Гипотезы изначально гидридной Земли

 

1. Проблема источника калия в образовании земной коры.

 

Данная проблема вытекает из несоответствия широкой распространенности калия в земной коре и низких исходных концентраций этого элемента в мантии Земли согласно бытующим хондритовой или пиролитовой моделям. С нашей точки зрения проблема эта гораздо шире. Попытка свести баланс по второстепенным и малым элементам (исходная хондритовая мантия - земная кора и дунитовый мантийный рестит) выявляет несколько групп элементов, которые сведены в таблице 3.

 

Таким образом, калий попадает в большую группу дефицитных элементов и, если его для коры все же можно набрать, очистив преобладающий объем мантии, то хондритовые содержания некоторых других дефицитных элементов (например, урана) оказываются недостаточными даже при полном их извлечении из всего объема планеты.

 

С другой стороны, никак не меньшая проблема возникает в связи с избыточными и сверхизбыточными элементами, которых в метеоритах в десятки, сотни и тысячи раз больше, чем в коре и мантийных модулях. Казалось бы, что сославшись на дифференциацию, можно предположить их захоронение где-то на недоступных для нас глубинах. Однако среди тяжелых сидерофилов, для которых это допущение (в рамках традиционной модели) представляется приемлемым, избыточным оказываются также такие легкие литофильные элементы как бериллий, германий, углерод.

 

По нашей версии выявленные группы элементов являются следствием исходных различий составов Земля и метеоритного вещества (пояса астероидов), обусловленных сепарацией элементов согласно их потенциалам ионизации (сравни табл. З и рис. 2). В данной связи хондритовая модель Земли неприемлема. Однако весь фактический материал по метеоритам не теряет, а напротив, приобретает особую актуальность, поскольку его можно использовать в полной мере для оценки исходного состава нашей планеты, но с учетом магнитной сепарации.

 

Положение калия на общем тренде (см. рис. 2) позволяет утверждать, что его концентрация на Земле должна быть примерно на порядок выше, чем в метеоритах. Естественно, при нашей оценке исходного (среднего) содержания калия на планете (K₂O = 0,6%) исчезает проблема источника этого элемента. Для образования кора мощностью 37,5 км, составленной из I части гранита и 1,5 частей базальта, зона рестита в мантии (с содержанием K₂O = 0,05%) должна быть развита до глубины всего лишь 120 км. Полученный результат дает возможность представить первичный состав силикатко-окиеной оболочки планеты (а равным образом и состав первичной недеплетированной мантии) смесью из 1 части гранитов, 2 частей базальтов и 5 частей ультрабазитов (дунит-гарцбургитов).

 

Пересчет данной смеси на нормативный минеральный состав показывает, что первичная мантия в условиях малых глубин должна быть представлена плагиоклазовым вебетерит-лерцолитом, который в условиях высоких давлений трансформируется в гранат-оливиновый пироксенит.

 

Таким образом, согласно нашим представлениям, в мантии под слоем дунит-гарцбургитского рестита имеет место первичный мантийный субстрат с гораздо более высокими (чем это допускается традиционно) содержаниями калия, рубидия и прочих литофильных элементов. В данной связи становится понятной (и обязательной) обогащенность наиболее глубинных мантийных производных (кимберлитов, щелочных базальтов, лампроитов) "коровыми" элементами. особенно в тех случаях, когда отсутствуют признаки контаминации. Для этого первичного мантийного резервуара предложен термин "гиполит".

 

2. Некоторые вопросы эволюции коры и мантии континентов.

 

В истории развития Земли нижний протерозой отличается особо мощным поступлением калия (и рубидия) в кору, что обусловило формирование гранитного слоя древних платформ. В архейскую эру мантия, по всей вероятности, была более прогретой, но выноса калия в таких объемах не наблюдалось. В работе обсуждаются причины этого явления, здесь мы только назовем их.

 

По нашему мнению, "задержка с калием" обусловлена тем, что на ранних этапах формирования силикатной оболочки слагающие их силикаты (из-за низкого отношения O/Si) образовывали преимущественно каркасные структуры, в которые были прочно "вшиты" алюмокислородные тетраэдры (АlO⁴)R, где R - калий, рубидий и др., компенсирующие нехватку заряда иона алюминия. С увеличением отношения O/Si и переходе к цепочечным и островным структурам полимерные цепи начинали рваться по алюмокислородным членам, как менее прочным в сравнении c кремнекислородными, что создавало условия для высвобождения калия (и рубидия).

 

Кроме того, только при полном раскислении петрогенных элементов появлялась возможность образования воды в составе глубинного флюида и, соответственно, гидроксилиона, что создавало возможность транспорта щелочей в виде групп R-OH. Этим, вероятно, можно объяснить сопряженность выноса калия из мантии с появлением воды во флюиде, что фиксируется наступлением эпохи амфиболитовой (водной) фации метаморфизма взамен безводных архейских гранулятов.

 

Далее в разделе приводятся сведения о поведении изоморфной емкости решеток силикатных структур в условиях высоких давлении, что, в свете расширения планеты, может иметь большое металлогеничекое значение.

 

Расширение планеты сопровождается уменьшением силы тяжести и, соответственно, уменьшением давлений в недрах (за счет уменьшения литостатической нагрузки при сохранении мощности перекрывающей толщи), что, в свою очередь, обусловливает уменьшение емкости силикатных структур и приводит к очищению кристаллических решеток от изоморфных примесей. Последние, не будучи жестко связанными, в конце концов оказываются в межзерновых зонах и легко могут быть мобилизованы при "промывке" мантийного субстрата флюидом, либо при его частичном плавлении.

 

В результате в мантии со временем (по мере расширения Земли) должен наращиваться слой, содержащий многие элементы, в том числе литофильные редкие металлы, в геохимически несвязанном состоянии, способствующем их мобилизации и вовлечению в рудогенез.

 

В условиях длительного полициклического геосинклинальчого режима эти элементы-примеси расходуются по мере их высвобождения в связи с периодическим промыванием недр ювенильным флюидом и с процессами плавления мантии, что приводит к повышению геохимического фона этих зон. Однако, в пределах древних кратонов, длительно существовавших в условиях тектонического покоя, по мере расширения планеты мантия может становиться все более и более "потенциально рудоносной". В этом мы видим причину особой металлогенической значимости (в отношении литофильно-редкометальной минерализации) зон автономной активизации, наложенных на докембрийские платформы.