Этапы формирования земной коры

Образование Земли происходило из протопланетного вещества достаточно однородного по составу, представление о котором дают метеориты хондритовой группы (недифференцированные метеориты), состоящие из оливина, пироксена, никелистого железа, плагиоклаза и других минералов. На первом этапе после образования 4,5 млрд.лет назад Земля постепенно разогревалась, накапливая тепловую энергию, выделявшуюся в результате различных физических процессов и превращений: гравитационных (образования Земли, потенциальной дифференциации), сжатия планеты, замедления и колебаний скорости вращения, приливных деформаций и, в основном, распада радиоактивных элементов. На ранней стадии существования Земли практически все элементы были радиоактивными, преобладающая часть которых была короткоживущими. В недрах планеты происходила дифференциация вещества и на втором этапе жизни планеты 3,8-2,8 млрд.лет развилась одноячеистая конвекция, образовалось земное ядро. Образующиеся базальтовые плиты (земная кора) погружались в мантию и расплавлялись. Поэтому с этого этапа развития земной коры остались немногочисленные геологические свидетельства.

Третий этап жизни планеты наступил со времени границы протерозоя-архея, сформировался суперконтинент Моногея. С этого времени конвекционные процессы последовательно перестраивались от одноячеистой к двухячеистой. Геологическое развитие Земли подчинялось тектонике литосферных плит. Суперконтиненты последовательно сменяли друг друга с закономерной цикличностью: Моногея, Мегогея, Мезогея, Пангея, Гипергея. На начальном этапе тектоники плит существовал только спрединг плит и отсутствовала субдукция.

Скорость движения литосферных плит на начальном этапе была достаточно высокой, до 250 см/год. С увеличением мощности литосферы, остыванием Земли она непрерывно уменьшается и по данным современных измерений составляет до 5 см/год. Полагают, что она пропорциональна квадрату теплопотерь.

Последний, четвертый этап геологической жизни Земли начнется с прекращения движения плит, произойдет тектоническая смерть планеты.

Следует отметить временные границы определенных глобальных геологических процессов. Так 1 млрд. лет Земля была расплавленной. Еще примерно 1 млрд лет формировалась первичная жесткая базальтовая земная кора. Объем поступивших из глубин продуктов вулканических извержений равен массе земной коры мощностью 33 км. В дальнейшем породы земной коры начали окисляться, образуя гранитный слой, мощность коры увеличивалась. Окисление пород стало возможным в связи с поступлением в атмосферу кислорода. В земной коре происходили различные геологические процессы, возникали и исчезали депрессионные зоны, горные системы. Все это реконструируется по строению и структуре пород кристаллического основания геологических структур. Все осадочные породы, которые доступны изучению, имеют возраст не древнее 2,5-2,6 млрд. лет.

Установлено, что процессы развития земной коры носили циклический характер. Например: горообразовательные, регрессии и трансгрессии моря, развития жизни. Все это зафиксировано в определенном составе горных пород, отложений имеющих преимущественный состав в определенные геологические периоды (отложения углей, солей, известняков и т.д.).

Вышеприведенные опорные характеристики должны укладываться в схему развития земной коры, гидросферы и атмосферы.

Катархей. 3,8-4 млрд. лет назад происходило формирование застывающей магматической оболочки при температурах около 700 °С. Свидетельством этой фазы, являются породы алданского структурного этажа. Широко развиты вулканогенные толщи и отложения осадков в водной среде, структуры имеют овальный тип.

В архее 3,8-2,6 млрд. лет назад, земная кора охлаждается, консолидируется. По разломам поступают из глубины огромные массы базальтовой магмы, широко развиваются процессы разрушения первичной коры и излившихся пород и накопления продуктов разрушения в виде конгломератов, песчаников. Формируются протоплатформы и зеленокаменные пояса. Земная кора имеет мощность 10-15 км, характеризуется многочисленными разломами, по которым поступал мантийный материал. В это время возникла великая дайка Родезии протяженностью более 500 км и шириной 10-15 км.

В первой фазе протерозоя 2,6-1,8 млрд. лет назад, происходило формирование платформенно-геосинклинального этапа развития земной коры. Кора утолщалась. Широко развиты карбонатные, доломитовые, терригенные отложения, активизировались окислительно-восстановительные процессы. Земная кора стала приобретать двухслойное строение, так как у подошвы коры широко развились процессы гидратации вещества, амфиболитизация и серпенитизация ультрабазитов. В прогибах накапливалась осадочно-вулканогенная толща. Шла активная гранитизация земной коры. Этот этап получил название карельской гранитизации, что привело к возникновению мощной достаточно однородной широко распространенной гранитной оболочки. До времени 2 млрд. лет назад преобладал ультраосновной вулканизм, после этого – щелочной.

Вторая фаза протерозоя (рифей) 1,8-0,3 млрд. лет назад, характеризуется накоплением осадочной толщи и утолщением земной коры, закладываются и развиваются геосинклинальные пояса. Тектоника земной коры приобретает черты современной геотектоники, структурный план которой мы наблюдаем в нынешнюю геологическую эпоху.

В девонское время на платформах развивались синеклизы, обширные по площади, глубиной до 5 км с пологим погружением к центру (Московская) и корытообразные глубокие до 20 км впадины (Прикаспийская), геосинклинально-складчатые пояса (Крым, Кавказ). Пригибание геосинклиналей является следствием растяжения коры под действием конвекционных процессов. Геосинклинальные прогибы характеризуются отрицательными аномалиями силы тяжести. Геосинклинальные пояса характеризуются огромной линейной протяженностью - десятки тысяч километров, при относительно незначительной ширине - сотни километров. По простиранию геосинклинальный пояс представляет серию отдельных впадин, разделенных поднятиями. Все эти структуры сопровождают глубинные разломы огромной протяженности.

В мезозое и кайнозое продолжают развиваться геосинклинальные пояса, образуются новые глубоководные океаны. Существует два мнения о природе океанов. Первое – древняя материковая кора погрузилась и находится под базальтовыми покровами и осадками. Вторая – земная кора океанов молодая и образована в результате раскола и раздвижения осколков древнего единого материка. И та, и другая гипотеза обладают набором своих "неопровержимых" фактов, таких, как мировая система срединно-океанических хребтов, возраст осадочной толщи, молодость океанов, зафиксированное горизонтальное движение континентов, обнаружение гранитов, гранулитов, гранито-гнейсов и даже песчаников и других пород континентального генезиса в пределах морского дна всех океанов.

Приведем некоторые примеры развития земной коры. До образования Прикаспийской впадины это была часть Восточно-Европейской платформы с гранитизированным фундаментом. Во впадине накопилось 20 км осадков, фундамент опустился, сейсмические скорости волн в нем не меньше 6,8 км/с, что соответствует скоростям базальтового слоя. Мощность земной коры Восточно-Европейской платформы составляет 42-45 км. Накопившиеся осадки в Прикаспийской впадине мощностью до 20 км лежат на кристаллическом фундаменте мощностью 10-17 км. Из приведенных данных следует, что мощность кристаллического фундамента сократилась в 2 раза. Сокращение мощности фундамента происходило синхронно с накоплением осадочного слоя. Граница Мохоровичича поднималась вверх по мере опускания слоя кристаллического фундамента. Так развивались все крупные структуры платформы. Разделение земной коры на гранитный и базальтовый слои повсеместно не подтверждается. Наблюдается постепенное, плавное изменение состава земной коры и переход от гранитной к базальтовой среде.

В земной коре наблюдаются процессы превращения континентальной коры в океаническую. Очень тонка кора Венгерского массива, происходит океанизация коры Мексиканского залива, Черного, Каспийского, окраинных морей. Океанизация континентальной коры происходит или в результате значительного выделения тепловой энергии (окраинные моря), или при быстром развитии депрессионной зоны, значительном накоплении осадочной толщи, погружении гранитного слоя и его деградацией в базальтовый (Мексиканский залив). В пределах континентов имеются зоны развития океанической коры, которая осталась при стабилизации континентальных структур и где еще не возник гранитный горизонт (Черное, Каспийское море, северо-восточная часть Западно-Сибирской плиты).

Указанные процессы зависят от расположения пород по отношению к изотермической поверхности критического состояния водных растворов. Находящиеся выше этой поверхности породы становятся породами земной коры, ниже - породами мантии. Давление воды в системе процессов земной коры играет существенную роль, отодвигая вглубь критическую изотермическую поверхность в горных районах и поднимая ее в равнинных и океанических областях.

Особенностью континентальной земной коры является её меньший удельный вес, чем океанической. В связи с этим при столкновении плит океаническая кора погружается под континентальную, поднимая на континентах горные цепи или создавая цепочки островов с континентальной корой за которыми находятся окраинные моря.

Граница Мохоровичича отмечается повсеместно геофизическими полями, граничной скоростью сейсмических волн 8,4 км/с. Выше границы Мохоровичича на 8-12 км также отмечается граница (Конрада). Она более четко проявляется под платформами и менее четко в областях океанизации и под горными хребтами. По результатам бурения Кольской сверхглубокой скважины не найдена граница Конрада. С глубиной идет постепенное изменение минералогического состава горных пород от гранитных к базальтовым. Граница раздела здесь идентифицируется с горизонтальной границей срыва горных пород, смещения в результате горизонтальных тектонических движений.