ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ВЕЩЕСТВА МАНТИИ В ПРОЦЕССЕ АККУМУЛЯЦИИ ЗЕМЛИ И ФОРМИРОВАНИЕ ПЕРВИЧНОЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ
Аннотация
На основе численного моделирования исследуется динамика Р-Т условий во внутренних областях Земли в процессе ее аккмуляции. Основное внимание уделено условиям формирования мантии и первичной коры. Более подробно прослеживаются варианты, в которых преимущественно силикатное вещество первичной мантии отлагается на разогретой поверхность ядра, температура которой выше температуры ликвидуса силикатного вещества мантии. В результате прогрева на границе ядро–мантия образуется слой силикатного расплава. При достижении слоем критической мощности расплав начинает кристаллизоваться и на границе ядро–мантия формируется слой кристаллического материала, преимущественно Mg-перовскитового и магнезиовюститового состава. По мере увеличения мощности мантии, слой расплава перемещается к поверхности. На завершающей стадии аккумуляции Земли расплав дифференцируется, обогащаясь FeO и Al2O3 и из него формируется древняя анортозитовая кора. Одновременно происходит образование океана с высокой температурой воды, и анортозитовая кора трансформируется в хемогенные осадочные кварциты с прослоями корундовых и силлиманитовых гнейсов.
Об авторах
Всеволод Николаевич Анфилогов
Институт минералогии УрО РАН
Россия
Россия
Юрий Васильевич Хачай
Институт геофизики УрО РАН
Россия
Россия
Список литературы
1. Анфилогов В.Н., Хачай Ю.В. Возможный вариант дифференциации вещества на начальном этапе формирования Земли // Докл. АН. 2005. Т. 405, № 6. С. 803–806.
2. Вдовыкин Г.П. Метеориты. М.: Наука, 1974. 183 с.
3. Витязев А.В., Печерникова Г.В., Сафронов В.С. Планеты земной группы. М.: Наука, 1990. 296 с.
4. Войткевич. Г.В. Основы теории происхождения Земли. М.: Недра, 1979. 135 с.
5. Дорман Д. Данные о поверхностных волнах и верхняя мантия // Земная кора и верхняя мантия. М.: Мир, 1972. С. 215–222.
6. Майерс Дж. С. Раннедокембрийский гнейсовый комплекс Гренландии // Ранняя история Земли. М.: Мир, 1980. С. 176–188.
7. Маракушев А.А. Ранняя кора Земли по данным изучения метеоритов // Ранняя кора: ее состав и возраст. М.: Наука, 1991. С. 27–38.
8. Мэйсон Б. Метеориты. М.: Мир, 1965. 306 с. Рингвуд А.Е. Состав и петрология мантии Земли. М.: Недра, 1981. 584 с.
9. Салоп Л.И. Геологическое развитие Земли в докембрии. Л.: Недра, 1982. 343 с.
10. Тихонов А.Н., Любимова Е.А., Власов В.К. Об эволюции зон проплавления в термической истории Земли. Докл. АН CССР. 1969. Т. 188, № 2. С. 338–342.
11. Чадвик Б., Ко К. Новые данные об архейской геологии юго-западной Гренландии // Ранняя история Земли. М.: Мир, 1980. С. 212–222.
12. Шарков Е.В., Богатиков О.А. Эволюция тектономагматических процессов в истории Земли и Луны // Геотектоника. 2010. № 2. С. 3–22.
13. Шульдинер В.И. Первичная кора и ее эволюция // Ранняя кора: ее состав и возраст. М.: Наука, 1991. С. 87–94.
14. Agee C.B., Li J., Shannon M.C., Circone S. Pressure-temperature phase diagram for the Allende meteorite // J. Geophys. Res. 1995. V. 100, № B9. P. 17725–17740.
15. Amelin Y., Krot A.N. Pb isotopic age of the Allende chondrules // Meteorit. Planet. Sci. 2007. V. 42. P. 1321–1337.
16. Anfilogov V.N., Khachay Y.V. The mechanism of the Earth core and silicate envelopes formation // Deep-seated magmatism, its sourses and plumes. Proseeding оf VIII International Workshop. Irkutsk: IG SB RAS, 2008. P. 5–13.
17. Babechuk M.G., Kamber B.S., Greig A. et al. The behavior of tungsten during mantle melting revised with implications for planetary differentiation time scale // Geochim. Cosmochim. Acta. 2010. V. 74. P. 1448–1470.
18. Bouvier A., Blichert-Toft V., Moynier F. et al. Pb-Pb dating constraits on accretion and cooling history of chondrites // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. V. 71. P. 1583–1604.
19. Burkhardt C., Kleine T., Bourdon B. et al. Hf-W mineral isochron for Ca, Al rich inclusions: Age of the solar system and timing of core formation in planetesimales // Geochim. Cosmochim. Acta. 2008. V. 72. P. 6177–6197.
20. Cameron A.G.W. Accumulation processes in the primitive solar nebula // Icarus. 1973. V. 18. P. 407–450. Campbel I.H., Roeder P.L., Dixon J.M. Plagioclase buoyancy in basaltic liquids as determined with centrifuge furnace // Contrib. Miner. Petrol. 1978.V. 67, № 4. P. 369–378.
21. Cavoise A.J.,Valley J.W.,Wilde S.A. Magmatic δ18O in 4400–3900 Ma. Detrial zircons: A record of the alteration and recycling of crust in early Archean // Earth Planet. Sci. Lett. 2005. V. 235. P. 663–681.
22. Сhen J.H.,Tilton G.R. Isotopic lead investigations on the Allende carbonaceous chondrite // Geochim. Cosmochim. Acta. 1976. V. 40. P. 635–643.
23. Connelly R.N., Amelin Y., KrotA.N., Bizzarro M. Chronology of the solar system’s oldest solids // Astrophys. J. 2008. V. 675. P. L121–L124.
24. Frost D.J., Liebske C., Langenhorst F. et al. The experimental evidence of iron-rich metal in the Earth’s lower mantle // Nature. 2004. V. 428. P. 409–412.
25. Herlund J.W., Thomas C., Trackley P.J. A doubling of the post-perovskite phase boundary and structure of the Earth’s lower mantle // Nature. 2005. 434. P. 882–886.
26. Herzberg C., Zang J. Melting experiments on anhydrous peridotite KLB-1: Compositions of magmas in the upper mantle and transition zone // J. Geophys. Res. 1996. V. 101, № B4. P. 8271–8295.
27. Khachay Y.V., Anfilogov V.N. Variant of temperature distributions in the Earth on its accumulation // The study of the Earth as planet by methods of geophysics, geodesy and astronomy. Proseedings of 6th Orlov conference. Kiev: Ukraine NAS, 2009. P. 197–202.
28. Kleine N., Mezger K., Palme H. et al. Early core formation and late accretion of chondrite parent bodies: Evidence from 182Hf-182W in CAIs, metal rich chondrites and iron meteorites // Geochim. Cosmochim. Acta. 2005. V. 69. P. 5805–5818.
29. Kleine T., Touboul M., Bourdon B. et al. Hf-W chronology of accretion and early evolution of asteroids and terrestrial planets // Geochim. Cosmochim. Acta. 2009. V. 73. P. 5150–5188.
30. Krot A.N., Amelin Y., Bland P. et al. Origin and chronology of chondritic components. A review // Geochim. Cosmochim. Acta. 2009. V. 73. P. 4963–4997. Merk R., Breuer D., Spohn T. Numerical modeling of 26Al – Induced radioactive melting of asteroids concerning accretion. Icarus. 2002. V. 159. P. 183–191.
31. Mojzsis S.J., Harrison N.M., Pitgeon R.T. Oxigen-isotope evidence from ancient zircons for liquid water at the Earth’s surface 4.300 Myr ago // Nature. 2001. V. 409. P. 178–181. Nichols R. H. Jr. Short lived radionuclides in meteorites: constraints on nebular time scales to the production of solids // Space Sci. Rev. 2000. № 1-2б. P. 113–122.
32. Ozava H., Hirise K., Mitome M. et al. Experimental study of reaction between perovskite band molten iron to 146 GPa and implication for chemically distinct buoyant layer at the top of the core // Phys. Chem. Minerals. 2009. V. 36. P. 365–363.
33. Papanastassiou L.T., Wasserburg G.J. Demonstration of 16Mg excess in Allende and evidence for 26Al // Geophys. Res. Lett. 1976. V. 3. P. 109–112.
34. Peck W.H., Valley J.W., Wilde S.A., Graham C.M. Oxygen isotope ratios and rear earth elements in 3.3–4.4 Ga. Zircons: ion microprobe evidence for high δ18O continental crust and oceans in early Archean // Geochim. Cosmochim. Acta. 2001. V. 65. P. 4215–4229.
35. Ringwood A.E., Hibberson W. The system Fe–FeO revisited // Phys. Chem. Minerals. 1990. V. 17. P. 313–319. Saxena S.K., Lasor P. Dubrovinsky L.S. A model of Earth’s deep interior based on mineralogical data // Mineral. Petrol. 2000. V. 69, № 1. P. 1–10.
36. Schersten A., Elliot T., Nawskesworth C. et al. Hf-W evidence for rapid differentiation of iron meteorite parent bodies // Earth Planet. Sci. Lett. 2006. V. 241. P. 530–542.
37. Spaggiaria C.V., Pidgeonb R.T., Wildeb S.A. The Jack Hills greenstone belt. Western Australia: Part 2: Lithological relationships and implications for the deposition of ≥ 4.0 Ga detrial zircons // Precambrian Research. 2007.V. 155. Is. 3-4. P. 261–296.
38. Tatsumoto M., Unruh D.M., Desborough G.A. U-Th-Pb and Rb-Sr systematics of Allende and U-Th-Pb sistematics of Orgueil // Geochim. Cosmochim. Acta. 1976. V. 40. P. 617–634.
39. Tomeoka K., Ohnishi I. A hydrated clast in the Mokoia CV3 carbonaceous chondrite: Evidence for intensive aqueus alteration in the CV parent body // Geochim. Cosmochim. Acta. 2011. V. 75. P. 6064–6079.
40. Turekian K., Clark S.P. Inhomogeneous accumulation of the Earth from the primitive solar nebula // Earth Planet. Sci. Lett. 1969.V. 6. P. 346–348.
41. Valley J.W., Peck W.H., Kingb E.M., Wilde S.A. A cool early Earth // Geology. 2002. V. 30. P. 351–354.
42. Walter M.J., Tronnes R.G. Early Earth differentiation // Earth Planet. Sci Lett. 2004. V. 225. P. 253–269.
43. Warren P.H. Lunar anortosites and the magma–ocean plagioclase–flotation hypothesis: importance of FeO enrichment in parent magma // Amer. Miner. 1990. V. 75. P. 46–58.
44. Warren. P.H. A concise compilation of petrologic information on possible pristine nonmare Moon rocks // Amer. Miner.1993. V. 78. P. 360–376.
45. Wilde S.A., Valley J.W., Peck W.H., Graham C.M. Evidence from detrial zircons for the existence of continental crust and ocean on the Earth 4.4 Gyr ago // Nature. 2001. V. 409. P.175–178.
Рецензия
Для цитирования:
Анфилогов В.Н., Хачай Ю.В. ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ВЕЩЕСТВА МАНТИИ В ПРОЦЕССЕ АККУМУЛЯЦИИ ЗЕМЛИ И ФОРМИРОВАНИЕ ПЕРВИЧНОЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ. Литосфера. 2012;(6):3-13.
Просмотров: 315
Послать статью по эл. почте 