Іі рівень

1 Питання

1.Адвективні потоки речовини. Конвекція в геохімічних системах.(див.лекція 13)

2.Вільна енергія Ґібса, хімічний потенціал та розрахунок енергетичних ефектів геохімічних реакцій.(див.лекція 3)

3.Вкажіть основні глобальні тектонічні елементи літосфери і опишіть їх місце в хімічній диференціації земної речовини.

Основні геотектонічні елементи, що мають свою геохімічну специфіку

зони спредінгу – розходження літосферних плит і формування океанічної кори

зони субдукції – поглинання океанічної кори, переробка її і формування континентального типу кори

вулканічні дуги – субдукція океанічної кори під океанічну

активні континентальні окраїни % субдукція океанічної кори під континентальну.

зони колізії (зіткнення) літосферних плит континентальної будови (аналог - Гімалаї)– нарощування блоків континентальної кори, активний гранітний магматизм і метаморфізм

гарячі точки – вузькі потоки гарячої речовини, що піднімаються переважно із D-шару, що призводять до активного базальтового вулканізму і лужного (карбонатити, кімберліти) магматизму в літосферних плитах, що рухаються над такими потоками.

Р ух літосферних плит зумовлений конвективними рухами речовини у нижній і верхній мантії. Самі ж рухи направлені на вирівнювання температурних і хімічних неоднорідностей в межах мантії в цілому.

Рис. 5. Числова модель розрахунку конвекції в мантії, що показує виникнення потоку(плюму) гарячої точки (червоне), що рухається від границі ядро-мантія і потоку холодного матеріалу (синє) що субдукується в мантію. Залученння геохімічних даних показує що змішування відбувається ефективно і що границя фазових переходів на 670 км не відображається в хімічній шаруватості мантії (із van Keken and Ballentine, 1998, 1999).

Рис. 6. Будова Землі і основні геотектонічні елементи.

В рамках літосфери всі процеси направлені на вилучення легких елементів із мантійного матеріалу і нагромадження їх в складі континентальних (гранітних) блоків земної кори. Ці процеси починаються із часткового плавлення мантійного матеріалу із утворенням базальтової магми в зонах спредінгу. Базальти та нижче розміщені ультаосновні породи взаємодіють із океанічною водою, міняючи свій мінеральний та хімічний склад, в також звітрюються і руйнуються, формуючи океанічні осадки. Така гідратизована океанічна кора поглинається в зонах субдукції, де нагрівається і в умовах росту температури і тиску віддає значну частину летючих та несумісних із мантією елементів, що приймають участь у процесах плавлення і формування андезитової та гранодіоритової магм під вулканічними острівними дугами та активними континентальними окраїнами. Подальше перетворення речовини вже відбувається в складі континентальних блоків літосфери і основними процесами при цьому є звітрювання, осанконагромадження, діагенез (перетворення осадку в осадову породу), гідротермальна переробка масивів порід, тектонічне нагромадження породних мас, гранітоутворення і метаморфізм.

Рис. 7. Еволюція глибинної будови Землі із часом.

Зліва: Земля на початку геологічної історії; формування основних елементій її будови як результат масового розігріву планети внаслідок розпаду короткоживучих ізотопів і гравітаційної контракції. Активна диференціація речовини приводить до формування ядра і мантії. Верхня частина мантії частково плавиться і магматичний розплав формує великі басейни на поверхні – магматичний океан. Саме його кристалізаційна диференціація і кристалізація при остиганні (за популярними зараз геохімічними моделями) призвела до формування верхньої мантії та первинної літосфери.Хімічна диверенціація призводить до дегазації мантії і формування масивної безкисневої атмосфери. Значна частина цієї атмосфери втрачена внаслідок неминучого розсіювання в космічному просторі. Продовжується активне бомбардування астероїдами. Імпактні події призводять до збільшення вмісту космогенних елементів, зокрема платиноїдів. Саме цим пояснюються геохімічні аномалії складу древніх порід.

Справа: Сучасна геохімічна і геофізична модель Землі, яка відображає вирішальну роль в глобальних геохімічних процесах границі мантії та ядра (із Ballentine, Science 296, 2002, 1247-1248).