В распоряжении исследователей сейчас имеются методы определения размера теплового потока не только современного, но и того, который существовал в том или ином районе в прошлые геологические периоды. Для этого используются «минералы-палеотермометры», температура образования или структурного и химического изменения которых известна. Например, в условиях того давления, которое существует в гранито-гнейсовом слое коры α-кварц переходит в β-кварц при температуре около 600° С. Следовательно, по типу структуры кварца можно установить, образовался ли он при температуре ниже или выше 600° С. В качестве весьма совершенного геологического термометра используются полевые шпаты. Как известно, они состоят из молекул альбита, ортоклаза и анортита. Распределение этих молекул зависит от температуры и, пользуясь этим, можно целые серии пород надежно распределить в порядке повышающейся или понижающейся температуры.
Следовательно, изучая с этой точки зрения минералы, содержащиеся в метаморфических и магматических породах, можно установить, при какой температуре эти породы кристаллизовались, т. е. температуру метаморфического или магматического процесса. Если эти данные дополнить палеогеографической реконструкцией глубины, на которой находились породы во время своей кристаллизации, мы сможем измерить геотермические градиенты, существовавшие в то время, а отсюда, зная среднюю теплопроводность пород, — и размер теплового потока.
Такие определения были выполнены в разных странах для метаморфических толщ и гранитов разного возраста. Из полученных данных следует, что метаморфические процессы и гранитизация в земной коре проявлялись всегда в условиях повышенных геотермических градиентов, превышающих современный нормальный градиент, по крайней мере, в три, а часто и в пять раз. Считая, что средняя теплопроводность пород с тех пор не изменилась, мы должны сделать вывод, что в это же количество раз тепловой поток был тогда интенсивнее современного нормального потока. Он был, следовательно, приблизительно того размера, который характеризует современные вулканические области или даже интенсивней.
Но региональный метаморфизм и гранитизация происходят не всюду и не всегда. Они приурочены к геосинклиналям и только к определенной стадии их эволюции, к той, когда развивается геосинклинально-инверсионный режим. Это время частной инверсии и сильного складкообразования. Такая стадия занимает лишь некоторый отрезок в истории геосинклинали. Данный отрезок и характеризуется повышенными и тепловым потоком и температурой в земной коре. Породы, образующиеся в течение других стадий развития геосинклинали, в своей структуре не содержат признаков воздействия на них столь высоких температур. Поскольку процессы регионального метаморфизма и гранитизации повторяются во всех эндогенных циклах, можно заключить, что периодически повторяется и сильное прогревание земной коры. Каждый раз такое усиление теплового потока приурочено к действующим в данном цикле геосинклиналям.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ В СТРОЕНИИ И РАЗВИТИИ ТЕКТОНОСФЕРЫ
Основные выводы из того, что сказано в этой главе, существенные для понимания глубинных причин эндогенных процессов, могут быть сформулированы следующим образом.
Существуют две разные по строению и составу тектоносферы — материковая и океаническая. Первая в значительной степени дифференцирована и крайним продуктом ее дифференциации является материковая земная кора. При образовании последней происходило усиленное извлечение из мантии кремния, щелочей, редкоземельных и радиоактивных элементов. Океаническая тектоносфера дифференцирована в значительно меньшей степени. Различия в строении двух тектоносфер распространяются в глубь на несколько сот километров.
Важной составной частью обеих тектоносфер является слой частичного плавления перидотита, слагающего верхнюю мантию. Это — астеносфера, отличающаяся от вышележащей твердой литосферы меньшими плотностью и вязкостью.
Наблюдается связь между эндогенными режимами, интенсивностью теплового потока и степенью выраженности астеносферы. Наиболее активные эндогенные процессы сопровождаются наиболее интенсивным тепловым потоком, наиболее мощной и наименее глубоко залегающей астеносферой, которая в наибольшей степени влияет на скорости распространения сейсмических волн. Такая активная астеносфера сейчас наблюдается в вулканических и рифтовых зонах на материках и в срединно-океанических хребтах в океанах. В прошлые периоды она была характерна также для геосинклиналей.
Наиболее спокойные режимы, в особенности режим кристаллических щитов древних платформ, сопровождаются значительно меньшим тепловым потоком и слабо выраженной астеносферой или ее полным отсутствием. Отсюда — очевидная прямая связь между активностью эндогенных процессов и тепловым режимом недр. Особенно повышенным тепловым потоком через кору характеризуются стадии регионального метаморфизма и гранитизации в геосинклиналях. Это последнее обстоятельство позволяет считать, что импульсивность эндогенного режима, периодическая смена стадий возбуждения и ослабления эндогенной активности обусловлены соответствующими периодическими изменениями интенсивности теплового потока. Если принять концепцию Б. Г. Лутца, то повышенный принос тепла в кору осуществляется ювенильными растворами, поднимающимися в кору из астеносферы. Поток таких растворов возникает каждый раз, когда в астеносфере происходит застывание жидкого базальта. Это означает, что периодическое прогревание коры наступает с опозданием в фазе по отношению к тепловым процессам в астеносфере: когда последняя нагревается, выплавляется базальт, который вырывается на поверхность, но, по-видимому, мало влияет на температуру коры; когда же астеносфера охлаждается, из нее поднимаются растворы, которые, окисляясь, сильно нагреваются и прогревают кору в достаточной для регионального метаморфизма и гранитизации степени. С теми же растворами в кору поступают и химические реагенты, необходимые для этих процессов. Более высокая температура океанической тектоносферы, возможно, является причиной того, что гранитизирующие растворы из нее не выделяются.
Одновременное проявление на поверхности материков различных эндогенных режимов указывает на гетерогенность теплового поля Земли: в одно и то же время тепловые потоки в разных местах разнятся по своей интенсивности. Следовательно, тепловые потоки меняют свою интенсивность как в пространстве, так и во времени. Отсюда одна из главных задач состоит в том, чтобы понять причины этих пространственных и временных вариаций земного теплового поля. Следующая задача состоит в открытии механизма, связывающего тепловой поток с тем или иным эндогенным режимом.
Список использованной литературы
1. Артемьев М. Е. Изостатические аномалии силы тяжести и некоторые вопросы их геологического истолкования. – М., 1966. – 138 с.
2. Белоусов В. В. Земная кора и верхняя мантия материков. – М., 1966. – 123 с.
3. Белоусов В.В. Основы геотектоники. – М., 1975. – 264 с.
4.Лутц Б.Г. Верхняя мантия Земли и формирование коры континентов // Вестник АН СССР. – 1973. - № 10. – С. 28 -36.
5.Магницкий В. А. Внутреннее строение и физика Земли. – М., 1965. – 379 с.