Механизмы трансляции глубинных импульсов во внешние оболочки современной Земли (на примере Позднекайнозойской глобальной тектономагматической активизации нашей планеты)
- Авторы: Шарков Е.В.1, Богина М.М.1, Чистяков А.В.1
-
Учреждения:
- Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) РАН
- Выпуск: № 4 (2023)
- Страницы: 52-67
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0203-0306/article/view/134662
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0203030623700190
- EDN: https://elibrary.ru/WQOFHU
- ID: 134662
Цитировать
Аннотация
Как известно, в истории Земли периодически происходит активизация тектономагматических процессов, когда без видимых внешних причин они резко усиливаются. Очевидно, все это связано с особенностями развития глубинных петрологических процессов, своеобразным отражением которых и являются события во внешних оболочках современной Земли (тектоносфере), однако суть этих процессов и механизмы их трансляции в тектоносферу остаются слабо изученными. Мы рассмотрели эту проблему на примере ее Позднекайнозойской (неоген-четвертичной) глобальной активизации. Как известно, современная Земля является охлаждающимся телом с затвердевающим жидким железным ядром. Этот процесс должен сопровождаться целым рядом термодинамических, физических и физико-химических эффектов, которые и могли бы привести к внутренней активизации нашей планеты. Мы постарались разобраться в этих проблемах с помощью имеющихся современных геологических, петрологических, геохимических и геофизических данных по активизации, происходящей на наших глазах. Нами показано, что главным активным элементом в современной Земле должна быть постоянно движущаяся снизу вверх маломощная зона кристаллизации, расположенная между полностью затвердевшей частью ядра (твердое внутреннее ядро) и его еще полностью жидкой частью (внешнее жидкое ядро). Именно с этой зоной связаны разнообразные фазовые переходы в охлаждающемся расплаве при прохождении им точек бифуркации. Там происходят фазовые переходы как типа смены выделяющихся твердых фаз, которые наращивают внутреннее ядро, так и ретроградного кипения с образованием капель “ядерных” флюидов. Показано, что эти капли всплывают в высокожелезистом расплаве-хозяине и накапливаются в основании мантии. Там они участвуют в формировании мантийных плюмов, главных переносчиков глубинных импульсов во внешние геосферы, и вместе с ними окончательно покидают ядро. Предполагается, что в одной из таких точек произошло резкое падение растворимости флюидов в охлаждающейся высокожелезистой жидкости внешнего ядра. Это должно было привести к одновременной интенсификации ретроградного кипения этого расплава по всей поверхности зоны кристаллизации ядра, т.е. в глобальном масштабе. Это и могло обеспечить поступление избытка “ядерных” флюидов, необходимых для массового образования мантийных плюмов и послужить триггером для процессов Позднекайнозойской глобальной тектономагматической активизации Земли.
Об авторах
Е. В. Шарков
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: esharkov@mail.ru
Россия, 119017, Москва, Старомонетный пер., 35
М. М. Богина
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) РАН
Email: esharkov@mail.ru
Россия, 119017, Москва, Старомонетный пер., 35
А. В. Чистяков
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) РАН
Email: esharkov@mail.ru
Россия, 119017, Москва, Старомонетный пер., 35
Список литературы
- Альтшулер Л.В., Симаков Г.В., Трунин Р.Ф. К вопросу о химическом составе ядра Земли // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1968. Т. 1. С. 3‒6.
- Богатиков О.А., Коваленко В.И., Шарков Е.В. Магматизм, тектоника, геодинамика Земли. Связь во времени и в пространстве. М.: Наука, 2010. 605 с.
- Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Глубинная геодинамика / 2-е издание. Новосибирск: Наука-ГЕО, 2001. 409 с.
- Ионов Д.А. Глубинные включения ультрамафитов в базальтах // Магматические горные породы. Т. 5. Ультраосновные породы / Под ред. Е.Е. Лазько, Е.В. Шаркова. М.: Наука, 1988. С. 310–338.
- Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Т. 1. Механика, теплота, молекулярная физика. М.: Физматлит, 2018. 612 с.
- Сорохтин О.Г. Жизнь Земли. М., Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2007. 450 с.
- Уэйджер Л.П., Браун Г. Расслоенные изверженные породы. М.: Мир, 1970. 552 с.
- Хаин В.Е. Общая геотектоника / Изд. 2. М.: Недра, 1973. 511 с.
- Шарков Е.В. Формирование расслоенных интрузивов и связанного с ними оруденения. М.: Научный мир, 2006. 364 с.
- Шарков Е.В., Богатиков О.А. Позднекайнозойская глобальная активизация геологических процессов Земли ‒ тектономагматические аспекты // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1987. № 10. С. 3‒21.
- Шарков Е.В., Богатиков О.А. Эволюция тектономагматических процессов Земли и Луны // Геотектоника. 2010. № 2. С. 3‒22.
- Шарков Е.В., Богатиков О.А. Взаимодействие растекающейся головы мантийного плюма с древней литосферой: результаты изучения глубинных ксенолитов в базальтах и лампрофировых диатремах Западной Сирии // Геология и геофизика. 2019. Т. 60. № 7. С. 899‒915.
- Шарков Е.В., Богина М.М., Чистяков А.В., Злобин В.Л. Эволюция крупных изверженных провинций в истории Земли (на примере восточной части Балтийского щита) // Вулканология и сейсмология. 2020. № 5. С. 51–66.
- Шарков Е.В., Чистяков А.В. Коронарные структуры в феррогабброидах Елетьозерского интрузивного комплекса (Северная Карелия, Россия) как свидетельство существования богатого Fe расплава. 1. Разновидности корон // Геохимия. 2017а. № 6. С. 513‒526.
- Шарков Е.В., Чистяков А.В. Коронарные структуры в феррогабброидах Елетьозерского интрузивного комплекса (Северная Карелия, Россия) как свидетельство существования богатого Fe расплава. 2. Происхождение высокожелезистой жидкости // Геохимия. 2017б. № 7. С. 609–617.
- Шарков Е.В., Богатиков О.А. Взаимодействие растекающейся головы мантийного плюма с древней литосферой: результаты изучения глубинных ксенолитов в базальтах и лампрофировых диатремах Западной Сирии // Геология и геофизика. 2019. Т. 60. № 7. С. 899‒915.
- Шарков Е.В., Прокофьев В.Ю., Чистяков А.В., Богина М.М., Горностаева Т.А. Мегакристы “пузырчатого” керсутита в неоген-четвертичных вулканитах северо-западной Сирии: свидетельства кристаллизации в кипящем расплаве/флюиде // Вулканология и сейсмология. 2022. № 3. С. 60‒80.
- Allegre C.J., Poirier J.-P., Humler E., Hofmann A.W. The chemical composition of the Earth // Earth Planet. Sci. Lett. 1995. V. 134. P. 515‒214.
- Biggin A.J., Piispa E.J., Pesonen L J., Holme R., Paterson G.A., Veikkolainen T., Tauxe L. Palaeomagnetic field intensity variations suggest Mesoproterozoic inner-core nucleation // Nature. 2015. V. 526. P. 245–248.
- Brandon A.D., Norman M.D., Walker R.J., Morgan J.W. 186Os‒187Os systematics of Hawaiian picrites // Earth Pla-net. Sci. Lett. l999. V. 174. P. 25‒42.
- Ciborowski T.J.R., Minifie M.J., Kerr A.C., Ernst R.E., Baragar B., Millar I.L. A mantle plume origin for the Palaeo-proterozoic Circum-Superior Large Igneous Province // Precambrian Res. 2017. V. 294. P. 189‒213.
- Dejan P., Jacob D.E., Foley S.F. Recycling plus: A new recipe for the formation of Alpine–Himalayan orogenic mantle lithosphere // Earth and Planet. Sci. Lett. 2013. V. 362. P. 187–197.
- Dineley D.L. Miocene / Eds P.L. Hancock, B.J. Skinner // Oxford Companion to the Earth. Oxford: Oxford University Press, 2000. P. 694–695.
- Downes H. Formation and modification of the shallow sub-continental lithospheric mantle: a review of geochemical evidence from ultramafic xenolith suites and tectonically emplaced ultramafic massifs of Western and Central Europe // Journal of Petrology. 2001. V. 41. P. 233‒250.
- Ernst R.E. Large Igneous Provinces. Cambridge: Camb-ridge Univ. Press, 2014. 653 p.
- Ghosh D., Maiti G., Mandal N., Baruah A. Cold plumes initiated by Rayleigh-Taylor instabilities in subduction zones, and their characteristic volcanic distributions: the role of slab dip // American Geophysical Union. 2020. https://doi.org/10.1029/2020JB019814
- Hirose K., Lay T. Discovery of post-perovskite and new views in the core-mantle boundary region // Elements. 2008. V. 4. № 3. P. 183‒189.
- Ionov D.A., O’Reily S.Y., Genshaft Y.S., Kopylova M.G. Carbonate-bearing mantle peridotite xenoliths from Spitsbergen: phase relationships, mineral compositions and trace-element residence // Contrib. Miner. Petrol. 1996. V. 125. № 4. P. 375‒392.
- Jackson E.D. Primary textures and mineral associations in the Ultramafic zone in the Stillwater complex, Montana // US Geol. Surv. Prof. Paper 358. 1961. 106 p.
- Jeffries H. The Earth, its origin, history, and physical constitution. London: Cambridge Univ. Press, 1959.
- Kaminsky F.V. The Earth’s Lower Mantle. Composition and Structure. Springer, 2017. 331 p.
- Kusky T.M., Windley B.F., Zai M.-G. Tectonic evolution of the North China Block: from orogen to craton to orogen // Geological Society, London, Special Publications. 2007. V. 280. P. 1‒34.
- Labrosse S. Thermal and Compositional Stratification of the Inner Core / Abstract of AGU 2014 Fall Meeting, 15‒19 December. San Francisco, USA, 2014. DI31A-4257.
- Labrosse S., Poirier J.-P., Le Mouel J.-L. On the age of the inner core // Earth Planet. Sci. Lett. 2001. V. 190. P. 111‒123.
- Ma G.S.-K., Wang K.-L., Malpas J., Iizuka Y., Xenophontos C., Turkmani A.A., Chan G.H.-N., Usuki T., Chan Q.H.-S. Melt-pockets and spongy clinopyroxenes in mantle xenoliths from the Plio-Quaternary Al Ghab volcanic field, NW Syria: implications for the metasomatic evolution of the lithosphere / Eds A. Khan, F. Deschamps // The Earth’s heterogeneous mantle. Cham: Springer International Publishing, 2015. P. 205‒257.
- Maruyama S. Plume tectonics // J. Geol. Soc. Japan. 1994. V. 100. № 1. P. 24‒49.
- McDonough W.F. Compositional Model for the Earth’s Core // Treatise on Geochemistry. The Mantle and Core. V. 2. Elsevier, 2014. P. 559‒576.
- Mishra S.K., Srivastava A. K. The Evolution of Magnetic Rayleigh–Taylor Unstable Plumes and Hybrid KH-RT Instability into a Loop-like Eruptive Prominence // The Astrophysical J. 2019. V. 874. № 57.
- Nataf H.-C. Seismic imaging of mantle plumes // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2000. V. 28. P. 391–417.
- Pearson D.G., Canil D., Shirey S.B. Mantle samples inclu-ded in volcanic rocks: xenoliths and diamonds / Ed. R.W. Carlson // Treatise on Geochemistry, The Mantle and Core. V. 3. Elsevier, 2014. P. 547‒568.
- Philpotts A.R., Ague J.J. Principles of igneous and metamorphic petrology / 2nd edition. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2009. 667 p.
- Potter E., Szatmari P. Global Miocene tectonics and the modern world // Earth-Science Reviews. 2009. V. 96. P. 279–295.
- Puchtel I.S., Brugmann G.E., Hofmann A.W. Precise Re-Os mineral isochron and Pb-Nd-Os isotope systematics of a mafic-ultramafic sill in the 2.0 Ga Onega plateau (Baltic Shield) // Earth Planet. Sci. Lett. 1999. V. 170. P. 447‒461.
- Rizo H., Andrault D., Bennett N.R., Humayun M., Brandon A., Vlastelic I., Moine B., Poirier A., Bouhifd M.A., Murphy D.T. 182W evidence for core-mantle interaction in the source of mantle plumes // Geochem. Persp. Lett. 2019. V. 11. P. 6‒11.
- Rubie D.C., Nimmo F., Melosh H.J. Formation of the Earth’s core. Treatise on Geophysics. Evolution of the Earth / Eds G. Schubert, D. Stevenson. Amsterdam et al.: Elsevier, 2009. P. 51‒90.
- Rudnick R.L., Gao S. Composition of the continental crust // Treasure on Geochemistry / Eds D. Holland, K.K. Turekian. Elsevier, 2003. V. 3. P. 1‒64.
- Ryabchikov I.D., Sharkov E.V., Kogarko L.N. Rhönite from mantle peridotites in Syria // Bull. Tethys Geol. Soc. Cairo. 2010. P. 9‒13.
- Scheinberg A., Elkins-Tanton L.T., Schubert G., Bercovici D. Core solidification and dynamo evolution in a mantle-stripped planetesimals // J. Geophys. Res. Planets. 2016. V. 121. P. 2‒20.
- Sharkov E.V. Origin and Development of Cores of the Terrestrial Planets: Evidence from Their Tectonomagmatic Evolution and Paleomagnetic Data // The Earth’s Core: Structure, Properties and Dynamics / Ed. J.M. Phillips. N.Y.: Nova Science Publishers Inc., 2012. P. 39‒62.
- Sharkov E., Bogina M., Chistyakov A. Magmatic systems of large continental igneous provinces // Geosci. Front. 2017. V. 8. № 4. P. 621‒640.
- Sharkov E., Bogina M. Composition of Mantle Thermochemical Plumes did not Change from the Mid Paleoproterozoic: Evidence from the LIPs’ Study // Goldschmidt Abstracts. 2019. 3065.
- Shibazaki Y., Ohtani E., Teresaki H., Suzuki A., Funakoshi K. Hydrogene partioning between iron and ringwoodite into the Martian core // Earth Planet. Sci. Lett. 2009. V. 287. P. 463‒470.
- Stille H. Grundfragen der vergleichenden Tektonik. Berlin: Gebrüder Borntraeger, 1924.
- Walker R.J., Morgan J.W., Hanski E.J., Smolkin V.F. Re-Os systematics of early Proterozoic ferropicrites, Pechenga complex, northwestern Russia: evidence for ancient 187Os‑enriched plume // Geochim. Cosmochim. Acta. 1997. V. 61. P. 3145‒3160.
- Wang T., Song X., Xia H.H. Equatorial anisotropy in the inner part of Earth’s inner core from autocorrelation of earthquake coda // Nature Geoscience. 2015. V. 8. P. 224–227.
- Xu W.W., Zheng T.Y., Zhao L. Mantle dynamics of the reactivating North China Craton: Constraints from the topographies of the 410-km and 660 km discontinuites // Science China. Earth Sciences. 2011. V. 54. № 6. P. 881‒887.
- Young Y.-N., Tufo H., Dubey A., Rosner R. J. On the miscible Rayleigh–Taylor instability: two and three dimensions // Fluid Mech. Cambridge: Cambridge University Press, 2001. V. 447. P. 377–408.