Постмагматические процессы

В результате взаимодействия таких «летучих» компонентов, как H₂O, HF, HCl с веществом горных пород, в которые они проникают, образуются новые минералы – флюорит, топаз, турмалин, и другие.

К огда температура опускается ниже 375ºС, вода, играющая ведущую роль в составе постмагматических флюидов, переходит в жидкую фазу и начинает циркулировать в виде горячих растворов, самые горячие растворы обычно являются наиболее минерализованными. По мере снижения температуры избыток растворённых веществ выделяется в кристаллической форме. Образуются разнообразные минералы гидротермального происхождения, которые заполняют любые возможные пустоты в горных породах или замещают минеральное вещество, слагавшее их ранее. Так как гидротермальные растворы проникают в окружающие горные породы преимущественно по трещинам, продукты гидротермальной деятельности отлагаются обычно в форме жил или прожилков.

Растворы, отделяющиеся от магматических расплавов, нередко содержат серу и ряд металлов (Cu, Pb, Zn, Hg и др.). Поэтому среди минералов, образующихся гидротермальным путём, широким распространением пользуются сульфиды этих металлов. К числу характерных продуктов гидротермальной деятельности относятся кварц, карбонаты и многие другие минералы. Некоторые химические элементы (в частности, золото) осаждаются из гидротермальных растворов в самородной форме.

Метаморфизмом называется процесс перекристаллизации горных пород в твёрдом состоянии, протекающий в недрах Земли под действием повышенных температур и давлений. Воздействующие на вещество исходных пород температура и/или давление являются факторами метаморфизма. Основной причиной перекристаллизации при изменении термодинамических параметров среды является различная устойчивость минералов в тех или иных условиях. Для каждого минерального вида имеется свой диапазон устойчивости как по температурам, так и по давлениям. При выходе за соответствующие рамки минералы разрушаются, а из входивших в них химических элементов кристаллизуются другие минеральные вещества. Важнейшим условием, является наличие в горных породах воды - среды, в которой протекают химические реакции. Поэтому проявления метаморфизма обычно приурочены к зонам, оказавшимся более проницаемым для проникновения термальных вод.

Географическое распределение вулканов. Распределение областей активного вулканизма подчиняется тектоническим закономерностям. Подавляющее большинство вулканов приурочено к местам, где происходит взаимодействие литосферных плит. Эти области представляют собой узкие и протяжённые зоны, и распределение вулканов носит поясной характер. Крупнейшей из этих зон является так называемое Тихоокеанское «огненное кольцо», окаймляющее крупнейший океан нашей планеты вдоль его границ с окружающими континентами (Австралией, Азией, Северной и Южной Америками и Антарктидой). Вторая – Средиземноморско-Азиатская – зона протягивается от бассейна Средиземного моря через южную Азию к Индонезийскому архипелагу.

Зоной постоянно высокой вулканической активности являются осевые части срединно-океанических хребтов всех океанов мира. Здесь извержения носят в основном подводный характер (одним из редчайших исключений является остров Исландия в Атлантическом океане).

Общие сведения о тектоническом строении и развитии материков

Геологическое строение континентов резко неоднородно в различных их частях. В одних областях породы самого верхнего (осадочного) слоя земной коры залегают почти или совсем горизонтально, а в других они смяты в разнообразные, в том числе очень сложные складки, разбиты многочисленными разломами. К первым обычно приурочены равнины и плоскогорья, для вторых характерен горный рельеф. Первые были названы платформами, вторые – складчатыми областями, которые сложены мощными толщами осадочных и вулканогенных образований морского происхождения.

Формирование складчатой области начинается в океанических условиях на коре океанического типа, и лишь затем, в результате сложного многостадийного процесса на её территории формируется континентальная кора и она становится частью континента.

Платформы отличаются от складчатых областей не только залеганием пород в верхних частях их разреза, но и глубинным строением, в котором выделяются два структурных этажа. Верхний этаж – чехол – образован горизонтально или полого залегающими осадочными породами (редко с участием вулканических). Нижний – фундамент – породами, находящимися в складчатом залегании, обычно метаморфизованными. Из этого можно сделать вывод, что платформы образовались на месте бывших складчатых областей.

Часть платформы может остаться не перекрытой осадочным чехлом, или же он оказывается размыт в более поздние эпохи. Такие участки платформ, где фундамент непосредственно выходит на поверхность, называются щитами.

Как складчатые области, так и платформы могут подвергаться повторной тектонической активизации. Так как мощная и жесткая континентальная кора уже не способна подвергаться значительным пластическим деформациям, то обычно такая активизация выражается в глыбовых поднятиях отдельных территорий по системам субвертикальных разломов. В результате формируются активизированные или «возрожденные» глыбовые горы – такие, как современные горные системы Центральной Азии.

Систематическое изучение земной коры различных частей континентов позволило установить периодическую повторяемость комплекса тектонических процессов. Наиболее полно изучена периодичность проявления процессов складчатости в фанерозое, где выделяются следующие эпохи складчатости: байкальская (завершение к концу протерозоя – началу фанерозоя), каледонская (конец силура – начало девона), герцинская (конец палеозоя), мезозойская или киммерийская (конец мезозоя) и альпийская (кайнозой, остается незавершенной).

Общие сведения о тектоническом строении дна Мирового океана

Крупнейшей геологической структурой в пределах океана является мировая система срединно-океанических хребтов. Это крупные протяженные поднятия, шириной 800-2000 км и возвышающиеся над дном окружающих океанических котловин на 3,5-4 км. В большинстве океанов они действительно занимают серединное положение, на равных расстояниях между противолежащими континентами, и лишь в Тихом океане такой хребет расположен значительно ближе к берегам одного из материков – Южной Америки. Вдоль осей срединно-океанических хребтов развиты рифтовые долины – глубокие ущелья, ограниченные крутыми подводными уступами. Там, где эти хребты подходят к континентам, рифтовые структуры продолжаются на материках. Для срединно-океанических хребтов характерна высокая сейсмическая активность и интенсивный базальтовый вулканизм, который сопровождается выходом из глубин земной коры на дно океана многочисленных высокоминерализованных горячих источников, обогащающих осадки осевой зоны хребтов различными металлами.

По обе стороны от срединных хребтов располагаются океанические котловины – относительно глубокие (порядка 4-5 км ниже уровня океана) участки океанического ложа с преимущественно равнинным рельефом, осложняемым отдельными поднятиями вулканического происхождения.

Гипотеза дрейфа материков была изложена в 1912 г. немецким геофизиком Альфредом Вегенером в книге «Происхождение материков и океанов». Главным ее отличием от всех выдвигавшихся ранее явилось смелое новаторское предположение, что различные блоки земной коры не занимают извечно одно и то же неизменное положение, а могут перемещаться по поверхности Земли относительно друг друга. Отправной точкой гипотезы явилось замечавшееся многими и ранее удивительное совпадение контуров береговых линий континентов, находящихся на противоположных берегах Атлантического и Индийского океанов. Такое совпадение легко объяснить, предположив, что это осколки единого некогда материка, разошедшиеся в разные стороны. Этот гипотетический континент А. Вегенер назвал «Пангея», что означает «целостная земля».

Но кроме сходства очертаний, А. Вегенер привел в доказательство существования Пангеи и другие данные: совпадение геологических разрезов и геологических структур на берегах ныне разобщенных континентов, общность животного и растительного мира этих материков в прошлые геологические эпохи.

Гипотеза дрейфа материков по-новому объясняла и происхождение складчатых областей. Перед фронтом движущегося материка породы верхних слоев земной коры деформируются, сминаются в складки; отдельные блоки смещаются относительно друг друга по разломам, воздымаются и образуют горные сооружения. Это хорошо объясняет появления горных систем вдоль западного побережья Америки и Альпийско-Гималайского пояса между южными материками и Евразией.

Современная концепция, объясняющая основные закономерности тектонических процессов в глобальном (планетарном) масштабе создана в 60-70-е гг. ХХ в. Одним из основных ее положений является разделение литосферы Земли на относительно жесткие блоки (плиты), находящиеся в непрерывном движении друг относительно друга. Поэтому эта концепция еще называется тектоникой литосферных плит.

Содержащиеся в горных породах частицы магнитных минералов сохраняют намагниченность, направление которой соответствует ориентировке магнитного поля Земли, существовавшего при образовании породы. Измеряя эту намагниченность, можно восстановить, как были ориентированы силовые линии магнитного поля Земли в любой точке земной поверхности в различные геологические эпохи.

Сделав большое количество определений остаточной намагниченности по горным породам различного возраста. И установили, что материки двигались относительно друг друга и, видимо, относительно полюсов тоже. Так было получено первое подтверждение движения континентов совершенно новым независимым методом. Позднее таким путем были определены траектории относительного движения на протяжении мезозоя и кайнозоя всех континентов, и картина в основных чертах совпала с гипотетической вегенеровской реконструкцией распада Пангеи.

При палеомагнитных исследованиях был обнаружен еще один интересный факт: время от времени магнитные полюса Земли меняются местами. Северный полюс оказывается южным и наоборот. В истории Земли были выделены эпохи прямой (соответствующей современной) и обратной намагниченности, также фиксируемые остаточной намагниченностью горных пород соответствующего возраста.

Зная, как в истории Земли происходило чередование эпох прямой и обратной полярности, можно на основе этой модели вычислить время образования каждого участка базальтового слоя океанической коры.

В верхней части мантии был выделен слой, сложенный разуплотненными, высоко пластичными, частично расплавленными горными породами (астеносфера). Астеносфера залегает значительно глубже границы земной коры и мантии. Под океанами – в интервале глубин 50-400 км, под континентами – 100-250 км. Расположенный выше астеносферы жесткий слой, включающий вышележащую часть мантии и всю земную кору, получил название литосферы. Следует ещё раз подчеркнуть, что, таким образом, понятия «литосфера» и «земная кора» не синонимы (как иногда ошибочно утверждают): первое из этих понятий шире. Из сопоставления механических свойств ясно, что блоки жесткой литосферы способны перемещаться по поверхности пластичной астеносферы.

Такие движущиеся относительно друг друга крупные фрагменты литосферы получили название литосферных плит. Границы их определены по данным сейсмологии: именно к этим зонам приурочено подавляющее большинство землетрясений.