Начало плотностной дифференциации Земли

Согласно модели Сорохтина-Ушакова, первая астеносфера на Земле могла возникнуть где-то в низах верхней мантии только в результате частичного плавления силикатов. Но существовавшие тогда интенсивные приливные возмущения за счет концентрация приливной энергии в слоях пониженной добротности должны были поднять температуру в астеносферном слое еще выше, вплоть до плавления свободного железа, возбудив тем самым в слое первичной астеносферы процесс плотностной дифференциации земного вещества.

Как только содержавшееся в веществе молодой Земли свободное железо (а его начальная концентрация достигала 13,1 %) стало плавиться, процесс дальнейшей дифференциации земного вещества уже смог распространяться в верх и в глубь Земли самопроизвольно, только за счет высвобождения гравитационной энергии дифференциации земного вещества. Процесс этот устойчив и может поддерживаться в незатухающем режиме.

В верхней мантии температура плавления силикатов существенно ниже температуры плавления железа и его оксидов, а легкоплавкий состав Fе2О при господствующих в этой геосфере давлениях еще не образуется. Поэтому первичная дифференциация земного вещества на этих уровнях могла протекать либо по механизму обратной флотации (погружение твердых фаз железа и его оксидов через слой расплавленных силикатов), либо по механизму зонной плавки.

Термодинамический расчет процесса зонной плавки в верхней мантии молодой Земли показывает, что процесс этот сопровождался выделением значительной гравитационной энергии благодаря сепарации плотного железа от сравнительно более легких силикатов. Высвобождавшаяся таким путем энергия полностью обеспечивала самоподдерживание и развитие этого процесса в пределах всей верхней мантии. Приливная энергия, рассеивавшаяся тогда в зонах плавления вещества, лишь ускоряла и усиливала процесс зонной плавки. Поэтому весьма вероятно, что в раннем архее процесс зонной плавки действительно развивался в верхней мантии молодой Земли и привел к выплавлению наиболее древних порций континентальной коры анортозитового или базальтоидного состава. В более глубоких частях мантии, где температура плавления силикатов существенно превышала температуру плавления железа, дифференциация земного вещества могла происходить только за счет простой сепарации расплавленного железа от твердых силикатов. Процесс зонной дифференциации земного вещества должен был сопровождаться возникновением в этой же части мантии (уже прошедшей первичную дифференциацию) интенсивной тепловой конвекции.

Процесс зонной сепарации расплавленного железа от силикатной матрицы земного вещества не мог распространяться глубже некоторого предельного уровня, начиная с которого высвобождавшейся гравитационной энергии уже не хватало для поддержания незатухающего режима развития процесса. Очевидно, Для обеспечения самоподдерживающегося развития процесса необходимо было, чтобы выделявшаяся при этом энергия была достаточной для прогревания вещества нижележащей среды до уровня расплавления содержащегося в нем металлического железа.

Процесс дифференциации исходного земного вещества по механизму зонной сепарации расплава металлического железа от силикатов мантии хорошо объясняет исключительно важную и очень интересную особенность мантийного магматизма в архее - выплавление в то время перегретых коматиитовых лав.

В результате перехода процесса первичной дифференциации земного вещества от сепарации металлического железа к выделению его оксидов и возникновению в мантии химико-плотностной конвекции перегрев мезосферы и верхней мантии должен был достаточно быстро снизиться с выравниванием температуры по адиабате в соответствии с температурой плавления "ядерного, вещества Fе2О на глубине развития процесса дифференциации и данный момент времени. Этот теоретический вывод неплохо соответствует эмпирическим данным о достаточно быстром исчезновении высокотемпературных коматиитов в конце архея.

Рассмотрим некоторые глобальные характеристики развития процесса зонной дифференциации земного вещества. Обращает на себя внимание вывод, что образование в недрах Земли сферического слоя, заполненного плотной жидкостью и окружавшего собой менее плотную, но очень жесткую центральную "сердцевину", приводит к возникновению ситуации гравитационной неустойчивости во всей планете. При этом простого стекания расплавов к центру планеты не происходило по двум причинам. Во-первых, потому что вязкость холодной "сердцевины" молодой Земли была исключительно высокой и, во-вторых, скорость продвижения вниз фронта дифференциации в механизме зонной сепарации железа и тем более расплавов Fе-FеО заметно превышает скорость образования каплевидных структур. Кроме того, распад металлического железа ниже критического уровня 1900 км полностью кристаллизуется, превращаясь в твердое вещество. После начала действия механизма сепарации оксидов железа и нормализации температуры мантии существование расплавленного железа в недрах Земли вообще полностью исключалось.

Материалы по географии:

Россия и Австралия
Современные отношения между Россией и Австралией характеризуются ростом торгового оборота, экономического сотрудничества, отношений в области культуры, общими подходами к основным международным проблемам, включая борьбу с терроризмом, распространение оружия массового уничтожения и другие глобальные ...

Новгородская область
Политическая подсистема Законодательная власть Новгородская областная Дума Судебная власть Представлена федеральными и региональными судами, а так же мировыми судьями. Исполнительную ветвь власти возглавляет Правительство области. Политическая система оценивается как геополитическая неполнота, из-з ...

Из глубины веков
Подобно тому, как придирчивый художник камешек к камешку подбирает величественнее мозаичное панно, так по отдельным находкам, по разрозненным фактам восстанавливают вдумчивые историки цельную картину развития астрономических знаний на протяжении минувших веков. За тысячу лет до нашей эры на Востоке ...