Лекция 3. Вопрос 5. Строение, происхождение, развитие Земли и металлогения

Вопрос 5. Строение, происхождение, развитие Земли и металлогения.

Строение Земли: кора, мантия, ядро (рис. 3-1).

Основные параметры: масса ­− 5,977 · 10²¹ т; поверхность − 510,08 млн. км²; средняя плотность − 5,52 г/см³; средний радиус − 6 371 км; среднее ускорение силы тяжести на поверхности − 981 гал.; средний тепловой поток через континенты − 1,43 · 10^-6 кал/см² · с, через океаническое дно − 2,37 · 10^-6 кал/см² · с.

Основной ареной процессов металлогении является земная кора, которая разделяется на 2 типа: континентальную и океаническую (таблица). В последние 3-4 десятилетия всё большее внимание уделяется процессам мантийного магматизма и мантийным источникам металлов ряда месторождений. Химический состав земной коры (по А.П.Виноградову показан на рис. 3-2).

Происхождение, развитие Земли и металлогения

В настоящее время в отношении происхождения Земли конкурируют несколько гипотез. Ранние представления о первоначально расплавленном состоянии планеты и её постепенном остывании не выдержали проверки и полностью отвергнуты. Современная наука рассматривает ряд гипотез образования нашей планеты путем концентрации частиц облака холодной космической материи с последующим разогревом и уплотнением под воздействием сил гравитации и энергии радиоактивного распада. В этой группе гипотез выделяются следующие:

1 − гипотеза гомогенной аккреции − формирования Земли из частиц планетного вещества (планетозималий) с последующим разогревом, дифференциацией вещества и формированием оболочек. В этой гипотезе возможны 2 варианта: 1) расплавление вещества на ранней (протопланетной) стадии (А.А.Маракушев) и 2) холодное развитие на ранней стадии с последующим разогревом и дифференциацией (О.Г.Сорохтин, С.А.Ушаков).

2 − гипотезы гетерогенной аккреции Земли, согласно которым первоначально слипались тугоплавкие железо-никелевые частицы, образовавшие ядро; в дальнейшем ядро обрастало более легкоплавкими частицами. По этим гипотезам земля формировалась изначально расслоенным телом.

С позиций металлогении интересны представления А.А.Маракушева, обосновавшего хондритовую модель образования Земли. Расслоению по протопланетной стадии способствовало флюидное давление в жидком ядре, приводившее к концентрации водорода и других флюидных компонентов. Экспериментальная проверка показала расслоение вещества на ряд зон: водородную (Fe, Ni, H₂) ® железо-ультраосновную (Mg, Fe, Si) ® ультраосновную (Mg, Si) ® переходную (Mg, Si, Al) ® основную (Na, K, Si, Al), что близко к составу реальных оболочек Земли. По этой гипотезе происходило обеднение силикатных оболочек металлами, которые кон­центрировались в ядре. В дальнейшем из ядра металлы выносятся флюидными потоками, в чем заключается металлогенический эффект рассмотренного механизма. Это «работа» так называемых «трансмагматических» флюидов. Последние могут быть связаны с мантийными плюмами, зарождающимися на границе ядра и мантии.

Металлогенический аспект имеет и другая гипотеза — холодной аккреции газопылевого облака. В результате гравитационной дифференциации и тепла радиоактивного распада тяжелые элементы концентрировались в ядре, которое начало формироваться около 4^х млрд. лет назад, в начале архея и сформировалось в конце архея, около 2,6 – 2,7 млрд. лет назад. Процесс развивался по механизму зонного плавления, но сверху – вниз. Процесс формирования ядра сопровождался конвективными движениями в мантии, образованием конвективных ячеек и движением литосферных плит, т.е. заработал механизм плейттектоники. Конвекция в мантии привела к обогащению отдельных «струй» как сидерофильными элементами (Fe, Ni, Cr, Co, V, Pt, Pd), так и сульфидами халькофильных элементов (Cu, Pb, Zn, Au, Ag). Свидетельство этому — уникальные расслоенные интрузии, внедрившиеся в раннем протерозое в древние щиты (Бушвельдский комплекс и др.). С этим же периодом (2,6 – 2,8 млрд. лет) связано и другое металлогеническое глобальное событие — формирование железорудных месторождений позднего архея − раннего протерозоя (пояс Абитиби, Воронежский массив, Тараташский комплекс на Урале), хромитовых месторождений в зеленокаменных поясах, редкоземельных пегматитов.

Экзогенные месторождения раннего протерозоя — это осадочные и вулка­ногенно-осадочные месторождения железа (Курская магнитная аномалия, Криворожский бассейн и др.), золото-урановые месторождения бассейна Витватерсранд в Южной Африке и другие.

Дальнейшая плито-тектоническая история Земли привела к цикличному обогащению коры цветными, благородными и редкими метал­лами и формированию месторождений разнообразных полезных ископаемых.

Вопрос 6. Основные закономерности распределения полезных ископаемых во времени.

Продуктивность Земли в отношении генерации полезных ископаемых с её тектоно-магматической историей и зависит от плито-тектонических циклов. Продуктивность сидерофильных и халькофильных полезных ископаемых в зависимости от формирования суперконтинентов показаны на рис. 3-3.

Видно, что максимумы формирования месторождений сидерофильных элементов совпадают с периодами начала раскола сформировавшихся суперконтинентов, а месторождений халькофильных элементов — со временем формирования суперконтинентов. Главный пик запасов железных руд приходится на время распада Моногеи и связан с глубинными источниками, о чём говорилось выше. Другие, существенно меньшие, пики связаны с началами расколов последующих суперконтинентов (см. рис. 3-4).

Обращает на себя внимание совпадение архейско-протерозойских пиков месторождений железа с максимумом концентрации этого металла в мантии.

Это свидетельствует о мантийном источнике металла в месторождениях.

Распределение запасов золота в месторождениях разного возраста показано на рис. 3-5.

Максимумы запасов золота сконцентрированы в архее − раннем протерозое и фанерозое, совпадая с повышением содержания этого металла в мантии. Пики рудообразования совпадают с тектоно-магматическими процессами в сформировавшихся суперконтинентах: Моноген, Мегаген, Лавразии − Гондване и Пангее.

Распределение запасов месторождений сидерофильных элементов (в стоимостном выражении), показанное на рис. 3-6 (без золота и железа), отли- чается от изображенного на рис. 3-3. Отличия заключаются в более «ровном», относительно повышенном количестве запасов в интервале времени от 0 до 2^х млрд. лет назад. Это, по-видимому, связано с тем, что по мере эволюции земной коры, наряду с глубинными источниками сидерофильных элементов, всё более значение приобретают экзогенные процессы − связанные с выветриванием древних магматических и метаморфических пород, осадконакоплением продуктов их разрушения и повторной переработкой этих продуктов в зонах субдукции. Эти процессы называются рециклингом коры, впервые рассмотренные Г.Шнейдерхеном, который выделил вторично-гидротермальные, метаморфно-мобилизованные и регенерированные месторождения.

Распределение объёмов месторождений халькофильных элементов (в стоимостном выражении) с очевидностью показывает резкое увеличение их объёмов в фанерозое (рис. 3-7). Это, в частности, связано с поступлением металлов из коровых источников в процессе их рециклинга.

«Таким образом, сравнительно низкий металлогенический потенциал архея был связан с перегревом конвергирующей мантии и практически полным поглощением как сидерофильных так и халькофильных элементов расп­лав­ленным железом и его окислами в зонах гравитационной дифферен­-

циации земного вещества. Заметный вынос полезных ископаемых в земную кору начался только в конце архея в связи с выжиманием к поверхности первичного вещества бывшей сердцевины Земли с первозданными концен­трациями в нем рудных элементов. После формирования земного ядра на рубеже архея и протерозоя, дальнейшая эволюция полезных ископаемых происходила от сидерофильной к халькофильной металлогении, что полно­стью определялось эволюцией химического состава мантии, поскольку сиде­ро­фильные элементы в большей мере, чем халькофильные соединения переходили в земное ядро. Кроме того, на распределение всех типов полез­ных ископаемых существенное влияние оказывали процессы эрозии и повтор­ной мобилизации вещества земной коры (ее рециклинга). Перерасп­ре­де­лявшие их запасы от древних эпох к более молодым.

На характере распределения всех типов полезных ископаемых в геологической истории Земли весьма существенным образом сказывалась цикличность развития континентальной коры … максимальные импульсы сидерофильной и золотоносной металлогении, как правило, следуют за мо­мен­тами образования суперконтинентов, тогда, как всплески халькофильной минерализации, наоборот, в основном соответствуют этим моментам» (В.И.Старостин).

Дата добавления: 2014-01-13