Древняя континентальная кора могла образоваться в результате метеоритной бомбардировки

В местах падения на поверхность Земли астероидов и крупных метеоритов образуются ударные кратеры, а энергия, выделяющаяся при таких событиях, настолько велика, что породы внутри кратера плавятся, заполняя его магматическим расплавом. При остывании этого расплава происходит расслоение (дифференциация) по плотности и составу, а после кристаллизации возникают крупные расслоенные интрузии (магматические тела), строение которых весьма напоминает строение континентальной земной коры. Исследование ударного кратера Садбери (Канада) показало, что в доархейское время, когда Земля подвергалась массированной метеоритной бомбардировке и практически вся ее поверхность была покрыта расплавом, именно по такой схеме могло происходить становление континентальной земной коры и зарождение материков.

Снаружи Земля покрыта твердой оболочкой — земной корой, которая не является монолитной, а разбита на плиты, неоднородные по своему строению и составу. Два главных типа плит — континентальные и океанические — различаются составом коры (соответственно, континентальной и океанической), мощностью (толщиной) и возрастом.

В центральных частях океанов (в зонах срединно-океанических хребтов) плиты раздвигаются, снизу поступает мантийный материал, который формирует океаническую кору, состоящую главным образом из базальтов, поверх которых отлагается слой осадков. Таким образом, океаническая кора имеет двуслойное строение.

Континентальная кора имеет трехслойное строение: осадочный слой сверху, затем располагается «гранитный» слой, состоящий главным образом из гранитов и гнейсов, а внизу — условно названный «базальтовым» нижний слой коры, идентифицируемый только на основе геофизических данных (даже самые глубокие скважины так и не достигли верхней границы «базальтового» слоя). Континентальная кора более мощная (толщиной до 75 км, в среднем — 35–45 км) и более древняя, чем океаническая. Первые блоки континентальной коры (кратоны) возникли на Земле еще в архее, 2,4–4,0 млрд лет назад. Кратоны составляют «ядра» всех континентов. Согласно теории тектоники плит, вокруг этих «ядер» непрерывно идет наращивание континентальных окраин за счет переплавления погружающейся в зонах субдукции океанической коры вместе с осадочным слоем. Но как образовались сами архейские кратоны, если первые достоверные признаки движения литосферных плит фиксируются лишь начиная с позднего протерозоя (1 млрд лет назад)?

Вероятно, процессы движения земной коры в архее сильно отличались от современных в силу того, что литосфера была еще сильно разогрета и часть пород земной коры находилась в расплавленном состоянии. Этот первичный расплав был исключительно базальтового состава. И именно тогда в этой полурасплавленной коре каким-то образом происходили процессы дифференциации (расслоения) первичного корового вещества, приведшие к образованию стратифицированной континентальной коры, верхние горизонты которой образовали более легкие и кислые по составу граниты, а нижние — более плотные и тяжелые породы основного состава.

В качестве одного из процессов, который мог бы привести к дифференциации вещества земной коры (разделению ее на слои) в архейское время, был предложен механизм гравитационного перемешивания (D. Wiemer et al., 2018. Earth’s oldest stable crust in the Pilbara Craton formed by cyclic gravitational overturns). Однако для того, чтобы огромные массы расположенного близко к поверхности и уже начинающего остывать базальта прошли все этапы дифференциации с образованием гранитов, требуется интенсивный источник тепла и энергии. В раннеархейское и доархейское (катархейское) время такими источниками вполне могли быть мощные импактные события — падения на Землю астероидов и крупных метеоритов в период поздней тяжелой бомбардировки (4,1–3,8 млрд лет назад). Учитывая тот факт, что падение астероида размером 50 км может вызвать появление гигантского озера магмы, простирающегося на сотни километров, интенсивная бомбардировка могла привести к появлению крупных областей расплавленных пород площадью тысячи квадратных километров при толщине расплавов в десятки километров.

Международная группа ученых во главе с Раисом Латыповым (Rais Latypov) из Витватерсрандского университета в ЮАР, изучая ударный кратер Садбери в Канаде, нашла серьезные подтверждения гипотезы о том, что метеоритная бомбардировка действительно могла быть причиной первичной дифференциации вещества внешней оболочки Земли и образования земной коры континентального типа.

При падении астероида диаметром 10–15 км, которое произошло 1,85 млрд лет назад, в кратере Садбери возник слой магматического расплава, нагретого до 1700–2000°C, а затем сформировалась расслоенная магматическая структура (магматический комплекс Садбери — Sudbury Igneous Complex) вытянутой овальной формы (62 км по длинной оси и 30 км — по короткой, рис. 2). Такая форма комплекса, по мнению авторов обсуждаемой статьи, связана с тем, что столкновение астероида с поверхностью Земли произошло по касательной. Позднее, в эпоху гренвильской складчатости (1090–930 млн лет назад), эта область подверглась сжимающим силам, действовавшим с юго-востока, что еще сильнее вытянуло кратер. Расслоенное магматическое тело прослеживается на глубину до 15 км. Это третий по величине ударный кратер на Земле и самая хорошо сохранившаяся расслоенная интрузия импактного происхождения. Магматический комплекс Садбери состоит из слоев таких изверженных пород, как габбро, нориты и гранофиры. Очевидно, что разделение слоев произошло в результате магматической дифференциации, при которой из первично однородной магмы образовались породы различного состава, однако каков был механизм этой дифференциации, до сих пор не было известно.

В отличие от других крупных расслоенных интрузивных комплексов импактного происхождения (Стиллуотер (Stillwater) в США, Бушвельд в ЮАР и других), верхние части которых уничтожены эрозией, в комплексе Садбери частично сохранились породы кровли — верхнего слоя магматических пород комплекса. Авторы обнаружили, что фрагменты кровли сложены теми же самыми породами, которые залегают в основании комплекса — высокотемпературными меланократовыми норитами, которые авторы назвали меланоритами. Эти породы резко отличаются от представленных в нижней части комплекса Садбери фельзических (felsic) норитов как петрографически (доля ортопироксена в них составляет 23–35% по сравнению с 6–9% в фельзических норитах), так и геохимически (содержание MgO в них составляет 8–9% по сравнению с 4–6% в фельзических норитах).

Фрагменты тел тех же самых меланоритов размером от 10 до 100 м авторы обнаружили в виде обломков, распределенных по всей толще пород интрузивного комплекса Садбери. Это стало возможным благодаря детальному петрографическому и геохимическому картированию комплекса (так как внешне меланориты практически неотличимы от вмещающих пород). По трем геохимическим профилям (траверсам), отмеченным на рис. 2, было отобрано более 600 образцов, что впервые позволило задокументировать тела меланоритов на разных стратиграфических уровнях интрузивного тела.

Авторы интерпретируют картину образования магматического комплекса Садбери следующим образом (рис. 3). После удара астероида в кратере образовался очаг магмы однородного гранодиоритового состава, перекрытый сверху слоем обломочных отложений, выброшенных из кратера при ударе. По мере застывания магмы происходила ее дифференциация — расслоение за счет фракционной кристаллизации. Доказательством того, что застывание (кристаллизация) происходила одновременно в двух направлениях (снизу вверх и сверху вниз), служит тот факт, что самые высокотемпературные породы, кристаллизовавшиеся из расплава первыми, — меланориты — встречаются как в кровле магматического массива, так и в его основании. Так как в центральной части массива некоторое время продолжалось конвекционное перемешивание магматического расплава, застывшая кровля массива периодически разрушалась, и ее обломки, более плотные по сравнению с расплавом, погружались вниз, фиксируясь в породах внутренних частей массива по мере их кристаллизации.

Таким образом, впервые обнаруженные в породах магматического комплекса фрагменты меланоритов, заключенные в породах более кислого состава, позволили воссоздать всю картину последовательной кристаллизации расслоенного комплекса Садбери, а детальное изучение строения комплекса — доказать, что мощные импактные события действительно могли приводить к переплавлению древней базальтовой коры с образованием расслоенных комплексов пород различного состава, в том числе — кислых пород богатых кремнеземом («гранитного» слоя), которые локализовались в верхней части новообразованной коры континентального типа.

Несмотря на то что образование магматического комплекса Садбери произошло 1,85 млрд лет назад (в палеопротерозойской эре), то есть значительно позже периода поздней тяжелой бомбардировки, авторы считают, что характер импактных событий и последующих процессов магматической дифференциации в архее и катархее вряд ли сильно отличался, и полученные результаты вполне можно распространять на все предшествующие периоды.

Источник: Rais Latypov, Sofya Chistyakova, Richard Grieve, Hannu Huhma. Evidence for igneous differentiation in Sudbury Igneous Complex and impact-driven evolution of terrestrial planet proto-crusts // Nature Communications. 2019. V. 10. Article number 508. DOI: 10.1038/s41467-019-08467-9

Владислав Стрекопытов

«Происхождение структур земной коры» / Земля

Континентальная кора от океанической отличается в целом высоким положением дневной поверхности и редко опускается ниже уровня моря. Обычно она располагается выше этого уровня в среднем до 840 м, хотя отдельные горные вершины превышают 8 500 м. Напротив, подошва земной коры — граница М опущена тем глубже, чем выше поднята земная поверхность. Общая мощность коры изменяется от 25–30 до 70–75 км.

Уже давно на основании геологосъёмочных и буровых работ было принято считать, что земная кора континентов состоит из двух резко различных структурных элементов: верхнего прерывистого, слабоуплотнённого и почти недислоцированного, сравнительно маломощного осадочного слоя и нижнего очень мощного, консолидированного комплекса, сложенного плотными, в той или иной степени метаморфизованными и, как правило, сильно дислоцированными породами.

Более поздними геофизическими, в основном сейсмологическими исследованиями было установлено, что консолидированный комплекс также является макрослоистым. Мысль об этом впервые была высказана американским геологом Р. Дели ещё в начале нашего века. Исходя из геологических и петрографических данных он выделил в составе консолидированной коры верхний слой, богатый породами гранитоидного ряда, и нижний слой, который, по его мнению, мог быть источником базальтовой магмы. В 1923 г. австрийский геофизик В. Конрад, исследуя распространение сейсмических волн, обнаружил в консолидированной коре протяжённую и довольно резкую границу, делящую кору на два почти равных по толщине слоя, отличающиеся один от другого физическими свойствами. В дальнейшем эта граница получила название «поверхность Конрада». В 1926 г. английский геофизик X. Джеффрис интерпретировал сейсмическую границу Конрада как границу между слоями, верхний из которых является преимущественно гранитным, нижний — базальтовым. Значительно позднее стало известно, что такая геологическая интерпретация была в принципе неправильной, что слои имеют иной вещественный состав. Однако названия «гранитный» и «базальтовый» слои, предложенные X. Джеффрисом, сохранились и сейчас широко применяются при геофизических работах как в нашей стране, так и за рубежом.

Наиболее распространённой моделью континентальной земной коры в настоящее время является трёхслойная. В составе коры выделяют верхний прерывистый осадочный слой со скоростями продольных волн 2. 5–4.5 км/с и плотностями 2.0–2.5 г/см3; средний «гранитный» слой (или верхняя консолидированная кора) со скоростями в верхних горизонтах 5.5–6.0, в нижних — 5.9–6.4км/с и плотностями 2.5–2.8 к/см3; нижний «базальтовый» слой (или нижняя консолидированная кора) со скоростями в верхних горизонтах 6.6–7.2, в нижних — 7.5–7.8 км/с и с плотностями, изменяющимися от 2.8 до 3.0 г/см3. «Гранитный» и «базальтовый» слои в отличие от осадочного в пределах континентов развиты повсеместно и характеризуются большой мощностью: от 10–15 до 30–35 км. Осадочный слой отделяется от «гранитного» практически всегда, кроме очень глубоких (более 10–12 км) впадин, довольно резкой сейсмической границей, соответствующей поверхности регионального стратиграфического и структурного несогласия. «Базальтовый» слой от мантии отделяется столь же резкой границей М, о природе которой уже было сказано в предыдущей главе. Раздел Конрада, как позднее выяснилось, имеет в целом очень слабую выраженность. В одних районах он исчезает вообще и между верхней и нижней корой наблюдаются постепенные взаимопереходы, в других — замещается двумя-тремя сближенными поверхностями неясного генезиса.

Континентальная кора характеризуется заметно выраженной изменчивостью как общей её морфологии с изменением мощности от 25 до 75 км, так и морфоструктуры каждого из трёх её слоев. По этим особенностям континентальная кора подразделяется на подтипы, которые являются её основными структурными единицами. Поскольку все подтипы обладают своими индивидуальными тектоническими режимами, то они являются не только структурными единицами, но также и современными режимно-тектоническими зонами континентов. Подробнее об этом будет сказано ниже.

Океаническая и континентальная коры распространены на Земле неравномерно: океаническая занимает примерно 70 % общей площади земной коры, континентальная — только 30 % (табл. 1). При этом кора океанического типа образует морфологически довольно сложное, но единое сплошное, слитное планетарное тело, все части которого имеют между собой широкие взаимопереходы. Кора континентального типа, напротив, представлена многими большими и малыми территориально обособленными блоками, вкрапленными в океаническое тело (рис.  3). Эти континентальные блоки по своим размерам подразделяются на две морфологические подгруппы. Одни имеют поперечники от 3 до 7 тыс. км, это континенты Земли; другие, с поперечниками не более 1 тыс. км, относятся к микроконтинентам (по Б. Хизену, М. Тарку). К их числу принадлежат, например, Гренландия, Мадагаскар, Шри-Ланка, Сейшельский блок, Новая Зеландия совместно с их шельфами. К категории микроконтинентов следует, по-видимому, относить также энсиалические островные дуги, в пределах которых земная кора или ещё не утратила, или, наоборот, уже приобрела континентальный облик, например Сахалин, Хонсю, Хоккайдо, Новая Гвинея.

Рисунок 3. Основные тектонические структуры земной коры.
1–3 — континенты и микроконтиненты. 1 — суша, 2 — материковый шельф, 3 — области молодого геосинклинального орогенеза; 4 — краевые разломы, разделяющие области развития коры континентального и океанического типов; 5–10 — области распространения океанической коры; 5 — срединноокеаническне хребты, 6 — их осевые зоны и некоторые трансформные разломы, 7 — крупные острова энсиалических дуг, 8 — энсиматические островные дуги, 9 — глубоководные желоба, 10 — талассоплатформы.

Океанические и континентальные блоки земной коры являются разновозрастными геологическими образованиями.

Земная кора

ЗЕМНАЯ КОРА (а. earth crust; н. Erdkruste; ф. croute terrestre; и. соrteza terrestre) — верхняя твёрдая оболочка Земли, ограниченная снизу Мохоровичича поверхностью. Термин «земная кора» появился в 18 в. в работах М. В. Ломоносова и в 19 в. в трудах английский учёного Ч. Лайеля; с развитием контракционной гипотезы в 19 в. получил определенный смысл, вытекающий из идеи охлаждения Земли до тех пор, пока не образовалась кора (американский геолог Дж. Дана). В основе современных представлений о структуре, составе и других характеристиках Земной коры лежат геофизические данные о скорости распространения упругих волн (в основном продольных, V_p), которые на границе Мохоровичича скачкообразно возрастают с 7,5-7,8 до 8,1-8,2 км/с. Природа нижней границы Земной коры, по-видимому, обусловлена изменением химического состава пород (габбро — перидотит) либо фазовыми переходами (в системе габбро — эклогит).

В целом для Земной коры характерна вертикальная и горизонтальная неоднородность (анизотропия), которая отражает различный характер её эволюции в разных частях планеты, а также её существенную переработку в процессе последнего этапа развития (40-30 млн. лет), когда были сформированы основные черты современного лика Земли. Значительная часть Земной коры находится в состоянии изостатического равновесия (см. Изостазия), которое в случае нарушения достаточно быстро (104 лет) восстанавливается благодаря наличию Астеносферы. Выделяют два главных типа Земной коры: континентальную и океаническую, различающихся по составу, строению, мощности и другим характеристикам (рис. ). Мощность континентальной коры в зависимости от тектонических условий меняется в среднем от 25-45 км (на платформах) до 45-75 км (в областях горообразования), однако и в пределах каждой геоструктурной области она не остаётся строго постоянной.

В континентальной коре различают осадочный (V_p до 4,5 км/с), «гранитный» (V_p 5,1-6,4 км/с) и «базальтовый» (V_p 6,1-7,4 км/с) слои. Мощность осадочного слоя достигает 20 км, распространён он не повсеместно. Названия «гранитного» и «базальтового» слоев условны и исторически связаны с выделением разделяющей их границы Конрада (V_p 6,2 км/с), хотя последующие исследования (в том числе сверхглубокое бурение) показали некоторую сомнительность этой границы (а по некоторым данным её отсутствие). Оба эти слоя поэтому иногда объединяют в понятие консолидированной коры. Изучение выходов «гранитного» слоя в пределах щитов показало, что в него входят породы не только собственно гранитного состава, но и разнообразные гнейсы и другие метаморфические образования. Поэтому данный слой часто называют также гранитно-метаморфическим или гранитно-гнейсовым; его средняя плотность 2,6-2,7 т/м³. Прямое изучение «базальтового» слоя на континентах невозможно, и значениям скоростей сейсмических волн, по которым он выделен, могут удовлетворять как магматические породы основного состава (базиты), так и породы, испытавшие высокую степень метаморфизма (гранулиты, отсюда название гранулит-базитовый слой). Средняя плотность базальтового слоя колеблется от 2,7 до 3,0 т/м³.

Основные отличия океанической коры от континентальной — отсутствие «гранитного» слоя, существенно меньшая мощность (2-10 км), более молодой возраст (юра, мел, кайнозой), большая латеральная однородность. Океаническая кора состоит из трёх слоев. Первый слой, или осадочный, характеризуется широким диапазоном скоростей (V от 1,6 до 5,4 км/с) и мощностью до 2 км. Второй слой, или акустический фундамент, имеет в среднем мощность 1,2-1,8 км и Vp 5,1-5,5 км/с. Детальные исследования позволили разделить его на три горизонта (2А, 2В и 2С), причём наибольшей изменчивостью обладает горизонт 2А (V_p 3,33-4,12 км/с). Глубоководным бурением установлено, что горизонт 2А сложен сильнотрещиноватыми и брекчированными базальтами, которые с увеличением возраста океанической коры становятся более консолидированными. Мощность горизонта 2В (V_p 4,9-5,2 км/с) и 2С (V_p 5,9-6,3 км/с) не постоянна в разных океанах. Третий слой океанической коры имеет достаточно близкие значения V_p и мощности, что указывает на его однородность. Однако в его строении также отмечаются вариации как по значениям скорости (6,5-7,7 км/с), так и мощности (от 2 до 5 км). Большинство исследователей считают, что третий слой океанической коры сложен породами в основном габброидного состава, а вариации скоростей в нём обусловлены степенью метаморфизма.

Кроме двух главных типов Земной коры, выделяют подтипы на основе соотношения толщины отдельных слоев и суммарной мощности (например, кора переходного типа — субконтинентальная в островных дугах и субокеанская на континентальных окраинах и т.д.). Земную кору нельзя отождествлять с литосферой, устанавливаемой на основе реологии, свойств вещества.

Возраст древнейших пород Земной коры достигает 4,0-4,1 млрд. лет. Вопрос о том, каков был состав первичной Земной коры и как она формировалась в течение первых сотен млн. лет, не ясен. В течение первых 2 млрд. лет, по-видимому, сформировалось около 50% (по некоторым оценкам, 70-80%) всей современной континентальной коры, следующие 2 млрд. лет — 40%, и лишь около 10% приходится на последние 500 млн. лет, т.е. на фанерозой. По вопросам формирования Земной коры в архее и раннем протерозое и характере её движений среди исследователей нет единого мнения. Одни учёные считают, что формирование Земной коры происходило при отсутствии крупномасштабных горизонтальных перемещений, когда развитие рифтогенных зеленокаменных поясов сочеталось с образованием гранитно-гнейсовых куполов, послуживших ядрами роста древнейшей континентальной коры. Другие учёные считают, что начиная с архея действовала эмбриональная форма тектоники плит, а гранитоиды формировались над зонами Субдукции, хотя ещё не было крупных горизонтальных перемещений континентальной коры. Переломный момент в развитии Земной коры наступает в позднем докембрии, когда в условиях существования крупных плит уже зрелой континентальной коры стали возможны крупномасштабные горизонтальные перемещения, сопровождаемые субдукцией и обдукцией новообразованной литосферы. С этого времени образование и развитие Земной коры происходит в геодинамической обстановке, обусловленной механизмом тектоники плит.

Реологическая модель строения земной коры (модель третьего поколения) | Иванов

1. Аки К. (1985) Механизмы орогении. Орогенез. М.: Мир, 209-253.

2. Артемьев М.Е., Артюшков Е.В. (1968) О происхождении рифтовых впадин. Изв. АН СССР, сер. геол., (4), 58-73.

3. Артюшков Е.В. (1979) Геодинамика. М.: Наука, 327 с.

4. Булин Н.К. (1974) Об одной сейсмической границе в консолидированной земной коре Евразии. Изв. АН СССР, сер. геол., (8), 5-25.

5. Булин Н.К. (1983.) Сейсмические модели литосферы. Глубинное строение литосферы. Л.: Недра, 75-90.

6. Ваньян Л.Л., Хийндман Р.Д. (1996) О природе электропроводности консолидированной коры. Физика Земли, (4), 5-11.

7. Взаимодействие флюид-порода при метаморфизме. (1989) М.: Мир, 249 с.

8. Добрецов Н.Л. (1981) Глобальные петрологические процессы. М.: Недра, 236 с.

9. Добрецов Н.Л., Ревердатто В.В., Соболев В.С., Соболев Н.В., Хлестов В.В. (1970) Фации метаморфизма. М.: Недра, 432 с.

10. Ежов Ю.Ф., Лысенин Г.П. (1986) Вертикальная гидродинамическая зональность земной коры. Сов. геология, (8), 111-120.

11. Иванов К.С. (2011) Генезис хром-платинового оруденения Уральского (Нижнетагильского) типа. Докл. АН, 441(2), 224-226.

12. Иванов С.Н. (1966) Особенности гидротермального рудообразования под сушей и морем. Докл. АН, 169(1), 177-180.

13. Иванов С.Н. (1969) Особенности образования рудных месторождений, связанных с гидротермами. Труды II Уральского петрографич. совещ., 1, 60-86.

14. Иванов С.Н. (1970а) О причинах образования гидротермальных рудных месторождений. Закономерности размещения полезных ископаемых. М.: Наука, IX, 20-47.

15. Иванов С.Н. (1970б) Предельная глубина открытых трещин и гидродинамическая зональность земной коры. Ежегодник-1969. Свердловск: Тр. ИГГ УФАН СССР, 212-233.

16. Иванов С.Н. (1978) Метаморфизм разрыва плит. Докл. АН СССР, 238(4), 908-912.

17. Иванов С.Н. (1990а) Зоны пластических и хрупких деформаций в вертикальном разрезе литосферы. Геотектоника, (2), 3-14.

18. Иванов С.Н. (1990б) Отделитель (о природе и значении геофизической границы К1). Докл. АН СССР, 311(2), 428-431.

19. Иванов С.Н. (1994) Вероятная природа главных сейсмических границ в земной коре континентов. Геотектоника, (3), 3-11.

20. Иванов С.Н. (1998) О реологических моделях земной коры: критическое рассмотрение. Екатеринбург: УрО РАН, 1998, 40 с.

21. Иванов С.Н. (2001) Тектонические условия проявления верхней сейсмической границы К1 и ее значение. Ежегодник-2000. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 222-224.

22. Иванов С.Н., Иванов К.С. (1996а) Закон эффективного давления Терцаги в свете данных сверхглубокого бурения. Неотектоника и современная геодинамика континентов и океанов. Тезисы. М., 57-58.

23. Иванов С.Н., Иванов К.С. (1996б) Режимы и структуры растяжения Провинции бассейнов и хребтов в Кордильерах Северной Америки. Екатеринбург: УрО РАН, 150 с.

24. Иванов С.Н., Ксенофонтова Л.Н., Анфилогов В.Н. (1973) Эффект Джоуля-Томсона в водных растворах хлористого натрия как фактор рудоотложения. Докл. АН СССР, 211(3), 694-696.

25. Иванов С.Н., Русин А.И. (1977) Континентальный рифтовый метаморфизм. Геотектоника, (1), 6-19.

26. Исай В.М. (1983) К вопросу об условиях разломообразования в консолидированной земной коре. Геофиз. журн., 5(3), 88-94.

27. Казанский В.И., Боронихин В.А., Ванюшин В.А., Глаголев А.А., Кузнецов А.В., Кузнецов Ю.И., Ланев В.С., Лобанов К.В., Прохоров К.В., Смирнов Ю.П., Старостин В.Н. (1985) Соотношения между деформациями, метаморфизмом и петрофизическими свойствами пород в Печенгском рудном районе. Внутреннее строение рудоносных докембрийских разломов. М.: Наука, 4-47.

28. Карус Е.В., Саркисов Ю.М. (1986) Об антистратиформном характере разреза кристаллического основания континентальной земной коры. Докл. АН СССР, 289(1), 176-179.

29. Когарко Л.Н. (1989) Геохимическая дифференциация мантии и щелочной магматизм. Кристаллическая кора в пространстве и времени; магматизм. Докл. сов. геологов 28-й МГК. М.: Наука, 5-91.

30. Коржинский Д.С. (1962) Поведение воды при магматических и постмагматических процессах. Геология руд. месторожд., (5), 3-12.

31. Кузнецов Ю.А., Изох Э.П. Геологические свидетельства интрателлурических потоков тепла и вещества как агентов метаморфизма и магматизма. Проблемы петрологии и генетической минералогии. М.: Наука, 1, 7-12.

32. Лепезин Г.Г., Ревердатто В.В., Хлестов В.В. (1986) Динамические аспекты метаморфической петрологии. Геология и геофизика, (7), 59-65.

33. Летников Ф.А., Феоктистов Г.Д., Остафийчук И.М. и др. (1980) Флюидный режим мантийных пород. Новосибирск: Наука, 143 с.

34. Лукьянов А.В. (1980) Пластические деформации и тектоническое течение горных пород литосферы. Тектоническая расслоенность литосферы. М.: Наука, 105-147.

35. Маракушев А.А. (1965) Проблемы минеральных фаций метаморфических и метасоматических горных пород. М.: Наука, 327 с.

36. Минц М.В., Колпаков Н.И., Ланев В.С., Русанов М.С. (1987) О природе субгоризонтальных сейсмических границ в верхней части земной коры (по данным Кольской сверхглубокой скважины). Геотектоника, (5), 62-72.

37. Николаевский В.Н. (1979) Граница Мохоровичича как предельная глубина хрупко-дилатансионного состояния горных пород. Докл. АН СССР, 249(4), 817-820.

38. Николаевский В.Н. (1982) Обзор: земная кора, дилатансия и землетрясения. М.: Мир, 133-215.

39. Николаевский В.Н. (1996) Катакластическое разрушение пород земной коры и аномалии геофизических полей. Физика Земли, (4), 41-51.

40. Николаевский В.Н., Шаров В.И. (1985) Разломы и реологическая расслоенность земной коры. Физика Земли, (1), 16-28.

41. Павленкова Н.И. (1985) Структура и динамика земной коры и верхней мантии континентов. Проблемы движений и структурообразования в коре и верхней мантии. М.: Наука, 58-82.

42. Павленкова Н.И. (1988) Глубинное строение территории СССР. Актуальные проблемы тектоники СССР. М.: Наука, 36-45.

43. Резанов И.А. (1985) Эволюция земной коры. М.: Наука,111 с.

44. Рябчиков И.Д. (1985) Водные растворы в верхней мантии и проблемы дегазации Земли. Подземные воды и эволюция литосферы, 1. М.: Наука, 176-186.

45. Рябчиков И.Д., Ганеев И.И. (1989) Поведение калия и рубидия в условиях верхней мантии и роль флюидов в геохимической дифференциации подкорового вещества. Земная кора в пространстве и времени. Магматизм. Докл. cов. геологов 28-й МГК. М.: Наука, 78-85.

46. Саркисов Ю.М., Кудымов В.М., Овчаренко А.В., Берзин Р.Г., Сулейманов А.К. (1992) Новые данные о составе, структуре и геодинамике континентальной коры. Сов. геология, (3), 88-96.

47. Шаров В.И. (1984) Разломы и природа сейсмических границ в разрезе континентальной коры. Сов. геология, (1), 112-119.

48. Allmendinger R.W., Nelson K.D., Potter C.J. (1987) Deep seismic reflection characteristics of the сontinental crust. Geology, 15(4), 304-310.

49. Brace W.F., Kohlstedt D.L. (1980) Limits on lithosphere stress imposed by laboratory experiments. J. Geophys. Res., 85(B11), 6248-6252.

50. Byerlee J. (1978) Friction in rocks. Pure Appl. Geophys., 116, 615-626.

51. Сhapman D.S., Kirby S.H., Kronenberg A.K. et al. (1987) Tectonophysics. Rev. Geophys., 25(6), 1215-1258.

52. Сhen W.P., Molnar P. (1983) Focal depths of intracontinental and intraplate Earthquakes and their implications for the thermal and mechanical properties of the lithosphere. J. Geophys. Res., 88(B5), 4183-4214.

53. Etheridge M.A., Wall V.I., Cox S.F. (1984) High fluid pressures during regional metamorphism and deformation: Implication for mass transport and deformation mechanisms. J. Geophys. Res., 89(B6), 4344-4358.

54. Etheridge M.A., Wall V.I., Vernon R.H. (1983) The role of the fluid phase during regional metamorphism and deformation. J. Metamorphic Geol., 1(3), 205-226.

55. Ferry J.M. (1987) Metamorphic hydrology at 13 km depth and 400-550°C. Amer. Miner., 72(1-2), 39-58.

56. Fournier R.O. (1990) Scientific drilling to investigate the physical and chemical nature of fluidsin the Earth’s crust at 400-500°C. Super-Deep Continental Drilling and DeepGeophysical Sounding. N. Y.: Springer-Verlag, 342-352.

57. Fournier R.O. (1991) The transition from hydrostatic to grater than hydrostatic fluid pressure in presently active continental hydrothermal system in crystalline rock. Geophys. Res. Lett., 18(5), 955-958.

58. Fournier R. (1999) Hydrothermal processes related to movement of fluid from plastic into brittle rock in the magmatic-epithermal environment. Econ. Geol., 94(8), 1193-1211.

59. Ganchin Y.V., Smithson S.B., Morozov J.B. et al. (1998) Siesmic studies around the Kola Superdeep Borehole, Russia. Tectonophys., 288, 1-16.

60. Gans Ph.B., Miller E.L. (1983) Style of Mid-Tertiary extension in east-central Nevada. Geological Society of American Rocky Mountain and Cordilleran Sections Meeting: Utah Geol. Min. Surv. Spec. Stud., 59, 107-160.

61. Ivanov S.N., Ivanov K.S. (1993) Hydrodynamic zoning of the Earth’s crust and its significance. Geodynamics, 17(4), 155-180.

62. Jorden P. (1988) The rheology of polymineralic rocks — an approach. Geol. Rundschau, 77(1), 285-294.

63. Karato S. (1986) Does partial melting reduce the creep strength of the upper mantle? Nature, 319(6051), 309-310.

64. Kirby S.N. (1980) Tectonic stresses in the Lithosphere: constraints provided by the experimental deformation of rocks. J. Geophys. Res., 85(B11), 6353-6363.

65. Kirby S.N. (1985) Rock mechanics observations pertinent to the rheology of the continental lithosphere and the localization of strain along shear zones. Tectonophys., 119(1-4), 1-27.

66. Kirby S.N., Kronenberg A.K. (1987) Rheology of the lithosphere: selected topics. Rev. Geophys., 25(6), 1219-1244.

67. Meissner R., Kusznir N.J. (1987) Crustal viscosity of the lower crust. Ann. Geophys. Ser. B., 5(4), 365-374.

68. Mueller S. (1977) A new model of the continental crust. Geopphysical Monograph 20. The Earth’s Crust by the Amer. Geoph. Union, Washington DC, 289-317.

69. Nesbitt B.E., Muehlenbachs K. (1995) Geochemical studies of the origins and effects of synorogenic crustal fluids in the southern Omineca Belt of British Columbia, Canada. Geol. Soc. Amer. Bull., 107(9), 1033-1050.

70. Ord A., Hobbs B.E. (1989) The strength of the continental crust, detachment zone and the development of the plastic instabilities. Tectonophys., 158(1-4), 269-289.

71. Ranalli G., Murphy D.C. (1987) Rheological stratification of the lithosphere. Tectonophys., 132(4), 281-295.

72. Ruina A.L. (1983) Slip instability and state variable friction laws. J. Geophys. Res., 88, 10359-10370.

73. Schimamoto T. (1989) Реология горных пород и тектоника плит от недеформируемых плит к деформируемым. Science Kagaky, (9), 170-189. Японский язык.

74. Scholz C.H. (1988) The brittle-plastic transition and the depth of seismic faulting. Geol. Rundschau, B77(1), 319-328.

75. Scholz C.H. (1989) Mechanics of faulting. Ann. Rev. Earth Planet Sci., 17, 309-334.

76. Sibson R.H. (1982) Fault zone models, heat flow and the deph distribution of earthquakes in the continental crust of the United States. Bull. Seismol. Soc. Amer., 72(1), 151-163.

77. Sibson R.H. (1983) Continental fault structure and the shallow earthquake source. J. Geol. Soc., Lond., 140, 741-767.

78. Tulis I., Yund R. (1977) Experimental deformation of dry Westeraly granite. J. Geophys. Res., 82(B6), 5705-5718.

79. Walder J., Nur A. (1984) Porosity reduction and crustal pore pressure development. J. Geophys. Res., 89(B13), 11539-11548.

80. Wickham S.M., Oxburg E.R. (1987) Low-pressure regional metamorphism in the Pyrinees and its implications for the thermal evolution of rifted continental crust. Phil. Trans. Roy. Soc., Lond., A321(1557), 219-242.

81. Zuber M.T., Parmentier E., Fletcher R. (1986) Extension of continental lithosphere: a model for two scales of Basin and Range deformation. J. Geophys. Res., 91(B5), 4826-4838.

Континентальная кора

Пользователи также искали:

из чего состоит земная кора 5 класс,

континентальная лига 2019,

отличие континентальной и океанической земной коры,

слои земли,

верхний слой земной коры,

Земли,

земли,

Строение,

строение,

кора,

коры,

Континентальная,

континентальная,

строение земли,

континентальная кора,

континентальной,

континентальной коры,

кора земли,

строения,

строении,

коры земли,

строении земли,

земля,

строения земли,

земле,

континентальную,

кору,

континентальная кора земли,

коре,

континентальный,

земной коры,

земной,

строения континентальной коры,

континентальную кору,

внутреннее,

. ..

Земная кора Энциклопедия Фонд знаний Ломоносов. 27 фев 2008 VII. Науки о Земле 54. Изучение выявление общих закономерностей строения и эволюции континентальной коры на. .. Строение земной коры, мантии и ядра Земли. Ранний докембрий Северо Востока Балтийского щита: Палеогеодинамика, строение и эволюция континентальной коры Раздел: науки о земле.. .. 05.06.01. Науки о Земле профиль подготовки 25.00.10. Особенности глубинного строения вещественного состава геоструктур мегаблоки палеоплиты с древней расслоенной континентальной корой Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим. .. Строение Земли. Внутреннее строение Земли: ядро, мантия. Главная Континентальная земная кора гораздо больше океанической и имеет три слоя.. .. Континентальная кора. google-info.org. Представления о внутреннем строении основываются на изображение внутреннего строения Земли: 1 континентальная кора. .. Лазаревич К. Представления о внутреннем строении Земли в. Строение Земли: ядро, мантия земная кора Различие континентальной и океанической земной коры по составу пород проявляется в том, что. .. Глава 2. Строение и состав Земли BookOnLime. 30 май 2016 Баренбаум.А. Процессы земной коре мантии: проблемы аналоги глубинных частей разреза континентальной коры и верхней. Короновский Н.В. Внутреннее строение Земли – современное. .. ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ГЛОБАЛЬНОЙ ТЕКТОНИКИ. Найдено континентальная кора. Внутреннее строение Земли. ⋆. Узнать подробнее. О нас Подписка Помощь. Contact form 1 418 809. .. земной коры. Внутреннее строение Земли. Поэтому первые модели строения коры континентального типа.. .. Наименование дисциплины: Геология специальность 012500. Земная кора самая верхняя из твёрдых оболочек Земли толщиной от 5 км под океанами до 75 В континентальной земной коре выделяют 3 слоя. .

Строение Земли wand. строении земной коры участвуют все описанные типы горных пород Континентальная кора продолжается и в подводные окраины материков.. .. Внутреннее строение Земли Образовательный геологический. Во внутреннем строении принято различать следующие слои: земная верхний слой Земли, котором могут существовать живые организмы Континентальная кора состоит из трех слоев, тогда как в океанической. .. Понятие о литосфере. Внутреннее строение Земли: ядро. Земле. земная, залегающая под материками и многими крупными Континентальная кора имеет трёхслойное строение.. .. Строение земной коры урок. География, 5 класс.. В строении верхних оболочек Земли отмечается ряд вполне Базовой моделью континентальной коры с небольшим не более 5 км слоем осадочного. .. континентальная кора – Поиск – eduMedia. 27 фев 2017 Внутреннее строение Земли Все модели, описывающие формирование первичной континентальной коры, можно разделить на две. .. Особенности глубинного строения и вещественного состава. Знание внутреннего строения Земли означает, что известны. Горные породы, из которых сложена континентальная кора, несмотря на. .. VII. Науки о Земле КонсультантПлюс. Вспомним общее Земли. В центре ядро, шар радиусом около 3470 км, Строение континентальной и океанической земной коры по. .. Геологи объяснили, как родились первые континенты Земли. Методы изучения внутреннего строения состава Земли. Континентальная кора залегает под континентами и их подводными окраинами, имеет. .. Труды ГИН, Вып. 503, Ранний докембрий Северо Востока. Оболочечное Земли. Земная кора, ее состав строение. Основные генетические типы континентальных отложений аллювий, делювий и. .. Связь поверхностных структур земной коры с глубинными. Геофизика наука физических явлениях процессах на Земле. Место Современные модели строения земной коры континентов и океанов. Методы. Геологическая интерпретация данных о континентальной коре..

Типы и строение земной коры

Земная кора — Вики

Общая структура планеты Земля

Земна́я кора́ — внешняя твёрдая оболочка (кора) Земли, верхняя часть литосферы^[1]. С внешней стороны большая часть коры покрыта гидросферой, а меньшая находится под воздействием атмосферы.

Ниже коры находится мантия, которая отличается составом и физическими свойствами — она более плотная, содержит в основном тугоплавкие элементы. Разделяет кору и мантию граница Мохоровичича, на которой происходит резкое увеличение скоростей сейсмических волн.

Земная кора схожа по структуре с корой большинства планет земной группы, за исключением Меркурия. Кроме того, кора схожего типа есть на Луне и многих спутниках планет-гигантов. При этом Земля уникальна тем, что обладает корой двух типов: континентальной и океанической. Для земной коры характерны постоянные движения: горизонтальные и колебательные.

Большей частью кора состоит из базальтов. Масса земной коры оценивается в 2,8⋅10¹⁹ тонн (из них 21 % — океаническая кора и 79 % — континентальная). Кора составляет лишь 0,473 % общей массы Земли.

Океаническая кора

Океаническая кора состоит главным образом из базальтов. Согласно теории тектоники плит, она непрерывно образуется в срединно-океанических хребтах, расходится от них и поглощается в мантию в зонах субдукции. Поэтому океаническая кора относительно молодая, и самые древние её участки датируются поздней юрой.

Толщина океанической коры практически не меняется со временем, поскольку в основном она определяется количеством расплава, выделившегося из материала мантии в зонах срединно-океанических хребтов. До некоторой степени влияние оказывает толщина осадочного слоя на дне океанов. В разных географических областях толщина океанической коры колеблется в пределах 5—10 километров (9—12 километров вместе с водой)^[1].

В рамках стратификации Земли по механическим свойствам, океаническая кора относится к океанической литосфере. Толщина океанической литосферы, в отличие от коры, зависит в основном от её возраста. В зонах срединно-океанических хребтов астеносфера подходит очень близко к поверхности, и литосферный слой практически полностью отсутствует. По мере удаления от зон срединно-океанических хребтов толщина литосферы сначала растёт пропорционально её возрасту, затем скорость роста снижается. В зонах субдукции толщина океанической литосферы достигает наибольших значений, составляя 130—140 километров.

Континентальная кора

Континентальная (материковая) кора имеет трёхслойное строение. Верхний слой представлен прерывистым покровом осадочных пород, который развит широко, но редко имеет большую мощность. Большая часть коры сложена под верхней корой — слоем, состоящим главным образом из гранитов и гнейсов, обладающих низкой плотностью и древней историей. Исследования показывают, что большая часть этих пород образовались очень давно, около 3 миллиардов лет назад. Ниже находится нижняя кора, состоящая из метаморфических пород — гранулитов и им подобных.

Состав верхней континентальной коры

Земную кору составляет сравнительно небольшое число элементов. Около половины массы земной коры приходится на кислород, более 25 % — на кремний. Всего 18 элементов: ниже).

Распространённость элементов^[2][3]

Определение состава верхней континентальной коры стало одной из первых задач, которую взялась решать молодая наука геохимия. Собственно из попыток решения этой задачи и появилась геохимия. Эта задача весьма сложна, поскольку земная кора состоит из множества пород разнообразного состава. Даже в пределах одного геологического тела состав пород может сильно варьировать. В разных районах могут быть распространены совершенно разные типы пород. В свете всего этого и возникла задача определения общего, среднего состава той части земной коры, что выходит на поверхность на континентах. С другой стороны, сразу же возник вопрос о содержательности этого термина.

Первая оценка состава верхней земной коры была сделана Кларком. Кларк был сотрудником геологической службы США и занимался химическим анализом горных пород. После многих лет аналитических работ, он обобщил результаты анализов и рассчитал средний состав пород. Он предположил, что многие тысячи образцов, по сути, случайно отобранных, отражают средний состав земной коры (см. Кларки элементов). Эта работа Кларка вызвала фурор в научном сообществе. Она подверглась жёсткой критике, так как многие исследователи сравнивали такой способ с получением «средней температуры по больнице, включая морг». Другие исследователи считали, что этот метод подходит для такого разнородного объекта, каким является земная кора. Полученный Кларком состав земной коры был близок к граниту.

Следующую попытку определить средний состав земной коры предпринял Виктор Гольдшмидт. Он сделал предположение, что ледник, двигающийся по континентальной коре, соскребает все выходящие на поверхность породы, смешивает их. В результате породы, отлагающиеся в результате ледниковой эрозии, отражают состав средней континентальной коры. Гольдшмидт проанализировал состав ленточных глин, отлагавшихся в Балтийском море во время последнего оледенения. Их состав оказался удивительно близок к среднему составу, полученному Кларком. Совпадение оценок, полученных столь разными методами, стало сильным подтверждением геохимических методов.

Впоследствии определением состава континентальной коры занимались многие исследователи. Широкое научное признание получили оценки Виноградова, Ведеполя, Ронова и Ярошевского.

Некоторые новые попытки определения состава континентальной коры строятся на разделении её на части, сформированные в различных геодинамических обстановках.

Граница между верхней и нижней корой

Для изучения строения земной коры применяются косвенные геохимические и геофизические методы, но непосредственные данные можно получить в результате глубинного бурения. При проведении научного глубинного бурения часто ставится вопрос о природе границы между верхней (гранитной) и нижней (базальтовой) континентальной корой. Для изучения этого вопроса в СССР была пробурена Саатлинская скважина. В районе бурения наблюдалась гравитационная аномалия, которую связывали с выступом фундамента. Но бурение показало, что под скважиной находится интрузивный массив. При бурении Кольской сверхглубокой скважины граница Конрада также не была достигнута.
В 2005 году в печати обсуждалась возможность проникновения к границе Мохоровичича и в верхнюю мантию с помощью самопогружающихся вольфрамовых капсул, обогреваемых теплом распадающихся радионуклидов^[4].

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Земная кора / Люстих Е. Н. // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
2. ↑ Химия цемента и вяжущих веществ: Учеб. пособие / Н. А. Андреева; СПбГСУ. — СПб., 2011. — 67 с.
3. ↑ Определитель минералов / Т. Б. Здорик; — М., 1978. — 325 с.
4. ↑ M.I. Ojovan, F.G.F. Gibb, P.P. Poluektov, E.P. Emets. Probing of the interior layers of the Earth with self-sinking capsules. Atomic Energy, 99, No. 2, 556—562.

Ссылки

Континентальная кора — обзор

4.12.1 Введение

Континентальная кора, ограниченная вертикально поверхностью и (традиционно) Мохо и латерально протяженностью континентальных шельфов, является наиболее ярким проявлением силикатной дифференциации Земли. Эта дифференциация обусловлена ​​сегрегацией твердой и жидкой фаз на планете с достаточной гравитацией. Жидкости образуются в результате частичного плавления, которое вызвано декомпрессией в восходящих ногах твердотельной мантийной конвекции или плавлением летучих флюсов в зонах субдукции. Из-за их низкой плотности жидкости поднимаются вверх, образуя базальтовую кору, которая составляет большую часть морского дна на Земле и корки других каменистых планет. С другой стороны, создание континентальной коры Земли не так просто. Поскольку до половины крайне несовместимых микроэлементов Земли хранятся в континентальной коре, а нынешняя верхняя мантия, по-видимому, обеднена этими же элементами, широко распространено мнение, что континентальная кора изначально образовалась в результате плавления мантии (Hofmann, 1988). .Однако все композиционные модели указывают на то, что континентальная кора слишком богата кремнием и бедна магнием, чтобы образоваться непосредственно в результате плавления ультраосновной мантии, что мотивирует гипотезу о том, что образование кислых континентов требует по крайней мере одной дополнительной стадии дифференциации (Hawkesworth and Kemp , 2006; Kelemen, 1995; Rudnick and Fountain, 1995; Taylor and McLennan, 1985, 1995), где (1) первичные жидкости кристаллизуются и разделяют основные минералы, оставляя кислую остаточную жидкость, или (2) базальтовая кора переплавляется до генерируют кислые жидкости и остаточные мафические остатки. Эти основные скопления или остатки из-за их высокой плотности основываются или погружаются в конвектирующую мантию, приводя оставшуюся кору к богатым кремнием составам (Arndt and Goldstein, 1989; DeBari and Sleep, 1991; Herzberg et al., 1983; Kay и Кей, 1988; Ли и др., 2007; Рудник, 1995).

Континентальная кора также отличается, потому что она толще океанической коры. Из-за своей изначально более низкой композиционной плотности (кислой по сравнению с основной) и большей толщины континентальная кора, независимо от своего возраста, имеет положительную плавучесть по отношению к мантии и, следовательно, более трудна для субдукции, чем океаническая кора.Эта положительная плавучесть имеет тенденцию изолировать континентальную кору от мантийной конвекции. В то время как объем океанической коры примерно уравновешивается производством в мантийных апвеллингах (океанских центрах спрединга) и разрушением в нисходящих направлениях (зоны субдукции), сопротивление континентов субдукции делает их теплоизоляторами. Таким образом, тепловая история Земли зависит от эволюции объема континентальной коры во времени (Lenardic et al., 2005). Рост континентов может также иметь последствия для долгосрочных колебаний уровня моря, эволюции жизни и долгосрочного изменения климата из-за влияния на альбедо Земли (Rosing et al., 2006, 2010).

До сих пор нет единого мнения относительно кривых чистого роста континентальной коры. Некоторые модели предполагают, что текущий объем находится в стабильном состоянии по отношению к производству и разрушению, и что большая часть объема была сформирована в архее (Armstrong, 1991; Bowring and Housh, 1995). В других моделях производство перевешивает разрушение, и считается, что континенты росли постепенно, хотя и эпизодически (Albarède, 1998; Bennett et al., 1993; Bowring and Housh, 1995; Hawkesworth and Kemp, 2006; Jacobsen and Wasserburg, 1979; Schubert). и Реймер, 1985).Процессы, которые контролируют объем континентов, включают образование или тектоническую аккрецию ювенильной коры и «тектоническую эрозию» доминирующей континентальной плиты во время субдукции континент-океан (Clift et al. , 2009; Von Huene and Scholl, 1991). Процессы, которые контролируют толщину, включают в себя магматическое раздувание / андерплейт, адвективное удаление нижней коры и выветривание (физическое и химическое выветривание) континентальных поверхностей, последний процесс переносит осадки в океан, после чего они либо погружаются, либо « повторно активируются » на поверхности. окраины континентов в виде аккреционных призм (Clift et al., 2009; Планка, 2005). Важно отметить, что тектоническая аккреция и тектоническая эрозия не связаны напрямую с химической дифференциацией, поскольку в этих процессах не происходит частичного плавления. Однако удаление нижней континентальной коры (LCC) тесно связано с химической дифференциацией, поскольку сама нижняя кора может быть продуктом накопления кристаллов на глубоком уровне и сегрегации жидкости. Выветривание также может привести к дифференциации состава коры за счет преимущественного вымывания растворимых элементов в морскую воду с последующим выпадением осадков в морских отложениях или гидротермально измененной океанической коре (Albarède and Michard, 1986; Lee et al. , 2008; Шен и др., 2009).

Изучить все эти процессы одновременно сложно. Здесь мы сосредотачиваемся только на конвективном удалении LCC и литосферной мантии, потому что это один из наиболее важных процессов, которые приводят состав земной коры к кислому составу. Мы используем «конвективное удаление» как универсальный термин для описания любого процесса опускания, вызванного нестабильностью плотности, связанной с тепловыми или композиционными аномалиями. Расслоение, деблобирование (Питер Мольнар, личное сообщение), отслоение, опускание, капание и т. Д., являются все типы конвективного удаления ( Рисунок 1 ). Было много споров по поводу того, какой из этих механизмов работает. Однако некоторые аспекты дискуссии преждевременны: первоочередной вопрос о том, когда и где действуют эти процессы, еще предстоит решить. Более того, многие из этих терминов подразумевают очень специфические механизмы конвективного удаления, но они часто используются слишком небрежно, чтобы быть эффективными в общении. Следовательно, эти термины определены ниже. Мы используем термин «основание», когда не подразумевается какой-либо конкретный механизм.

Рисунок 1. Карикатуры сценариев опускания нижних слоев земной коры. (а) Рост неустойчивости типа Рэлея – Тейлора. (b) Отслаивание или расслоение уплотненного (например, пироксенитового) основного слоя нижней коры, инициированного внутрикорковой слабой зоной. (c) Механическое отделение или расслоение пироксенитной нижней коры, инициированное внутрикорковой слабой зоной. (d) Субдукционная эрозия базальной литосферы или нижней коры. (e) Вязкий дренаж погружающегося слоя пироксенитной коры после того, как континентальная литосфера уже стабилизировалась.(f) Активное или пассивное расширение континентальной литосферы. Красные стрелки обозначают астеносферный мантийный поток. Вертикальные черные стрелки обозначают предсказанные области магматизма. Литосфера определяется как реологический пограничный слой, контролируемый увеличением вязкости из-за снижения температуры в тепловом пограничном слое.

Однако необходимо проводить различие между затоплением в результате других конвективных процессов, таких как субдукция океанической литосферы. Субдукция связана с тектоникой плит и является проявлением крупномасштабной мантийной конвекции, в которой доминирующим масштабом адвективного тепломассопереноса является вся мантия.Субдукция включает в себя долгоживущие и сфокусированные нисходящие потоки холода и, следовательно, плотный верхний тепловой пограничный слой, представленный океанической литосферой. Рециклинг нижней коры (или глубокой литосферы) — это локальный процесс, связанный с ростом мелкомасштабных нестабильностей плотности в основании химического или термического пограничного слоя. В частности, поведение этих мелкомасштабных неустойчивостей не зависит от конвекции всей мантии. Ниже приводится обзор основ физики мелкомасштабного конвективного удаления с целью развития интуиции.Также обсуждаются тематические исследования, где было предложено опускание литосферной мантии и нижней коры.

Конечная цель этого обзора — оценить потоки элементарной массы, связанные с опусканием литосферы, особенно нижней части земной коры, поскольку рециклинг земной коры имеет прямое влияние на эволюцию состава континентов, а также на формирование плодородных неоднородностей основных элементов в мантии. С петрогенетической и геохимической точек зрения строительные блоки континентальной коры представляют первостепенный интерес.Мы называем эти строительные блоки «коровым материалом». Любое частичное расплавление мантии считается потенциальным «коровым материалом» по той простой причине, что жидкости отделяются от мантии и поднимаются к поверхности. Здесь мантия подразумевается как система с преобладанием перидотита. Отсюда следует, что все последующие дифференциации (остаточные жидкости, кумуляты и реститы) этих жидкостей сами по себе являются потенциальным строительным материалом для коры, и именно массообмен этих продуктов между корой и мантией в конечном итоге модулирует состав и рост континенты. Границей раздела между корой и мантией традиционно считается Мохо, переход от низких сейсмических скоростей, характерных для кислых пород, к высоким скоростям перидотитов. Однако с петрогенетической точки зрения такое определение является слишком ограничительным, поскольку превращение плагиоклазсодержащих пород в гранат- и пироксеносодержащие породы при повышении давления также проявляется в отчетливом скачке скорости. Кроме того, ранние магматические дифференциаты представлены основными кумулатами и реститами, сейсмические скорости которых также близки к перидотитам.Таким образом, многие породы, которые здесь считаются частью земной коры, будут лежать под Мохо (, рис. 2, ). Когда необходимо ограничить потоки массы, мы откажемся от Мохо как традиционного определения границы кора-мантия. Здесь граница кора-мантия определяется переходом состава, который может быть постепенным, между системой с преобладанием перидотита (мантия) и системой, в которой преобладают дифференциаты магм (, рис. 2, ).

Рис. 2. Разрез континентальной литосферы (а) до удаления пироксенитовой нижней коры и (б) после удаления и стабилизации континентальной литосферы.Разрез до удаления синтезируется из наклонных разрезов земной коры или ксенолитов в дугах Сьерра-Невада, Талкитна и Кохистан (Dhuime et al., 2007, 2009; Ducea, 2002; Ducea and Saleeby, 1996, 1998b; Greene et al., 2006; Jagoutz , 2010; Jagoutz et al., 2009; Kelemen et al., 2003; Lee et al., 2001a, 2006; Saleeby et al., 2003). Мохо соответствует сейсмическому разрыву, отражающему (а) фазовый переход плагиоклаза в гранат + пироксен или (б) переход от промежуточного / основного состава к ультраосновному (перидотит).Фундамент петрологической коры глубже, чем Мохо, но демонстрирует непрерывную градацию, а не резкий разрыв. LAB относится к границе литосферы и астеносферы, которая является реологической границей (контролируемой увеличением вязкости в пределах теплового пограничного слоя), но может также соответствовать переходу между истощенными расплавом перидотитами в литосфере и плодородными перидотитами в астеносфере. Пироксенитовые жилы в основании континентальной литосферы на (б) представляют собой магматические интрузии в виде даек, жил и силлов.Пироксениты определяются как пироксениты с высоким или низким содержанием MgO, если их содержание MgO составляет & gt; и & lt; 14 мас.% MgO соответственно (см. Фигуры 3 и 4 ).

Континентальная кора — обзор

2.3.1 Континентальная кора

Континентальная кора толстая и старая — обычно толщиной около 30 миль и возрастом примерно 2 миллиарда (2 × 10 ⁹ ) лет — и покрывает примерно 30 –40% Земли. В то время как почти вся океаническая кора находится под водой, большая часть континентальной коры находится под воздействием воздуха.

Континенты медленно расширяются с течением геологического времени, поскольку океаническая кора и донные отложения затягиваются под ними в результате субдукции. Из нисходящих базальтов выдавливается вода и несовместимые элементы, и этот материал поднимается, чтобы вызвать дальнейшее таяние в так называемой зоне субдукции . Вкратце, субдукция — это процесс, который происходит на границах сходящихся плит, где одна тектоническая плита перемещается под другую тектоническую плиту и опускается в мантию по мере схождения плит.Скорость субдукции обычно составляет порядка дюймов (или меньше) в год, а скорость конвергенции составляет порядка 0,75–3 дюйма в год.

Континентальная кора состоит из гранитных пород, которые содержат даже больше кремния и алюминия, чем базальтовая океаническая кора, и менее плотны, чем базальт. Что касается минерального состава, гранит содержит больше полевого шпата и меньше амфибола, чем базальт, и почти не содержит пироксена или оливина, но имеет большое количество кварца — геологически континентальная кора описывается как кислый.Химически (или физически) континентальная кора слишком плавучая, чтобы вернуться в мантию. Относительно тонкая оболочка известняковых и других осадочных пород, как правило, остается на континентах или в океане, а не возвращается в мантию — песок и глина, которые смываются с континента в море в результате абразивного истирания или истирания суши. скалы, основанные под действием океана, в конечном итоге возвращаются на континенты через океанические течения.

Континентальная кора представляет собой слой гранитных, осадочных и метаморфических пород, которые образуют континенты и участки мелководного морского дна вблизи их берегов (континентальные шельфы).Состоящий в основном из сиалических пород (совокупность пород, богатых кремнеземом и глиноземом, которые составляют континентальные части верхнего слоя коры), он менее плотен, чем материал мантии Земли, состоящий из основных пород. (порода, относительно богатая магнием и железом). Континентальная кора также менее плотная, чем океаническая, хотя и значительно толще.

Вследствие разницы в плотности, когда активные окраины континентальной коры встречаются с океанической корой в зонах субдукции, океаническая кора обычно погружается обратно в мантию.Из-за своей относительно низкой плотности континентальная кора лишь изредка подвергается субдукции или рециркуляции обратно в мантию (например, там, где блоки континентальной коры сталкиваются и чрезмерно утолщаются, вызывая глубокое плавление). По этой причине самые старые породы на Земле находятся в пределах кратонов (ядра континентов или более старых и стабильных частей континентальной литосферы), а не в многократно рециркулируемой океанической коре.

Континентальные границы классифицируются как пассивные или активные .Атлантический континентальный шельф Соединенных Штатов представляет собой пассивную окраину, где континентальные и океанические коры соединяются вместе, вдали от вулканических разносящих сил Срединно-Атлантического хребта. Атлантическая окраина устойчива, геологически древняя и отличается широким и пологим уклоном и мощными отложениями наносов. Районы Восточного побережья и Мексиканского залива характеризуются пологим затопленным континентальным шельфом — ближайший к берегу участок имеет наклон примерно 0,5 °, который на переломе шельфа переходит в крутой и узкий континентальный склон (с крутым уклоном). приблизительный градиент 3.0 °), что сменяется менее крутым и широким континентальным поднятием. Обрыв шельфа расположен на довольно равномерной глубине примерно 430 футов. Континентальный подъем, который образован отложениями, скатывающимися с континентального склона, заканчивается на относительно плоском глубоком морском дне, известном как абиссальная равнина .

Пассивные континентальные окраины обычно имеют большой шельф — например, шельф Восточного побережья США, штат Нью-Джерси, простирается примерно на 92 мили от береговой линии. У побережья штата Мэн шельф находится примерно в 460 милях от береговой линии.С другой стороны, активные окраины (например, Тихоокеанское побережье) обычно уже — на Тихоокеанском побережье обычно отсутствует континентальный подъем, потому что континентальный склон ведет прямо в желоб, где Тихоокеанская океаническая плита погружается под континентальную кору.

Наконец, высокие температуры и давления на глубине, часто в сочетании с долгой историей сложных искажений, означают, что большая часть нижней части континентальной коры является метаморфической — главным исключением из этого являются недавние магматические интрузии.Магматическая порода также может быть недооценена, находится на нижней стороне корки, то есть добавляется к коре, образуя слой непосредственно под ней.

Эволюция континентальной коры

За исключением, пожалуй, некоторых обитателей отдаленных островов, большинство людей имеет естественную склонность рассматривать континенты как фундаментальные, постоянные и даже характерные особенности Земли. Легко забыть, что континентальные платформы миров представляют собой лишь разрозненные и изолированные массы на планете, которая в значительной степени покрыта водой.Но если смотреть из космоса, то сразу становится ясно правильное изображение Земли. Это голубая планета. С этой точки зрения кажется совершенно необычным, что за свою долгую историю Земля могла удерживать небольшую часть своей поверхности всегда над морем, что, помимо прочего, позволяло эволюции человека идти на суше.

Является ли существование высоких континентов случайным? Как возникла сложная кора Земли? Был ли он там все время, как первобытная глазурь на планетарном торте, или эволюционировал на протяжении веков? Такие вопросы вызвали споры, которые разделяли ученых на многие десятилетия, но увлекательная история о том, как земная поверхность приняла свой нынешний вид, теперь по существу разрешена.Это понимание показывает, что достаточно примечательно, что условия, необходимые для образования континентов Земли, могут не иметь себе равных в остальной части Солнечной системы.

Земля и Венера, имея примерно одинаковый размер и расстояние от Солнца, часто рассматриваются как планеты-близнецы. Поэтому естественно задаться вопросом, как корка Венеры сравнивается с земной корой нашего мира. Хотя столетия телескопических наблюдений с Земли не могли дать никаких сведений, начиная с 1990 года космические зонды Magellan, вращающиеся вокруг радара, проникали сквозь толстые облака, окутывающие Венеру, и открывали ее поверхность с потрясающей четкостью.По подробным изображениям рельефа планетологи могут предположить тип скалы, покрывающей Венеру.

Наша родственная планета, кажется, покрыта камнями базальтового состава — очень похожими на темные мелкозернистые породы, выстилающие океанические бассейны на Земле. Однако при картировании Magellans не удалось найти обширных областей, аналогичных континентальной коре Земли. Возвышенные области, названные Афродита Терра и Иштар Терра, кажутся остатками смятых базальтовых лав. На Венере встречаются куполообразные холмы меньшего размера, и эти формы могут указывать на то, что вулканические породы с составом гранита действительно существуют в некоторых местах, но радарные отражения показывают, что эти панкейподобные элементы могут состоять просто из большего количества базальта.

Проанализировав множество радиолокационных данных, предоставленных Магелланом, ученые пришли к выводу, что тектоника плит (то есть непрерывное создание, движение и разрушение частей поверхности планеты), похоже, не работает на Венере. Нет очевидных эквивалентов обширным срединно-океаническим хребтам или огромным системам желобов Земли. Таким образом, маловероятно, что кора Венеры регулярно возвращается обратно в мантию этой планеты. Также не было бы большой необходимости освобождать место для новой коры: количество лавы, извергающейся в настоящее время на Венере, примерно равно выбросу одного гавайского вулкана, Килауэа, — всего лишь капля для всей планеты.Эти данные, полученные на Венере, и аналогичные исследования других твердых тел в Солнечной системе показывают, что планетные коры можно удобно разделить на три основных типа.

Так называемые первичные корки восходят к истокам Солнечной системы. Они возникли после того, как большие куски первичного материала врезались в растущую планету, высвободив достаточно энергии, чтобы заставить исходную протопланету расплавиться. Когда расплавленная порода начала остывать, кристаллы некоторых типов минералов затвердевали относительно рано и могли отделиться от тела магмы.Этот процесс, например, вероятно, создал белые нагорья Луны после того, как зерна минерального полевого шпата с низкой плотностью всплыли на вершину раннего лунного «океана» расплавленного базальта. Корки многих спутников внешних планет-гигантов, состоящие из смеси горных пород с водой, метаном и аммиачным льдом, также могли образоваться в результате катастрофического таяния во время начальной аккреции.

В отличие от таких внезапных крупномасштабных эпизодов таяния, вторичные корки образуются после того, как тепло от распада радиоактивных элементов постепенно накапливается внутри планетарного тела.Такой медленный нагрев вызывает плавление небольшой части каменистой мантии планет и обычно приводит к извержению базальтовых лав. Поверхности Марса и Венеры, а также дно океана Земли покрыто вторичными корками, образованными таким образом. Лунные моря («моря» древних астрономов) также образовались из базальтовых лав, зародившихся глубоко в недрах Луны. Тепло от радиоактивности — или, возможно, от изгиба, вызванного приливными силами — на некоторых ледяных лунах внешней Солнечной системы, возможно, также привело к образованию вторичных корок.

В отличие от этих сравнительно распространенных типов, так называемая третичная кора может образоваться, если поверхностные слои возвращаются обратно в мантию геологически активной планеты. Подобно форме непрерывной дистилляции, вулканизм может затем привести к образованию высокодифференцированной магмы, состав которой отличается от базальта — ближе к составу светлого магматического гранита. Поскольку переработка, необходимая для образования гранитной магмы, может происходить только на планете, где действует тектоника плит, такой состав редко встречается в Солнечной системе.Формирование континентальной коры на Земле может быть его единственным местом.

Несмотря на небольшое количество примеров в каждой категории, одно обобщение о генезисе планетных поверхностей кажется легким: есть явные различия в темпах образования первичных, вторичных и третичных корок. Луна, например, сформировала свою белую, богатую полевым шпатом первичную кору — около 9 процентов лунного объема — всего за несколько миллионов лет. Вторичные корки развиваются гораздо медленнее. Лунные базальтовые моря (вторичная кора) имеют толщину всего несколько сотен метров и составляют лишь одну десятую от 1 процента объема лун, и все же этим так называемым морям потребовалось более миллиарда лет, чтобы сформироваться.Другой пример вторичной коры — базальтовые океанические бассейны нашей планеты (которые составляют примерно одну десятую процента массы Земли), сформировавшуюся за период около 200 миллионов лет. Какими бы медленными ни были эти скорости, создание третичной коры еще менее эффективно. Земле потребовалось несколько миллиардов лет, чтобы сформировать третичную кору — континенты. Эти особенности составляют примерно половину процента от массы планеты.

Плавучие континенты
МНОГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, которые иначе редко встречаются на Земле, обогащены гранитными породами, и это явление придает континентальной коре значение, непропорциональное ее крошечной массе.Но геологи не смогли оценить общий состав земной коры — необходимую отправную точку для любого исследования ее происхождения и эволюции — путем прямого наблюдения. Один из возможных методов мог бы заключаться в составлении существующих описаний горных пород, выходящих на поверхность. Даже такой большой объем информации может оказаться недостаточным. Крупномасштабная программа разведки, которая могла бы проникнуть в земную земную корку достаточно глубоко для получения значимого образца, вызвала бы ограничения современных технологий бурения и в любом случае была бы непомерно дорогостоящей.

К счастью, под рукой есть более простое решение. Природа уже провела широкомасштабный отбор проб путем эрозии и отложения отложений. Невысокие илы, которые теперь превратились в твердые осадочные породы, дают удивительно хороший средний состав обнаженной континентальной коры. Однако в этих образцах отсутствуют те элементы, которые растворимы в воде, такие как натрий и кальций. Среди нерастворимых материалов, которые переносятся из коры в отложения без искажения их относительного содержания, входят 14 редкоземельных элементов, известных геохимикам как РЗЭ.Эти элементные метки уникально полезны при расшифровке состава земной коры, потому что их атомы не вписываются точно в кристаллическую структуру большинства обычных минералов. Вместо этого они, как правило, концентрируются в гранитных продуктах позднего образования остывающей магмы, которые составляют большую часть континентальной коры.

Поскольку структуры REE, обнаруженные в различных отложениях, очень похожи, геохимики предполагают, что выветривание, эрозия и седиментация должны смешивать различные магматические материнские породы достаточно эффективно, чтобы создать общий образец континентальной коры.Все члены группы REE устанавливают сигнатуру состава верхней коры и сохраняют в формах структур содержания элементов запись о магматических событиях, которые, возможно, повлияли на состав земной коры.

Используя эти геохимические индикаторы, геологи, например, определили, что состав верхней части континентальной коры приближается к составу гранодиорита, обычной магматической породы, состоящей в основном из светлого кварца и полевого шпата, а также примеси различных темные минералы.Глубоко в континентальной коре, ниже 10-15 километров, вероятно, обычны породы более базальтового состава. Точная природа этого материала остается спорной, и геологи в настоящее время проверяют свои идеи, используя измерения тепла, производимого внутри земной коры важными радиоактивными элементами ураном, торием и ⁴⁰ K, радиоактивным изотопом калия. Но кажется разумным, что, по крайней мере, часть этого недоступного и загадочного региона может состоять из базальта, захваченного и лежащего ниже уровня континентов с более низкой плотностью.

Именно это физическое свойство гранитной породы — низкая плотность — объясняет, почему большинство континентов не затоплены. Континентальная кора поднимается в среднем на 125 метров над уровнем моря, и около 15 процентов континентальной территории простирается на высоту более двух километров. Эти огромные высоты резко контрастируют с глубиной океанского дна, которое в среднем составляет около четырех километров ниже уровня моря — прямое следствие того, что они выстланы плотной океанической корой, состоящей в основном из базальта и тонкой пленки осадка.

В основании земной коры лежит так называемый разрыв Мохоровичича (назойливое название геологи неизменно сокращают до «Мохо»). Эта глубокая поверхность знаменует собой радикальное изменение в составе горной породы, богатой минеральным оливином, который повсюду лежит в основе океанов и континентов. Геофизические исследования с использованием сейсмических волн проследили Мохо во всем мире. Такое исследование также показало, что мантия под континентами может быть постоянно прикреплена кверху. Эти относительно прохладные подкорковые «кили» могут достигать 400 километров в толщину и, кажется, перемещаются вместе с континентами во время своих тектонических блужданий по плитам.Это предположение подтверждается анализом крошечных минеральных включений, обнаруженных в алмазах, которые, как считается, происходят глубоко в этой подкорковой области. Измерения показывают, что возраст алмазов может достигать трех миллиардов лет, что свидетельствует о древности глубоких континентальных корней.

Любопытно отметить, что менее 50 лет назад не было никаких доказательств того, что породы, выстилающие океанические бассейны, каким-либо фундаментальным образом отличаются от тех, что находятся на суше. Просто считалось, что океаны затонувшие или затонувшие континенты.Это восприятие выросло достаточно естественно из представления о том, что континентальная кора была окружающим мир элементом, возникшим как своего рода отбросы на изначально расплавленной планете. Хотя теперь кажется очевидным, что Земля действительно растаяла очень рано, кажется, что первичной гранитной коры того типа, который предполагалось несколько десятилетий назад, на самом деле никогда не существовало.

Эволюция георазнообразия
КАК БЫЛО, что на Земле смогли возникнуть два таких различных типа коры, континентальная и океаническая? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно рассмотреть самую раннюю историю Солнечной системы.В области первичной солнечной туманности, занятой орбитой Земли, газ в основном уносился, и накапливались только скалистые обломки, достаточно большие, чтобы пережить интенсивную раннюю солнечную активность. Сами эти объекты, должно быть, выросли в результате аккреции, прежде чем окончательно слиться вместе, чтобы сформировать нашу планету, процесс, который потребовал от 50 до 100 миллионов лет.

В конце этой стадии формирования массивный планетезималь, возможно, размером с Марс, врезался в почти полностью сформировавшуюся Землю.Скалистая мантия ударника была выброшена на орбиту и стала Луной, а металлическое ядро ​​тела упало на Землю. Как и следовало ожидать, это событие оказалось катастрофическим: оно полностью растопило новообразованную планету. Когда Земля позже остыла и затвердела, вероятно, образовалась ранняя базальтовая кора.

Вполне вероятно, что на этом этапе поверхность Земли напоминала нынешний вид Венеры; однако ни одна из этих первичных корок не сохранилась. Погрузился ли он в мантию аналогично тому, как это происходит на Земле, или накапливался локализованными массами, пока не стал достаточно толстым, чтобы превратиться в более плотную породу и погрузиться, остается неясным.В любом случае, на этой ранней стадии нет никаких свидетельств наличия значительной гранитной коры. Контрольные доказательства такой корки должны были сохраниться в виде разбросанных зерен минерального циркона, который образуется в граните и очень устойчив к эрозии. Хотя было найдено несколько древних цирконов, датируемых примерно этим временем (самые старые образцы взяты из осадочных пород в Австралии, им около 4,3 миллиарда лет), этих зерен чрезвычайно мало.

Более подробная информация о ранней коре поступает от самых древних пород, которые сохранились нетронутыми.Эти породы образовались глубоко в земной коре менее четырех миллиардов лет назад и теперь выходят на поверхность на северо-западе Канады. Это горное образование называется Акаста-Гнейс. Несколько более молодые образцы ранней коры были зарегистрированы в нескольких местах по всему миру, хотя наиболее изученные из этих древних образований находятся в западной Гренландии. Обилие осадочных пород там свидетельствует о наличии проточной воды и о существовании того, что, вероятно, было настоящими океанами в ту далекую эпоху.Но даже эти необычайно старые породы из Канады и Гренландии датируются примерно 400-500 миллионами лет после первоначальной аккреции Земли, брешь в геологической летописи, несомненно, вызвана массивными ударами, которые серьезно повредили самую раннюю земную кору.

Из записей, сохранившихся в осадочных породах, геологи знают, что формирование континентальной коры было непрерывным процессом на протяжении долгой истории Земли. Но создание корки не всегда было одинаковым.Например, на границе архея и протерозоя около 2,5 миллиарда лет назад произошло отчетливое изменение в летописи горных пород. Состав верхней коры до этого разрыва содержал менее развитые компоненты, состоящие из смеси базальтов и богатых натрием гранитов. Эти породы слагают так называемую тоналит-трондьемит-гранодиоритную, или ТТГ, свиту. Этот состав существенно отличается от современной верхней коры, в которой преобладают богатые калием граниты.

Глубокое изменение состава земной коры 2.5 миллиардов лет назад, похоже, связано с изменениями тектонического режима Земли. До этого времени более высокий уровень радиоактивного распада производил больше тепла на планете. Следствием этого было то, что в раннем архее океаническая кора была более горячей, толстой и плавучей и не могла быть подвергнута субдукции. Вместо этого под более толстыми участками коры, которые могут напоминать современную Исландию, более плотная кора плавится и дает богатые натрием магматические породы свиты TTG.

Отчасти похожие породы сейчас образуются в нескольких местах, например на юге Чили, где происходит субдукция молодой океанической коры.Но эти современные породы, формирующиеся сейчас из-за тектоники плит, тонко отличаются от своих более старых архейских собратьев, которые образовались из погружающихся плит под толстой корой. Тектоника плит в современном стиле не начала действовать до позднего архея (между 3,0 и 2,5 миллиардами лет назад), когда океаническая кора стала более холодной, потеряла плавучесть и, таким образом, смогла снова погрузиться в мантию.

Ранняя тенденция образования магмы с составом TTG объясняет, почему кора росла как смесь базальта и тоналита в течение архейского эона.Большие количества — по крайней мере, 50 процентов и, возможно, целых 70 процентов континентальной коры — возникли в это время, с крупным эпизодом роста между 3,0 и 2,5 миллиардами лет назад. С этого времени относительная высота океанических бассейнов и континентальных платформ оставалась сравнительно стабильной. С наступлением протерозойского эона 2,5 миллиарда лет назад кора уже приняла большую часть своего нынешнего состава, и начались современные тектонические циклы плит.

В настоящее время океаническая кора образуется в результате извержения базальтовой лавы вдоль опоясывающей земной шар сети срединно-океанических хребтов.Ежегодно с помощью этого процесса добывается более 18 кубических километров породы. Плита новообразованной коры движется поверх внешнего слоя мантии, которые вместе составляют жесткую литосферу. Океаническая литосфера погружается обратно в мантию в так называемых зонах субдукции, которые оставляют заметные шрамы на дне океана в виде глубоких желобов. В этих местах нисходящая плита литосферы несет влажные морские отложения, а также погружающийся в мантию базальт.

На глубине около 80 километров тепло вытесняет воду и другие летучие компоненты из погруженных отложений в вышележащую мантию.Эти вещества затем действуют как флюс на литейном производстве, вызывая плавление окружающего материала при пониженных температурах. Магма фракционируется, образуя андезиты, в то время как более основной субстрат, вероятно, погружается обратно в мантию в процессе, называемом расслоением. Образовавшаяся таким образом андезитовая магма в конечном итоге достигает поверхности, где вызывает впечатляющие взрывные извержения. Извержение горы Сент-Хеленс в 1980 году является примером такого геологического катаклизма. Огромные цепи вулканов, такие как Анды, питаемые кипящими летучими веществами, ежегодно добавляют континентам в среднем около двух кубических километров лавы и пепла.Этот андезит обеспечивает основной материал континентов.

Но более богатые кремнеземом гранитные породы, которые мы видим на поверхности континентов, происходят из коры. Накопление тепла глубоко внутри самой континентальной коры может вызвать таяние, и образовавшаяся магма в конечном итоге переместится на поверхность. Хотя часть этого необходимого тепла может исходить от распада радиоактивных элементов, более вероятным источником является базальтовая магма, которая поднимается из глубин мантии и оказывается захваченной гранитной крышкой; тогда расплавленная порода действует как горелка под сковородой.

Скачки роста земной коры
ХОТЯ САМЫЙ ДРАМАТИЧЕСКИЙ СДВИГ в формировании континентальной коры произошел в конце архейского эона, 2,5 миллиарда лет назад, континенты, похоже, испытали эпизодические изменения на протяжении всего геологического времени. Например, значительные поздние присоединения к континентальной коре произошли от 2,0 до 1,7, от 1,3 до 1,1 и от 0,5 до 0,3 миллиарда лет назад. То, что континенты Земли испытали такую ​​прерывистую эволюцию, на первый взгляд может показаться нелогичным.Почему, в конце концов, корка должна образовываться скачками, если образование внутреннего тепла — и его высвобождение за счет рециклинга коры — является непрерывным процессом?

Более детальное понимание тектоники плит помогает решить эту загадку. В течение пермского периода (около 250 миллионов лет назад) основные континенты Земли соединились, чтобы создать одну огромную сушу под названием Пангея [см. «Земля до Пангеи» на стр. 14]. Эта конфигурация не была уникальной. Формирование таких «суперконтинентов», по-видимому, повторяется с интервалом около 600 миллионов лет.Основные тектонические циклы, разделяющие и объединяющие континенты, были задокументированы еще в раннем протерозое, и есть даже предположения, что первый суперконтинент мог образоваться раньше, во время архея.

Такие крупномасштабные тектонические циклы служат для модуляции темпов роста земной коры. Когда суперконтинент распадается на части, океаническая кора находится в самом древнем состоянии и, следовательно, с наибольшей вероятностью образует новую континентальную кору после ее субдукции. Когда отдельные континенты снова сходятся, вулканические дуги (изогнутые цепи вулканов, созданные вблизи зон субдукции) сталкиваются с континентальными платформами.Такие эпизоды сохраняют новую кору, поскольку дуговые породы добавляются к окраинам континентов.

За более чем четыре миллиарда лет перипатетические континенты собирались в толчках из множества разрозненных террейнов. В образовавшейся амальгаме похоронено последнее оставшееся завещание, доступное для большей части истории Земли. Эта история, собранная из камней, которые похожи на множество перемешанных кусочков головоломки, потребовала некоторого времени, чтобы разобраться. Но понимания происхождения и эволюции земной коры сейчас достаточно, чтобы показать, что из всех планет Земля кажется действительно исключительной.По счастливой случайности природы — способности поддерживать тектоническую активность плит — одна планета смогла образовать значительные участки стабильной континентальной коры, на которых нам так удобно жить.

АВТОР
С. РОСС ТЕЙЛОР и СКОТТ М. МАКЛЕННАН работали вместе с 1977 года, исследуя эволюцию земной коры. Тейлор также активно занимался лунными и планетарными исследованиями и опубликовал множество книг по планетологии. Он является иностранным сотрудником Национальной академии наук.В настоящее время Тейлор работает на факультете наук о Земле и море в Австралийском национальном университете и Лунно-планетном институте в Хьюстоне. МакЛеннан — профессор кафедры наук о Земле в Университете Стоуни-Брук. Его исследования применяют геохимию осадочных пород к изучению эволюции земной коры и Марса. МакЛеннан — член научной группы марсохода Mars Exploration Rover.

Геологическое общество

Q: В последние несколько дней после того, как мне задали вопрос, мне было интересно несколько вещей, и я не могу найти ответ, который меня удовлетворил бы.Их:

1. Если гранит — это интрузивная магматическая порода, почему большая часть континентальной коры состоит из него? Я имею в виду, если это было навязчиво, во что это вообще вмешалось?

2. Далее: Когда и как образовалась первая континентальная кора? Если это был гранит, то во что он вообще вторгся?

3. Вся континентальная кора сначала сформировалась в одном месте как единый массив суши, и если да, то почему?

От г-на Энтони Хопкинса (ноябрь 2009 г.)

Ответ доктора Теда Нильда

Континентальная кора действительно является «гранитной» и имеет общий состав, типичный для гранитных пород, состоящий в основном из силикатов алюминия (SiAl).Более низкая плотность этих пород является причиной континентов, лежащих высоко на поверхности Земли, по сравнению с более плотным дном океана, которое, хотя и более тонкая кора, состоит из силикатов магния (SiMa) и намного плотнее.

SiMa — это примитивная порода земной коры, из которой происходят все остальные геоматериалы, потому что он сам происходит из верхней мантии Земли в центрах распространения дна океана. Континентальные породы выделяются из этого материала во время процессов разрушения плит в зонах субдукции.Процессы, сгруппированные вместе под заголовком «магматическая дифференциация», удаляют более плотные элементы и производят очищенные породы, постепенно обогащенные кремнеземом и алюминием. Эти промежуточные и кислые магматические породы (такие как гранит, андезит и риолит) затем образуют основные материалы, из которых формируются континентальные отложения. Они, конечно, отражают «гранитный» или «кислотный» (богатый кремнеземом) химический состав их предшественников.

Поскольку Земля многократно перерабатывала океаническую кору за свою историю, поскольку тектонические процессы формировали, разрушали и преобразовывали массивные участки суши, известные как «суперконтиненты» (см. Мою книгу!), Общее количество очищенного материала континентальной коры образовалось стал больше, потому что, будучи плавучим, он никогда не потеряется и продолжает накапливаться на поверхности Земли, как отбросы.

Итак, во-первых, материки имеют в своей основе ряд древних «щитовых» областей, состав которых в основном гранитный. Большинство из них представляют собой смесь гранитных интрузивов и глубинных пород, чрезвычайно старых, появившихся в результате древнего горообразования и обнаженных сегодня эрозией. Массивные вторжения гранита создаются, как и в глубоком прошлом, в корнях гор во время орогенных фаз, происходящих по их краям — как сегодня в Скалистых горах, Андах и Гималаях. Эти гранитные тела образуются в результате ремобилизации более древнего материала континентальной коры, который накапливался с тех пор, как на Земле действовали тектонические процессы плит.

вулканов, которые раскрывают тайну земной коры

Из множества нерешенных загадок Вселенной есть одна, которая особенно близко — или, скорее, под ногами. Земля под нами образовалась более 2 миллиардов лет назад и представляет собой часть очень тонкой фанеры, очень похожей на кожуру яблока, которая улавливает огромное тепло планеты и позволяет жить на поверхности. Материки и мелководное морское дно у берегов составляют так называемую континентальную кору, происхождение которой в значительной степени остается загадкой для ученых.

«Мы знаем, что он произошел от мантии, и большинство геологов согласны с тем, что вулканизм, породивший континентальную кору, вероятно, произошел в зонах субдукции, но процессы, лежащие в основе этого вулканизма, остаются загадкой», — сказала Джанин Андрис, доктор философии. кандидат, изучающий геохимию в Высшей школе океанографии (GSO) Университета Род-Айленда во время лекции Bay Informed в октябре.

Андрис рассказал о том, как внутренние процессы Земли формируют поверхность планеты посредством вулканизма и как ученые изучают вулканы, чтобы лучше понять происхождение поверхности Земли.Этот тонкий слой горной породы, который составляет как континентальную, так и океаническую кору, которая находится в глубоком море, составляет всего 3,5 процента всей планеты.

«Остальное лежит у нас под ногами в мантии и ядре», — сказал Андрис, указывая на схему внутренней части Земли, которая выглядит как слои внутри челюсти.

Она сравнила Землю с чайником, где горячий материал поднимается и охлаждается в циклическом движении, позволяя коре сдвигаться и скользить по мантии на несколько частей, известных как тектоника плит.Некоторые из этих плит могут скользить мимо друг друга по линиям разломов, другие могут сталкиваться и либо выталкиваться вверх, образуя горные цепи, либо опускаться вниз, образуя глубокие канавы в океане. Другие плиты могут разойтись, в результате чего мантия поднимется и создаст новую кору — так образуется океаническая кора.

«Поскольку у нас есть земная кора, нам необходимо регенерировать ее где-то еще, потому что Земля не становится больше», — сказал Андрис, имея в виду расходящиеся зоны, где плиты расходятся, и зоны субдукции, где более плотные и тяжелые океанические плита сталкивается с более легкой континентальной плитой, толкается под нее и возвращается обратно в мантию.«Мы постоянно создаем и разрушаем кору на Земле».

Вулканы обычно встречаются в этих местах образования и переработки коры, как на суше, так и под водой, и ведут себя по-разному. Те, что находятся в областях, где плиты расходятся, имеют эффузивные извержения, при которых магма из мантии медленно вытекает, как кленовый сироп. Вулканы, как правило, более взрывоопасны и сильны там, где сталкиваются плиты.

«Стиль вулканизма и способ производства магмы, приводящей в движение этот вулканизм, фундаментально различаются на двух разных границах плит.Из-за этого у нас есть два типа коры на Земле: океаническая и континентальная », — сказал Андрис.

Океаническая кора состоит из более тяжелых минералов и имеет толщину всего около 4 миль, потому что она постоянно регенерируется на расходящихся границах плит и возвращается обратно в мантию при столкновении с более легкой континентальной корой. «Хотя океаническая кора обычно находится глубоко под поверхностью моря, мы относительно хорошо знаем ее формирование, отчасти из-за того, что кора океана образуется постоянно», — сказала она.

Исследования Джанин Андрис из

GSO сосредоточены на удаленной цепи Алеутских островов на Аляске, где цепь вулканов вдоль зоны субдукции простирается на 1550 миль от материковой части Аляски на запад в сторону Камчатки, Россия. Он образует северную часть тектонически активного «огненного кольца», опоясывающего бассейн Тихого океана, и где она обнаружила один вулкан, создающий нечто похожее на континентальную кору. Фото любезно предоставлено Национальным научным фондом.

С другой стороны, по ее словам, континентальная кора образована принципиально другим способом, поскольку состоит из гораздо более легких минералов и значительно толще, в среднем от 18 до 27 миль, а некоторые области, такие как Гималаи, достигают более 40 миль.

«Комбинация этого состава и разницы в толщине позволяет континентальной коре располагаться на мантии выше, чем кора океана», — сказал Андрис, добавив, что толщина континентальной коры также затрудняет ее изучение.

«Самая глубокая из пробуренных нами скважин была [7,5 миль] в России, которая началась в 70-х и закончилась в 1995 году», — сказал Андрис. «Он действительно глубокий, но он и близко не подходит к преодолению континентальной коры… у нас не так много образцов из нижней части, которая, по нашему мнению, отличается по составу.”

Поскольку получение прямых образцов невозможно, ученые обратились к вулканическим породам, где то, что когда-то было магмой, заключено в минералах изверженных горных пород. Когда магма охлаждается, образуются минералы, которые могут улавливать часть магмы, позволяя ей замерзнуть в стекло, которое можно изучать.

Эти образцы служат капсулами времени для состава магмы в то время, когда минерал рос. По мере охлаждения магма образует различные минералы, поэтому ученые могут отслеживать ее эволюцию и сравнивать ее, чтобы увидеть, похож ли она по химическому составу на континентальную кору.

«Мы можем посмотреть на их химию и сравнить их с химическим составом континентальной коры. Если мы думаем, что они похожи, что их пути эволюции похожи, мы можем [сделать вывод], что это магматическое тело могло быть кандидатом на континентальную кору », — сказал Андрис.

Используя условия образования, такие как температура, давление и количество воды в магме, такие ученые, как Андрис, могут выращивать небольшие образцы континентальной коры в лаборатории. «В случае успеха, используя эти природные образцы в качестве отправной точки, мы, надеюсь, сможем что-то сказать о происхождении континентальной коры.”
[информация]

Серия дискуссий Bay Informed Discussion спонсируется Rhode Island Sea Grant в партнерстве с GSO. Эта серия проводится каждый третий четверг месяца в 19:00. в университетском городке Высшей школы океанографии URI в Наррагансетте. Эти мероприятия предназначены для того, чтобы сообщество могло принять участие и узнать больше об исследованиях в GSO.

Для получения дополнительной информации посетите http://web.uri.edu/chowder-marching/bay-informed/ , на Facebook @bayinformed или свяжитесь с gsobayinformed @ gmail.com.

[/ info] [divider style = «solid» color = «# eeeeee» width = «1px»]

— Мередит Хаас и Джейк Руссо | Род-Айленд Си Грант

Формирование континентальной коры на ранней Земле, контролируемое интрузивным магматизмом

Континентальная кора: определение, формирование и состав — научный класс [видео 2021]

Что такое континентальная кора?

Есть два типа коры: континентальная и океаническая. Континентальная кора — это кора, под которой построены континенты, ее толщина составляет 10-70 км, в то время как океаническая кора — кора под океанами и имеет толщину всего 5-7 км. Самая глубокая шахта из когда-либо построенных, называемая Western Deep в Южной Африке, в настоящее время достигает 3,9 км, что очень мало по сравнению с континентальной корой. Сорок процентов земной поверхности в настоящее время покрыто континентальной корой. Важно отметить, что не вся континентальная кора находится над уровнем моря. Основной определяющей характеристикой континентальной коры является то, что она состоит из разных типов горных пород, чем океаническая кора.

Формирование континентальной коры

Кора — это не один большой кусок; скорее это больше похоже на яичную скорлупу, которую неоднократно треснули. В корке есть участки, называемые пластинами. Точно так же, как плавучие устройства, покоящиеся на поверхности бассейна с водой, эти плиты постоянно находятся в движении. Когда они ударяются друг о друга, скользят друг по другу или удаляются друг от друга, вы можете получить землетрясения и извержения вулканов.

Континентальная кора сформировалась в результате этих взаимодействий между плитами.Когда две пластины сталкиваются, одна пластина может погрузить под другую. Субдукция — это просто процесс, при котором одна плита перемещается под другую. Когда это происходит, кора может выталкиваться вверх, образуя континентальные плиты или поднимая уровень нынешних континентальных плит, чтобы сформировать горы.

Свойства и состав

Континентальная кора имеет толщину от 10 км до 70 км, в зависимости от местоположения. По мере того, как вы спускаетесь через земную кору, температура увеличивается от температуры поверхности до 300-500 градусов Цельсия.Давление постепенно увеличивается с 1 атм (атмосферы) до невероятных 91 000 атм!

Состав земной коры в основном представляет собой смесь горных пород, как кислых, так и гранитных. Это то, что делает его континентальной корой, хотя континентальная кора также имеет тенденцию быть выше уровня моря. Фельзическая порода — магматическая порода, богатая элементами, входящими в состав полевого шпата и кварца. Гранитная порода относится к гранулированной породе; то есть в его структуре присутствуют гранулы. Средняя плотность этой породы, составляющей континентальную кору, равна 2.7 граммов на кубический сантиметр.

Резюме урока

земная кора — самый верхний и самый тонкий слой земли, который плавает на магме внизу. Эта кора разбита на плиты, и когда плиты сталкиваются, они могут образовать континентальную кору — более толстую корку, которая, следовательно, находится над уровнем моря. Континентальная кора имеет толщину от 10 до 70 км, температура достигает 500 градусов по Цельсию, давление достигает 91 000 атмосфер и состоит из горных пород, в основном кислых и гранитных.

Свойства континентальной коры

Результаты обучения

Изучите этот видео-урок о континентальной коре, а затем достигните следующих целей:

• Обсудите континентальную кору и сравните ее с океанической корой
• Расскажите, как образовалась континентальная кора
• Перечислить некоторые свойства континентальной коры

.