ОБРАЗОВАНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ СОСТАВА МАНТИИ ЗЕМЛИ ПО ДАННЫМ ГЕОХИМИИ И ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Соболев А.В.1, Соболев С.В.2,3
1 Университет Гренобль Альпы, Университет Савойя Монблан, Национальный Центр Научных Исследований (CNRS), Университет Густава Эйфеля, Институт Наук о Земле (ISTerre), Гренобль, Франция.
2 Центр Наук о Земле им. Гельмгольца (GFZ), Потсдам, Германия.
3 Потсдамский университет, Институт Наук о Земле, Потсдам, Германия.
Ключевые слова: хадей, архей, субдукция, тектоника плит, мантийные плюмы, примесные элементы, изотопы, численные модели.
Аннотация
Главным процессом преобразования состава силикатной части Земли после отделения ядра является образование и рециклирование континентальной коры. Эти процессы тесно связаны с тектоническими режимами, действовавшими на разных этапах эволюции Земли. Настоящий обзор посвящен рассмотрению новейших геохимических данных и геодинамических моделей образования континентальной коры в истории Земли с особым вниманием к хадейскому и архейскому эонам. Отмечено, что кислая континентальная кора не может быть сформирована за счет прямого плавления безводной ультраосновной мантии. Необходимыми условиями ее образования является присутствие воды, протолита основного состава и минералов, концентрирующих высокозарядные элементы (Ti, Nb, Ta, Zr, Hf)- амфибола, рутила, ильменита и богатого жадеитом клинопироксена. Для ранней Земли, наиболее вероятной является двухстадийная модель, в которой сначала из мантии выплавляется базальтовая или пикритовая (океаническая) кора, оставляя тугоплавкий гарцбургитовый остаток. Затем, после гидратации, океаническая кора субдуцируется, плавится сама или высвобождает воду для плавления в мантии, образуя магмы континентальной коры, а оставшийся тугоплавкий остаток смешивается с тугоплавким мантийным веществом, создавая обедненный мантийный резервуар. Канонические отношения Nb/U и Ce/Pb не чувствительны к плавлению мантии в «сухих» условиях, но фракционируют при образовании расплава в присутствии амфибола и низкотемпературных высокотитанистых фаз. Поэтому эти отношения являются чувствительными маркерами процесса образования континентальной коры. Геохимические индикаторы, такие как (1) изотопный состав стронция в коматиитовых расплавах и плагиоклазе в анортозитах, (2) соотношение элементов в расплавах коматиитов, (3) изотопный состав гафния и содержания микроэлементов в цирконе и (4) продукты распада короткоживущих изотопов самария и гафния в горных породах, либо подтверждают, либо не противоречат активному формированию континентальной коры и обедненной мантии уже в хадейском эоне. Образование и переработка континентальной коры в этот период, вероятно, связаны с эпизодическими кратковременными событиями субдукции, вызванными плюмами.
В целом эти данные и модели, показывают, что тектонические режимы хадея (4,4-4,0 млрд. л. после затвердевания магматического океана) и эоархея (4,0-3,6 млрд. л.) на Земле были гораздо более динамичными и изменчивыми во времени и пространстве, чем ранее предполагалось. Однако глобальная тектоника плит, необходимым условием существования которой является связанная сеть зон субдукции, срединно-океанических хребтов и трансформных разломов, могла начать развиваться лишь позже, в архее. Вопрос о причинах возникновения тектоники плит в истории Земли остается предметом обсуждения, и выдвигаются новые гипотезы о роли поверхностных процессов, таких как эрозия континентов, требующие дальнейшего изучения.
DOI: 10.15372/GiG2026146 |
