Jump to content

Эволюция земной коры

Карта поверхности океанической коры, показывающая образование более молодой (красной) коры и возможное разрушение более старой (синей) коры. Это демонстрирует пространственную эволюцию земной коры, продиктованную тектоникой плит.

Эволюция земной коры включает в себя формирование, разрушение и обновление каменистой внешней оболочки на поверхности планеты .

Изменения в составе земной коры намного больше, чем на других планетах земной группы . Марс , Венера , Меркурий и другие планетные тела имеют относительно квазиоднородную кору в отличие от земной коры, которая содержит как океанические, так и континентальные плиты. [ 1 ] Это уникальное свойство отражает сложную серию процессов в земной коре, которые происходили на протяжении всей истории планеты, включая продолжающийся процесс тектоники плит .

Предлагаемые механизмы эволюции земной коры основаны на теоретическом подходе. Фрагментарные геологические данные и наблюдения обеспечивают основу для гипотетических решений проблем, связанных с ранней системой Земли. Таким образом, сочетание этих теорий создает как основу текущего понимания, так и платформу для будущих исследований.

Ранняя корка

[ редактировать ]

Механизмы раннего образования корки

[ редактировать ]

Ранняя Земля была полностью расплавленной. Это произошло из-за высоких температур, создаваемых и поддерживаемых следующими процессами:

  • Сжатие ранней атмосферы
  • Быстрое осевое вращение
  • Регулярные столкновения с соседними планетезималями. [ 2 ]
Фазовая диаграмма, показывающая последовательную кристаллизацию в ранней мантии, образующую раннюю кору. Адиабата представляет собой изменение температуры в зависимости от давления, если тепло не теряется за счет конвекции. Ранние мантийные адиабаты показывают, что кристаллизация происходила из основания; выше примерно 25 ГПа (глубокая мантия) начнут кристаллизоваться перовскиты, ниже 25 ГПа ( верхняя мантия ) будет кристаллизоваться оливин.

мантия оставалась более горячей , чем современные дневные температуры На протяжении всего архея . [ 3 ] Со временем Земля начала охлаждаться, поскольку планетарная аккреция замедлилась, а тепло, накопленное в океане магмы, ушло в космос из-за радиации .

Теория инициирования затвердевания магмы утверждает, что, как только она достаточно остынет, более прохладное основание магматического океана начнет кристаллизоваться первым. Это связано с тем, что давление 25 ГПа на поверхности вызывает солидуса . понижение [ 4 ] Формирование тонкой «холодной корки» на крайней поверхности обеспечит теплоизоляцию неглубокой подповерхности, сохраняя ее достаточно теплой для поддержания механизма кристаллизации из глубокого океана магмы. [ 4 ]

Состав кристаллов, образующихся при кристаллизации океана магмы, менялся в зависимости от глубины. Эксперименты, связанные с плавлением перидотитовой магмы, показывают, что глубоко в океане (> ≈700 м) основным присутствующим минералом будет Mg- перовскит , тогда как на более мелких участках будет доминировать оливин вместе с его полиморфными модификациями высокого давления, например, гранатом и мэйджоритом . [ 5 ]

Теория, способствующая формированию первой континентальной коры, связана с интрузивным плутоническим магматизмом . Продукт этих извержений образовал горячую мощную литосферу , которая регулярно подвергалась круговороту с мантией. [ 6 ] Тепло, выделяемое этой формой вулканизма, а также способствующее мантийной конвекции , увеличило геотермический градиент ранней коры. [ 7 ]

Коровая дихотомия

[ редактировать ]

Дихотомия коры — это явный контраст по составу и природе океанических и континентальных плит, которые вместе образуют общую кору. Разница между континентальной и океанической корой.

Океаническая и континентальная коры в настоящее время образуются и поддерживаются в результате тектонических процессов плит. Однако маловероятно, что те же самые механизмы привели к дихотомии земной коры ранней литосферы. Считается, что это правда, поскольку участки тонкой континентальной литосферы низкой плотности, которая, как предполагалось, изначально покрывала планету, не могли быть погружены друг под друга. [ 8 ]

Следовательно, было предложено относительное время дихотомии коры, утверждающее, что дихотомия началась до начала глобальной тектоники плит. Это сделано для того, чтобы можно было установить разницу в плотности земной коры, чтобы облегчить субдукцию плит. [ 8 ]

Формирование

[ редактировать ]
Развитие основания ударного кратера на поверхности Земли, показывающее заполнение базальтовыми частичными расплавами мантии. Это затвердело, образовав раннюю дифференцированную океаническую кору.

Ударные кратеры

[ редактировать ]

Большие и многочисленные ударные кратеры можно обнаружить на планетных телах по всей Солнечной системе. Считается, что эти кратеры возникли в период, когда наблюдалась повышенная частота и интенсивность столкновений астероидов с планетами земной группы, известный как Поздняя тяжелая бомбардировка , которая закончилась примерно 4 миллиарда лет назад. [ 9 ] Далее в этом предположении утверждается, что Земля также выдержала бы такую ​​же относительную интенсивность образования кратеров, как и другие планетезимали в Солнечной системе . Таким образом, кратеры сегодня не видны только из-за высоких скоростей эрозии Земли и постоянной тектоники плит. Увеличив количество и размер ударных кратеров, видимых на Луне, до размеров Земли, можно предсказать, что по крайней мере 50% первоначальной земной коры было покрыто ударными бассейнами. [ 8 ] Эта оценка дает нижний предел воздействия ударных кратеров на поверхность Земли.

Основными последствиями образования кратеров на ранней литосфере были:

Масштабы этих воздействий интерпретируются с высокой степенью неопределенности как превращение примерно половины «континентальной» коры в земные моря . [ 11 ] тем самым обеспечивая метод формирования дихотомии коры, как это видно сегодня. [ 10 ]

Виды корочки

[ редактировать ]

Первичная кора

[ редактировать ]

Первоначальная кристаллизация минералов из океана магмы образовала первичную кору.

Потенциальное объяснение этого процесса утверждает, что результирующее затвердевание края мантии произошло примерно 4,43 млрд лет назад. Это впоследствии привело к образованию континентов, состоящих из коматиита , ультраосновной породы, богатой магнием, с высокой температурой плавления и низкой динамической вязкостью . [ 12 ] Другое направление исследований продолжает это, предполагая, что различия в плотности вновь образовавшихся кристаллов вызывают разделение пород земной коры; верхняя кора в основном состоит из фракционированных габбро , нижняя кора — из анортозитов . [ 13 ] В результате первоначальной кристаллизации образовалась первичная кора глубиной примерно 60 км. [ 13 ]

Отсутствие уверенности в формировании первичной коры связано с тем, что в настоящее время не осталось примеров. Это связано с высокими темпами эрозии Земли, а также субдукцией и последующим разрушением тектонических плит на протяжении всей ее истории 4,5 млрд лет назад. [ 12 ] Более того, считается, что за время своего существования первичная кора регулярно разрушалась и заново формировалась в результате ударов с участием других планетезималей. [ 13 ] Это продолжалось в течение нескольких сотен миллионов лет после аккреции , завершившейся примерно 4,4 млрд лет назад. [ 11 ] Результатом этого будет постоянное изменение состава первичной коры, что усложнит определение ее природы. [ 11 ]

Вторичная корка

[ редактировать ]

Переработка существующей первичной коры способствует образованию вторичной коры. Частичное плавление существующей коры увеличивает основное содержание расплава, образующего вторичную базальтовую кору. [ 14 ] Дальнейший метод образования связан с распадом радиоактивных элементов внутри Земли с выделением тепловой энергии и, в конечном итоге, вызывающим частичное плавление верхней мантии, а также образование базальтовой лавы. [ 15 ] В результате большая часть вторичной коры на Земле образуется на срединно-океанических хребтах, образующих океаническую кору.

Третичная кора

[ редактировать ]

Современная континентальная кора является примером третичной коры. Третичная кора является наиболее дифференцированным типом коры и поэтому имеет состав, сильно отличающийся от состава основной массы Земли. [ 16 ] Третичная кора содержит более 20% несовместимых элементов , то есть элементов, размер или заряд которых не позволяют им включиться в минеральную структуру. [ 16 ] Это результат его образования в результате субдукции и частичного плавления вторичной коры, где он подвергается дальнейшей фракционной кристаллизации . Две стадии эволюции приводят к увеличению доли несовместимых элементов. [ 16 ]

Начало тектоники плит

[ редактировать ]
Схематическая диаграмма эволюции, показывающая воздействие мантийного плюма на раннюю литосферу (темно-синий) и поверхностную протокору (коричневый). Это инициировало субдукцию и последующую глобальную тектонику плит в ранее неразделенной литосфере, не имевшей бокового движения поверхности. Модифицировано из [ 17 ]

Субдукция, вызванная шлейфом

[ редактировать ]

Формирование и развитие плюмов в ранней мантии способствовало запуску латерального движения земной коры по поверхности Земли. [ 18 ] Влияние апвеллинга мантийных плюмов на литосферу сегодня можно увидеть по местным впадинам вокруг таких горячих точек, как Гавайи . Масштаб этого воздействия намного меньше, чем в архейский период, когда температуры мантии были намного выше. Локализованные участки горячей мантии поднялись на поверхность через центральный клин плюма, ослабив поврежденную и и без того тонкую литосферу. [ 7 ] Как только голова плюма выходит на поверхность, кора с обеих сторон головы опускается вниз из-за сохранения массы, инициируя субдукцию. [ 19 ] Численное моделирование показывает, что только сильноэнергетические плюмы способны ослабить литосферу настолько, чтобы разорвать ее; такие плюмы могли присутствовать в горячей архейской мантии. [ 20 ]

О претектонической субдукции также можно судить по внутреннему вулканизму на Венере. Артемида Корона представляет собой большой плюм, образовавшийся в результате подъема магмы, полученной из мантии, и его масштаб потенциально сопоставим с масштабом архейской мантии. [ 1 ] Модели, использующие его известные характеристики, показали, что продолжающийся магматизм из- за проводимости тепла через шлейф вызвал гравитационный коллапс. Тяжесть обрушения вызвала распространение окружающей коры наружу и последующую субдукцию по краям. [ 21 ] Безводный . характер коры Венеры препятствует ее скольжению друг относительно друга, тогда как путем изучения изотопов кислорода наличие воды на Земле может быть подтверждено начиная с 4,3 млрд лет назад [ 22 ] Таким образом, эта модель помогает объяснить механизм того, как тектоника плит могла возникнуть на Земле, хотя она не демонстрирует, что субдукция началась при самом раннем подтвержденном присутствии воды на Земле. На основании этих моделей начало субдукции и тектоники плит датируется 3,6 млрд лет назад. [ 21 ]

Поздняя тяжелая бомбардировка

[ редактировать ]

Образование кратеров от удара также имело последствия как для развития субдукции, вызванной плюмами, так и для установления глобальной тектоники плит. [ 9 ] Увеличение крутизны геотермических градиентов могло напрямую усилить конвективный перенос мантии, который сейчас под все более раздробленной литосферой мог создать напряжения, достаточно большие, чтобы вызвать рифтинг и разделение коры на плиты. [ 9 ]

Темпы роста коры

[ редактировать ]
Графики, показывающие скорость роста континентальной коры с течением времени в процентах от общей массы, а также соответствующую толщину вновь образовавшейся коры. График переработки земной коры представляет собой величину постформационных изменений, которым подверглась земная кора. Резкое усиление переработки земной коры и снижение скорости ее роста примерно в 3,6 млрд лет назад представляет собой начало субдукции и тектоники плит. Изменено из [ 23 ]

Литологическое датирование

[ редактировать ]

Темпы роста земной коры можно использовать для расчета оценки возраста континентальной коры. Это можно сделать путем анализа магматических пород с тем же изотопным составом, что и исходные мантийные породы. Эти магматические породы датированы и считаются прямым свидетельством формирования новой континентальной коры. [ 22 ] Полученный в результате возраст изотопно ювенильных магматических пород дает отчетливые пики, представляющие увеличенную долю магматических пород и, следовательно, увеличенный рост коры, в возрасте 2,7, 1,9 и 1,2 млрд лет назад. Достоверность этих результатов подвергается сомнению, поскольку пики могут отражать периоды сохранения, а не увеличение образования континентальной коры. Это подтверждается тем фактом, что такие пики не наблюдаются в последнее геологическое время, поскольку магматизм, возникший в результате субдукции плит, внес значительный вклад в образование новой коры. [ 23 ]

Скорость роста земной коры магматических пород можно сравнить со скоростью, обусловленной соотношением радиогенных изотопов в осадочных породах. Прогнозы темпов роста с использованием этих методов не дают ступенчатых пиков, а вместо этого дают плавные неглубокие кривые, отражающие более постоянную скорость роста земной коры. [ 23 ] Несмотря на то, что образцы представляют собой большие периоды времени, ограничения обнаруживаются там, где образцы не представляют исключительно события магматического производства. Вместо этого образцы включают смешивание отложений, в результате чего образуется смесь исходных и измененных соотношений изотопов. [ 23 ]

Циркон знакомства

[ редактировать ]

Минералы циркона могут представлять собой как обломочные зерна осадочных пород, так и кристаллы магматических пород. Следовательно, комбинация форм циркона может дать более точную оценку скорости роста коры. Кроме того, минералы циркона могут быть подвергнуты Hf и O. анализу соотношения изотопов [ 22 ] Это важно, поскольку изотопы Hf указывают, возникла ли порода из мантии или из существующей породы. Высокий δ 18 Значения O в цирконах представляют собой горную породу, переработанную на поверхности Земли и, таким образом, потенциально образующую смешанные образцы. [ 24 ] Результатом этого комбинированного анализа являются действительные цирконы, демонстрирующие периоды повышенного образования коры в возрасте 1,9 и 3,3 млрд лет назад, последний из которых представляет собой период времени после начала глобальной тектоники плит. [ 23 ]

Современный аналог ранней корки

[ редактировать ]

Исландия

[ редактировать ]

Геохимические особенности ранних архейских пород гнейсового комплекса Акаста сравнивались с некоторыми современными среднекремнистыми породами Исландии и оказались очень похожими. [ 25 ] Оба имеют высокое общее содержание FeO, незначительные или отсутствующие Eu-аномалии, высокое истощение Na и Sr/Y. Кроме того, данные по микроэлементам в целом по породе показывают, что процессы на мелководье, а не на глубоком уровне контролировали магматическую эволюцию как гнейсового комплекса Акаста, так и кислых пород в Исландии.

  1. ^ Перейти обратно: а б Альбарредо, Фрэнсис; Блихерт-Тофт, Янне (19 декабря 2007 г.). «Разделение судеб ранней Земли, Марса, Венеры и Луны » Счета Геонауки . 339 (14–15): 917–927. Бибкод : 2007CRGeo.339..917A . дои : 10.1016/j.crte.2007.09.006 .
  2. ^ Эриксон, Джон (14 мая 2014 г.). Историческая геология: понимание прошлого нашей планеты . Издательство информационной базы. ISBN  9781438109640 .
  3. ^ Конди, Кент К.; Астер, Ричард С.; Ван Хунен, Йерун (01 июля 2016 г.). «Большая термическая дивергенция в мантии, начиная с 2,5 млрд лет назад: геохимические ограничения со стороны зеленокаменных базальтов и коматиитов» . Геонаучные границы . 7 (4): 543–553. Бибкод : 2016GeoFr...7..543C . дои : 10.1016/j.gsf.2016.01.006 . ISSN   1674-9871 .
  4. ^ Перейти обратно: а б «Ранняя дифференциация Земли». Письма о Земле и планетологии . 225 (3–4): 253–269. 15 сентября 2004 г. дои : 10.1016/j.epsl.2004.07.008 . ISSN   0012-821X . S2CID   53663864 .
  5. ^ Ито, Э.; Кубо, А.; Кацура, Т.; Уолтер, MJ (15 июня 2004 г.). «Эксперименты по плавлению мантийных материалов в условиях нижней мантии с последствиями для дифференциации магматического океана». Физика Земли и недр планет . 143–144: 397–406. Бибкод : 2004PEPI..143..397I . дои : 10.1016/j.pepi.2003.09.016 . ISSN   0031-9201 .
  6. ^ Сизова Е.; Геря, Т.; Стюве, К.; Браун, М. (01 декабря 2015 г.). «Генерация кислой коры в архее: перспективы геодинамического моделирования». Докембрийские исследования . 271 : 198–224. Бибкод : 2015PreR..271..198S . дои : 10.1016/j.precamres.2015.10.005 . ISSN   0301-9268 .
  7. ^ Перейти обратно: а б Фишер, Р.; Геря, Т. (01 октября 2016 г.). «Тектоника крышки плюма ранней Земли: подход к трехмерному численному моделированию с высоким разрешением». Журнал геодинамики . 100 : 198–214. Бибкод : 2016JGeo..100..198F . дои : 10.1016/j.jog.2016.03.004 . ISSN   0264-3707 .
  8. ^ Перейти обратно: а б с д и Фрей, Герберт (1 февраля 1980 г.). «Эволюция земной коры ранней Земли: роль крупных воздействий». Докембрийские исследования . 10 (3–4): 195–216. Бибкод : 1980PreR...10..195F . дои : 10.1016/0301-9268(80)90012-1 . hdl : 2060/19790015389 . ISSN   0301-9268 . S2CID   129791356 .
  9. ^ Перейти обратно: а б с д «Бомбардировка ранней Солнечной системы» . Природа Геонауки . Проверено 1 октября 2018 г.
  10. ^ Перейти обратно: а б Фрей, Герберт (1 октября 1977 г.). «Происхождение океанских бассейнов Земли». Икар . 32 (2): 235–250. Бибкод : 1977Icar...32..235F . дои : 10.1016/0019-1035(77)90064-1 . ISSN   0019-1035 .
  11. ^ Перейти обратно: а б с Тейлор, Стюарт Росс (20 апреля 1989 г.). «Рост планетарных кор». Тектонофизика . 161 (3–4): 147–156. Бибкод : 1989Tectp.161..147T . дои : 10.1016/0040-1951(89)90151-0 . ISSN   0040-1951 .
  12. ^ Перейти обратно: а б Нна-Мвондо, Дельфина; Мартинес-Фриас, Хесус (15 февраля 2007 г.). «Обзор коматиитов: от геологических условий Земли до планетарного и астробиологического контекста». Земля, Луна и планеты . 100 (3–4): 157–179. arXiv : физика/0512118 . Бибкод : 2007EM&P..100..157N . дои : 10.1007/s11038-007-9135-9 . hdl : 10261/8082 . ISSN   0167-9295 . S2CID   34892288 .
  13. ^ Перейти обратно: а б с Сантош, М.; Арай, Т.; Маруяма, С. (01 марта 2017 г.). «Хадейская Земля и первичные континенты: колыбель пребиотической жизни» . Геонаучные границы . 8 (2): 309–327. Бибкод : 2017GeoFr...8..309S . дои : 10.1016/j.gsf.2016.07.005 . hdl : 2440/114801 . ISSN   1674-9871 .
  14. ^ Конди, Кент К. (25 августа 2011 г.). Земля как развивающаяся планетарная система . Академическая пресса. ISBN  9780123852274 .
  15. ^ Тейлор, Стюарт Росс (1985). Континентальная кора: ее состав и эволюция . Научные публикации Блэквелла.
  16. ^ Перейти обратно: а б с Тейлор, СР; МакЛеннан, С.М. (1 января 1985 г.). «Континентальная кора: ее состав и эволюция» . Управление научно-технической информации Министерства энергетики США . ОСТИ   6582885 .
  17. ^ Уэда, Косуке; Геря, Тарас; Соболев, Стефан В. (01 декабря 2008 г.). «Инициирование субдукции термохимическими шлейфами: численные исследования». Физика Земли и недр планет . 171 (1–4): 296–312. Бибкод : 2008PEPI..171..296U . дои : 10.1016/j.pepi.2008.06.032 . ISSN   0031-9201 .
  18. ^ Кренер, А.; Слой, PW (5 июня 1992 г.). «Корообразование и движение плит в раннем архее». Наука . 256 (5062): 1405–1411. Бибкод : 1992Sci...256.1405K . дои : 10.1126/science.256.5062.1405 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   17791608 . S2CID   35201760 .
  19. ^ Ваттам, Скотт А.; Стерн, Роберт Дж. (1 января 2015 г.). «Начало субдукции, вызванное позднемеловым плюмом, вдоль южной окраины Карибского бассейна и северо-западной части Южной Америки: первый задокументированный пример, повлиявший на возникновение тектоники плит». Исследования Гондваны . 27 (1): 38–63. Бибкод : 2015GondR..27...38W . дои : 10.1016/j.gr.2014.07.011 . ISSN   1342-937X .
  20. ^ Геря, ТВ; Стерн, Р.Дж.; Баес, М.; Соболев С.В.; Ваттам, ЮАР (01 ноября 2015 г.). «Тектоника плит на Земле, вызванная началом субдукции, вызванной плюмами». Природа . 527 (7577): 221–225. Бибкод : 2015Natur.527..221G . дои : 10.1038/nature15752 . ISSN   0028-0836 . ПМИД   26560300 . S2CID   4451700 .
  21. ^ Перейти обратно: а б Ван Кранендонк, Мартин Дж (2010). «Два типа архейской континентальной коры: плюм и тектоника плит на ранней Земле». Американский научный журнал . 310 (10): 1187–1209. Бибкод : 2010AmJS..310.1187V . дои : 10.2475/10.2010.01 . S2CID   219240387 .
  22. ^ Перейти обратно: а б с Кавоси, Эй Джей; Вэлли, JW; Уайльд, ЮАР; эймф (15 июля 2005 г.). «Магматический δ18O в обломочных цирконах возрастом 4400–3900 млн лет назад: данные об изменении и переработке коры в раннем архее». Письма о Земле и планетологии . 235 (3–4): 663–681. Бибкод : 2005E&PSL.235..663C . дои : 10.1016/j.epsl.2005.04.028 . ISSN   0012-821X .
  23. ^ Перейти обратно: а б с д и Хоксворт, CJ; Кемп, AIS (19 октября 2006 г.). «Эволюция континентальной коры». Природа . 443 (7113): 811–817. Бибкод : 2006Natur.443..811H . дои : 10.1038/nature05191 . ISSN   1476-4687 . ПМИД   17051208 . S2CID   2337603 .
  24. ^ Конди, Канцелярия (июнь 2014 г.). «Рост континентальной коры: баланс между сохранением и переработкой» . Минералогический журнал . 78 (3): 623–637. Бибкод : 2014MinM...78..623C . дои : 10.1180/minmag.2014.078.3.11 . ISSN   0026-461X . S2CID   129173474 .
  25. ^ Рейминк, Джесси Р.; Чако, Томас; Стерн, Ричард А.; Химан, Ларри М. (июль 2014 г.). «Самая ранняя эволюционировавшая кора Земли образовалась в условиях, подобных Исландии» . Природа Геонауки . 7 (7): 529–533. Бибкод : 2014NatGe...7..529R . дои : 10.1038/ngeo2170 . ISSN   1752-0894 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1049ca22ec45f6965dd9e92b287be701__1719509160
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/10/01/1049ca22ec45f6965dd9e92b287be701.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Earth's crustal evolution - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)