Вулканические пояса (ранняя геологическая истории Земли)



Геологическая история Земли, если исключить из рассмотрения проблему ее образования как космического тела и время пребывания в состоянии так называемой «первичной планеты», — это, по существу, история формирования и эволюции верхних ее геооболочек — базальтовой и гранитной, осадочного чехла, атмосферы и гидросферы. Эти геооболочки формируются в результате протекания эндогенных «изглубинных» процессов тепло- и массопереноса, генерируемых внутренними частями планеты (ядро, мантия), обладающей, по мнению геологов, свойствами инерционной системы, т. е. известной устойчивостью планетарных механизмов развития. Наиболее ярким отражением процесса тепло- и массопереноса на поверхности Земли являются процессы вулканизма.

Проявления вулканизма известны на Земле уже в самые ранние периоды ее геологической истории. Древнейшим вулканическим породам Земли 3,5 миллиарда лет.

В условиях маломощной неконсолидированной ранней, или «первичной», коры вулканические процессы проявлялись равномерно по всей планете.

Первичная, или гравитационная, кора, образованная на астрономической стадии развития планеты (догеологическая стадия «первичной планеты»), имела, как считается, состав базальта. Вулканическая кора является уже вторичной. Ее формирование происходило в зонах повышенной проницаемости Земли, через которые осуществлялся процесс тепло- массопереноса (дегазация мантии, по А. П. Виноградову). Само по себе образование таких зон повышенной проницаемости уже предполагает наличие некоторых вторичных консолидированных блоков земной коры, образование которых, в свою очередь, связано с первичной неоднородностью в проводимости подкоровых участков планеты — мантии.

По мере роста мощности вторичной коры над областями повышенной проницаемости мантии уже 3–2 миллиарда лет назад на планете возникли области ранней консолидации, которые геологи и вулканологи называют щитами. Эти «щиты» формируются уже в протогее (.5,5–2,1 млрд. лет назад), за начало которого и принимается момент появления первых вулканических и связанных с ними осадочных пород.

В это время рельеф поверхности был еще очень плоским и слабо дифференцированным. Он был обусловлен накоплением (аккумуляцией) вулканических продуктов деятельности низких «щитовых» вулканов, широко распространенных па поверхности планеты. Объем океанических вод и течение этого древнейшего мегахрона (крупнейшего отрезка времени в истории Земли) был еще невелик (около 15 % — 30 % современного), суши не существовало или она была очень незначительной — островной, приуроченной к вершинам самых крупных вулканических построек того времени. Это был своеобразный, позднее не повторявшийся, «океанический» этап в истории Земли (по И. М. Синицыцу).

Вулканизм и связанное с ним осадконакапление протекали в плоских, относительно неглубоких бассейнах. Однако уже в то время, особенно во второй половине протогея, вулканизм нередко проявлялся в пределах линейно-вытянутых относительно узких зон в виде вулканических поясов (по-гречески «зона» — пояс).

Геология щитов, отвечающих этому раннему периоду развития Земли, очень сложна для полной реставрации геологических событий на примере какого-либо одного участка Земли. Сложность усугубляется еще и тем обстоятельством, что позднее области древнейшего вулканизма (щиты) стали областями устойчивого поднятия и размыва и каменная геологическая летопись событий была если и не совсем утрачена, то еще более «зашифрована».

Тем не менее историческая геология может по отрывкам древней истории разных периодов, сохранившихся в разных регионах планеты, восстановить особенности древнейших вулканических поясов и объяснить многие загадки дальнейшего развития планеты. На территории России древнейший вулканогенный (т. е. образованный проявлениями вулканизма) пояс выделяется в пределах Балтийского щита. Территория Балтийского щита охватывает весь Кольский полуостров, Карельскую АССР, Финляндию, Швецию и значительную часть Южной Норвегии. Это так называемый Северо-Скандинавский пояс (по В. В. Жданову), один из составляющих вулканическую корону Великой русской равнины (по В. И. Лебединскому).

2,1–1,35 миллиарда лет назад (в дейтерогее) происходит, дальнейшая консолидация ранних областей повышенной проницаемости земной коры, в пределах которых протекали мощные процессы магмообразования и вулканизма. Разломы в коре, ставшие более глубокими и протяженными, расчленили кору на блоки с разным режимом геологических движений и историей геологического развития. Возникает дифференциация земной коры на ранние платформы (области с устойчивой тенденцией к поднятию) и ранние геосинклинали (области с тенденцией к прогибанию). Первые служили источниками осадочного терригенного материала, вторые — местами его накопления и вулканизма.

Первыми древнейшими платформами были щиты Балтийский, Канадский, Бразильский и другие, ставшие впоследствии ядрами более молодых платформ.

Вулканизм этого времени проявляется в пределах линейных структур, протяженных разломов. При этом формируются ранние вулканические Кордильеры и цепочки центров вулканизма, представленных в настоящее время эродированными периферическими очагами древних (1700 млн. лет) вулканов — массивами гранитов рапакиви. Правда, некоторые исследователи относят эти образования к типу полуплатформенных. Однако, в сравнении с длительной историей изучения этих пород, ученые установили среди них характерные для поздних этапов развития геосинклиналей типичные субвулканические (т. е. близповерхностные) образования, несущие оруденение так называемого грейзенового типа (руды молибдена в слюдистых кварцево-мусковитовых породах и жилах). По существу, эти вулканические Кордильеры дейтерогея завершают развитие древнейшего вулканического цикла планеты, длившегося около 2 миллиардов лет. Его ранние этапы относятся, как мы говорили, еще к океаническому периоду истории планеты и наблюдаются сейчас в виде продуктов метаморфической переработки пород ранних подводных базальтовых щитовых вулканов. Поясов вулканов в это время, по-видимому, еще не было. Они были равномерно рассеяны по поверхности планеты. Лишь с течением огромного времени по мере консолидации отдельных участков земной коры образуются более узкие зоны проницаемости, в которых и реализовался процесс тепло- и массопереноса в виде древнейшего уже кислого по составу вулканизма (вулканические продукты богаты кремнекислотой — SiO2). Хотя некоторые исследователи считают, что впервые кислые эффузивы и эксплозивные извержения проявились в фанерозое в областях теплового расширения над очагами гранитообразования.

Говоря о вулканических процессах геологической древности планеты, нельзя не обратить внимание на следующие их интересные особенности, учет которых поможет правильно понять общие закономерности направленной эволюции вулканического процесса в истории Земли. Мы имеем в виду прежде всего масштабы образования так называемых ингимбритов. Ингимбриты представляют собой продукты вулканического взрыва близповерхностных очагов газонасыщенной жидкой магмы, некоторые составляют сложную проблему даже сегодня, хотя существует целый ряд гипотез. Укажем на главную особенность этого процесса в протогее и дейтерогее.

Эти близповерхностные очаги, или, как их иногда называют, интрузии магмы, были по объему несравнимо больше тех, которые устанавливаются под современными вулканами геофизическими методами (4X5 километров в горизонтальном сечении). Это были, как пишут исследователи щитов, близповерхностные плутоны площадью в эрозионном срезе до тысяч квадратных километров. Взрывы таких близповерхностных плутонов обусловливали образование огромных объемов ингимбритов, которые при метаморфизме были преобразованы в так называемые метаграниты, являющиеся признаком древнейших кристаллических щитов планеты.

Видимо, учет этого обстоятельства позволяет считать цифры, характеризующие объем лавы, изверженной за геологическую историю планеты, и составляющие 3 • 10¹⁸ кубических метров (по Ферхугену), заниженными. С лавой, по этим же данным, было вынесено 4 • 10²⁵ калорий. Чтобы представить себе такое количество тепла, скажем, что его хватило бы, например, на энергетическое снабжение всей нашей страны при современном производстве электрической энергии на десять миллионов лет. Столько тепла можно было бы получить, если сжечь количество нефти, равное по объему Охотскому морю. Однако процесс теплоотдачи и формирование коры планеты и в древнейшие этапы ее геологической истории осуществлялись в значительной мере за счет явлений вулканизма, а не только теплопроводности.

Другой особенностью ранней геологической истории планеты, которую следует особо подчеркнуть, является большая продолжительность раннего цикла, который геологи называют тектоно-магматическим, подчеркивая этим связь между характером (интенсивностью, глубиной) проникновения движений в коре и явлениями магмообразования и вулканизма. Этот период составляет около 2 миллиардов лет. Мы увидим далее, что при сохранении определенной последовательности вулканических явлений и их повторяемости в более молодых вулканических поясах тектоно-магматический цикл их развития по длительности прогрессирующе сокращается, что отражает самую общую закономерность геологической жизни планеты. Общая история эволюции вулканического пояса на примере районов современного вулканизма (например, Камчатка) представляется в следующем виде.

На первом этапе происходит формирование крупных лавовых щитообразных вулканов и образование кольцевых вулкано-тектонических структур. Второй этап знаменуется образованием в пределах этих крупных кольцевых структур стратифицированных, т. е. слоистых, вулканических построек, так называемых стратовулканов. Для третьего этапа геологической жизни пояса и отдельных его геологических структур характерно образование кальдер (формирование кольцевых вулкано-тектонических депрессий — впадин), являющееся следствием «опустошения» близповерхностных магматических очагов под вулканами. На четвертом этапе по кольцевым трещинам в земной коре (по разломам) внедряются вязкие массы магматического расплава — экструзии. Завершается вулканический (тектоно-магматический) цикл излияниями покровных базальтов плато, связанными с разломами, уходящими глубоко под земную (во всяком случае, гранитную) кору.

Последовательность событий характерна как для древних вулканических поясов (тогда история вулканического пояса длится десятки и даже сотни миллионов лет), так и для современных вулканических поясов (время их заложения и существования составляет немногим более одного миллиона лет).Подобная акселерация в проявлении тектоно-магматических циклов не проходит бесследно. Она отражается во всех гранях геологического процесса — форме продуктов его проявления, их составе, особенностях метаморфизма пород и рудообразрвания и многом другом.

Третий мегахрон геологической истории планеты начался 1,35 миллиарда лет тому назад и продолжается поныне. В его составе обычно выделяют подэтапы — рифей (1.35–0.68) • 10⁹ миллиардов лет, фанерозой (0,68–0,025) 10⁹ миллиардов лет и новейший — 25 миллионов лет пo настоящее время.

Эти хронологические отрезки истории выделяются по принципу однородности времени, т. е. по скоростям развития однотипных геологических структур. Однако более детальное рассмотрение проблем этих скоростей показывает, что такая геохронология пока еще не совсем обоснована. Скорости протекания тектоно-магматических (в том числе и вулканических) циклов возрастают от рифея и доныне, но без скачка, как перед фанерозоем и перед новейшим этапом.

Литература:

1. Баранов П. Н. Общая геология XXI века Издание: НГУ, Днепропетровск, 2013 г., 216 стр., УДК: 551.1/.4
2. В. В. Богданов, А. В. Павлов, А. Л. Полюхова «Вероятностная модель сейсмичности на примере каталога камчатских землетрясений»;
3. В. Л. Леонов «Геометрия и механизм формирования разрывов, образовавшихся вблизи вулкана Карымский (Камчатка) вянваре1996 г».
4. Журнал российской академии наук «Вулканология и сейсмология»
5. Ссылка на документ http://www.kscnet.ru/vs/