8.3. Изменение объема различных слоев земной коры при изменении силы тяжести.

© Фисунов Владимир Александрович. 2009.

    А теперь посмотрим, к каким последствиям приводили, описанные в предыдущей главе, геохимические превращения, вызванные изменениями давления в земных недрах.

     При торможении Земли, а, соответственно, увеличении силы тяжести и давления в земных недрах, основные петрологические реакции сводятся к замещению плагиоклаза на диопсид, энстатит (ортопироксен), шпинель и гранат. В процессе же раскрутки Земли и уменьшения давления в земной коре, шел обратный процесс замещения диопсида, энстатита, шпинели и граната на плагиоклаз. Все эти минералы имеют различную плотность:

  •  Плагиоклаз — 2620 — 2760 кг/м3
  • Диопсид — 3300 — 3400 кг/м3
  • Энстатит — 3200 — 4000 кг/м3
  • Шпинель — 3500 — 5100 кг/м3
  • Гранат — 3200 — 4300 кг/м3

   Таким образом, при изменении скорости вращения Земли (соответственно, давления в земных недрах) неизбежно было изменение объема пород слагающих различные слои земной коры (а также мантии и возможно ядра, но на этих вопросах мы останавливаться не будем по причине отсутствия достоверной информации об их точном химическом составе). Причем, изменения объема не будут одинаковыми в различных слоях земной коры по целому ряду причин, и, прежде всего, по причине различия температур этих слоев.

   Естественно, что на малых глубинах, где температура горных пород слишком низка, никаких петрологических реакций не будет вовсе. По мере же увеличения глубины происходит постепенный рост температуры и такие реакции сначала начинают идти с очень малой скорость, а затем все быстрее и быстрее. Соответственно, и изменение объема горных пород будет плавно увеличиваться с увеличением глубины

   Сравнивая плотности основных минералов, участвующих в таких реакциях можно дать грубую оценку величины максимального изменения объема горных пород. Так на глубинах 50 — 70 км, где температура уже достаточно высока, а давление (в районе экватора) изменялось в десятки раз, изменение объема отдельных минералов, при замещении их на другие, достигало 20-30 %. На глубинах до 10-20 км температура была слишком мала, а потому изменение объема горных пород, практически, не происходило. В среднем же слое изменение объема в отдельных породах увеличивалось от 0 до 30%.

   Естественно, что в реальности столь значительного изменения объема земных пород не происходило по той простой причине, что фазовые превращения при изменении давления захватывали далеко не все минералы. Оценить процент минералов, подвергавшихся геохимическим превращениям можно по содержанию плагиоклаза в лунных материковых породах.

   Как уже говорилось в главе 8.1, по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам анортозит-норит-троктолит-габбровой серии. Все они, примерно, наполовину состоят из плагиоклаза. за исключением анортозита, состоящего  из него, практически, полностью. Поэтому, даже при полном преобразовании плагиоклаза  на глубинах 50 — 70 км, изменение объема пород не превышало 15 %.

   Помимо температуры большое значение на величину процентного содержания плагиоклаза в горных породах имеет давление при котором эти породы находятся. Такое изменение процентного содержания плагиоклаза происходило в поле гранатового гранулита (рис 8.1 в предыдущей главе), характеризующегося давлениями порядка 5-20 килобар. При нормальной силе тяжести такое давление характерно для глубин в 15-70 км.

   При быстром вращении Земли величина силы тяжести была на полюсах несколько выше, в то время, как на экваторе она была в десятки раз меньше современного значения. А потому верхней границей поля гранатового гранулита на полюсах Земли были глубины порядка 10 км, которые плавно увеличивались по мере продвижения к экватору, достигая там глубин в 200-300 км (рис 8.2).

82

Рис. 8.2. Расположение верхней границы полей гранатового гранулита в зависимости от широты.

     Т.е. по мере удаления от экватора глубина залегания верхней границы поля гранатового гранулита постепенно уменьшалась, а потому изменеиня объема соответствующего слоя земной коры, которое, помимо температуры, зависит от того, насколько давление в этом слое больше давления на верхней границе поля гранатового гранулита, также зависела от широты на которой залегал этот слой. На полюсах никаких изменений объема земной коры, вообще, не происходило. Но по мере уменьшения широты начиналось изменение объема сначала нижних, а потом и средних слоев земной коры, достигая на экваторе максимальных значений.

   Таким образом, при изменении скорости вращения Земли в земной коре должны были происходить довольно значительные изменения объема слагающих ее пород, которые зависели, как от глубины их залегания, так и от широты на которой они располагались. Рассмотрим последствия, к которым должны были приводить эти изменения объема пород.

   Прежде всего, посмотрим, что произойдет с земной корой в районе экватора при раскрутке Земли в результате того, что глубинные слои расширяются сильнее, чем средние.

83

Рис. 8.3. Выгибание земной коры в результате неравномерного изменения объема различных слоев земной коры на экваторе.

     Изменения объема в любом слое земной коры должны были привести к изменению, как толщины слоя, так и его длины. Причем, для нас важны, в первую очередь, изменения, произошедшие в среднем слое земной коры (за него условно принимаем те слои земной коры, которые соответствуют полю гранатового гранулита), которые увеличиваются с увеличением глубины — ведь длина его нижней части увеличивалась на полтора десятка процентов, в то время как длина его верхней части практически не менялась. Естественно, что это приводило к выгибанию этого слоя земной коры, т.е. к тому самому «биметаллическому» эффекту, который мы рассматривали применительно к геотермическому градиенту. Но если «биметаллический» эффект, вызванный неравномерной температурой различных слоев Земли, приводил лишь к незначительному выгибанию земной коры (радиус такого выгибания порядка 4000 км), то «биметаллический» эффект, вызванный неравномерным расширением среднего слоя земной коры, проявлял себя намного сильнее. Причем, настолько мощнее, что геотермальный градиент можно просто не рассматривать по причине его несоизмеримости.

   В отличие от среднего слоя земной коры, ее нижний слой расширялся более-менее равномерно (он соответствует эклогитовой минеральной ассоциации), поэтому его искривления, вроде бы не должно было происходить. Но тут следует отметить, что по мере увеличения скорости вращения Земли, верхняя граница этого слоя все время смещалась вниз и обычно была даже ниже самой земной коры, поэтому можно считать, что при быстром вращении Земли нижний слой ее коры, определяемый, как слой в котором происходило равномерное изменение объема составляющих его пород, полностью отсутствовал.

   Но, даже при медленном вращении Земли, этот слой никоим образом не противодействовал выгибанию земной коры, поскольку он находился на большой глубине, где температура настолько высока, что породы становятся очень пластичными. Этот слой просто растягивался, приспосабливаясь к выгибанию среднего слоя земной коры, что в какой-то степени компенсировало расширение нижнего слоя по высоте.

   Ничего подобного не происходило с верхним слоем земной коры, представленным в последних циклах отгибания коры исключительно накопившимися в предыдущих циклах отгибания гранитными породами. Низкие температуры верхних слоев земной коры не позволяли гранитным породам быть достаточно пластичными при выгибании коры, вызванном «биметаллическим» эффектом в среднем слое земной коры. Поэтому верхний слой земной коры должен был за счет возникающих напряжений либо растрескиваться внизу, где он соприкасался со средним слоем земной коры либо отслаиваться от него. И в том и в другом случае, по мере отгибания коры верхний, гранитный слой земной коры осыпался вниз в виде «костяшек домино» (глава 5.2).


<< НАЗАД
ВПЕРЕД >>

3 комментария: 8.3. Изменение объема различных слоев земной коры при изменении силы тяжести.

  1. the best! говорит:

    Огромное спасибо за инфу. Автору респект и уважуха.

  2. Vlad говорит:

    как получить пароль для ознакомления с материалом до конца

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>