Факультет

Студентам

Посетителям

Дренажная оболочка в работе

Новая гипотеза подобна лучу света, с неожиданной стороны вдруг освещающему знакомую картину. И то, что скрыто, неясно, расплывчато маячило в тени, вдруг проступает очевиднее и рельефнее. И тогда становится ясным замысел всей сцены, всего того, что замыслено сюжетом сложной геотектонической пьесы.

И еще одно качество непременно должно сопутствовать новой гипотезе — непринужденность, если хотите, даже легкость, с которой с ее помощью по-новому объясняются старые факты и явления. Природа границ в Земле, происхождение коры материков и океанов, рост гор и т. д. — вот те проблемы, которые так и не разрешены.

Феноменальный слой мохо

Постоянная, а лучше сказать, «вечная», вертикальная циркуляция водных паров и растворов должна не только выщелачивать растворимые вещества и этим превращать породы в более легкие и более проницаемые, но и изменять их химический состав как путем вымывания одних соединений, так и путем перемещения и привнося в растворенном состоянии других. В результате работы вертикально циркулирующих паров, газов и воды формируется особая, обладающая проницаемостью оболочка. Нижний слой этой оболочки должен иметь повышенную плотность вследствие цементации пород веществами, приносимыми туда нисходящими водными растворами.

Естественный вывод: на уровне изотермической поверхности с температурой 425—450° должен возникнуть скачок плотности, то есть резкий переход от проницаемых пород к более плотным и малопроницаемым. Именно такой слой действительно повсеместно залегает между корой и мантией. Он и носит имя открывшего его югославского ученого А. Мохоровичича.

Граница Мохоровичича — это та нижняя изотермическая поверхность, где водные растворы образуют пар и цементирующие минеральные осадки. Вода здесь определяет существование поверхности Мохоровичича со всеми особенностями и необъясненными ее проявлениями.

Мы получаем в руки как бы своеобразную нить Ариадны — свойства воды в ее циклических превращениях. Теперь в лабиринте загадок и тайн, которыми полна земная кора, мы будем чувствовать себя увереннее.

Граница рождения руд

Речь идет о поверхности Конрада, что отделяет базальт от гранитов. Мы не раз уже повторяли: опускаясь в глубь недр, вода насыщается минеральными компонентами. Уместно спросить: какими же? Оказывается, к хорошо растворимым относятся соединения магния, железа и кальция, которые входят в состав самых плотных пород. Выпадая при испарении растворов, эти соединения не только цементируют нижележащие породы, но и взаимодействуют с ними, образуя минералы более высокого удельного веса. Иначе говоря, в своем нисходящем движении цикл круговращения воды работает над созданием скачка плотности у границы Мохоровичича.

Схема движения паров и растворов в земной коре

Схема движения паров и растворов в земной коре

А что же делает восходящая ветвь? Как ведет себя надкритический пар, который возник выше поверхности Мохо при температуре около 450° и теперь рвется во все стороны в полном соответствии с физическими свойствами? Он движется в сторону наименьшего сопротивления, где пористость выше, а давление слабее. Короче, он поднимается навстречу водным растворам. Но поднимается он тоже не «порожняком», а захватив с собой кое-какие минеральные примеси. Оказывается, существуют химические соединения, которые более летучи с паром, чем растворимы в воде. К ним относится такой наиболее распространенный в веществе Земли материал, как окись кремния, или кремнекислота, из которого состоят самые обычные минералы вроде песка и кварца. Поэтому восходящая ветвь цикла тоже несет «транспортную нагрузку», и происходит непрерывный обмен, замещение: из тех самых пород, куда вносятся соединения магния, кальция, железа, надкритическим паром извлекается кремнекислота и уносится в верхние горизонты земной коры, обогащая их кремнием.

На какую же высоту удается подняться надкритическому пару?

Очевидно, на ту, где он еще остается паром. Предел лежит на изотермической поверхности с температурой около 374°.

Верхняя граница цикла, где пар становится водой, отмечена уже знакомой нам переменой в свойстве растворимости. Конденсируясь в жидкость, пар обязательно выделяет в виде осадка кремнекислоту, поскольку она плохо растворяется в воде. Выпадение кремнезема из паровых растворов должно обогащать породы кремнием. А поскольку этот процесс накопления кремнекислоты продолжается уже миллиарды лет, легко понять, почему материки нашей планеты так основательно «пропитаны» кремнием.

Поверхность, где пар становится жидкостью, а кремнекислота и ее соли выпадают в осадок, ближе всего по своим свойствам подходит к тому, что геологи называли поверхностью Конрада. Ниже этой границы расположены базальты, то есть породы, менее богатые кремнием, а выше — граниты, содержащие в изобилии кремний и радиоактивные элементы. Поверхность Конрада, как и поверхность Мохоровичича, связана с конкретными физико-химическими свойствами воды, в данном случае с процессом конденсации перегретого пара, приносящего летучие с ним минеральные компоненты. Так можно получить ответ на загадочный вопрос № 2: что такое поверхность Конрада и каково ее происхождение? Эта граница образуется там, откуда, во-первых, нисходящие жидкие водные растворы вынесли растворимые в них вещества, богатые железом, магнием и кальцием, и, во-вторых, куда с восходящим паром принесен летучий с ним кремнезем.

Рождение материков и океанов

Кора суши в 5 раз толще, но занимает в 2,4 раза меньшую площадь, чем кора океанов. Объем последней составляет 2,5 миллиарда кубических километров, то есть меньше половины объема коры суши, равной 5,5 миллиарда кубических километров.

Чтобы понять, как образовались материки, надо найти причины и процессы, которые приводят к изменениям толщины коры, ее плотности, химического и минерального состава пород, слагающих кору.

Надо понять тот механизм, который создает и обеспечивает воспроизводство земной коры с ее относительно постоянным строением и мощностью, которая прямо связана с рельефом суши и глубиной океана. Перемещение материков, отдельных плит, так же как и расширение или сжатие земного шара или его пульсации (то расширение, то сжатие), не могут играть роль такого механизма.

Скорее всего именно на химико-физическом комбинате под названием «дренажная оболочка» идут непрерывные процессы, создающие и поддерживающие разнообразие земной коры. В самом деле, чем выше горы, тем больше столб жидкости, тем выше давление, и, следовательно, в дренажную оболочку здесь проходит больше охлаждающей воды, изотерма перехода жидкости в пар, то есть граница Мохо, опускается, и мощность коры увеличивается. У гор вырастают глубокие корни. Нагретые же в коре материков горячие воды по системе сообщающихся сосудов уходят по дренажной оболочке под океан и там поднимаются вверх. Вода охлаждается, а кора нагревается. Изотермы с температурами 425—450° С поднимаются, граница Мохо подступает к дну океана, кора «худеет» до 10 и менее километров. Кроме того, в коре океанов, где растворы поднимаются кверху, происходит не только нагрев, но и увеличение плотности пород за счет цементации их веществами, принесенными из-под материков. Нисходящие же растворы в пределах материков, опускаясь, выщелачивают из пород соединения, богатые железом, магнием и кальцием. Они делают промываемые породы менее плотными, что определяет способность коры плавать на веществе мантии, которое обладает более высокой плотностью.

А пока мы даем принципиальный ответ на вопрос о том, как появилась мощная материковая кора и тонкая океаническая. Материковая кора возникла в итоге воздействия относительно холодных растворов, проникающих в глубины, на породы нижней границы дренажной оболочки. Охлаждая породы и выщелачивая их растворимые вещества, растворы смещают вглубь поверхность Мохоровичича, по которой замеряется толщина коры. Становится понятным, почему граница Мохо в глубинах очерчивает зеркальное подобие рельефа. Почему под горами материки толще, до 70 километров, а под равнинами — тоньше, какие-нибудь 30 километров. Становится понятным и почему в океане кора тонкая, и тем тоньше, чем глубже океан. Тоже зеркальное подобие. Только здесь вода, уже нагретая, идет не в дренажную оболочку, а из нее, вверх, нагревая кору, в результате чего нижняя граница, где жидкость переходит в пар, поднимается ближе к поверхности и кора становится тонкой… Вглядимся пристальнее в детали картины.

Великое вращение

Вертикальная циркуляция воды и движение ее под океаны по дренажной оболочке объясняют появление двух разновидностей коры: толстой — материковой и тонкой — океанической. Она объясняет и то, что обе коры должны иметь слоистое строение. Ведь и там и там происходит «вечная» вертикальная циркуляция. Один слой, поверхностный, это осадки. Они могут быть и на суше, и особенно на дне океана. Ниже идет слой пород, в которых температура ниже критической (374°), а еще ниже — слой пород дренажной оболочки, где температуры лежат в пределах от 374 до 425—450°.

Но вернемся к началу, к вопросу, заданному впервой главе: почему материки до сих пор не смыты поверхностными водостоками в океан?

42 000 миллиардов тонн воды в виде речного стока ежегодно смывают с материков и уносят в океан 12 кубических километров, или 25—30 миллиардов тонн, твердой взвеси. Такая сработка суши могла бы длиться от силы 9—40 миллионов лет. А материки, по самым осторожным подсчетам, существуют более 3 миллиардов лет.

Есть у этого явления еще одна темная сторона: куда девается континентальное вещество? За миллионы лет оно должно было бы заполнить океаны, образовав в них мощные осадочные накопления, по химическому составу близкие веществу материков.

Однако ученым известно, что этого не произошло и породы океанического дна отличны от материковых. То количество осадочных пород, которое находится в настоящее время на дне, могло накопиться всего за 30 миллионов лет.

В чем же дело? Вот тут-то мы и приходим к общей идее круговорота вещества.

Еще в 1889 году американский морской офицер Кларенс Даттон высказал предположение о том, что если горные области материков из-за смыва всплывают, а океаническое дно у побережий непрерывно погружается, то должен идти переток твердого вещества из-под океанов под материки.

В дальнейшем эта идея развивалась и совершенствовалась. Сейчас многие считают, что вещество верхних слоев Земли, по крайней мере до глубины в 60—80 километров, находится в постоянном круговороте.

В прямой связи с подвижностью твердого вещества земной коры находится рельеф поверхности нашей планеты. Различие уровней материков, высоты гор и межгорных понижений — следствие разной плотности и мощности масс, образующих эти части рельефа. Чем больше мощность какого-нибудь участка земной коры, тем выше возносится такое образование над соседними участками. При этом каждое километровое изменение рельефа сопровождаемся десятикилометровым изменением в толщине земной коры, что указывает на ее подвижность. Эта подвижность находится в тесной связи со свойствами мантии.

Сейчас большинство ученых признает, что породы верхних слоев мантии пластичнее пород земной коры.

Понять сущность этого нам снова поможет представление о дренажной оболочке.

Представим себе мощный, высокий айсберг, попавший под теплые солнечные лучи. Естественно, льдина тает, оплывает, размеры и высота над водой уменьшаются.

Зададимся целью сохранить такой айсберг в динамической неизменности. Пусть греет солнце, стекают с айсберга холодные ручьи в океан, но мы сможем удержать высоту его постоянно, если станем намораживать на нижней поверхности новый слой льда взамен стаявшего сверху. Важно сохранить соответствие тепла и масс. Расходуемое на таяние льда тепло отнимается от льдины. Если количества растаявшего и намерзшего льда будут равны, айсберг сохранит «вечное» постоянство: высота льдины и ее «корни» — подводная толща — для внешнего наблюдателя не изменятся, хотя сам айсберг будет все время всплывать.

Нечто подобное должно, по нашей мысли, происходить с земной корой при круговороте твердого вещества земной коры и верхней мантии.

Главное действующее лицо круговорота — та же вода.

Главные движущие силы — тепло Солнца и тепло земных недр.

Материки, смываемые, вымываемые, всплывают… Вслед за ними поднимается плотное вещество мантии, оно не могло бы всплывать, как облегченные породы суши, если бы… не дренажная оболочка. Именно в ней происходят уже известные нам превращения пород мантии в материковые породы. Именно там надкритический пар уносит вверх кремнезем, а жидкие горячие растворы вымывают и опускают магний, кальций, железо… Впрочем, там происходит бездна и других важных химических превращений, о которых мы сейчас можем только догадываться.

Миллионы, многие сотни миллионов лет поступает вещество мантии в дренажную оболочку, а оттуда — в состав материков.

Но обмен между мантией и корой материков — только одна ветвь великого круговорота твердого вещества Земли. Существенная, но не единственная.

Схема круговорота вещества и изменения его структуры

Схема круговорота вещества и изменения его структуры

Вторая, так сказать, «небесная» ветвь тоже сотворена движением воды. Атмосферные воды смывают породы суши в океан и откладывают их там в виде рыхлых осадочных накоплений. Затем осадки уплотняются не только под тяжестью новых отложений, но и потому, что из дренажной оболочки постоянно поднимаются горячие растворы, которые пропитывают, цементируют и тем увеличивают их плотность и повышают температуру. Осадки становятся более тяжелыми и опускаются все ниже и ниже, превращаясь наконец в породы океанического дна. Опускаясь под весом новых осадков ниже дренажной оболочки, кора океанического дна становится уже неотличимой от мантийного вещества и входит в пределы мантии.

Важным обстоятельством в этом круговороте является то, что, так же как показано на примере таяния айсберга, высота материков над уровнем океана может сохраняться длительное время только при условии динамического равенства. Сколько вещества мантии превратилось в вещество коры материков — столько же за то же время вещества коры океанов превратилось в вещество мантии.

В облике двуликого Януса предстает дренажная оболочка нашей планеты. Под материками она — завод по превращению вещества мантии в материковые породы. Под океанами — это всепланетная мастерская, где смытые материковые породы, отложившиеся на дне, преобразуются в химические соединения и минералы вещества мантии.

И только сама мантия остается тем загадочным началом, где прячутся «концы» геологических гипотез, тем местом, куда опускается и откуда поднимается колесо великого круговорота.

Дренажная оболочка — мощная всепланетная система глубинных растворов, часть общего механизма круговорота вещества Земли. По ней транспортируется это твердое вещество, она обеспечивает удивительное постоянство рельефа, из нее возникают и всплывают облегченные эрозией материки, а океаническое дно, принимая осадки и погружаясь, постоянно омолаживается и сохраняет свой уровень.

Изгнанники круговорота

Оказывается, есть и такие.

Не все вещество нашей земной коры постоянно участвует в великом круговороте. Много химических соединений при повторных циклах покидает гигантское колесо и обретает свободный статус, например поваренная соль, железомарганцевые конкреции, масса которых сосредоточена в Мировом океане. Или составляющие атмосферу газы. Да и радиоактивный калий и другие радиоактивные элементы сосредоточились в гранитах и стали менее подвижными.

И вновь понять причины появления изгнанников круговорота помогает представление о дренажной оболочке нашей планеты.

Мы уже знаем, что вначале холодное вещество мантии когда-то нагревалось, началось образование пара, который поднимался, конденсировался при 374° С и опускался уже в виде жидких растворов. Одним словом, заработала дренажная оболочка, и над мантией образовалась земная кора. Началось движение растворов и паров, часть их прорывалась на поверхность Земли. Происходили выбросы, извержения паров, солевых растворов. Сконденсировавшаяся влага растекалась по Земле первыми озерами, реками, морями. Возможно, конечно, она была не единственной водой тех времен, но роль дренажных растворов очевидна: они поднимали глубинную воду на поверхность Земли, где она включалась в образующиеся водоемы.

Начали выпадать дожди. Вода стала смывать возвышенности, горы — подниматься, дно морей — опускаться. Начал действовать круговорот. Когда он возник? Ученые склоняются к мысли, что кора образовалась 4 миллиарда лет назад. За это время по путям круговорота успела пройти масса вещества, в 5—6 раз превышающая объем всей земной коры. Это значит, что она по крайней мере 5—6 раз сменила атомы и молекулы, из которых составлена. Прошли сложнейшие процессы выветривания и вымывания различных компонентов. В итоге возникли океаны и скопления солей в них, образовались рудные месторождения, сформировался состав атмосферы.

«Изгнанники» великого круговорота заняли предопределенное законами динамического равновесия место на нашей планете.

«Родственные» связи веществ, выпавших из круговорота, и веществ, содержащихся в растворах, дренажной оболочки, зачастую не требуют долгих доказательств. Например, связь океанических вод с глубинными растворами подтверждается постоянством солевого состава этих вод и широким, включающим почти все элементы, набором химических соединений, а главное — существенным отличием от состава солей озер.

Гидросфера, как и атмосфера Земли, рождена круговоротом огромных масс вещества земной коры и верхней мантии, она — дитя дренажной оболочки.

Уходят «изгнанники», но круговорот продолжается. Потери не обедняют состава земной коры, он, наоборот, усложняется, обогащаясь теми элементами, которые непрерывно поднимаются из недр земных.

Круговорот вещества объясняет…

Мы уже упоминали о том, что из всех подсчетов следует: десятка миллионов лет достаточно для полного смыва той части материков, которая возвышается над уровнем воды океана. Но и сегодня на материках обнаруживают ископаемые остатки фауны и флоры, населявшей Землю многие сотни миллионов лет назад. Они, эти остатки, нетронутыми долежали до того часа, когда бережная рука исследователя извлекла их из земных пластов. Спрашивается; как они сохранились? Почему снос материков не затронул их? Даже если мы допустим длительное динамическое постоянство материков, сохранение остатков окаменевших растений и моллюсков выглядит парадоксальным. Не могли же они самовозобновляться?

Кроме того, в размещении остатков фауны и флоры внутри земных пластов наблюдается еще одна аномалия.

Кажется очевидным, что, опускаясь в толщу осадочных пород, мы будем встречать останки все более древних ископаемых. И наоборот, на поверхности окажутся самые молодые образцы, чей возраст исчисляется какими-нибудь 10—20 тысячами лет. Но в действительности природа часто нарушает логику ожидания. Пласты пород, особенно в горных областях, довольно часто залегают не так, как следовало бы — старые внизу, молодые сверху, а в обратном порядке.

Как же можно объяснить эти парадоксы?

Мы это сделаем, привлекая все те же представления о круговороте твердого вещества между основными разновидностями земной коры и верхней мантией.

Итак, на дно океана непрестанно оседает приносимая реками материковая взвесь. Она образует сначала рыхлые, а затем плотные, тяжелые осадки. В них погребаются остатки растений и животных. Со временем осадочные породы попадают в дренажную оболочку, меняют там свой химический и минеральный состав, плотность, прочность, пористость — короче, большинство своих свойств. Характерная деталь ветви круговорота: из осадков почти ничего не извлекается, в них только привносятся новые вещества. И без того тяжелые слои дна, обработанные растворами, надкритическим паром дренажной оболочки, становятся еще тяжелее, под весом новых отложений спускаются далее и, пересекая границу Мохоровичича, попадают в мантию. Трудно предсказать, до какой глубины будет продолжаться это погружение. Оно определяется большим числом независимых и связанных между собой обстоятельств. Вероятно, уплотненные осадки спускаются в те верхние слои мантии, где плотность мантийного вещества несколько больше плотности пород океанического дна. Ведь породы, слагающие слои верхней мантии, — это те же бывшие осадочные породы и бывшие породы коры океана, опустившиеся несколько раньше. Ниже лежат более плотные, вероятно и более твердые, породы средних слоев мантии.

Известно, что породы, нагреваемые выше 450—500° С, поглощают водяные пары и становятся менее прочными и менее вязкими. Не исключено, что поэтому породы мантии приобретают способность к горизонтальным перемещениям. Постоянно поступающие в верхние слои мантии порции океанской коры своим давлением продвигаются в пределах мантии к тем местам, где они восходят вслед за всплывающими материками. И вновь на пути бывших осадочных, а теперь мантийных пород встречается дренажная оболочка. Но поскольку бывшие осадки на этот раз входят в дренажную оболочку снизу, а не сверху, то и характер этой второй обработки тоже меняется на обратный. Двойная обработка в дренажной оболочке сильно изменяет первоначальный облик осадочного вещества, но кое-что все же остается. В осадках часто хорошо сохранены следы прежней слоистости и, как это ни удивительно, сохраняются подвергшиеся минерализации остатки растений и морских организмов. Появляются и новые черты, признаки глубоких превращений первоначального вещества: известняки становятся мрамором, уголь — графитом, только зубы акул не изменяются вовсе.

Движение осадков сквозь дренажную оболочку похоже на вращение «чертова колеса». Обод такого колеса погружается в океан, чтобы вынырнуть на поверхность материковой породой.

Так или иначе, но под материки поступают бывшие осадочные породы, слагавшие когда-то дно океана. Они включают в себя «геологическую летопись» — остатки древней жизни. Пласты пород, погрузившиеся на дно океанов, а затем поступившие из мантии в состав горных областей материков, непохожи на листы одной книги, они напоминают нагромождение частей разных книг, пододвинутых одна под другую. Те, которые погрузились давным-давно в кору океана, имеют шансы первыми войти в состав коры материков, а более молодым осадочным породам дна еще предстоит погрузиться в кору, затем переместиться под материки, пройти дренажную оболочку и когда-то, в далеком будущем, выйти на поверхность материка.

Еще и сейчас, обнаружив на материке остатки морских животных и морские породы, исследователь делает однозначный вывод: в далеком прошлом здесь было море или даже океан. Знание свойств дренажной оболочки позволяет дополнить это заключение: море пришло сюда издалека. Рожденные некогда в нем породы и отложившиеся в них остатки организмов пропутешествовали сквозь недра земной коры, побывали в мантии, вновь вошли в ткань материков и явились на поверхность как свидетельство извечного движения вещества, о котором писал В. И. Вернадский: «Круговые процессы теснейшим образом связаны с тем, что благодаря геологическим смещениям на земной поверхности постоянно идет переход материи, т. е. химических элементов, из одного места в земной коре в другое. Они попадают из верхних слоев ее в более глубокие, нижние и обратно. В течение долгих чередований геологического времени такое перемещение неизбежно идет для всего вещества земной коры…

…Круговые процессы характеризуются тем, что свободная энергия их, когда цепь замкнута, равняется нулю и в течение всего процесса она стремится к минимуму. Их отдельные стадии представляют устойчивые равновесия. Для того, чтобы процесс мог возобновиться, необходим приток внешней энергии…

…Эту внешнюю энергию, оставляя в стороне частности, природные круговые процессы получают на поверхности земной коры как в биосфере, так и в метаморфической и магматической областях. В первом случае ее носителями — аккумуляторами — являются хлорофиллоносные организмы, собирающие и распределяющие лучистую энергию Солнца, которую они превращают в химическую, и низшие бактерии, непосредственно использующие богатые кислородом вадозные минералы, кислород которых, в конце концов, добыт за счет той же лучистой энергии Солнца. Во втором случае источником энергии — тепловой энергии Земли — является атомная энергия».

Круговорот вещества создал внешний облик нашей планеты и позволяет сохранять его постоянство в течение миллионов и миллиардов лет.

Граниты — старый спор

Почти двести лет не ослабевает спор о происхождении гранитов. Спор возник во времена, когда ничего не было известно о радиоактивном распаде и о скоплении радиоактивных веществ в гранитах. Но и сегодня все, что касается гранитов, не находит вполне приемлемых объяснений. Граниты слагают верхнюю половину мощности коры континентов. В коре океана они отсутствуют. Но в коре древних островов и микроконтинентов имеются. Существуют гипотезы, по которым граниты образовались вследствие разделения расплавленного вещества земных недр. Но почему это разделение не затронуло недра мантии под океаном, никто объяснить не может. По мнению В. В. Белоусова, граниты, как наиболее легкие породы, всплыли на всей поверхности Земли еще на первой стадии образования коры, но потом потонули — погрузились в мантию, а вместо них всплыли более плотные базальты там, где теперь находятся океаны. Глобальная тектоника плит считает, что граниты на дне океанов просто еще не успели образоваться, так как дно океанов очень молодое.

Другие ученые полагают, что граниты образовались не из расплавов, а из разных пород в результате замещения одних минералов другими. Однако открытым остается вопрос о механизме, благодаря которому одни минералы удаляются, а другие откуда-то привносятся в породу. Нет убедительного ответа на многие другие важные вопросы, например: почему граниты, несмотря на весьма различное время существования горных областей и интенсивную их эрозию, всегда находятся почти на одной и той же глубине? Наконец, почему именно в гранитах сосредоточены радиоактивные элементы Земли?

Список таких вопросов может быть продлен.

Как же превращаются в гранит базальты, если им доводится, опускаясь, пересекать границу Конрада?

Как превращаются в базальт граниты, если им случается, поднимаясь, пересекать поверхность Конрада?

Что все же мешает образованию гранита в коре под океанами?

Чтобы попытаться найти ответ на некоторые из заданных вопросов, вновь обратимся, к недрам коры, где работает уже знакомая нам особая мастерская — дренажная оболочка земной коры. Полагаем, что это и есть та чудесная прослойка планеты, в которой происходят важнейшие процессы земной коры во всем их многообразии.

Чудесная мастерская минералов

О некоторых общих свойствах названной дренажной оболочки мы уже рассказали. Существенной особенностью ее оказалась способность транспортировать минеральные растворы по горизонтали над поверхностью Мохо на большие расстояния — из-под материков в кору океанов. Вода, опускаясь в дренажную оболочку, вымывает из вещества материков и вещества мантии, поднимающегося в материки, определенные химические соединения и по каналам дренажной оболочки переправляет их под океаны, где растворы, поднимаясь в океан, пронизывают кору океанического дна, преобразуя осадочные породы в составляющие ее базальты.

Дренажная оболочка и греет и охлаждает

Дренажная оболочка и греет и охлаждает

Для того чтобы древняя, всюду одинаковая исходная кора разделилась на кору материков и кору океанов, растворы должны были перенести по дренажной оболочке огромное количество тепла и растворенных веществ. Так, если исходная мощность коры была в среднем равна 15 километрам, то под материками она стала равной 37 километрам. Для этого надо было превратить 3,2 миллиарда кубических километров вещества мантии в вещество коры материков, а под океанами, наоборот, такой же объем коры — в вещество мантии. Под материками поверхность Мохо надо было опустить на 22 километра, а под океанами — поднять на 8 километров. Чтобы это произошло, растворы, проникавшие сквозь кору суши, должны были не только охлаждать вещество мантии, но и вымывать из него соединения, богатые магнием, кальцием и железом. Это уменьшает плотность пород, изменяет состав и превращает их в породы земной коры. Перемещение тепла и растворенных веществ из-под материков под океаны, а затем в кору океана превращало ее в вещество мантии.

Если сравнить химический состав гранитов и базальтов, то увидим заметные различия. Граниты на 10—15 процентов богаче кремнеземом, зато базальты содержат больше окислов магния, кальция, железа. Это придает веществу суши более кислый характер, породы океанического дна отличаются более щелочными свойствами.

Гранит — характерная примета континента. В коре океанов его, как правило, нет. Почему, спрашивается? Ответ можно найти в глубинах дренажной оболочки и процессах, происходящих в ней.

Дренажная оболочка работает как специализированный химический завод — принимает соединения одного состава и выпускает продукцию нового наименования: гранит — базальт, базальт — гранит — таковы переходы на уровне границы Конрада. Примечательно, что дренажная оболочка «работает со знаком качества» миллионы лет и состав коры материков и коры дна океанов почти не меняется во времени. В древних и в молодых горных районах кора почти одинакова. Итак, основа технологии гранита и базальта в дренажной оболочке — это физико-химические процессы, идущие в слое пород между поверхностями Мохоровичича и Конрада. А процессы эти известны: от границы Конрада вниз движутся жидкие растворы, богатые кальцием, магнием и железом; навстречу им от границы Мохо поднимается пар, несущий в себе кремнезем, соли калия и другие летучие вещества. Процесс вымывания кальция, магния, железа из пород и замена их кремнеземом — это и есть гранитизация.

Замещение одних элементов другими особенно интенсивно совершается у границы Конрада. Сюда пар приносит кремнезем, который взаимодействует с карбонатами кальция и другими породами. На место каждого атома кальция «садится» атом кремния. Порода прорастает кремнекислотой по всему объему и, теряя первоначальные свойства, становится гранитом.

Так бывает, если земные пласты поднимаются вверх и базальт переступает границу Конрада. Ему приходится перестраивать свою внутреннюю структуру, включая молекулярное строение и химический состав. На границе Конрада происходит «гранитизация».

Большой переделке подвергается и гранит, если он, опускаясь, проходит дренажную оболочку. Восходящий надкритический пар «выдувает» из него кремнезем и выносит его выше границы Конрада. Зато проникающие сверху жидкие растворы приносят магний, кальций и железо, которые могут «спокойно» занять освободившиеся от кремния места. Гранит становится базальтом.

А как в коре океанов? Почему там нет гранитов и нет границы Конрада? Ведь она должна образоваться там, где конденсируются восходящие из дренажной оболочки водяные пары. Дело в том, что образование гранитов требует и привнося летучих с паром веществ, и выноса веществу хорошо растворимых в нисходящих жидких растворах. В коре суши идут именно эти процессы. А в коре океана существует только восходящее движение, направленное из дренажной оболочки в океан — только привнос, а выноса не происходит. Морская вода не опускается в кору, ее не пускает туда более высокое гидростатическое давление. Материковый столб жидкости создает высокое давление в дренажной оболочке, гонит по ней растворы в сторону океана и выдавливает их наружу, вверх. Это давление в коре океанов и не дает их водам просочиться в глубины. Короче, в океаническом дне не работает мастерская гранитизации, не те здесь условия. В кору дна океанов поступают и щелочные металлы, и кремнезем, выносимые снизу паром, и соли кальция, магния, железа — с водными растворами. Входя в породы и взаимодействуя с ними, они преобразуют осадочные породы в разновидности океанических базальтов.

Атомное топливо планеты

Теперь, когда роль процессов в дренажной оболочке, образующих граниты, ясна, можно объяснить накопление радиоактивных веществ в земной коре, и именно в гранитах.

Дренажная оболочка выступает в роли химического комбината, который не только производит, но и транспортирует свою продукцию на огромные расстояния. Учтя эту особенность дренажной оболочки, можно представить, как могло происходить накопление радиоактивных соединений в земной коре. Вообще это явление настолько удивительно, что ни одна уважающая себя теория развития Земли не должна обходить его молчанием. Представим себе земной шар в разрезе. Используем снова аналогию с яйцом. Желток — ядро, белок — мантия и кора — тоненькая пленочка, облекающая белок под скорлупой. Оказалось, что основные массы радиоактивных веществ сосредоточились в породах именно этой пленочки, масса которой равна всего четырем тысячным долям массы Земли. Как могло это случиться?

Картина рисуется такая. Когда-то холодная Земля постепенно разогревалась, начиная с центра. Там и зародилась дренажная оболочка, которая, разумеется, очень мало походила на нынешнюю. Но и в те геологически очень далекие времена жидкие растворы опускались, а пары восходили и выносили кверху кремнезем и другие летучие вещества, в том числе и радиоактивные элементы. Земля разогревалась, дренажная оболочка поднималась все выше от центра, а радиоактивные соединения, содержание которых измеряется малыми долями грамма на тонну пород, двигались вместе с ней, обогащаясь и концентрируясь в ее породах.

Наконец установилось нынешнее динамическое состояние, когда подавляющая часть (по расчетам — примерно 95 процентов) радиоактивных веществ скопилась в земной коре. Остальные 5 процентов содержатся в мантии, а в ядре их вовсе нет. Этот эффект можно пытаться объяснить и с помощью гипотезы «зонной плавки». Однако теория и практика технологических процессов очистки различных веществ показывает, что даже этот метод не дает таких исключительных результатов концентрирования примесей в таком небольшом участке, составляющем всего четыре тысячные массы образца.

Кроме того, «зонная плавка» не объясняет, почему же радиоактивные вещества находятся не в базальтах, а в гранитах. Ведь граниты находятся лишь на трети площади земного шара. Остальные 70 процентов покрыты корой океана, состоящей из базальтов.

Рассмотрим в свете гипотезы дренажной оболочки причины накопления калия, в том числе и радиоактивного изотопа калия-40, в гранитах.

Несмотря на то что хлористый калий растворим в воде лучше, чем хлористый натрий, в воде океана накопилось почти в 50 раз больше атомов натрия, чем атомов калия. В то же время в гранитах калий преобладает. Объясняется это тем, что калий, как более сильное основание, вытесняет натрий и кальций, а сам входит в состав минералов, слагающих гранит, особенно в полевой шпат.

Соли калия, поступающие в дренажную оболочку при круговороте твердого вещества, уносятся из нее вверх восходящим паром, и калий накапливается в полевых шпатах гранитов. По мере эрозии суши, наиболее интенсивной, естественно, в горах, кора суши, а с ней и граниты поднимаются все ближе к дневной поверхности. Здесь они подвергаются выветриванию, и калий образует растворимые в воде соли. Вода, опускаясь, снова уносит значительную часть калийных солей к поверхности Конрада, где калий, встречая медленно восходящие молодые граниты, включается в их состав. Происходит обогащение новообразующихся гранитов калием, в том числе его радиоактивным изотопом К-40. Можно предполагать, что и другие радиоактивные элементы подобным образом задерживаются в минералах, слагающих гранит.

Источник: С.М. Григорьев, М.Т. Емцев. Скульптор лика земного. Изд-во «Мысль». Москва. 1977

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: