Механизмы трансляции глубинных импульсов во внешние оболочки современной Земли (на примере Позднекайнозойской глобальной тектономагматической активизации нашей планеты)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

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

  1. 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.
  2. Богатиков О.А., Коваленко В.И., Шарков Е.В. Магматизм, тектоника, геодинамика Земли. Связь во времени и в пространстве. М.: Наука, 2010. 605 с.
  3. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Глубинная геодинамика / 2-е издание. Новосибирск: Наука-ГЕО, 2001. 409 с.
  4. 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.
  5. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Т. 1. Механика, теплота, молекулярная физика. М.: Физматлит, 2018. 612 с.
  6. Сорохтин О.Г. Жизнь Земли. М., Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2007. 450 с.
  7. Уэйджер Л.П., Браун Г. Расслоенные изверженные породы. М.: Мир, 1970. 552 с.
  8. Хаин В.Е. Общая геотектоника / Изд. 2. М.: Недра, 1973. 511 с.
  9. Шарков Е.В. Формирование расслоенных интрузивов и связанного с ними оруденения. М.: Научный мир, 2006. 364 с.
  10. Шарков Е.В., Богатиков О.А. Позднекайнозойская глобальная активизация геологических процессов Земли ‒ тектономагматические аспекты // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1987. № 10. С. 3‒21.
  11. Шарков Е.В., Богатиков О.А. Эволюция тектономагматических процессов Земли и Луны // Геотектоника. 2010. № 2. С. 3‒22.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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.
  21. 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.
  22. 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.
  23. Dineley D.L. Miocene / Eds P.L. Hancock, B.J. Skinner // Oxford Companion to the Earth. Oxford: Oxford University Press, 2000. P. 694–695.
  24. 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.
  25. Ernst R.E. Large Igneous Provinces. Cambridge: Camb-ridge Univ. Press, 2014. 653 p.
  26. 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
  27. 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.
  28. 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.
  29. 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.
  30. Jeffries H. The Earth, its origin, history, and physical constitution. London: Cambridge Univ. Press, 1959.
  31. Kaminsky F.V. The Earth’s Lower Mantle. Composition and Structure. Springer, 2017. 331 p.
  32. 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.
  33. 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.
  34. 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.
  35. 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.
  36. Maruyama S. Plume tectonics // J. Geol. Soc. Japan. 1994. V. 100. № 1. P. 24‒49.
  37. McDonough W.F. Compositional Model for the Earth’s Core // Treatise on Geochemistry. The Mantle and Core. V. 2. Elsevier, 2014. P. 559‒576.
  38. 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.
  39. Nataf H.-C. Seismic imaging of mantle plumes // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2000. V. 28. P. 391–417.
  40. 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.
  41. Philpotts A.R., Ague J.J. Principles of igneous and metamorphic petrology / 2nd edition. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2009. 667 p.
  42. Potter E., Szatmari P. Global Miocene tectonics and the modern world // Earth-Science Reviews. 2009. V. 96. P. 279–295.
  43. 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.
  44. 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.
  45. 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.
  46. 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.
  47. Ryabchikov I.D., Sharkov E.V., Kogarko L.N. Rhönite from mantle peridotites in Syria // Bull. Tethys Geol. Soc. Cairo. 2010. P. 9‒13.
  48. 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.
  49. 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.
  50. Sharkov E., Bogina M., Chistyakov A. Magmatic systems of large continental igneous provinces // Geosci. Front. 2017. V. 8. № 4. P. 621‒640.
  51. 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.
  52. 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.
  53. Stille H. Grundfragen der vergleichenden Tektonik. Berlin: Gebrüder Borntraeger, 1924.
  54. 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.
  55. 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.
  56. 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.
  57. 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.

Дополнительные файлы


© Е.В. Шарков, М.М. Богина, А.В. Чистяков, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах