Процесс плотностной дифференциации Земли и архейская палеогеография
Информация - География
Другие материалы по предмету География
бинное тепло в основном выделяете через океанические литосферные плиты и оно обратно пропорционально корню квадратному из средней продолжительности жизни литосферных плит.
При отсутствии разогрева или охлаждения мантии средняя скорость конвективного массообмена в этой геосфере на больших интервалах времени остается постоянной, хотя ее флуктуации связанные с перестройками структуры конвективных ячеек, могут быть весьма заметными. Если мантия после архейского перегрева постепенно остывает, то соответственно будет снижаться и средняя скорость конвекции, а следовательно, столь же постепенно станут возрастать и периоды полных конвективных циклов массообмена в мантии. В противоположном случае разогрева мантии конвективный массообмен в этой геосфере ускоряется. Отсюда следует важный геодинамический закон: энергетический баланс Земли в среднем стабилизирует развитие конвективных процессов в мантии.
Периоды конвективных циклов пропорциональны массе мантии. Масса мантии после образования земного ядра в конце архея постепенно уменьшалась за счет выделения из нее "ядерного" вещества и роста самого ядра. Со временем это обстоятельство могло приводить к постепенному сокращению продолжительности конвективных, а следовательно, и тектонических циклов. Как происходило в действительности и какой из факторов (остывание мантии или уменьшение ее массы) был определяющим, можно установить только по геологической летописи Земли. Так, моменты формирования суперконтинентов Моногея, Мегагея, Мезогея и Пангея можно сопоставлять с временами завершения кеноранской, свекофеннской, гренвильской и герцинской тектонических эр (орогений), соответственно 2600 100; 1800 100; 1000 70 и 230 10 млн лет назад. Если это так, то периодичность формирования суперконтинентов в докембрии была равна 800 100, а на рубеже с палеозоем - 770 70 млн лет. Как видно, периодичность мегациклов в послеархейское время с точностью до определения возрастов орогений сохранялась приблизительно постоянной.
Следовательно, эффект остывания мантии в реальных условиях почти полностью компенсировался уменьшением ее массы, стабилизируя тем самым периодичность тектонических событий на Земле. Однако в будущем благодаря истощению энергетических запасов Земли и замедлению процесса дифференциации мантийного вещества фактор остывания мантии начнет играть более важную роль, в результате чего существенно замедлится конвективный массообмен в мантии и значительно увеличится продолжительность каждого последующего тектонического мегацикла.
Спостепенным угасанием бародиффузионного механизма дифференциации мантийного вещества за счет исчерпания запасов ядерноного" вещества в мантии постепенно должна снижаться интенсивность и мантийной конвекции. Согласно расчетам, активноссть конвективного массообмена, определяемая рассеиваемой в мантии энергией, в настоящее время по сравнению с пиком в раннем архее уменьшилась приблизительно в 12 раз, а по сравнению с позднеархейским пиком - в 7 раз. Начиная с раннего протерозоя удельное значение рассеиваемой в мантии энергии уменьшилось еще приблизительно в 2,5 - 3 раза.
Как уже отмечалось, архейская история завершилась формированием у Земли настоящего плотного ядра и возникновением в ее мантии мощнейшей одноячеистой конвективной структуры. Поэтому за начало отсчета послеархейской геологической истории, отвечающей главной последовательности развития Земли, удобно принять именно этот естественный рубеж - момент окончательного формирования в недрах нашей планеты тяжелого ядра около 2,6 109 лет назад. Такое допущение оправдано еще и тем, что в конце архея уже сформировалась одна из форм нормального режима развития конвективного массообмена в мантии, возбуждаемого' бародиффузионным механизмом дифференциации земного вещества, характерного именно для всего послеархейского этапа эволюции Земли. Рубеж этот наиболее четко фиксируется в геологической летописи, поскольку с ним связано изменение механизмов формирования континентальной коры и, кроме того, ему непосредственно предшествовал мощнейший тектонический процесс образования первого в истории Земли суперконтинента Моногеи (2,8-109 лет назад).
Путем сопоставления численных расчетов для архейского и послеархейского интервалов времени можно оценить, что начиная с 3,8 109 до 2,7 109 лет назад в архейской мантии должно было существовать около 16 полных конвективных циклов. При этом периоды таких циклов менялись от 20 - 50 млн лет в начале архея до 200 млн лет в конце.
Несмотря на приближенность оценок, общая закономерность изменения конвективных циклов и продолжительности периодов Полных конвективных циклов, по-видимому, правильно передает картину развития конвекции в архее и послеархейское время. В частности, из этих оценок вытекает, что в раннем архее могли формироваться только мелкие конвективные ячейки с короткими Циклами. При этом в связи с мелкомасштабностью раннеархейской конвекции (порядка сотен километров) отдельные циклы во времени перекрывались друг другом, создавая тем самым процесс, состоящий из непрерывной череды пульсирующих и не корррелируемых по отдельным ядрам циклов растущих континентов. Соответственно этому и многочисленные тектонические циклы раннего архея на древнейших ядрах разных континентов создали мозаичную картину проявлений отдельных и не синхронных друг с другом всплесков тектонической активности.