Большая ее часть построена Балтийским и Украинским щитами, между которыми расположена Русская платформа, полностью соответ­ствующая Русской равнине и Польско-Германской низменности.

Границы Балтийского щита можно примерно наметить от южных берегов Белого моря к южным берегам Онежского и Ладожского озер, по Финскому заливу, по Балтийскому морю севернее островов Эланда и Готланда к Скании, далее к Ставангеру и затем на северо-восток вдоль, подножия Скандинавских гор до Варангерфьорда (рис. 6).

Балтийский щит нацело построен докембрийскими кристалличе­скими породами, которые местами перекрыты четвертичными моренами’ и современными наносами. Докембрий состоит из двух несогласных- между собой комплексов: архейского и протерозойского. Архей распа­дается снизу-вверх на с в ионий с кую, ботнийскую и готскую- толщи. Часто первые две объединяются в одну с в е ко ф ей скуют Свионий сложен гнейсами, сланцами, кварцитами, полосчатыми желез­ными рудами, порфирами, туфами. Эти породы под влиянием саам­ского тектогенеза приобрели сложную складчатость и были прорезаны внедрениями олигоклазовых гранитов, получивших название гранитов 1-й генерации. Абсолютный возраст их из Беломорских массивов пре­вышает 1,7 млрд. лет. Ботний часто начинается конгломератами, выше идут различные сланцы, шаровые лавы, порфириты. Все метаморфизовано, смято в складки и интрудировано 1,7 млрд, лет назад микроклиновыми гранитами 2-й генерации в связи со свекофенским тектогенезом. В Швеции различают свиту косослоистых кварцитов, туфов, порфиров и гнейсов, выделяемую под именем готской. Она тоже сильно дислоцирована. В результате архей Балтийского щита состоит из трех разновозрастных складчатых структур беломорид, свекофенид и готид.

Толща протерозоя делится снизу вверх на карельскую и иотнийскую формации. В основании Карелия лежат конгломераты из архейских гнейсов и кристаллических сланцев, выше идут аркозовые песчаники, серицитовые сланцы, кварциты, доломиты с остатками пред­положительно таблитчатых кораллов табулят и с пластом до 2 м мощности антрацитовидной породы, названной шунгитом по имени села Шунга в Карелии. По структуре шунгит стоит ближе к антрацитам, чем графитам, что доказывает его органическое происхождение. Серия перечисленных пород объединяется в калевийекую свиту. Выше за­легает ятулийская свита, состоящая из конгломератов, филлитов и кварцитов. Обе эти серии, принадлежащие Карелию, смяты в складки карельским тектогенезом, прорваны порфировидными гранитами 3-й генерации и образовали горные цепи — карелиды.

В отдельных местах Балтийского щита, преимущественно во впа­динах, сохранились красноцветные песчаники иотния. Это, вероятно, континентальные накопления, образовавшиеся вслед за возникновением гор карелид за счет их разрушения. Иотнийские песчаники заполняют обширные впадины на юго-западном берегу Онежского озера, на фин­ляндском побережье Ботнического залива, к северо-западу от Хель­синки и на берегах Кольского полуострова. Возможно, что они покры­вали большую часть Балтийского щита и впоследствии были размыты. Иотнийские красные песчаники следует считать молассами, возникаю­щими вслед за эпохами крупных горообразований. В дальнейшем уви­дим, что подобные же красные песчаники слагают толщи девона, отло­жившиеся вслед за каледонским тектогенезом; выше имеются красные песчаники перми, возникшие после герцинекого горообразования.

Иотнийские песчаники не метаморфизованы и залегают горизон­тально. К иотнию относят также излияния кварцевых порфиров и основ­ных лав.

Сходное строение докембрий имеет в Украинском щите и Воронеж­ском массиве; в последнем докембрий залегает на небольшой глубине.

В пределах Русской платформы докембрийские породы вскрыты буровыми скважинами в Москве, Калуге, Саратове, Сызрани, Туймазах на глубине от 1 до 3 км. Это показывает, что некогда докембрийская плита Европы занимала огромную площадь от Балтийского щита до предгорий Кавказа на юге и Урала — на востоке. В Западной Европе породы докембрия известны в Гебридах, Шотландии, Центральном французском плато,*Вогезах, центре Чехословакии, Рейнском массиве, Испании, Сардинии. Подобное разрозненное нахождение докембрия наводит на мысль, что некогда было единое поле древнейших кристал­лических пород, распавшееся впоследствии под действием палеозойских этапов тектогенеза.

Докембрийские гнейсы, мигматиты, кристаллические сланцы, амфи­болиты, реже кварциты и мраморы слагают обширные площади на всех материках, являясь как бы их основой. На этих площадях различают щиты, или одноярусные сооружения с выходом докембрия на днев­ную поверхность, платформы, или многоярусные постройки. В них докембрий погружен на разную глубину и покрыт более молодыми от­ложениями.

Докембрийские щиты и платформы установлены в Европе — Рус­ская платформа с Балтийским и Украинским щитами; в Азии — Сибир­ская платформа с Анабарским, Байкальским, Алданским и Енисейским щитами; Китайская и Индийская платформы; в Северной Америке—- Северо-Американская платформа с Канадским щитом; в Южной Аме­рике— Южно-Американская платформа с Бразильским и Гвианским щитами; в Африке — Африканская платформа с Эфиопским щитом; в Австралии — Австралийская (рис. 5) с Австралийским щитом.

По остаткам органической жизни, ископаемым, огромная докембрийская толща разделяется на нижнюю — архейскую, иногда гово­рят археозойскую, и верхнюю — протерозойскую. Никаких досто­верных ископаемых в архее неизвестно, и существование тогда организ­мов предполагается на основании наличия карбонатных пород, которые наряду с образованием химическим путем в главной массе являются результатом жизнедеятельности известковых водорослей и бактерий.

Существование жизни в протерозое уже не вызывает сомнений.

Флора. Массовым распространением отличались простейшие пред­ставители сине-зеленых водорослей, образовавших мощные толщи известняков и доломитов. Древнейшие водоросли известны из низов протерозоя. Чаще других здесь встречаются Collenia, Newlandia, Osagia. Они имеют концентрически-пластинчатые, шаровые, клубневид­ные, цилиндрические, иногда волнисто-слоистые формы. Размер колеб­лется от едва различимых до полуметра в поперечнике.

Фауна представлена радиоляриями, являющимися отрядом класса корненожек. Это — микроскопические, одиночные, редко коло­ниальные, исключительно морские организмы, с кремнистым скелетом. Он создает прозрачную, ажурную оболочку шарообразной, иногда звезд­чатой формы. Теперь в огромном количестве встречаются в радиоляриевом илу.

Кроме них, известны ядра фораминифер, иглы кремневых губок, трубочки и ходы червей, гастроподы, ракообразные. Все это примитив­ные формы, с очень слабо развитым скелетом.

Основывать на ископаемых стратиграфию докембрия пока нельзя, но вполне возможно понять, что уже в докембрии органический мир на Земле был достаточно обильным и разнообразным.

Итак, документы литологические и органические отчетливо дока­зывают, что в древнейшие эпохи, о которых может судить геолог, суще­ствовали литосфера, гидросфера, атмосфера и многочисленные расти­тельные и животные организмы, хотя и в простейших формах. В лито­сфере были как жесткие, устойчивые, так и мягкие, подвижные поля; были материковые массивы и морские бассейны; шли процессы дену­дации— выветривание и размыв и процессы аккумуляции — накопление осадочных толщ; мощно проявлялся эффузивный и интрузивный маг­матизм.

Подавляющая масса горных пород докембрия представлена кри­сталлическими образованиями. Среди них, как указано, распознаются бывшие осадочные отложения и продукты магматических эффузий и интрузий. Докембрий сложен громадными толщами гнейсов, тальковых, хлоритовых, слюдяных, гранатовых кристаллических сланцев, мигмати­тов, амфиболитов, в меньшем количестве кварцитов, мраморов, песча­ников. Одни из них могли возникнуть в обстановке высоких температур, что возможно при глубоком погружении первичных песчано-глинистых накоплений; другие перекристаллизовались в твердом состоянии под воздействием больших давлений, развивающихся в земной коре во вре­мена тектогенезов; третьи образовались от одновременного воздействия высоких температур и давлений.

Огромное значение при метаморфизме имели интрузии магмы. Большим развитием в докембрии пользуются мигматиты, образовав­шиеся из неоднородной смеси магмы и посторонних ей твердых горных пород. При этом магма или пропитывает осадочные породы, в которые она внедряется, или частично расплавляет их. Процессы мигматизации особенно развиваются при глубинном метаморфизме. Здесь получаются различные породы: инъекционные гнейсы, если светлый кварце­во-полевошпатовый материал пропитывает по первоначальной слоисто­сти метаморфическую породу; артериты, когда магма пересекает слоистость сетью жилок; небу литы, когда магма смешивается с остальной частью породы, образуя в ней неясные и неправильные разводы.

Глубинная мигматизация тесно связана с гранитизацией, т. е. процессом, превращающим твердые горные породы разного происхож­дения в гранитоидные по минералогическому составу и структуре. В областях развития докембрия явление гранитизации устанавливается на больших пространствах.

Для докембрийских толщ исключительно характерна чарнокитовая серия пород, включающая гиперстеновые (ромбический пироксен) граниты, кварцевые мангериты (гранитойдная порода, состоящая из микропертита, плагиоклаза и авгита; последний при динамическом метаморфизме может замещаться роговой обманкой и биотитом. Структура гнейсовидная) до анортозитов (сборное название чисто плагиоклазовых пород семейства габбро). Одни геологи считают чарнокитовые породы магматическими образованиями, другие — глу­бинно-метаморфическими, возникшими путем частичного переплавления ранее существовавших пород с выплавлением гранитного состава.

Восходя по докембрийским толщам от древних к более молодым свитам, в докембрийских щитах наблюдаем ослабление степени мета­морфизма, и верхние свиты обычно оказываются сложенными квар­цитами, песчаниками, глинистыми сланцами.

Указанные особенности кристаллических пород докембрия позволяют с большой основательностью восстанавливать геологическую обстановку тех отдаленнейших эпох истории земной коры. Процессы гранитизации, мигматизации и коренного изменения песчано-глинистых осадков могут происходить на большой глубине. Следовательно, гранитизированные и полностью метаморфизованные кристаллические породы указывают на чрезвычайную подвижность земной коры, на геосинклинальную среду, в которой протекали названные процессы. Об этом же говорят огромные мощности докембрийских накоплений и их интенсивная склад­чатость.

Кроме докембрийских щитов, древнейшие кристаллические, сложно дислоцированные горные породы присутствуют в виде больших или меньших массивов в горных сооружениях палеозойских, мезозойских и кайнозойских. Это указывает на исключительно обширное распространение докембрийских пород в пределах всех современных материков, что послужило основанием для весьма распространенной идеи о повсе­местной подвижности земной коры, ее как бы повсеместном геосинклинальном состоянии в те отдаленнейшие эпохи. Такое предположение, вероятно, и рисует совершенно своеобразную обстановку докембрийского развития земной коры, резко отличную от всех последующих эр и при­ведшую к повсеместному созданию кристаллической основы, кристаллосферы. Среди последокембрийских формаций нет столь мощного развития гнейсов и кристаллических сланцев. Приняв все это во внимание, а также огромную продолжительность докембрия, в истории земной коры следует различать две мегаэры: первую, охватывающую докемб­рий, возможно, только архей, и вторую, заключающую все последующие эры. Вместе с тем, однако, нельзя забывать, что парасланцы, с несом­ненностью, свидетельствуют о наличии уже в начале докембрия каких-то материковых полей, размыв которых обеспечивал появление обломоч­ных пород — конгломератов, песков и глин.

Древнейшими горными породами, слагающими земную кору, счи­тают те, которые покрыты слоями с самой древней фауной кембрия или явно уходят под них. Поэтому древнейшим породам присвоено общее название докембрий с кие. Они резко отличаются от всех остальных: очень глубокой метаморфизованностью и почти сплошной кристаллич­ностью. Это гнейсы и кристаллические сланцы. Ни в каких других гео­логических системах нет такого господствующего распространения этих глубоко измененных пород. Поэтому не удивительно, что еще в конце XIX в. и даже в начале XX в. их считали «первичной корой охлажде­ния», которая образовалась от застывания поверхностной зоны Земли при переходе ее из жидкого состояния в твердое. Так и говорили, что- докембрийские породы суть «первозданная кора». Отсюда вытекало убеждение о невозможности ее послойно расчленить или стратифици­ровать.

Но в 1863 г. Логан, изучая широко распространенные в Канаде до­кембрийские породы, установил в них две мощные свиты, лежащие одна на другой и резко между собой различающиеся: нижнюю, преимущественно сложенную гнейсами, Логан назвал лаврентьев­ской, верхнюю — гуронской; она состоит главным образом из кристаллических сланцев. В следующем году Гюмбель, исследовавший древнейшие породы Баварии, установил такие же их подразделения и присоединился к схеме Логана. В 1872 г. толщу докембрийских пород Дэна назвал архейской. В дальнейшем крупные заслуги в разработке стратиграфии докембрия принадлежат шведским геологам Рамзаю и Седерхольму, французским — Барруа и Лакруа, американцу Ван-Хайзу, австрийцу Бекке, швейцарцу Грубенманну и нашим видным геологам — Н. А. Елисееву, Б. М. Куплетскому, В. И. Лучицкому, А. А. Полканову,, П. П. Пятницкому, Н. Г. Судовикову, В. М. Тимофееву, Л. Я- Харито­нову и многим другим.

Сильнейший метаморфизм, обычный для большинства докембрий­ских пород, в крайне редких случаях сохранил распознаваемые орга­нические остатки, вследствие чего палеонтологический метод не применим для установления возрастных отношений этих древнейших образо­ваний. Они определяются почти исключительно на основании страти­графических, тектонических, петрографических и радиологических данных. Уже в начале XX в. удалось выяснить, что древнейшие гнейсы Финляндии, Швеции, Канады представляют не «кору охлаждения», а горные породы, возникшие вследствие глубокого метаморфизма обыч­ных вулканических и осадочных накоплений. Теперь разработано не­сколько способов распознавания исходного, первичного материала гней­сов и кристаллических сланцев. Прежде всего много дают полевые наблюдения. Удается, например, наблюдать, как гнейсы по простиранию переходят в слюдяные сланцы или кварциты. Исходный материал по­следних, несомненно, осадочный; это — песчано-глинистые или чисто песчаные породы. Испытав метаморфизм, они превратились в кристалли­ческие образования. Их называют парапородами, в данном случае парасланцами. Следовательно, гнейсы, в которые они переходят по простиранию, были вначале такими же песчано-глинистыми накоп­лениями, испытавшими только более глубокий метаморфизм. Их назы­вают парагнейсами в отличие от ортогнейсов, представляющих из­мененные граниты, т. е. магматические породы. Так же различают ортосланцы, возникшие в результате метаморфизма вулканогенных продуктов.

Наряду с нолевыми наблюдениями распознать исходный материал кристаллических пород докембрия можно путем микроскопического их изучения. В ряде случаев в шлифах обнаруживаются остаточные реликтовые структуры, сохранившиеся местами в исследуемой кри­сталлической породе. Например, уловив в гнейсе окатанные зернышки кварца, заключают, что это парагнейс.

Значение приведенных фактов огромно. Они показывают, что древ­нейшие известные геологам породы были вначале осадочными, чаще всего терригенными. Уже в докембрии, следовательно, существовали разрушавшиеся материки, дававшие галечники и пески, а также морские бассейны, в которых отлагался этот обломочный материал. Но разруше­ние материков и перенос его продуктов невозможны без ветра и воды, т. е. в самые древнейшие времена Земля имела земную кору, атмосферу и гидросферу. Они могли отличаться от современных своим химическим составом. Вероятно, также существование тогда каких-то организмов, о чем свидетельствует наличие в докембрийских толщах глин, известня­ков и графита. Известно, что главные массы этих пород являются орга­ногенными, хотя создаются также и химическим путем. Прямым под­тверждением наличия жизни в древнейшие времена служит факт мно­гочисленной, разнообразной и довольно высокоорганизованной фауны, находимой не только в самых низких слоях кембрия, но и в верхах до­кембрия.

Толщи докембрийских пород принято делить на две большие труппы, различая соответственно две огромные по продолжитель­ности эры: архейскую, или древнейшую, и протерозойскую. Обе группы отделены друг от друга большим перерывом в осадконакоплении.

Радиоактивным методом определен возраст самых древних доступ­ных геологическому наблюдению докембрийских пород от 2 до 3 млрд, лет. Наиболее древними породами Украинского щита являются гнейсы, возраст которых от 2 млрд, до 2,6 млрд. лет. Пегматиты Беломорья в Балтийском щите имеют возраст в 1850 млн. лет.

Большие работы по установлению абсолютного возраста древних магматических народ выполняются за рубежом. Для пегматитов Мани­тобы (Канада) и Родезии получен возраст в 2680 млн. лет; Конго — 2800±100 млн. лет; Сьерра-Леоне (Западная Африка) — 2900+100 млн. лет; Летаба (Трансвааль)— 3850±300 млн. лет.

Проявления магматизма в разных континентах происходили осо­бенно часто 1800—2000, 1400—1500, 1000—1200 и 600—750 млн. лет назад.

Если учесть, что суммарная длительность палеозойской, мезозойской и кайнозойской эр составляет 500—600 млн. лет, то продолжительность докембрия определится в 1500—2000 млн. лет, т. е. докембрий длился в 3—4 раза дольше. Нижняя граница докембрия неизвестна. Породы его слагают основание всех материков, образуя древнейшие платформы и кристаллические щиты. Всюду докембрийские породы собраны в слож­ные складки, глубоко метаморфизованы и прорваны огромными разно­возрастными интрузиями гранитов, гранодиоритов, габбро и другими, также метаморфизованными.

В областях палеозойской, мезозойской и кайнозойской складчато­сти докембрий опущен на 10 км и более, обнажаясь лишь в ядрах антиклинориев. Докембрийский возраст здесь устанавливается по перекры­тию метаморфизованных формаций нижнекембрийскими отложениями с фауной или когда абсолютный возраст этих формаций больше 500— 600 млн. лет.

Республиканский экологический конкурс скворечников

Положение о конкурсе

ОБЪЯВЛЕНИЕ

В 1755 г. философ Э. Кант высказал идею, а в 1796 г. математик Лаплас самостоятельно развил гипотезу образования Солнца и планет из огромной окружавшей его раскаленной туманности, простиравшейся за пределы современной солнечной системы. Остывание приводило к сжатию туманности и отрыву в экваториальном ее поясе слоя, который распался на горячие газовые сгустки. В дальнейшем они преврати­лись в планеты.

Общность основной идеи делает гипотезы Канта и Лапласа настолько близкими, что они были объединены в одну «канто-лапласовскую гипотезу». Однако каждая из них имела и свои особенные черты. Наш академик О. Ю. Шмидт указывает, что Лаплас полагал материю туманности в газообразном состоянии; Кант же трактовал о «частицах», под которыми можно понимать и газ, и пыль, и другие мелкие тела. Лаплас говорил об образовании планет из газовых с густ­ков, Кант — о постепенном слипании сталкивающихся при движении частиц. В гипотезе Лапласа большую роль играет отделение «колец», чего совершенно нет у Канта.

Обе гипотезы опирались на ограниченные во время их появления научные знания о природе. Однако обе они объяснили ряд особенностей строения солнечной системы и существенно приблизили к пониманию объективной действительности, пробив брешь в метафизическом миро­воззрении и положив основу материалистического развития космогонии. Это обеспечило исключительную популярность канто-лапласовской гипотезы, которая безраздельно была общепризнанной в течение всего XIX в., ознаменовавшегося исключительным развитием физики, химии, геологии, биологии. Космогония же, как говорит О. Ю. Шмидт, переживала застой; в ней монопольно господствовала идея Канта и Лапласа. Но огромные достижения естествознания к началу XX столетия вскрыли крупные недостатки канто-лапласовской гипотезы, и началось выдвижение ряда новых предположений о происхождении Земли и других пла­нет. В 30-х годах, особенно в зарубежной науке, большой извест­ностью пользовалась идея Джинса образования солнечной системы в результате близкого прохождения около Солнца другой звезды, вырвавшей из Солнца струю материи, распавшейся потом на сгустки, которые и дали начало планетам. Таким образом, по Джинсу, они воз­никли случайно, а не вследствие закономерного развития материи и являются крайне редкими во Вселенной. Несостоятельность гипотезы Джинса была доказана советским астрономом Н. Н. Парийским и Рессела.

Космогонические гипотезы Кеплера, Юри, Фесенкова выводят обра­зование солнечной системы из газово-пылевого вещества. Эта идея лежит и в основе теории, разрабатываемой с 1943 г. О. Ю. Шмидтом в сотру­ничестве с группой ученых. «Сложной задачей, — пишет О. Ю. Шмидт— является выяснение того, откуда и каким образом возникло это до планетное газово-пылевое облако. Мною была выдвинута гипотеза, что оно образовалось путем захвата Солнцем части одного из газово-пылевых облаков, многочисленных в нашей Галактике. Гипотеза захвата позво­ляет объяснить протяженность планетной системы, или, иными словами, распределение момента количества движения между Солнцем и пла­нетами». По теории О. Ю. Шмидта, планеты образовались путем постепен­ного вычерпывания окружающего твердого вещества первоначально не­большими зародышами. Этим отвергается горячее состояние Земли в первичные времена ее существования. Согласно теории, О. Ю. Шмидта, в протопланетную эру Земля была холодной, так как возникла от скоп­ления холодного космического материала, роями носившегося в до планетном газово-пылевом облаке. Объединение отдельных небольших твердых тел и более мелких частиц последовательно нарастало. Вначале этот процесс шел интенсивно и бурно, затем вследствие исчерпания ве­щества из до планетного облака он быстро ослабел и в дальнейшем почти прекратился.

Исходя из массы метеорного вещества, выпадавшего на образую­щуюся Землю в год, О. Ю. Шмидт определил в 1945 г. возраст Земли в 7,6 млрд, лет, исправленный затем до 6,3 млрд. лет.

Современное строение нашей планеты характеризуется наличием оболочек с возрастающей плотностью их от поверхности к центру. При огненножидком протопланетном состоянии Земли, по канто-лапласов­ской гипотезе, образование оболочек рисовалось как результат первич­ной дифференциации земного вещества по удельным весам. ЭЛ пред­ложение было блестяще развито в первой четверти XX в. геохимиком Гольдшмидтом. Необходимое тепло являлось изначальным. Теряя его в окружающее пространство, Земля охлаждалась, покрываясь твердой земной корой с образованием ряда оболочек и земного ядра.

Но после открытия явлений радиоактивного распада с образова­нием при этом тепла, в начале нашего столетия геолог В. И. Вернад­ский утверждал, что первичная Земля не была расплавленной, а нахо­дилась в холодном состоянии. Это развил и математически разработал О. Ю. Шмидт. Однако, возникнув из холодного космического мате­риала, под влиянием радиоактивного распада и получающегося тепла он саморазогревался, частично проплавлялся и создалась возможность дифференциации земной материи на оболочки.

Теория первичной холодной Земли заставляет по-другому рассма­тривать происхождение атмосферы, воды океанов и химического состава их. Разработка этого наиболее подробно выполнена в наши дни гео­химиком А. П. Виноградовым. В дальнейшем изложим представления этого ученого.

Наиболее распространена идея о «первичной» земной атмосфере, возникшей при охлаждении начального горячего вещества; из его легко

летучих материалов, паров и газов образовались атмосфера и воды океанов. Однако подробное изучение показало, что такой процесс не мог произойти, так как пары воды и дымы НС1, HF и особенно С0₂ должны были бы обладать давлением в десятки и сотни атмосфер; расплавленные горные породы при этом поглотили бы их в значитель­ных количествах. Между тем известно, что изверженные породы содер­жат меньше 1% воды и еще меньше серы, фтора, хлора, бора. В со­ставе же современной атмосферы сохранились бы огромные количества инертных газов гелия (Не), неона (Ne), аргона (Аг), криптона (Кг), ксенона (Хе), а также водорода (Н₂) «космического» происхождения от «первичной» атмосферы. В древнейших, архейских осадочных породах мы бы находили громадные толщи карбонатов. В действительности ничего этого нет. В настоящее время происхождение атмосферы и воды на Земле выводится из гипотезы ее «холодного» образования.

Современная атмосфера и океан состоят из трех главных групп паров и газов: 

1) вода (Н₂0) и кислые дымы [С0₂, HF, НС1, H₂S, S0₂, В(ОН)₃];

2) азот (N₂), кислород (0₂) и водород (Н₂);

3) инертные газы (Не, Ar, Ne, Кг, Хе).

В строении Земли теперь различают оболочки: земную кору до глубины 35—40 км. мантию до глубины 2800 км и ядро с радиусом 3570 км. Подробнее об этих оболочках будет сказано в дальнейшем. Содержание легколетучих веществ в разных оболочках Земли имеет про­центный состав. (таб.3)

Вода на земной поверхности произошла, как теперь считают, из мантии путем выплавления из нее легкоплавкой фракции силикатов при разогревании мантии от радиоактивного распада. Легкоплавкие веще­ства оттесняются к периферии Земли, увлекая с собой воду и другие летучие. По мере приближения к земной поверхности легкоплавкая фракция, поднявшаяся из мантии, обогащается водой и летучими. В земной коре все это охлаждается, и вода появляется в виде пара, в котором содержатся НС1, HF, S, В(ОН)з. Затем пар перешел в так называемую ювенильную воду, которая и до сих пор в нескольких про­центах от общей массы воды выбрасывается вулканами. Они же пода­вали и подают в океаническую воду анионы Cl’, SO»₄, Br^‘, F^‘, В» и др. Источником же катионов солевого состава воды океанов являлись раз­рушавшиеся горные породы земной коры. Известно, например, что вул­каны Катмай и Везувий в течение года выносят в атмосферу миллионы тонн HF или НС1. При этом значительная часть фтора и хлора удер­живается в минералах метасоматических пород, скарновых (особенно при контакте с доломитами). Так образуются, например, гипогенные, т. е. глубинные, залежи бора и др.

В составе современной атмосферы первое место принадлежит азоту. Допускают, что источником его мог быть NH₃ вулканов. Известно, что тосканские фумаролы в течение сотен лет выделяют NH₄C1; постоянно обнаруживается 10^-2—10^-3 % NH₄C1 в рыхлых породах Камчатки на огромных расстояниях вокруг вулканов. В первичной планете Земли наиболее устойчивой формой азота был, вероятно, NH₃ или NH₄. При разогревании вещества протопланеты NH₃ обратился в газ и оказался в атмосфере, где мог затем легко окислиться кисло­родом до N₂.

Кислороду в составе атмосферы принадлежит второе место. Давно уже признано, что кислород появился в атмосфере с начала фотосинтетической деятельности растений, и с тех пор баланс его в атмосфере устойчив. Однако раньше полагали, что кислород атмосферы образо­вался путем восстановления С0₂, в действительности же, как теперь стало известно, под действием фотосинтеза происходит процесс дегидро­генизации Н₂0 по реакции Н₂0¹⁶ + С0₂¹⁸ = (НСОН)„ + 0₂¹⁶. Так поступает в атмосферу более легкий изотоп кислорода, чем из С0₂. В атмосфере оказался кислород на 2,3% тяжелее, чем кислород фото­синтеза. Такое утяжеление кислорода заставляет предполагать, что в атмосферу поступает дополнительно кислород, возникающий за счет распадения под действием света (фотодиссоциация) С0₂ в верхних слоях атмосферы.

Нейтральных газов Не, Ne, Аг, Кг, Хе в атмосфере Земли ничтожно мало по сравнению с их распространением на звездах.

Из двух известных изотопов гелия —Не³ и Н⁴ — последний пред­ставляет конечный продукт распада урана (U) и тория (Th), т. е. обра­зуется радиогенным путем.

В настоящее время мантия и земная кора производят около 5-10⁹ г Не⁴ в год. Если пересчитать это на годы всей жизни Земли, то Не⁴ оказалось бы значительно больше в атмосфере, чем есть в действи­тельности: около 3,5 • 10¹⁵ г. Приняв во внимание, что значительная часть Не⁴ удерживается в горных породах и в атмосферу не попадает, придется допустить утечку его с Земли, отлет, или, как говорят, дис­сипацию.

Второй изотоп гелия — Не³ возникает в атмосфере путем космиче­ского излучения и в значительно меньшем количестве вследствие ядерных процессов в горных породах. Не³ непрерывно возникает в атмо­сфере.

Отношение Не³: Не⁴ для атмосферы в 10 раз выше, чем для земной коры.

Известно три изотопа аргона — Аг⁴⁰, Аг³⁸, Аг³⁵. В атмосфере и поро­дах Земли, в вулканических газах резко преобладает Аг⁴⁰, получаясь в результате распада калия: К⁴⁰—>Е->Аг⁴⁰. Количество его в породах зависит от содержания К и возраста минерала или породы.

В общем Аг⁴⁰ в атмосфере радиогенного характера и в образовании его участвуют горные породы земной коры и мантия Земли.

Наличие в атмосфере неона (Ne) также связывают с радиоактив­ными процессами в Земле. Известны три изотопа неона — Ne²⁰, Ne²¹ и Ne²². В атмосфере Ne²⁰ —90,87%; Ne²¹ —0,3%, Ne²² — 8,82%.

Источником ряда изотопов тяжелых газов криптона (Кг) и ксенона (Хе) на Земле служат спонтанное деление U²³⁸ и деление U²³⁵ на ней­тронах.

Установлено, что изотопные составы инертных газов атмосферы не отвечают изотопным составам их первичного космического происхо­ждения, т. е. эти газы являются вторичными и образованы самой Зем­лей. Первоначально она представляла скопление холодного, неоднород­ного твердого вещества, приближающегося к составу метеоритов. Затем под влиянием адиабатического сжатия и накопления радиоактивного тепла вещество планеты разогрелось и началось выплавление из ман­тии легкоплавкой фракции. Это же разогревание вызвало и дегазацию из мантии легколетучих соединений.

Путем выплавления легкоплавкой фракции силикатов и дегазации шло образование самой земной коры. Об определенном ходе процесса образования земной коры можно получить суждение, сравнивая содер­жание воды, углекислого газа, фтора, хлора и других газов в разных оболочках Земли (табл. IV).

Как видим, в нашу эпоху существования Земли наибольшие коли­чества легколетучих веществ содержатся в мантии, а не в земной коре: воды почти в 20 раз, серы в 30, углерода в 20, бора почти в 2, фтора в 7, хлора в 40, брома больше чем в 280, йода в 133. Приведенный рас­чет говорит, что названные вещества поступали из мантии в земную кору, которая насытилась ими до современных количеств. Проводником явилась магматическая деятельность — интрузивная и вулканическая (эффузивная). Насытившись, земная кора стала сама дегазировать.

 Таблица показывает, что одни вещества прошли через земную кору, как сквозь экран, другие задержались в земной коре. Азот, вода и угле­кислый газ достигли атмосферы; хлор и бром оказались в больших количествах в гидросфере; бор, фтор (и йод) в основной массе распре­делились в земной коре; сера находится главным образом в мантии в виде сульфидов тяжелых металлов (преимущественно железа). Но еще очень большие количества легколетучих газов остались в мантии, и она до сих пор продолжает снабжать ими земную кору, а через нее и поверхность Земли. А. П. Виноградов считает, что этим процессом выплавления и дегазации охвачена мантия по крайней мере до глубины глубокофокусных землетрясений, т. е. до 800—900 км.

Одни исследователи полагают, что данный процесс шел в течение всей истории Земли примерно одинаково. Другие допускают более слож­ное явление, сопряженное с общим развитием Земли и, возможно, не­равномерное. Приняв это допущение, мы принуждены будем говорить об изменении состава атмосферы и океана после вступления Земли в геологическое существование. В наиболее удаленное время в атмо­сфере не было достаточного количества кислорода, вследствие чего на поверхности Земли были восстановительные условия. Но это было, по- видимому, геологически очень короткое время. Резкие изменения состава атмосферы и океана затухли, возможно, 3—2 млрд, лет назад, когда тепловая обстановка на поверхности Земли приблизилась к современ­ной. К тем временам относят появление организмов, создавших карбо­натные породы, окисленных железных руд и других следов деятельности кислорода, начавшего поступать в атмосферу фотосинтетическим путем.

Вместе с дегазацией легколетучих веществ из внутренних областей Земли, из ее мантии шло выплавление легкоплавких материалов, и по­степенно строилась земная кора.

Современная земная кора состоит из базальтового и гранитного слоев, покрытых толщей позднее образовавшихся осадочных пород. Базальтовый слой прослеживается по всему земному шару. На конти­нентах мощность базальтового слоя 10—20 км, на дне океанов около 5—10 км. Гранитный слой имеет среднюю мощность около 15 км и по­крывает лишь половину земного шара. Этот слой отсутствует на дне Тихого океана и в глубоких впадинах Атлантического и Индийского океанов.

Гранитный слой имеет наибольшую мощность в континентах, обна­жаясь на дневную поверхность в районах докембрийских щитов; породы их имеют возраст не менее 3 млрд, лет, что определено по древнему свинцу. Он известен на всех современных материках: Евразии, Африке, Америке, Австралии.

Замечательно постоянство химического состава базальтов и грани­тов, что, несомненно, указывает на однообразие процессов и исходных веществ мантии, послуживших для образования обоих слоев.

Земная кора на глубине 35—40 км на континентах отделяется от мантии поверхностью раздела, так называемым слоем Мохоровичича.

Мантия мощностью около 2800 км более бедна кремнеземом (БЮг) и богата MgO и FeO. О составе ее прямых данных нет, и он условно принимается отвечающим составу каменных метеоритов. В таком случае в силикатной части будет 75% перидотитовых минералов и 25% ба­зальта или гранита. Следовательно, мантия —это оболочка из ультра- основных пород.

В мантии с глубиной увеличивается плотность пород, повышается температура их плавления и возрастает растворимость в них других веществ, что обусловливает возможность химических реакций в системе твердое = твердое. При давлениях же порядка 10³—10⁵ атмосфер дефор­мируются электронные оболочки атомов, и их внутренняя энергия сильно растет. Увеличившаяся подвижность внешних электронов приводит к тому, что вещество приобретает металлоподобные свойства.

По скорости прохождения поперечных и продольных сейсмических волн в мантии различают несколько зон (табл. V):

Многие исследователи считают зону В состоящей из дунитов или оливинов. Частично в зоне С, главным же образом в зоне D с их огром­ными давлениями значительно увеличивается плотность, уменьшается объем и происходят, как полагают одни, полиморфические изменения, например превращение орторомбической формы оливина в кубическую; другие же думают, что происходит распад оливина на отдельные окиси — MgO и SiOo с более плотной упаковкой молекул типа корунда или ру­тила. Единственная порода мантии — дунит — выходит на поверхность Земли в областях глубоких разломов земной коры. Все известные ду- ниты содержат редкие элементы: щелочи, Sr, Be, Qa, U, Th и многие другие.

Ядро Земли составляет по весу 45% планеты. Большинство ученых считает ядро состоящим из сплава железа (Fe) и никеля (Ni). Оно не могло образоваться за счет железа одних каменных метеоритов. Следо­вательно, вещество Земли до распадения его на оболочки являлось ме­теоритным из железа и силикатов, т. е. из вещества железных и камен­ных метеоритов.

Земная кора —продукт выплавления и дегазации вещества мантии с последующей его глубокой дифференциацией— поражает очень малой мощностью, составляющей меньше 1 % по отношению к Земле. Однако расчеты показали, что мощность коры не должна быть большей, так как зависит от радиуса планеты.

Легкоплавкие и легколетучие вещества, шедшие на построение зем­ной коры, как уже говорилось, доставлялись из мантии при интрузиях и эффузиях магмы. При выплавлении и дегазации на первом месте стояла интрузивная деятельность, особенно сильная в докембрии, когда образовалось 90% всех гранитов.

Для суждения о скорости процесса выплавления и дегазации лег­коплавких и легколетучих веществ из мантии А. П. Виноградов приводит следующий расчет: «Если бы земная кора наращивалась равномерно        в течение 5 млрд, лет, то годичный прирост составил бы 0,001 см. За 5 млн. лет она приращивала бы по 1 см в год. И только если бы процесс I          закончился в течение 5 тыс. лет, она росла бы со скоростью 10 ж в год». Здесь изложена одна из последних схем догеологического развития Земли. ¹ При расчетах толщина земной коры принята равной 50 км

Автор КУЗНЕЦОВ С.С  1962 года 

https://open.kbsu.ru/

https://kbsu.ru/podrazdelenija/inye-podrazdeleniya/