Реферати українською » География » Геодинаміка докембрийской земної кори


Реферат Геодинаміка докембрийской земної кори

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Чи можна відновити зміна температури і тиску магматичних порід за її підйомі до поверхні Землі?

Які причини занурення великі глибини метаморфических порід?

Чому після розігріву і ущільнення вони повертаються до поверхні Землі?

Чи є можливість пояснити це явище з погляду фізичної геології?

Закономерное зміна температури і тиску в еволюційному перетворення гірських порід характеризується PT-трендами, що відбивають як термальну історію кристалічних гірських порід, а й їхніми великомасштабні переміщення в гравітаційному полі Землі. Кількісна моделювання цього процесу при термодинамічних умовах земної кори і верхньої мантії Землі показує, що це переміщення підпорядковуються законам гідродинаміці і часто протікають за механізмом цепних реакцій.

Запровадження

Розподіл елементів між сосуществующими мінералами засновані ними геотермометры і геобарометры дозволяють з досить високої точністю визначати температуру (Т) і тиск (Р) освіти кристалічних гірських порід [1]. Вони дозволяють зазирнути у минуле, мільйонів і мільярди років тому і навіть довідатися як виникало і змінювалися (еволюціонували) кристалічні породи. Свідки цієї еволюції - співіснуючі (локально равновесные) мінерали змінного складу. Маючи дифузійної і ростовий зональностью, вони подібно магнітофонного стрічці зберігають запис про зміну температури і тиску.

Кристаллические породи складено переважно силикатами [1, 2] і подано двома різновидами - магматическими і метаморфічними. Перші - це продукти кристалізації магматичних розплавів, які виникають різними глибинах внаслідок плавлення порід земної кори і верхньої мантії [2]. Плавление супроводжується зниженням щільності речовини і призводить до зростання магм більш високі горизонти . Ступінь раскристаллизации магми залежить від швидкості її охолодження і в'язкості. Чим нижчий в'язкість, тим більша швидкість кристалізації. Крім температурної і барической залежності, в'язкість є й функція змісту SiO2 і флюидных (газових) компонентів в магмі. Чим менший у ній концентрація SiO2, що вона багатшими флюїдами (особливо водою) і що нижче швидкість її охолодження, тим паче крупнокристаллические породи виникають у її кристалізації [1, 2]. Полнокристаллические, интрузивные породи зазвичай формуються на глибинах понад кілометр. При злитті магми (лави) на поверхні Землі утворюються вулканічні породи. Вони поруч із кристалами у цьому чи тій кількості міститься аморфна фаза - вулканічне скло. Метаморфические породи утворюються у основному глибокої твердофазовой перекристалізації первинних порід будь-якого складу під впливом флюидно-тепловых потоків, висхідних з мантії Землі. Ступінь перекристалізації багато чому визначається температурою і тиском. Тиск визначається навантаженням вышележащих порід. Що ці параметри, тим паче переробку відчувають первинні породи. Отже, чим глибше занурилася порода, що стоїть температура довкілля, тим більше ступінь метаморфізму. Разюче, але консолідовані маси таких высокометаморфизованных порід знову є Землі, оголюючись на величезних просторах континентів і навіть у морських континентальних околицях (наприклад, Японське і Південно-Китайське моря). Іноді ці породи відчувають повторний метаморфизм, тобто. знову занурюються і піднімаються до. Це засвідчують повторно метаморфизованные породи, містять продукти більш раннього метаморфізму.

Є кілька альтернативних моделей занурення величезних мас порід великі глибини. Наприклад, стиснення товщ у процесі гороутворення (орогенеза). Через війну земна кора у зоні орогенеза стає майже вдвічі більше товщі і навантаження у її основі зростає вдвічі. Під орогенными системами виникають звані коріння гір - прогини поверхні Мохоровичича (Мохо) - кордону кори з мантією Землі. Інакше кажучи, гірські масиви нагадують гігантські кораблі, осілі внаслідок перевантаження нижче ватерлінії. Розвантаження призводить до відносного всплыванию такого судна, отже ватерлінія може бути вище рівня води. Аналогічно діє механізм ерозії. Як і разі розвантаження корабля, ерозія, тобто. вивітрювання і розмив гірських систем, призводить до зносу матеріалу в внутрішньоконтинентальні чи морські западини. Земне кора у колишніх зонах орогенеза тоншає, коріння гір зникають і поверхню Мохо вирівнюється. У результаті поверхні оголюються дедалі більше глибокі горизонти земної кори. Досить ясний принцип эрозионного механізму викликає, проте, низка запитань, вирішити які зовсім непросто:

1. Чому кількість щодо молодого осадового матеріалу - продукту ерозії - будь-якою континенті дуже рідко перевищує 1/5 обсягу порід, що має бути знесений з більш древніх гір? Наприклад, до ПАР поширені звані зеленокаменные пояса - ранне-архейские вулканогенно-осадочные комплекси. Вони мусили метаморфизованы близько 3.5 мільярдів років тому за нормальної температури трохи більше 500 градусів. На глибинах близько 12-ї км вони прориваються молодшими (~2.6 млрд. років) породами (гранулитами) комплексу Лімпопо, метаморфизованными при 850 градусів на глибині понад 25 км. Своїм корінням комплекс Лімпопо йде близько кордону Мохо (глибина близько сорока км). Площа цього технологічного комплексу понад десять 000 км2. По эрозионной моделі розмив 250 000 км3 гранулитов Лімпопо мав призвести до нагромадженню осадових порід тієї самої обсягу. Більше молодий осадовий комплекс (Трансвааль) справді відомий південніше гранулитового пояса Лімпопо. Але обсяг цих опадів вбирається у 50 000 км3, що становить близько 20% еродованих порід. Причому знесені вони у давню внутриконтинентальную западину лише з орогена Лімпопо.

2. Потужність кори сучасних континентів варіюють загалом між 35 і 45 км. Тим більше що лежить на поверхні Землі оголюються породи, які 2.5 - 2 млрд. років тому були метаморфизованы на глибині 30-40 км. Якщо ерозія призвела до утонению кори для цієї 30-40 км, логічно допустити, що потужність кори в докембрии була 65-75 км, і з існування геотермічного градієнта у її основі перебували (i досі перебувають) ще більше глибоко метаморфизованные породи. Чому вони будь-коли зустрічаються як ксенолитов (захоплених порід), винесених базальтами і кимберлитами з глибинних частин континентальної кори?

Як вирішити це і такі геодинамические завдання? І чи можна взагалі вирішити опікується цими питаннями? Геотермобарометрия стала майже єдиним ефективним інструментом для коректного виконання завдання. Ми спробуємо показати її "геодинамическую ефективність" на прикладах еволюції (1) магматичних порід верхньої мантії Землі та (2) коровых метаморфических комплексів.

Еволюція магматичних порід у верхньої мантії Землі

Зміст в кремнезему, SiO2, в магматичних гірських породах - основа їх класифікації:

Група порід Зміст SiO2 мас. %
кислі (граніти, гранодиориты, дациты та інших.) ~ 62
середні (диориты, андезиты) ~ 58
основні (габро, долериты, базальты та інших.) ~52
ультраосновные (дуниты, лерцолиты, коматииты та інших.) ~42

Є дані реологии різних магматичних розплавів, у тому числі ці породи утворилися. Їх природа, поширеність і пояснюються деякі фізичні властивості викладені у роботі В.С.Попова [2]. Продуктами кристалізації силікатних розплавів складена майже вся земна кора під океанами і значної частини континентальної кори. Широка поширеність магматичних порід лежить на поверхні Землі дозволяє скосити скільки завгодно зразків гірських порід, що слід для досить точної діагностики умов його кристалізації. У розділі, проте, ми розглянемо еволюцію порід, раскристаллизованных у верхній мантії Землі. Цей об'єкт дослідження найповніше розкриває можливості мінералогічній термобарометрии [1] для пізнання історії формування глибинних магматичних порід. Нагадаємо лише, більшість розплавів основного і ультраосновного складу зароджується у верхній мантії Землі.

На відміну від коровых, интрузивные породи верхньої мантії менш доступні для безпосереднього вивчення. З іншого боку вони містять слабко зональні мінерали, що утрудняють аналіз зміни РТ-параметров у кожному конкретному зразку. Проте самі мінеральні асоціації дуже точно відбивають термодинамічну обстановку, властиву тієї дільниці верхньої мантії, з яких зразок цієї породи був "бути відібраний". Цього слова укладено в лапки, оскільки існує можливості відбирати зразки безпосередньо з верхньої мантії. Але він потрапляє на денну поверхню завдяки виливам мантийных магм. У цих магмах можуть утримуватися ксенолиты - тверді мантийные породи, захоплені і винесені на земну поверхню пізнішими і більше глибинними мантийными расплавами . З іншого боку, лише у мантийных магмах кристалізація мінералів могла розпочатися умовах верхньої мантії, а завершитися вже у земної корі (для таких магм застосовується термін "интрателлурическая кристалізація") або ж їхньому поверхні. У обох випадках еволюція РТ-параметров "записується" равновесиями мінералів, що становлять ці гірські породи. Зупинимося у цьому питанні докладно.

1.Мантийные ксенолиты виносяться на поверхню кимберлитовыми чи базальтовими магмами підвищеної лужності. Швидкості їхнього підйому достатньо високі, оскільки такі магми мають щодо низькою щільністю і в'язкістю. Справді, експерименти показують, що швидкість підйому кимберлитовых магм може становити 40 км/год. Це означає, що винесення алмазоносних мантийных ксенолитов з глибин порядку 120-140 км (алмаз стабільний вище 40 000 тис. атм.) здійснюється за 3-4 години. Цього часу вочевидь не досить, щоб ксенолиты відреагували з несучою їх магмою або ж змінилися фазового складу зміною Т і Р. Тому з допомогою мінералогічних термометрів і барометрів можна оцінити РТ-параметры формування ксенолитов мантийных порід.

На рис. 1 наведено РТ-тренды остигання магматичних порід у верхньої мантії Землі. Вони досить представницької колекції свіжих крупнокристаллических ксенолитов гранатових лерцолитов (Grt+Cpx+Opx+Spl Ol) з алмазоносних кимберлитовых трубок Сибірській платформи (Росія) та Південної Африки [4, стр.207]. На рис. 1 лінія, проведена по точкам 5, досить чітко визначає зміна температури із тиском (глибиною). Понад те, її практично збігаються з теоретичної геотермой під континентами до глибини близько 250 км. Інакше кажучи, ксенолиты 5, подібно "чорному ящика", записали інформацію про ту фізико-хімічної обстановці, у якій склади що становлять їх мінералів остаточно досягли рівноважних співвідношень в мантії. І лише значно пізніше вони було винесено кимберлитовыми магмами на денну поверхню. Увесь їхній шлях від місця захоплення кімберлітової магмою до Землі не відзначений зміною складів співіснують мінералів і, отже, зниженням ТР-параметров їх рівноваг.

Рис. 1. РТ - тренди остигання глибинних магматичних розплавів i твердих гірських порід у верхньої мантії Землі та земної корі.

Разом про те, у деяких ксенолитах з кимберлитовых трубок Південної Африки спостерігається інша картина. Подані на рис. 1 тренди 1 і 2 відбивають умови кристалізації гранатових лерцолитов, які у на відміну від описаних вище (тренд 4 на мал.1) помітно деформовані і мають порфировидную структуру - сліди швидкого охолодження в динамічних умовах. Ймовірно, що гранатові лерцолиты є продукти кристалізації ще більше глибинних і дуже високотемпературних магм (Т > 1800 градусів) магм, внедрившихся в породи верхньої мантії лише на рівні 150-180 км. Відповідно до рис. 1 (геотерма 4) в цій глибині температура порід верхньої мантії становить близько 1100 -1150 градусів. Отже, градієнт температури в 650-700 градусів, що виник між внедрившейся лерцолитовой магмою і вміщуючими породами мантії забезпечує швидке її охолодження, майже загартування. І це проявилося під час освіті порфировидных структур гранатових лерцолитов. Бистре їх остигання вздовж трендів 1 і 2 при Р >> const рівня нормального РТ-градиента 4 на мал.1 призвело до виникнення хімічної зональности в мінералах змінного складу. Зональность відбиває усунення хімічних рівноваг під час субизобарического (P>>const) остигання. Швидкість цього охолодження багато чому обумовлена місцезнаходженням зразка в глибинному интрузивном тілі. Чим ближче до зразок контакту, тим більша його охолодження. З зіставлення трендів 1 і 2 з трендом 4 на мал.1 можна зрозуміти, що деформовані гранатові лерцолиты недовго перебували верхньої мантії. Щойно досягнувши геотермы 4 (мал.1) на глибині 150-180 км, вони захопила і винесені на земну кору кимберлитовыми магмами.

2. Близьку до наведеної за змістом до трендам 1 і 2 інформацію несуть ультраосновные й освоєно основні магматичні розплави 3 (мал.1), внедрившиеся в континентальну кору й остаточно у ній сформовані. Кристалізація мінералів (зокрема і алмазу) у яких почалася верхньої мантії, на глибинах порядку 90-100 км. за нормальної температури близько 1600 градусів (див. те що тренду 3 з солидусом [2] - лінією затвердіння перидотита 6). Потім вони досить швидко піднімалися вгору, упроваджуючи в породи земної кори і прохолоджуючи до температури ~780 градусів на глибині близько сорока км. Приблизно 520 мільйонів років тому вони було залучено в регіональний метаморфизм разом із вміщуючими їх коровыми породами.

Отже минералогическая термобарометрия щодо первинне магматичних порід дозволила вирішити два завдання: (1) відновити РТ- режим мантійного минералообразования і (2) вивести древній геотермічний градієнт у верхній мантії Землі. Цей градієнт дуже близький до розрахованим для континентальної земної кори з урахуванням геофізичних даних [8]. Отже, отриманого результату важливий як для петрологии, але й фізики Землі, оскільки більшість його завдань пов'язані з розподілом температури у надрах нашої планети.

Еволюція метаморфических комплексів в земної корі.

Діяльність [1] показано, що у основі принципу фазового відповідності можна вирішити завдання про еволюцію термодинамічних параметрів кристалічних порід. Тут ми розглянемо реалізацію можливості з прикладу метаморфических комплексів. Щоб коректно вирішити завдання про РТ-трендах метаморфической еволюції такого комплексу, необхідно зробити його детальну геологічну зйомку і відібрати систематичну колекцію зразків гірських порід. У тому числі необхідно вибрати найбільш інформативні мінеральні асоціації з зональними мінералами, тобто. зразки, придатні визначення температури і тиску. Це дуже важлива річ: треба бути переконаним з точністю відбору який буде необхідний геотермобарометрии матеріалу. Тому зазвичай я рекомендую виготовляти прозорі шлифы (їх товщина становить близько 20-30 мікрон) гірських порід просто у полі, і уважно вивчити щодо

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

  • Реферат на тему: Вулканизм та її роль еволюції нашої планети
    Де відбуваються вулканічні явища в кайнозое? Як процеси вулканізму перетворять земну кору.
  • Реферат на тему: Сучасна демографічна ситуація у Росії
    Росія час перебуває в третьої фазі демографічного переходу. Спостерігається депопуляція.
  • Реферат на тему: Сучжоу
    Щоб його побудувати, знадобилося не чотири роки, причому більше чотири тисячі років. Йдеться
  • Реферат на тему: Китай: Гуйлинь
    У 1959 р. знайшли фантастичні сталактитові гроти у місті Гуйлинь. Печери очеретяного флейти Лудиянь
  • Реферат на тему: Єрусалим
    Ось тут було Храм. Спочатку Перший, та був Другий, і обоє були зруйновані. Зовсім не соромно бути

Навігація