солнечной системы позволяют предполагать участие в их строении гигантских магматических масс (“магматических океанов”), что на данном витке наших знаний позволяет вернуться к старой гипотезе Канта-Лапласа. Не исключено, что на определенном этапе процесса конденсации солнечной материи этот процесс имел вид капельной эмульсии в виде хондр, присущих строению всей группы хондритовых метеоритов, доминирующей, среди метеоритов. Отметим, что по А.А. Маракушеву (1988) “хондриты в подавляющей массе - очень древние образования (5 - 4 млрд. лет)”.

Стадия дифференциации ранней Земли (модель Юпитера)

Если предположить, что на одной из ранних стадий Земля проходила стадию развития водородных газовых планет-гигантов (Юпитера, Урана, Сатурна, Плутона), то строение этих планет, особенно, наиболее изученного Юпитера, в первом приближении можно рассматривать как модель дифференциации ранней Земли. Юпитер, как считается, обладает расплавным железо-каменным ядром (протоядром) и водородной оболочкой (протоатмосферой). Ядро с температурой 3000К генерирует мощное магнитное поле. Водородная оболочка, в свою очередь, имеет зональное строение. Она состоит из внутренней оболочки, состоящей из жидкого металлического водорода, промежуточной - из жидкого молекулярного водорода и внешнего - водородная атмосферы. На границе первых двух температура составляет 11000К, давление - 3 млн. атм. Таким образом, водородные газовые планеты-гиганты, возможно, демонстрируют первую стадию дифференциации горячей солнечной материи на расплавное железо-каменное ядро и водородную оболочку. Земля в настоящее время представляет собой, как-бы, такую планету - гигант, которая почти лишилась газовой оболочки и одновременно изменила строение и состав протоядра.

Стадия формирования мантии Земли (модель Венеры и обратной стороны Луны)

Об этой стадии формирования Земли можно составить некоторое представление на основании анализа моделей строения Венеры и, может быть, обратной стороны Луны. Венера принадлежит к планетам земной группы и имеет примерно такое же оболочечное строение, как и Земля, т.е. кроме ядра и атмосферы, обладает еще и мантией мощностью 3000 км. Температура поверхности Венеры достаточно высока – 500^о С, что позволяет предполагать, что в недрах этой планеты на глубине 250-500 км располагается зона расплавленных пород - реальный магматический океан. Таким образом, венерианская мантия является частью твердой, а частью расплавленной и не исключено, что ее расплавленная часть унаследована от некогда расплавленного протоядра типа ядра Юпитера.

Обратная сторона Луны (“лунные горы”), сложена основными породами ряда анортозит-норит-троктолит (комплексом АНТ), образующими мантию Луны. Комплекс испытал мощную метеоритную бомбардировку в период 4,0-3,9 млрд. лет одновременно с другими планетами Солнечной системы (Марсом, Меркурием и др.). Предполагается, что 4,6 млрд. лет назад мантия Луны представляла собой магматический океан основного-ультраосновного состава, который к началу метеоритной бомбардировке 4,0 млрд. лет дифференцировался на лунную мантию и дунитовое ядро.

На земле мантия, по-видимому, также росла вместе с ядром из протоядра с удалением железа, никеля, сидерофильных элементов и платиноидов в ядро, а летучих компонентов - в атмосферу. По О.Г. Сорохтину и С.А. Ушакову (1985) в первые 2,0 млрд. лет образовались не более 20% ядра. ПО С.С. Суну полное завершение формирования земного ядра, а следовательно, и окончательное образование земной мантии, произошло 3,8 млрд. лет назад. Можно предполагать, что, как и на Венере, первичная земная мантия представляла собой магматический океан и как на Луне, земная мантия после своего затвердевания подверглась метеоритной бомбардировке. Отметим, что в отличие от мантии Луны, по данным глубинных ксенолитов, мантия Земли имеет состав ультраосновных пород.