10. Магматизм главных стадий геологической эволюции Земли

Рис. 10.2. Вариа­ции теплового ре­жима нижней и верхней мантии в геологической истории Земли (а) и их отражение в распределении возрастов прояв­ления гранитоид-ного магматизма (б), по Маруяма и Лю, 1997 г.

дию вплоть до образования крупных стабильных блоков земной ко­ры (кратонов) в виде докембрийских щитов и кристаллического основания древних платформ.

В течение континенталъно-океанической стадии, охватываю­щей последние 2 млрд лет, происходило параллельное образование континентальной (сиалической) и океанской (мафической) зем­ной коры и превращение океанской коры в континентальную.

Магматизм лунной стадии (<4 млрд лет). Как уже отмечалось, пря­мых сведений о геологических процессах этой стадии, включая маг­матизм, практически нет, и о них судят по косвенным признакам, включая данные сравнительной планетологии и общие закономер­ности эволюции космического вещества. Модельный возраст урана

537

Рис. 10.3. Схема эволюции магматизма в геологической истории Земли, иллюстрирующая увеличение во време­ни разнообразия магматических пород

10. Магматизм главных стадий геологической эволюции Земли

свидетельствует о том, что образование Земли, Луны и метеоритов произошло примерно 4.5 млрд лет назад. Протопланетное вещество скорее всего было близким по составу к примитивным каменным ме­теоритам — хондритам. Изотопный состав благородных газов, в пер­вую очередь ксенона, указывает на образование ранней атмосферы Земли 4.48-4.47 млрд лет назад. Большинство ученых сходится на том, что за счет экзотермических эффектов аккреции протопланетаого ве­щества, ранней дифференциации Земли и метеоритной бомбардиров­ки, а также радиогенного разогрева внешняя оболочка Земли долж­на была расплавиться с образованием глобального магматического океана, кристаллизация которого привела к образованию первичной коры и мантии. О составе первичной (лунной) коры единого мнения пока нет. Одни считают, что первичная кора была кислой (типа со­временной континентальной), другие первичной считают базито-вую кору, третьи к таковой относят анортозитовую кору.

Горных пород с возрастом более 4 млрд лет на Земле пока не ус­тановлено. Однако, в архейских метаосадочных породах Западной Австралии обнаружены цирконы с возрастом не моложе 4.28 млрд лет. Поскольку циркон характерен для кислых магматических по­род и редок в базитах, был сделан вывод о возможном существова­нии древнейшей гранитной коры.

Одни из самых древних пород — ортогнейсы Акаста из северо­западной Канады имеют возраст 3.96 млрд лет. Судя по эволюции Sm—Nd изотопной системы, ортогнейсы являются результатом плавления сиалического источника с модельным возрастом 4.1 млрд лет. Таким образом, и в этом регионе могла существовать сиаличе-ская кора, образованная на лунной стадии.

Представления об основном составе первичной коры базируют­ся на аналогиях с корами Луны, Венеры и Марса, а также на нали­чии ксенолитов такого состава среди самых древних сиалических магматических пород. Американский геофизик Д.Андерсон пола­гает, что базитовая первичная кора Земли сохранилась в мантии в виде эклогитов, выносимых на поверхность кимберлитами. Эта идея нашла подтверждение в Sm—Nd модельных изотопных возра­стах эклогитов, которые оказались равными 4.4—4.2 млрд лет.

Изотопные данные позволили также наметить самые ранние эта­пы деплетирования мантии Земли: 4.50-4.47,4.4-4.3 и 4.1- 4.0 млрд лет. Деплетирование мантии, т.е. вынос из нее легкоплавких компо­нентов и перенос их в кору был возможен только с помощью магма­тических процессов. Эти датировки первых магматических процес-

539

сов на Земле хорошо коррелируются с возрастом пород Луны: 4.51 -4.46 млрд лет для наиболее древних лунных норитов, троктоли-тов и дунитов; 4.46-4.36 млрд лет для железистых анортозитов и KREEP-базальтов и 4.06 млрд лет для магнезиальных анортозитов.

Магматизм нуклеарной стадии (4.0-2.5 млрд лет). Эта стадия ох­ватывает архейскую эру. Магматические и метаморфические поро­ды этого возраста представлены: 1) ассоциациями зеленокаменных поясов и пространственно сопряженных гранито-гнейсовых купо­лов, 2) гнейсо-мигматит-гранулитовыми высокометаморфизованны-ми ассоциациями и 3) расслоенными базитовыми плутонами.

Зеленокаменные пояса сложены вулканогенными и гипабиссаль-ными породами толеитовой и известково-щелочной серий в диапа­зоне составов от коматиитов до риолитов и лейкогранитов. Соотно­шение базитов, андезитов и кислых пород в зеленокаменных поясах архея Канады составляет 57 : 30 :13.

Магматические породы большинства зеленокаменных поясов имеют возраст от 3.8—3.5 млрд лет (Гренландия, Южная Африка, Кольский полуостров) до 2.7-2.6 млрд лет (Северная Америка, Цен­тральная и Западная Африка, Западная Австралия).

Коматииты являются индикаторной магматической породой стадии. Они слагают основание разрезов зеленокаменных поясов, сменяясь выше базальтами и кислыми породами. Последние пред­ставлены тоналитами, трондьемитами, дацитами, риолитами. Са­мые ранние архейские зеленокаменные пояса, содержащие обиль­ные коматииты, отличаются бимодальным базальт-дацитовым составом, практически без андезитов, в то время как более поздние пояса (2.7—2.6 млрд лет) наряду с базальтами и кислыми породами содержат довольно много андезитов.

Наиболее распространенными породами гнейсо-мигматит-гра-нулитовых областей являются так называемые серые гнейсы, за­нимающие до 80% площади архея на древних щитах. Среди них преобладают трондьемиты, в меньшей степени тоналиты, мета-морфизованные вплоть до гранулитовой фации. Эти породы геохи­мически примитивны, т.е. имеют низкие первичные отношения ⁸⁷Sr/86Sr (от 0.701 до 0.702-0.704) и обеднены литофильными эле­ментами-примесями.

Примерами архейских расслоенных плутонов являются массив Монче-Чуна-Волчьих тундр на Кольском полуострове, Великая дайка Зимбабве в Африке, плутон Стиллуотер в Северной Амери­ке.

540

геологической эволюции

В конце нуклеарной стадии (2.6-2.5 млрд лет) сформировались автономные габбро-анортозитовые тела.

В целом для магматизма нуклеарной стадии типичен ареаль-ный характер магматизма и формирование низкощелочных извер­женных пород толеитовой и известково-щелочной серий. Индика­торными породами являются коматииты, низкокалиевые серые гнейсы и расслоенные плутоны с анортозитами. К концу стадии сформировались ядра щитов и оснований древних платформ.

Магматизм кратонной стадии (2.5-2.0 млрд лет). В эту стадию произошла консолидация и объединение протоконтинентальных ядер в жесткие стабилизированные блоки земной коры — кратоны, на которых формировались платформенные чехлы и образовались первые типично платформенные магматические ассоциации — траппы. Появляются первые щелочные породы (см. рис. 10.3). В конце стадии возникают ассоциации анортозитов и гранитов ра-пакиви, внедряются лейкократовые и щелочные граниты, форми­руются первые карбонатиты.

Продолжалось развитие зеленокаменных поясов. Зеленокамен-ные пояса с возрастом 2.5 млрд лет и моложе известны в Австралии, Южной Африке, Северной Америке, в Карелии и на Украине.

Стабилизация земной коры способствовала развитию в ней хрупких деформаций и появлению крупных дайковых поясов, ли­нейных зон расслоенных плутонов и грабенообразных структур.

Сочетание магматических образований, характерных как для более ранней, нуклеарной, так и более поздней, континентально-океанической, стадий, подчеркивает переходный характер кратон­ной стадии, что фиксируется глобальными геохимическими изме­нениями в континентальной коре (рис. 10.4). Именно в интервале 2.5-2.0 млрд лет резко повышаются величины K₂O/Na₂O в обломоч­ных осадочных породах и в гранитах, возрастают содержания тория и редкоземельных элементов в глинистых сланцах и обломочных осадочных породах, растет отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в морских карбона­тах. Все эти показатели свидетельствуют о том, что в кратонную ста­дию континентальная кора обогащается калием и коррелятивными ему компонентами и приближается по составу к современной коре.

На кратонную стадию приходится минимум активности как мантийного, так и корового магматизма (см. рис. 10.1,10.2).

Магматизм континентально-океанической стадии (<2 млрд лет). Главной особенностью этой стадии является формирование лито-сферных плит, в том числе плит с океанической корой. Фрагменты

541