Часть воды, перешедшая в парообразное состояние, покинула планету. Оставшаяся часть воды составила гидросферу Земли. В связи с тем, что с парами воды выделялись также другие соединения, в частности соединения азота, серы, фосфора, они вместе с углеродом, кислородом и водородом составили основу жизни. Ведь, как известно, жизнь на Земле зародилась в водной среде (см. рис. 1).
Рис. 1 - Сферы Земли и их химический состав [Семененко, 1990]
Fig. 1 - Spheres of the Earth and their chemical composition [Semenenko, 1990]
расплав земля гидросфера атмосфера
Еще одно утверждение: Гранит -- он и в Африке гранит (так шутят геологи).
В природе существует большое разнообразие гранитов, но все они, в сущности, очень похожи друг на друга, поскольку более чем на 90% состоят из равных долей кварца, плагиоклаза и калишпата, к которым в небольшом количестве (5-7%) добавляются магнезиально-железистые силикаты, называемые темноцветными минералами.
Почему гранит всегда характеризуется выдержанностью в соотношениях главных компонентов (кварца, плагиоклаза и калиевого полевого шпата), а потому всегда остается гранитом? Ответ на него дал знаменитый финский геолог П. Эскола, приложивший к гранитообразованию модель эвтектоидного плавления [Махлаев, 1998].
Температура плавления кварца около 1 600°С, температура плавления альбита (натрового полевого шпата) на 200° ниже. Добавка более легкоплавкого компонента облегчает плавление. Обозначим на схеме (рис. 2) точкой Тq температуру плавления чистого кварца, а точками д1, q2 и qз, соответственно, температуры плавления и составы смесей кварца с 10%, 20% и 30%-й добавкой альбита. Если мы соединим эти точки, то получим плавно изгибающуюся кривую, каждая точка которой, расположенная левее, т. е. отвечающая большему содержанию альбита, располагается ниже предыдущих, что соответствует снижению температуры плавления смеси.
Рис. 2 - Схема построения диаграммы плавления системы с эвтектикой Е, состоящей из компонентов А и Q
Fig. 2 - Diagram of a melting for a system with a eutectic E consisting of components A and Q
Однако все это происходит лишь до определенного предела. Существует такая смесь альбита и кварца, которая является наиболее легкоплавкой, и дальнейшее увеличение доли альбита уже не снижает, а повышает температуру плавления. Такую смесь называют эвтектической смесью или просто эвтектикой (точка Е). Исходя из диаграммы следует, что наиболее легкоплавкой будет смесь с 40% кварца и 60% альбита. Это и будет кварц- альбитовая эвтектика.
Реальные природные минеральные смеси (горные породы) редко состоят из двух минералов. Обычно их значительно больше. Но главные закономерности остаются теми же. Для эвтектоидно плавящейся системы трех минералов эвтектика будет состоять из смеси всех этих трех компонентов в определенной пропорции. Как раз подобной тройной эвтектике и отвечают соотношения главных компонентов гранита (кварца, плагиоклаза и калиевого полевого шпата), а это означает, что в любой породе, содержащей какое-то количество данных минералов, при нагревании ее до температуры плавления такой эвтектики обязательно появится гранитный расплав [Попов, 1997]. Различным будет лишь его количество: в темных сланцах, богатых магнезиально-железистыми силикатами, это могут быть всего лишь доли процента, в гнейсах среднего состава - проценты и десятки процентов, а гнейсы, богатые кварцем и полевыми шпатами, могут расплавиться полностью.
Таким образом, любая силикатная порода порождает при частичном плавлении гранитную магму хотя бы в микроскопических количествах, даже на уровне межзерновых интерстиций. Вопрос лишь в том, как собрать ее в крупные тела, объем которых может измеряться многими сотнями кубических километров. Итак, при частичном плавлении взвесь недоплавленных реликтов в новорожденном расплаве (мигма) течет как единая масса и в конечном итоге образует такие же интрузивные тела, как и те, что образуются при внедрении чистого расплава. Однако состав слагающих их пород отнюдь не эвтектический: это гранитная эвтектика плюс недоплавленный остаточный материал, содержание которого в мигме может достигать 80% и даже более. Граниты же, напомним, по соотношению главных компонентов всегда отвечают эвтектике.
По мнению многих исследователей, эта проблема решается, если допустить предшествующее плавлению изменение состава субстрата под воздействием глубинных, существенно водных растворов (флюидов) - так называемую метасоматическую гранитизацию, приближающую состав субстрата к граниту.
Примеров таких преобразований описано множество. Однако, анализируя проявления гранитизации, один из основоположников физико-химической петрологии и минералогии академик Д.С. Коржинский [1952] справедливо отмечал, что при классическом метасоматозе количество минералов в преобразуемых породах последовательно сокращается и конечный продукт всегда мономинерален - гранит же полиминерален. Удивительно и другое. При метасоматозе какие- то компоненты привносятся, какие-то выносятся, что определяется их соотношениями в изменяемой породе и гранитизирующих флюидах. Чаще всего при гранитизации гнейсов выносятся М§, Са, Бе, а привносятся Бі, К, №, но при гранитизации лейкократовых гнейсов выносится №, а из пород, богатых мусковитом, - иногда даже К.
Часто можно прочитать, что при гранитизации всегда привносится Бі. Однако в Восточной Сибири (Алданский щит) известны проявления гранитизации кварцитов, а на Украине, Южном Урале и Енисейском кряже - железистых кварцитов. При этом Бі оказывается резко избыточным и выносится, а Сапривносится. Еще сложнее, когдагранитизируетсятолща, где тонко переслаиваются друг с другом породы разного состава, например кварциты и гнейсы. В этом случае из одних прослоев выносятся одни компоненты, а из других - другие. То же можно сказать и о при вносе. Так что же это за флюиды, которые любой породе дают именно то, чего ей не хватает, чтобы стать гранитом, а отбирают то, что находится избытке?
Дело, видимо, в том, что непосредственной средой гранитизационного метасоматического обмена является не вода и даже не надкритический водный флюид, а возникающий при начале плавления межзерновойэв-тектоидный расплав - нарождающаяся гранитная магма. Эта интерстиционная (межзерновая) магма играет роль посредника между гранитизирующими флюидами [Перчук, 1997] и гранитизируемой породой. В силикатном расплаве, как и в воде, молекулы растворяемых веществ диссоциируют на ионы, которые мигрируют в нем (в зависимости от градиента концентрации и иных факторов) и вступают в обменные реакции с контактирующей с расплавом твердой фазой, гранитизируя ее. В итоге недоплавленные остатки субстрата все более приближаются по составу к граниту и неизбежно вовлекаются в эвтектоидное плавление.
Таким образом, межгранулярный расплав в гра-нитизируемых толщах играет роль своего рода буфера, способствуя удалению выносимых при гранитизации компонентов и отложению привносимых. Идет гранитизация, одновременно растет доля расплава, но по составу он всегда остается эвтектическим, то есть гранитным. Это и является пределом метасоматических преобразований. Как только в субстрате формируются за счет привносимых при гранитизации щелочей и кремнезема новые полевые шпаты и кварц, они тут же переходят в расплав, причем переходят в тех же эвтектических соотношениях. Включение в эту систему расплава-буфера делает процесс гранитообразования саморегулирующимся: объемные соотношения фаз варьируют, но состав расплавной фазы все время будет гранитным, хотя с изменением условий плавления в ней и наблюдаются некоторые закономерные изменения. Так, повышение температуры в очаге плавления приводит к прогрессирующему обогащению расплава магнием, железом, кальцием и, соответственно, к смене гранитной магмы гранодиоритовой.
Еще нагляднее будет обогащенность (или обед-ненность) теми или иными малыми элементами. Конечно, различия затрагивают и салическую часть гранитов. Во-первых, в зависимости от физикохимических условий, определяемых прежде всего глубиной, на которой протекали процессы плавления, а также характером гранитообразующих флюидов, могут меняться в определенных пределах количественные соотношения кристаллических фаз в гранитной эвтектической системе (кварца, плагиоклаза и калиевого полевого шпата). Во-вторых, в зависимости от тех же параметров варьируют пределы смесимости калиевого и натрового полевых шпатов, степень их структурной упорядоченности, что приводит к появлению специфичных минеральных форм. И все же в любом случае продукт корового плавления будет представлен гранитом.
Таким образом, гранитообразование, раз начавшись, продолжается вновь и вновь, если в соответствующих сегментах земной коры создаются необходимые геодинамические и термодинамические условия. Именно это мы и наблюдаем в становлении Каахемского магматического ареала, где установлено не менее 15 импульсов гранитообразования в течение четырех этапов геодинамических условий.
Литература
1. Виноградов А.П. О происхождении вещества земной коры // Геохимия. 1961. № 1. С. 3-29.
2. Грин Д.Х., Рингвуд А.Э. Происхождение магматических пород известково-щелочного ряда. Происхождение базальтовых магм // Петрология верхней мантии. М., 1968. С. 118-227.
3. Коржинский Д.С. Гранитизация как магматическое замещение // Известия АН СССР. Сер. Геол. 1952. № 2. С. 55-69. Левинсон-Лессинг Ф.Ю. Избранные труды. Т. IV: Петрология. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 446 с.
4. Махлаев Л.В. От чего зависит минеральный состав гранитов? // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 11. С. 120-125.
5. Перчук Л. Л. Глубинные флюидные потоки и рождение гранита // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 6. С. 5663.
6. Попов B.C. Как образуются граниты // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 6. С. 64-69.
7. Рингвуд А.Е. Происхождение Земли и Луны. М.: Недра, 1982. 293 с.
8. Рудник В.А. Генетические типы гранитообразования // Материалы IV Всесоюзного петрографического совещания. Баку, 1969. С. 319-321.
9. Рудник В.А. Гранитообразование // Геологический словарь. М., 1973. Т. 1. С. 188-195.
10. Рудник В.А. Гранитообразование и формирование земной коры в докембрии. Л.: Недра, 1975. 415 с.
11. Сафронов В. С. Происхождение Земли. М.: Знание, 1987. 48 с.
12. Семененко Н.П. Кислородно-водородная модель Земли / Акад. наук Укр. СССР. Ин-т геохимии и физики минералов. Киев:Наукова думка, 1990. 246 с.
13. Сорохтин О.Г. Жизнь Земли. М.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2007. 450 с.
14. Сугоракова А.М. Новые геохронологические и изотопные данные к вопросу о возрасте ассоциаций Каахемского магматического ареала (Восточная Тува) // Региональная экономика: технологии, экономика, экология и инфраструктура: материалы Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 20-летию ТувИКОПР СО РАН (14-15.10.2015, Кызыл) / отв. ред. д-р экон. наук
15. Г.Ф. Балакина. Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2015. С. 166-168.
16. Сугоракова А.М., Хертек А.К. Новые данные к вопросу о возрасте Каахемского магматического ареала (Восточная Тува) // Геосферные исследования. 2017. № 3. С. 50-60.
17. Сугоракова А.М. К проблеме гранитизации на Земле // Региональная экономика: технологии, экономика, экология и инфраструктура: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. 18-20 октября 2017, г. Кызыл. Кызыл, 2017. С. 239-244.
18. Судовиков Н.Г. Метасоматические граниты // Вестник ЛГУ. 1950. № 10. С. 78-110.
19. Судовиков Н.Г. Региональный метаморфизм и некоторые проблемы петрологии. Л.: Изд-во ЛГУ, 1964. 550 с.
20. Шейнманн Ю.М. Об условиях образования магмы // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1970. № 5. С. 31-50.
21. Chappell B.W., White A.J.R. Two Contrasting Granite Types // Pacific Geol. 1974. No. 8. P. 173-174.
22. Hamilton W.B. Origin of high-alumina basalt, andesite and dacite magmas // Science. 1964. V. 146. P. 635-637.
23. O'Hara M.J. Primary magmes and the origin basalts // Scot.Geol. 1965.Is. 19. P. 19-40.
24. Taylor S.R., White A.J. Geochemistry of andesites and the growth of continents // Nature. 1965. V. 208. No. 63. P. 271-273.
25. Vogt I.H.L. On the theory of the parental magma of basaltic composition // SkripterNorsk Vid. Akad. 1935. Bd. 2.P. 1-47.
26. Vinogradov A.P. O proiskhozhdeniiveshchestvazemnoykory [On the origin of the substance of the earth's crust]// Geokhimiya. 1961. № 1. pp. 3-29. In Russian
27. Grin D.KH.,Ringvud A.E. Proiskhozhdeniyemagmaticheskikhporodizvestkovo-shchelochnogoryada. Proiskhozhdeniyeba- zal'tovykhmagm [Origin of igneous rocks of lime-alkaline series. Origin of basalt magmas]// Petrologiyaverkhneymantii. Moscow. 1968. pp. 118-227. In Russian
28. Korzhinskiy D.S. Granitizatsiyakakmagmaticheskoyezameshcheniye [Granitization as magmatic replacement] // Izvestiya AN SSSR. Ser. Geol. 1952. № 2. pp. 55-69. In Russian
29. Levinson-Lessing F.YU. Izbrannyyetrudy. T. IV (Petrologiya) [Selected Works. T. IV (Petrology)]. Moscow, Izd-vo AN SSSR. 1955. 446 p. In Russian
30. Makhlayev L.V. Otchegozavisitmineral'nyysostavgranitov? [What determines the mineral composition of granites?] // Soro- sovskiyobrazovatel'nyyzhurnal. 1998. № 11. pp. 120-125. In Russian
31. Perchuk L.L. Glubinnyyeflyuidnyyepotokiirozhdeniyegranita [Deep Fluid Fluxes and Granite Birth]// SorosovskiyObrazovatel'nyyZhurnal. 1997. № 6. pp. 56-63. In Russian
32. Popov B.C. Kakobrazuyutsyagranity [How are granites formed]// SorosovskiyObrazovatel'nyyZhumal. 1997. № 6. pp. 64-69. In Russian
33. RingvudA.Ye. ProiskhozhdeniyeZemliiLuny [Origin of the Earth and the Moon]. Moscow: Nedra. 1982. 293 p. In Russian Rudnik V.A. Geneticheskiyetipygranitoobrazovaniya [Genetic types of granite formation] // Materialy IV Vsesoyuz. petrograf. Soveshchaniya.Baku.1969. pp. 319-321. In Russian
34. Rudnik V.A. Granitoobrazovaniye [Granite formation]// Geologicheskiyslovar'. T. 1. Moscow. 1973. p. 188-195. In Russian Rudnik V.A. Granitoobrazovaniyeiformirovaniyezemnoykory v dokembrii [Granite formation and formation of the Earth's crust in Precambrian. Leningrad, Nedra. 1975. 415 p. In Russian
35. Safronov V.S. ProiskhozhdeniyeZemli [Origin of the Earth]. Moscow: Znaniye. 1987. 48 p. In Russian
36. Semenenko N.P. Kislorodno-vodorodnaya model' Zemli [Oxygen-hydrogen model of the Earth]/ Akad.naukUkr. SSSR. In-t ge- okhimiiifizikimineralov. Kiev: Naukovadumka, 1990. 246 p. In Russian
37. Sorokhtin O.G. Zhizn'Zemli [The life of the Earth]. Moscow: NITS "Regulyarnayaikhaoticheskayadinamika. 2007. 450 p. In Russian
38. Sugorakova A.M. Novyegeokhronologicheskiyeiizotopnyyedannyye k voprosu o vozrasteassotsiatsiyKaakhemskogomagmatich- eskogoareala (VostochnayaTuva) [New geochronological and isotopic data on the question of the age of associations of the Kaakhem magmatic area (Eastern Tuva)]// Regional'nayaekonomika: tekhnologii, ekonomika, ekologiyaiinfrastruktura: MaterialyMezhdunar. nauch.-prakt. konf., posvyashch. 20-letiyu TuvIKOPR SO RAN (14-15.10.2015, Kyzyl) / Otv.red. dokt. ekon. nauk G.F. Balakina. Kyzyl: TuvIKOPR SO RAN, 2015. pp. 166-168. In Russian
39. Sugorakova A.M., Khertek A.K. The new data to the question of the age of associations Kaakhem magmatic area (Eastern Tuva) // Geosphere Research. 2017. № 3. pp. 50-60. DOI: 10.17223/25421379/4/7. In Russian
40. Sugorakova A.M. K problemegranitizatsiinaZemle [On the problem of granitization on the Earth] // Regional'nayaekonomika: tekhnologii, ekonomika, ekologiyaiinfrastruktura / Materialy II Mezhdunarodnoynauchno-prakticheskoykonferentsii 18-20 oktyabrya 2017, g. Kyzyl. 2017. pp. 239-244. In Russian Sudovikov N.G. Metasomaticheskiyegranity [Metasomatic granites]// Vestnik LGU. 1950. № 10. pp. 78-110.