книги из ГПНТБ / Войткевич, Г. В. Происхождение и химическая эволюция Земли

величине и минералогическому составу. Из полевых шпатов появились первые глины, из ягелезистомагиезиальных силикатов были вынесены в океан магний и железо, а из кремнезема возникли первые кремнистые осадки — тонкозернистые коллоидные отложения кремне­ зема и грубообломочные пески, также включавшие об­ ломки химически неразложившихся минералов и пород.

В связи с этим рассмотрим несколько более подробно процесс перехода материала изверженных пород в ма­

изменение коренных пород под действием различных гео­ логических агентов. Наиболее интенсивной областью этих изменений является биосфера. Здесь протекает деятельность воды, воздуха и живых организмов. Весь комплекс процессов изменения пород на поверхности материков под действием главным образом Н 2 0 , 0 2 , С 0 2 , которые прямо и косвенно связаны с живым веществом, называется выветриванием. Продуктами выветривания

Процессы выветривания коренных изверженных пород — разделение продуктов выветривания при сносе, транспор­ тировке и осаждении в разных физико-химических усло­

Переход главных элементов в новые минеральные формы при образовании осадочных пород связан с устойчивостью породообразующих минералов при химическом выветри­

ных, — кварц, магнетит, отчасти полевые пшаты и слюды. Н о большая часть полевых шпатов превращается в гли­

что средняя изверженная порода, соответствующая со­ ставу гранитного слоя, по содержанию главных компо­ нентов мало чем отличается от средней осадочной породы в целом. Поэтому при метаморфизме и переплавлении осадочных толщ возникают кристаллические породы, близкие по составу к гранитам и гранитогнейсам. В це-

130

Таблица 19 Химический состав осадочных пород

лом в осадочной оболочке Земли концентрация Mg и Na ниже, поскольку значительная часть этих элементов

Fe2 03 /FeO больше 1 в осадочных породах связано с тем, что значительная и х часть формируется с участием СО а атмосферы и гидросферы, свободного кислорода атмо­ сферы, окисляющего железо до трехвалентного состояния

исеру до шестивалентного.

Вдалеком прошлом истории земной кор ы пр и чере­ довании колебательных геологических движений в одном

участков суши. Возникли зародыши первых материков, которые впоследствии стали обрастать поясами мощных толщ осадочных пород, возникших за счет р а з р у ш е н и я более приподнятых участков суши. Эти пояса подверга­ лись затем складчатости и поднятиям. Образовались древние горные цепи вокруг ядер материков, впоследст­ вии такж е разрушенные внешними геологическими аген­ тами. Однако указанный процесс проходил очень не­ равномерно на разных материках . Та к в общем формиро­ валась континентальная часть земной коры .

131

Р и с. 24. Геохронологнческая шкала истории Земли

ной коры, участвующими в большом круговороте ве­ щества: магматическая порода->осадочная порода->мета-

вороте вещества в верхних горизонтах нашей планеты, охватывающем горные породы различного происхожде ­

позже было разработано В . И . Вернадским в нашей стране

133

Магма

Метаморфпческпе

породы

поступление

ювенилыіоіі

магмы

Р и с. 25. Схема большого круговорота вещества в земной коре

щиеся и тождественные (геохимические циклы) . Они возобновляются на поверхности энергией Солнца, погло­ щенной, живым веществом, а в глубинах — атомной энергией, обусловленной радиоактивным распадом».

Естественно, в процессе геохимического круговорота легкие молекулы, р а д и к а л ы и атомы проходят более короткие пути и затрачивают меньше времени на свое перемещение, чем более тяжелые вещества. Самому ин­ тенсивному круговороту подвергаются легкоподвижные вещества — газовые составные части атмосферы и вода. Значительно более медленному круговороту подвергается вещество континентов. Время, необходимое дл я полного оборота вещества, составляет дл я атмосферной углекис -

134

путем испарения происходит примерно в течение 1 млн. лет. Вещество континентов путем выветривания и. сноса удаляется с поверхности суши через 80—100 млн. лет. Отсюда совершенно очевидно, что если бы не было веко­ вых поднятий в континентальном полушарии, то в течение нескольких геологических периодов вся суша была бы снесена в океан и вся наша планета покрылась сплошной водной оболочкой. В настоящее время океан по своему объему в 12 раз превышает объем суши. Средняя высота суши над уровнем моря 825 м, средняя глубина Миро­ вого океана 3800 м (рис. 26). Отсюда следует, что весь объем современной суши есть отражение относительного равновесия между ее образованием путем поднятий и раз ­ рушением путем сноса внешними геологическими агентами.

Согласно представлениям Т. Б а р т а , состав океана находится в относительном равновесии. Это значит, что вещество осадков, отлагаемое в океанической среде, возвращается из моря на континент с такой ж е скоростью, с какой продукты выветривания сносятся с континента в море. Отсюда естественно вытекает, что средний хими­

в океане более длительный период времени, чем какие-либо

ментов за всю геологическую историю и п р и ш л и к з а к л ю ­ чению, что общая масса выветрившегося и переотло­

К . Ранкама и Т. Б а р т о м (1965), показали, что за 3,5 млрд. лет через кору выветривания прошла почти вся масса континентальной земной коры . Однако большая часть

J 35

осадочных пород (преимущественно древних, докембрийских) подверглась усиленному метаморфизму и пере­ плавлению. Присутствие воды в порах осадочных пород снижает температуру их плавления на глубине и спо­

веществом д л я плавления при соответствующем составе уже при температуре 570—580° С. В связи с этим можно

ной коры к а к область былых биосфер. Современные гео­ химические данные подтверждают справедливость такого заключения . Поэтому в общем небольшую пропорцию осадочных горных пород во всей земной коре следует рассматривать только как ту часть осадочной оболочки (стратисферы), которая уцелела от метаморфизма и гра­ нитизации прошлых геологических эпох.

роли живого вещества, которая возрастала в течение истории Земли .

Кремний . Четырехвалентный ион кремния S i 4 + яв ­ ляется главным катионом литосферы, а в сочетании с че­ тырьмя анионами кислорода образует комплексный анион

составные части изверженных горных пород, метаморфи­

нигде не расстается с кислородом и мигрирует вместе с ним. Исключительно велико в химии земной коры зна­ чение окиси кремния (Si02 ), которая выступает в разных

кварца . При этом увеличивается содержание воды в оста­ точных расплавах . В связи с этим происходит образова­ ние термальных минерализованных растворов, вынося­ щих растворенный кремнезем, который в дальнейшем отлагается в виде кварцевых ж и л различной формы, а также вызывает окварцевание соседних боковых вме­ щающих пород, часто в больших масштабах. К в а р ц выступает в качестве главного породообразующего мине­

ного влажного климата кварц остается в нерастворимом остатке, в то время как кремнезем р а з л о ж и в ш и х с я сили­ катов быстрее уносится проточными водами. В условиях тропического влажного климата вынос кремнезема резко возрастает.

В процессе круговорота воды проточные воды и реки, омывающие сушу, выносят огромные количества кремне­ зема в виде взвесей ГЛИНИСТЫХ частиц, обломков алюмо­

материала осаждается недалеко от берега, образуя так называемые терригенные отлоя^ения. В самой океаниче­ ской воде происходит с л о ж н а я миграция кремнезема. Основное его количество в верхних горизонтах океана быстро поглощается микроорганизмами . Т а к , диатомо­ вые водоросли извлекают 70—80% кремния из воды. Кремневые скелеты строят и такие широко распростра­ ненные животные моря, к а к радиолярии, губки, некото­ рые кораллы . После гибели диатомовых водорослей они медленно опускаются на дно, на глубинах 2000—2500 м

138 -

постепенно растворяются. Кремний снова переходит в растворимую форму. Нерастворившаяся часть оседает

при механическом разрушении кварцсодержащих пород интрузивного происхождения . Образование чистых от­ ложений кварца связано с интенсивностью выветривания и перемывом первичиого материала. Чистые кварцевые пески и песчаники встречаются относительно редко. В большинстве случаев в них присутствуют примеси полевых шпатов и других минералов. Огромные массы кремния осаждаются в коллоидном состоянии в виде разного рода глинистых минералов.

В геологическом прошлом менялись соотношения форм миграции кремнезема. В докембрийских морях во многих местах происходило ритмичное чередование осаждения тонкодисперсного кремнезема и соединений железа . Таким образом, возникли полосчатые железистые кварциты,

с участием живых организмов, которые все более приоб­ ретали способность строить кремневые скелеты.

Железо по распространению в земной коре занимает второе место после алюминия . В разные геологические эпохи железо осаждалось в крупных скоплениях, образуя крупнейшие месторождения, которые по своим запасам резко превышают известные запасы всех других металлов, вместе взятых .

Железо является весьма я р к и м индикатором, реаги­ рующим на физико-химические условия среды путем изменения своей валентности. В растворах, богатых кислородом, железо переходит в трехвалентную форму,

ниты (2—3%). В биосфере в зависимости от условий железо меняет свою валентность. В минералах оно встре­ чается в виде двух - и трехвалентных ионов. Железо —

10* 139