Растущая Земля: из планет в звёзды (стр. 56 )

Уменьшение воды на Земле в глубь эпох закономерно порождает вопрос о том, где располагается тот рубеж, который соответствует времени появления свободной воды. Вопрос этот нетривиальный и, тем не менее, имеются попытки его решения. Так, [125, с.19], основываясь на появлении признаков водного осадконакопления, считал, что зарождение поверхностной гидросферы произошло на рубеже раннего-позднего архея и объем воды постепенно увеличивался в ходе геологической истории. В этой связи он писал: ”Соответственно увеличивались и площади седиментации от озероподобных мелких бассейнов периода зеленокаменных поясов к мелководным интракратонным бассейнам в раннем протерозое, затем к эпи - и междуконтинентальным морям и современным океанам”.

Качественная картина развития водной оболочки, нарисованная , весьма правдоподобна, однако имеются серьезные указания на то, что появление свободной воды на Земле следует отнести к более позднему рубежу. Об этом свидетельствует работа [177], который указывал на существенное изменение на рубеже архея-протерозоя флюидного режима, когда восстановленные флюидные системы сменились окисленными со все увеличивающейся ролью воды. По этому признаку зарождение гидросферы едва ли можно датировать началом протерозоя. Ведь для накопления свободной воды, насыщения ею атмосферы и горных пород необходимо значительное время.

Ко всему не указал какие именно признаки седимента-ции указывают на средний архей как рубеж появления гидросферы. Анализ этой проблемы [31] с привлечением данных по подводному вулканизму, по появлению тиллитов [291] и по сульфатно-кальциевому накоплению показал, что рубежом появления свободной воды может быть средний рифей. Раньше этого срока вода могла находиться лишь в виде паров в атмосфере, или в жидкой фазе, но под поверхностью твердой Земли.

§ 9. 3. Земная кора и гидросфера

Кора и водная оболочка неразделимы, они взаимопроникают одна в другую не только физически, но и генетически, так как обе порождены общей причиной - восходящим развитием Земли. Поскольку развитие Земли определяется экспонентой (§ 4.4), ускоренным во времени оказалось и корообразование, и генерация гидросферы. В то же время характер акселерации для корообразования и выделения воды различен. Генерация гидросферы на Земле значительно запаздывала по сравнению с корообразованием. Именно с запаздыванием выделения воды из недр связано появление признаков свободной воды в геологических процессах

§ 9. 3. Земная кора и гидросфера 213

не раньше среднего рифея. Кроме того, ускорение генерации гидросферы оказалось неравномерным, так как основная масса воды выделилась из недр в мезокайнозое. Эта особенность эволюции гидросферы отражена на рис. 9.1, причем неравномерность особенно резко проявляется для кривой, отражающей эволюцию гидросферы на растущей Земле.

Рис. 9.1. Схема накопления свободной воды на поверхности земного шара.

1 – увеличение объёма воды для растущей по экспоненте Земли; 2 – то же

по [125] для Земли с неизменной :массой.

По рис. 9.1 воды в палеозое при росте земного шара было значительно меньше, чем полагали , и для случая кантовских гипотез и раннего (архей) появления свободной воды. Различие в эволюции гидросферы на растущей и кантовской Земле объясняется малыми размерами растущей планеты с той архейской Землей, какой она рисуется в ортодоксальной парадигме. Существенная разница состоит также в том, что малое количество воды в начале роста планеты - естественное состояние, тогда как совершенно непонятно, почему воды было мало в архее на кантовской Земле.

По данным и , площадь щитов на Земле составляет ~ 20% от ее современной поверхности. Это значит, что площадь поверхности прото-Земли в раннем протерозое составляла примерно 0,2∙107 км2, а радиус около 2960 км, т. е. больше радиуса Луны (1730 км) и меньше радиуса Марса. Но на Луне нет свободной воды, скорее всего ее не было в лунную стадию развития и на Земле, особенно в

214 Глава 9. Атмосфера, гидросфера и дегазация Земли .

том случае, если развитие земного шара происходило по схеме: астероидная стадия лунная марсианская земная.

В палеозое и докембрии существовали мелководные бассейны не только потому, что на Земле было мало воды, но и оттого, что рельеф поверхности, обусловленный медленными темпами корообразования был более спокойный, менее расчлененный и дислоцированный. Медленное разрастание авлакогенов и овоидов происходило преимущественно в форме вязкого течения пород без разрывов корового слоя. Поэтому глубокие впадины не могли образоваться. Примером такого рельефа может быть обратная сторона Луны с корой одного типа. Если бы для палеозойской и докембрийской Земли можно было построить гипсографическую кривую, она была бы относительно плавной и с одним преобладающим уровнем высот. Второй уровень высот (океанический) появился на гипсографической кривой рельефа Земли с началом образования глубоких впадин.

Глубокие впадины с разрывом корового слоя стали образовываться в мезозое, когда интенсивность растяжения в отдельных областях Земли уже не могла компенсироваться вязким течением пород. В местах разрывов коры на поверхности земного шара обозначились выходы тяжелых базальтов. К этому времени существенно усилилась дегазация Земли и водообразование. Но прежде всего вода начала стекать с поднятых континентов и накапливаться в глубоководных впадинах.

Разрастание океанических впадин вширь в ходе увеличения планеты - явление само собой разумеющееся. Но почему углублялись океаны? На растущей Земле процесс углубления океанических впадин оказывается также естественным и необходимым. Интенсивное горизонтальное расширение впадин вызвано подъемом тяжелого глубинного вещества. И чем интенсивнее расширение, тем более тяжелое вещество мантии оказывается ближе к поверхности, тем глубже становится впадина по условиям изостазии и глобальному равновесию геоида. Поскольку расширение океанических впадин происходило на протяжении мезокайнозоя, то и погружение их дна было приурочено к этому же времени.

Характер роста планеты и корообразования позволяет определить объем воды на Земле до начала океанообразования. , хорошо осведомленный о маловодности палеозоя, считал [17], что весь объем океанских вод образовался за последние 200 млн. лет. Если допустить, что палеозойские моря покрывали 25% площади современной материковой коры, а средняя их глубина была 200 м, то объем воды на растущей Земле к началу океанообразования составлял ~ 7% от современного. Простейший расчет показывает, что был близок к истине в оценке маловодности палеозоя и времени генерации основной массы гидросферы.

Процесс становления земной коры включает в себя не только образо-вание фундамента материковой и океанической коры, но и осадочного чехла, который формируется при непосредственном участии гидросферы и

§ 9. 3. Земная кора и гидросфера 215

атмосферы. Отмеченное ранее (§ 3.2) возрастание скорости седиментации в ходе времени - это лишь косвенный признак увеличения объема воды и ее активности. Гораздо информативнее для проблемы гидросферы оказывается масса различных типов осадков, образовавшихся в различные эпохи. Р. Гаррельс и Ф. Маккензи произвели подсчеты древних отложений на Земле [78]. Результаты их подсчетов, учитывающих сохранность осадочных пород, представлены на рис. 9.2 , который демонстрирует убывание массы осадочных пород в глубь геологических эпох. Такой характер распределения осадков во времени согласуется с идеей увеличения Земли, и с прогрессирующей генерацией гидросферы во времени. Аналогичную информацию о седиментогензе содержит также работа и [338], отражающая ход осадоч-ного процесса во времени по независимым данным.

Рис. 9.2 . Оценка массы осадочных пород мезокайноэойского, палеозойского и докем-брийского воз­растов [78]. Площади фигур на рисунке пропорциональны массам пород.

Океанская седиментация позволяет оценить не только общий объем воды палеозоя, но и характер наполнения водой океанских впадин, так как в ходе седиментогенеза фиксируется расширение и углубление океанских котловин. Возрастная зональность подошвы осадочного слоя океанов [31, 179, 243] дает площади прироста океанической коры, а характер осадков позволяет определить палеоглубины океанов. При распределении палеоглубин учитывается ряд факторов, в том числе фации ”черных сланцев” - глин, обогащенных органическим веществом. Фации ”черных сланцев” расположены в нижней части осадочной толщи и прослежены на широких площадях Мирового океана; в то же время они формировались в очень мелкой обстановке и известны в пределах континентов (горючие сланцы Эстонии, Испании и ФРГ, ”черные сланцы” Кавказа, Аляски и других регионов).

216 Глава 9. Атмосфера, гидросфера и дегазация Земли .

Отложения ”черных сланцев”, наряду с атоллами, гайотами и фора-минифермами, свидетельствуют об углублении Мирового океана в мезокайнозое. На этот же процесс указывают глубоководные красные глины, а также кремнисто - и карбонатно-глинистые абиссальные отложения, расположенные только в верхней части осадочного чехла глубоководных котловин. Это означает, что верхние (молодые) слои осадочного чехла океанов формировались уже после существенного углубления океанских впадин.

Если исходить из того, что глобальная площадная скорость спрединга в океанах равна 3,12 км2/год и максимальная высота столба воды имеет 8 км, то современный прирост океанской воды составляет ~ 25 км3/год. Это очень грубая оценка, так как в расчете не учтено колебание уровня воды в океанах, который повышается по современным данным [235] на 1–1,5 мм/год. С учетом повышения уровня Мирового океана скорость генерации гидросферы в современный период может оказаться существенно большей.