Реферат по истории науки о Земле.
advertisement
Содержание 1. Введение …………………………………………………………………………... 2 2. Основная часть …………………………………………………………………… 3 а. Исторический обзор ................................................................................................ 3 б. Объект изучения, цели и задачи исследования ................................................. 5 в. Общие сведения о граните. Условия залегания ................................................ 6 г. Происхождение гранитов ....................................................................................... 8 3. Заключение ……………………………………………………………………….. 24 4. Литература …………………………………………………….................................. 25 2 Введение Тема работы - происхождение гранитов. Эта тема выбрана неслучайно. Несколько десятков лет геологи ведут дискуссии о происхождении гранитов. Было выдвинуто множество теорий. Объяснение происхождения гранитов очень важно для более глубокого понимания геологической эволюции Земли и соответственно для прогнозирования и понимания многих закономерностей в строении земной коры. Также с комплексами гранитоидов связаны многочисленные месторождения содержащие множество необходимых в народном хозяйстве рудных компонентов, например олова, вольфрама, молибдена, лития, бериллия, а в скарнах могут содержатся медные и железные руды, а также золото. 3 Основная часть а. Исторический обзор В конце XVIII века ученые всерьез полагали, что граниты образовались путем осаждения кристаллов на дне океана, заполненного морской водой. Эта гипотеза поддерживалась научной школой нептунистов, которую возглавлял немецкий геолог А.Г. Вернер (1749-1817). Однако уже в начале XIX века ошибочность такой интерпретации стала очевидной, и она уступила место концепции плутонистов, которые привели убедительные доказательства в пользу того, что граниты возникли в результате охлаждения и затвердевания силикатных расплавов - магм, поднимавшихся из глубин Земли. Первым сформулировал эту идею англичанин Дж. Геттон (1726-1797). В середине XX века происхождение гранитов стало предметом новой дискуссии. В качестве альтернативы представлений о магматической природе этих пород была высказана идея о возможности формирования гранитов путем преобразования (трансформации) пород иного состава при их взаимодействии с горячими водными растворами, которые приносят компоненты, необходимые для создания гранита, и выносят (растворяют) "лишние" химические элементы. Идея гранитизации земной коры под влиянием горячих растворов продолжает развиваться и в наши дни. Ранние дискуссии о природе гранитов происходили в то время, когда состав и условия залегания этих пород были известны лишь в общих чертах, а физико-химические процессы, которые могли привести к их образованию, оставались неисследованными. Во второй половине XX века ситуация коренным образом изменилась. К тому времени был накоплен большой объем информации о положении гранитов в земной коре, подробно изучен состав этих пород. Споры о возможном происхождении гранитов с позиций здравого смысла уступили место строгим термодинамическим расчетам и прямым экспериментам, воспроизводящим зарождение гранитных магм и их последующую кристализацию. Естественно, при этом возникли новые проблемы, однако уровень научной дискуссии стал совершенно иным. 4 Автором одной из первых гипотез о происхождении гранитов стал Боуэн. На основании экспериментов и наблюдений за природными объектами он установил, что кристаллизация базальтовой магмы происходит по ряду законов. Минералы в ней кристаллизуются в такой последовательности (ряд Боуэна), что расплав непрерывно обогащается кремнием, натрием, калием и другими легкоплавкими компонентами. Поэтому Боуэн предположил, что граниты могут являться последними диференциатами базальтовых расплавов. б. Объект изучения, цели и задачи исследования Задача работы - освещение различных теорий происхождения гранита. Объект изучения это гранит и его происхождение. Гранит (итал. granito, от лат. granum -- зерно), магматическая горная порода, богатая кремнезёмом. Одна из самых распространённых пород в земной коре. Состоит из калиевого полевого шпата (ортоклаза, микроклина), кислого плагиоклаза (альбита, олигоклаза), кварца, а также слюды (биотита или мусковита), амфибола и редко пироксена. Структура гранита обычно полнокристаллическая, нередко порфировидная и гнейсовидно-полосчатая. Гранит преобладает среди интрузивных пород и занимает существенное место в геологическом строении Урала, Кавказа, Украины, Карелии, Кольского полуострова, Средней Азии, Сибири и др. Гранитные интрузии имеют возраст от архея до кайнозоя. Обычно граниты залегают среди горных пород в форме батолитов, лакколитов, штоков, жил и др. В процессе формирования гранитных тел и их охлаждения возникает закономерная система трещин, благодаря которой гранит в естественных обнажениях имеют характерную параллелепипедальную, столбчатую или пластообразную отдельность. 5 в. Общие сведения о граните. Условия залегания. Термин "гранит" отражает зернистое строение породы, хорошо заметное невооруженным глазом (от лат. granum - зерно). В древности этим словом называли любые крупнозернистые горные породы. В современной геологической литературе термин "гранит" употребляется в более узком смысле. Им обозначают полнокристаллические горные породы, которые состоят из Ca-Na и K-Na полевых шпатов (CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8 и KAlSi3O8-NaAlSi3O8), кварца (SiO2) и некоторого количества Fe-Mg силикатов, чаще всего это темная слюда - биотит: K(Mg, Fe, Al)3(Al, Si)4O10(OH, F)2. Полевые шпаты в сумме составляют около 60% объема породы, кварц - не менее 30%, а Fe-Mg силикаты - до 10%. Для валового химического состава гранитов характерно высокое содержание кремнезема (SiO2), которое колеблется от 68-69 до 77-78 мас.%. Кроме того, граниты содержат 12-17 мас.% Al2O3 , 7-11 мас.% суммы CaO + Na2O + K2O и до нескольких массовых процентов суммы Fe2O3 + FeO + MgO [1, 2]. Размер минеральных зерен в гранитах обычно варьирует от 1 до 10 мм. Отдельные кристаллы розового K-Na полевого шпата нередко достигают нескольких сантиметров в поперечнике и хорошо видны на поверхности полированных гранитных плит. Граниты - породы, характерные для верхней части континентальной земной коры. Они неизвестны на дне океанов, хотя на некоторых океанических островах, например в Исландии, распространены довольно широко. Граниты формировались на протяжении всей геологической истории континентов. По данным изотопной геохронологии, самые древние породы гранитного состава датируются 3,8 млрд лет, а самые молодые граниты имеют возраст 1-2 млн лет. Кварц-полевошпатовые гранитные породы образуют тела, которые первоначально не выходили на дневную поверхность. По геологическим данным, верхние контакты гранитных тел в момент образования располагались на глубине от нескольких сот метров до 10-15 км. В настоящее время граниты обнажены благодаря последующему подъему и размыву пород кровли. Согласно статистическим подсчетам, граниты составляют около 77% объема всех 6 магматических тел, затвердевших на глубине в верхней части континентальной земной коры. Различают перемещенные и неперемещенные гранитные тела. Перемещенные граниты возникли в результате внедрения гранитной магмы и последующего затвердевания магматического расплава на той или иной глубине. Форма тел, сложенных перемещенными гранитами, весьма разнообразна - от небольших жил толщиной 1-10 м до крупных плутонов, занимающих сотни квадратных километров по площади и нередко сливающихся в протяженные плутонические пояса. В отличие от перемещенных гранитов, которые затвердевали значительно выше области своего зарождения, неперемещенные граниты кристаллизовались примерно на том самом месте, где возникли. Если перемещенные граниты - это обычно однородные породы, заполняющие те или иные объемы, то неперемещенные граниты чаще встречаются в виде полос, линз, пятен, измеряемых миллиметрами и сантиметрами в поперечнике, которые перемежаются с породами иного состава. Подобные образования называют магматитами (от греч. магма - смесь). Явные признаки активного механического внедрения гранитного материала в магматитах отсутствуют; часто складывается впечатление, что этот материал пассивно замещает исходный субстрат. Отсюда и возникли представления о гранитизации тех или иных участков земной коры. Мигматиты формировались на глубине 5-7 км и более. Преобладающая их часть была образована в докембрийское время более 600 млн лет назад; возраст многих мигматитов измеряется миллиардами лет. Магматиты и более крупные тела древних неперемещенных гранитов часто рассматривают как затвердевшие зоны генерации гранитной магмы, выведенные на современную дневную поверхность в результате последующего подъема земной коры. Поскольку глубоко размытые магматитовые комплексы обнажены в одних местах, а менее глубинные перемещенные граниты - в других, проследить прямые соотношения между ними не удается. 7 г. Происхождение гранитов Магматическая теория Магматическая теория предполагает использование реакционных серий Боуэна. Гранитные магмы могут быть получены - в результате дифференциации менее кремнекислых магм, из которых в процессе кристаллизации удаляются тугоплавкие твердые фазы, избыточные по отношению к гранитному расплаву. Таким образом, при кристаллизации базальтового расплава и последующей дифференциации, одним из его конечных продуктов будет гранит. Во многих местах, наблюдается размещение гранитных интрузий вместе с эффузивными породами. Такие комплексы обычно форму кольца около 10 км в диаметре с вулканическими остатки, которые находятся в кальдере. Кроме того, эти комплексы находятся, как глубинные интрузии вблизи вулканических центров, которые состоят из гранодиоритов и андезитов. Такие магматические тела обычно имеют резкие контакты; отсутствие деформации, полей охлаждения и контактных ореолов. Химически, существует сходство в состав многих плутонов гранита их эффузивных аналогов. Это позволяет предположить, есть какая-то связь между размещением гранитных интрузий и вулканизмом. Теория гранитизации Теория гранитизации объясняет происхождение гранитов с помощью ультраметаморфизма. В основе этой теории лежит понятие магматизации. В результате магматизации образуются мигматиты часть из которых близка по минеральному составу к гранитам. В процессах гранитизации очень большую роль играет вода которая образуется за счёт дегидратации минералов при метаморфизме. Вода играет роль легколетучего флюида который входя в различные реакции понижает общую температуру плавления и даёт возможность произойти анатексису. Магматиты могут сформироваться различными способами. Один из них гранитизация путём ионного обмена и распространением ионов K + и Na +. В последующем может произойти внедрение образовавшейся магмы ближе к поверхности земли. 8 Гранитообразование анатектическое Гранитообразование анатектическое -- процесс формирования гранитоидов в результате переплавления горных пород, до этого не находившихся в состоянии расплава (например, аркозовых и полимиктовых песчаников, метапелитов парагнейсов и др. ), в целом в условиях постоянства их вещественного состава и при наличии лишь явлений внутреннего перераспределения вещества в пределах мобилизованных комплексов пород главным образом диффузионным путем. Состав анатектических гранитоидов обусловлен составом исходных горных пород и максимальной температурой процесса плавления. В зависимости от исходного состава пород анатектическое гранитообразование может начаться с формирования: либо расплава гранитового состава с переходом по мере повышения температуры к гранодиоритовому; либо расплава гранодиоритового состава с переходом по мере повышения температуры к гранитовому или плагиогранитовому. Анатектическое гранитообразование приводит к формированию анатектических гранитов, гранодиоритов, плагиогранитов и кварцевых диоритов, в соответствии с чем может быть выделено анатектическое гранито-, гранодиорито-, Анатектическое плагиогранито- гранитообразование и может диоритообразование. быть разделено на контактово-анатектическое и ультраметаморфогенное. Присутствие гранитов составляет основное отличие континентальной коры от океанской и вместе с тем земной коры от коры всех других планет земной группы и нашего спутника - Луны. Поэтому проблема происхождения гранитов имеет кардинальное значение в геологии и активно обсуждается на протяжении 200-летней ее истории, с тех пор как Дж. Хаттон доказал их в принципе изверженный, магматический генезис. Пик гранитообразования приходится на конец архея, около 2,5 млрд. лет назад, когда он привел к становлению уже вполне зрелой континентальной коры и первого, более или менее достоверно установленного суперконтинента - Пангеи. И в дальнейшем гранитизация была основным механизмом роста континентальной коры, продолжавшегося до современной эпохи, хотя и в более замедленном темпе. При этом процессы 9 гранитообразования в поздне- и послеархейское время отличались от более ранних и требуют специального рассмотрения. Отправным рубежом в современной дискуссии по проблеме происхождения гранитов можно считать, как отметил Дж. Уитни, конец 50-х годов, когда закончилась "великая битва" между магматистами и мета- соматистами-трансформистами, т.е. сторонниками происхождения гранитов путем кристаллизации из расплава, эвтектики, с одной стороны, и их происхождения путем метасоматического замещения пород-предшественников без их расплавления, путем диффузии ионов кремнезема и щелочей - с другой. Как отмечают, уже на современном уровне знаний, H.JI. Добрецов и А.А. Шафеев, наилучшим доказательством "расплавленного" происхождения гранитов служит изучение содержащихся в них включений, гомогенизация которых приводит к температурам и давлениям, вполне соответствующим теоретически и экспериментально установленным для системы гранит-Н20-С02. Еще в конце 40-х годов Г. Рид сформулировал свое знаменитое положение о том, что "есть граниты... и граниты", т.е. граниты могут быть разного типа и, следовательно, разного происхождения. Значительно позже, уже в 70-е годы, австралийские петрологи Б. Чеппелл и А. Уайт [Chappell, White, 1974] выделили два типа гранитоидов в палеозойском складчатом поясе Юго-Восточной Австралии. Это получившие широкую известность типы I и S. К ним вскоре стали добавлять другие типы, основываясь на обстановке и условиях образования, особенностях минералогического и химического состава. С появлением тектоники плит подобные классификации стали увязываться с геодинамическими обстановками, описываемыми этой концепцией. Наиболее последовательно это было сделано в 1989 г. американскими учеными П. Маниаром и Ф.Дикколи [Maniar, Piccoli, 1989], которые выделили семь групп гранитоидов: 1) островодужные, окраинно-континентальных поясов 2) континентальных андского типа - дуг В.Х.), (т.е. 3) континентально-коллизионные, 4) посторогенные (постколлизионные - В.Х.), 5) рифтогенные (континентальные - В.Х.) 6) связанные с континентальными 10 эпейрогенными поднятиями, 7) океанские плагиограниты (приуроченные к океанским рифтам - В.Х.). Легко видеть, что группы 1-4 отвечают зонам конвергенции литосферных плит, группа 7 - зонам их дивергенции, группы 5 и 6 - внутриплитным обстановкам. Сами авторы объединяют группы 1-4 в категорию орогенных, а 5- 7 - анорогенных. Близкие подразделения мы находим и у русских авторов, в частности Л.П. Зоненшайна и М.И. Кузьмина. Еще одно важное обстоятельство было осознано в последние десятилетия это закономерная смена типов гранитоидов в истории Земли [Хаин, 1990]. Именно исходя из исторической последовательности и будет дальше рассматриваться происхождение этих типов. Самым древним типом гранитоидов должны были быть океанские плагиограниты - граниты океанских зон спрединга, срединно-океан- ских хребтов. Древнейшие из них практически не вычленены из других раннедокембрийских образований, и это неудивительно, ибо в рифто- вых зонах срединных хребтов современных океанов плагиограниты представляют собой редкость, как и в ископаемых офиолитовых комплексах. Между тем происхождение этого типа гранитоидов наиболее очевидно - они являются конечным продуктом дифференциации толеит-базальто- вой магмы, образующейся в основании зон спрединга. Однако доля плагиогранитов среди образований океанской коры и отвечающих ей офиолитов крайне невелика, и именно поэтому возможность формирования основной массы протоконтинентальной коры непосредственно за счет частичного плавления мантии ныне отвергается. В настоящее время практически существует согласие относительно того, что ассоциация натровых гранитоидов представляет собой продукт вторичного плавления мафических образований протоокеанской коры (метабазальтов, амфиболитов). Такому плавлению должно было способствовать ее погружение на определенную глубину, но характер тектонического процесса, его вызвавшего, остается весьма спорным. Либо это простое погружение "сагдукция", вероятно, под действием плюма, возможно, спровоцированного 11 падением метеорита или даже астероида; либо субдукция, причем пологая ("плавучая", по выражению Д. Эбботт), молодой, с возрастом до 20 млн. лет, коры, чему имеются современные аналоги в Кордильерах обеих Америк; либо, наконец, обдукция толстой и потому "непотопляемой", несубдуцируемой коры с нагромождением ее пластин. Выбор между этими альтернативами пока затруднителен, и вопрос подлежит дальнейшему исследованию. Но он касается в основном раннего и отчасти среднего архея, что же касается позднего архея, то тут преимущество субдукционного механизма становится очевидным. В конце архея появляются и далее играют основную роль калиевые гранитоиды. Их приуроченность к конвергентным границам плит очевидна, но также очевидно и некоторое разнообразие. Одни из них встречаются в энсиматических вулканических дугах; это - собственно островодужные гранитоиды. Источником магмы, за счет которой они образовались, являются расплавленные океанская кора и перекрывающий ее клин литосферной мантии (рис. 1). Рис. 1. Схема М. Атертона [Atherton, 1994] Показывает обстановку: а - герцинского метаморфизма высокой температуры низкого давления в Пиренеях недалеко от массива Труа Сеньер. Глубокая 12 циркуляция морской воды достигает дна палеозойского бассейна с анатексисом при 700°С до глубины 12 км. Горячая воздымающаяся астеносфера разогревает нижнюю кору в достаточной степени, чтобы произвести крупные тела гранитной магмы; б-меловой-третичный краевой бассейн и Береговой батолит Перу. Гидратированная океанская кора служит при этом источником воды; ее участие в количестве порядка 2- 4 вес.% рассматривается как необходимое условие гранитообразования. Вместе с тем отмечается, что в энсиматических дугах, в разрезе которых отсутствует более древняя континентальная кора, "настоящие", т.е. калиевые и калинатровые граниты не могут образоваться, что отвечает и наблюдаемому в природе. Другое дело - гранитоидный магматизм энсиалических дуг, в этом отношении близких к краевым вулкано-плутоническим поясам - следующей классификационной группе. В подобной обстановке в плавлении участвует и нижняя кора, разогретая и, вероятно, насыщенная летучими за счет подъема и внедрения магмы из зоны субдукции. Оба типа гранитоидов, образующихся над зонами субдукции, принадлежат к типу I в классификации Б. Чеппелла и А. Уайта, но в первом типе преобладают тоналиты наряду с кварцевыми диоритами и гранодиоритами, а во втором собственно граниты и гранодиориты, образующие крупные батолиты, например в Кордильерах. Существенно иначе протекает гранитообразование в обстановке коллизии континент-континент (или континент-микроконтинент, континент- вулканическая дуга). Здесь в плавление вовлекаются мощные толщи осадков и вулканитов, а также частично подстилающая их древняя континентальная кора. Естественно, что процесс этот, называемый анатексисом, или палингенезом, требует привноса тепла и летучих, прежде всего воды. Откуда они поступают? Для тепла существуют два основных источника: переход в тепловую энергию механической энергии тектонических деформаций и радиоактивность континентальной коры, главным образом ее верхнего слоя. Пример, ставший в этом отношении классическим, - лейкогранитовые плутоны Гималаев, 13 приуроченные к надвигу Высоких Гималаев на Низкие и образованные за счет переплавления докембрийских парагнейсов, составляющих основание надвинутой плиты. Что же касается воды, то на примере более древних, и прежде всего позднепалеозойских, герцинских гранитных плутонов Пиренеев показано, что вода имеет метеорное, т.е. поверхностное происхождение (рис. 2). Но в других случаях вода может заимствоваться из вмещающих пород. Рис. 2. Геодинамические обстановки формирования гранитоидов различных типов [Pitcher, 1987] Таким образом, получается, что коллизионные граниты, принадлежащие к типуS Чеппелла-Уайта, могут образовываться без участия мантийного тепла и материала. Однако не все согласны с таким заключением. По мнению В.А. Жарикова [1987], гранитизация невозможна без участия поступающих из мантии богатых щелочами и кремнием водно- углекислых флюидов. Процесс начинается с метасоматической фельдшпатизации вмещающих пород с последующим зарождением и разрастанием объема расплава, сначала в виде мигматитов, а затем и крупных гранитных тел. Причем параллельно с привносом щелочей и кремнезема должно происходить удаление оксидов кальция, железа, магния и алюминия; это так называемая дебазификация, комплементарная гранитизация. Данная концепция, развивающая идею Д.С. Коржинского о "трансмагматаческих растворах", в определенной мере наследует взгляды метасоматистов-трансформистов, отличаясь, однако, что существенно, признанием необходимости прохождения гранитизируемым материалом стадии 14 расплава. То, что мантия содержит и выделяет некоторое количество флюидов, не подлежит сомнению. Дефлюидизация мантии должна была наиболее энергично протекать в раннем докембрии, и тогда, возможно, гранитизация, по В.А. Жарикову, была наиболее реальной. Между тем H.JT. Добрецов и А.А. Шафеев [Dobretsov, Shafeev, 1991] полагают, что анатексис с образованием гранитов не требует ни участия мантийных флюидов, ни предварительной метасоматической подготовки, ни выноса каких-либо элементов и протекает изохимически. Исследователи приводят соответствующие примеры, в том числе и из раннего докембрия. Итак, приходится констатировать, что в вопросе происхождения коллизионных гранитов, являющихся одним из важнейших типов постархейских гранитоидов, существуют наиболее серьезные и принципиальные разногласия. Следующую генетическую группу составляют постколлизионные гранитоиды. Рассматривая их происхождение и характер, следует прежде всего подчеркнуть, что геодинамическая обстановка при переходе от коллизионной стадии к постколлизионной, которая может растянуться на несколько десятков миллионов лет, резко меняется. Сжатие коры сменяется растяжением, утолщение - утонением, проницаемость сильно возрастает. Это создает благоприятные условия для декомпрессии и подъема астеносферы с проникновением продуктов ее плавления и выделяющихся из нее флюидов в кору. Отсюда антидромный характер вулканизма, вплоть до появления базальтов. Соответственно астеносфера становится главным источником тепла, а образующаяся за счет ее плавления основная магма может подмешиваться к кислой магме, образовавшейся за счет плавления коры. В ряде случаев предполагается скопление основной магмы в подошве коры - явление, ставшее известным под английским названием underplating, т.е. подстилание (магматическое подстилание). Благодаря этому постколлизионные гранитоиды, которые именуют еще посторогенными, характеризуются повышенной 15 основностью по сравнению с коллизионными и одновременно могут обладать повышенной щелочностью, особенно в отношении содержания К20. Эти гранитоиды уже не образуют крупных батолитов, а слагают плутоны сравнительно небольших размеров, нередко кольцевой формы, диапиры или кальдеры (пример - девонские интрузии Шотландских каледонид), и неглубокого залегания (гипабиссальные, например плиоценовые интрузии Большого Кавказа - Тырныауз и др.). По происхождению исходной магмы они могут относиться и к типу /, и к типуS. Внутриплитные гранитоиды, удаленные от зон субдукции и коллизии, обычно описываются как анорогенные гранитоиды типа А. Этот тип был выделен дополнительно к типам I h S b 1979 г. в работе [Loiselle, Wones, 1979]. Структурно они приурочены либо к континентальным рифтам, либо к "горячим точкам", которые, в свою очередь, могут быть либо расположены в рифтовых зонах, либо выражены внерифтовыми поднятиями. Общая характеристика гранитоидов типа была дана в работах американского геолога Г. Эби [ЕЬу, 1990, 1992]. Он показал, что гранитоиды типа А варьируют по составу от кварцевых сиенитов до щелочных гранитов, содержат богатые железом слюды, а в щелочных разностях щелочные же амфиболы и пироксены нередко обогащены фтором и вообще галогенами, а также некогерентными элементами. Они часто образуют кольцевые плутоны. Что касается условий образования гранитоидов А, то в работах Г. Эби они разделены в этом отношении на две группы. Первая из них - Aj- встречается на внутриокеанских вулканических островах (Вознесения, Реюньон) и в континентальных рифтах (грабен Осло, Восточно-Африканская рифтовая система и др.). Эти граниты являются продуктом дифференциации мантийной щелочно-базальтовой магмы, но в континентальном варианте могут содержать небольшую примесь контаминированнош сиалического материала. По существу, щелочные гранитоиды океанских островов по своей геодинамической принадлежности заслуживают выделения в самостоятельную группу (см. ниже), но, как показано в работах Г. Эбц, петрохимически они весьма близки. 16 Другая группа -А2 - в наиболее чистом виде включает внутриплитные плутоны, не связанные по крайней мере непосредственно, с рифтогенезом и приуроченные, очевидно, к горячим точкам. Примером могут служить щелочные граниты плато Джое в Нигерии; сюда же должны относиться плутоны гранитов рапакиви. Происхождение гранитоидов группы А2 трактуется довольно однозначно как результат повторного плавления континентальной коры под влиянием подъема базальтовой магмы из астеносферы. Эта магма может просто оказать тепловое воздействие, либо образовать интрузивное тело типа мегасилла в основании коры, либо, наконец, внедриться в кору и составить нижнюю часть бимодального лополита, что и наблюдается на примере стратиформных интрузий нижнего протерозоя типа Бушвельда или плутонов габбро-анортозитов и гранитов рапакиви типа украинских. Анорогенные гранитоиды появляются в истории Земли в конце архея - начале протерозоя. "Расцвет" гранитов рапакиви приходится на период формирования суперконтинента Пангеи I в конце раннего и в среднем протерозое, когда континентальная кора стала мощной и вполне зрелой. Но затем плутоны А-гранитов, правда уже не этого подтипа, продолжали формироваться на протяжении всего позднего протерозоя и фанерозоя. Рассмотрев основные генетические типы гранитоидов, мы можем теперь расшифровать формулу Г. Рида "есть граниты... и граниты" и попытаться рационализировать их классификацию. Представляется, что в зависимости от источника магмы наиболее логично выделить три основные категории гранитоидов и затем подразделить их на группы по геодинамическим обстановкам образования. Первую категорию в этом случае составят мантийные гранитоиды, являющиеся непосредственными дифференциатами продуктов частичного плавления верхней мантии. Среди мантийных гранитоидов выделяются три группы. Первую составляют плагиограниты, образующиеся из истощенной (деплетированной) мантии на осях спрединга. Вторую группу образуют 17 щелочные гранитоиды океанских островов, возникающие за счет более глубинной и неистощенной или вторично метасоматически обогащенной верхней мантии под действием мантийных струй - плюмов. К третьей группе относятся гранитоиды энсиматических островных дуг, обязанные своим возникновением процессу субдукции с плавлением пододвигаемой океанской коры и надстилающего клина ли- тосферной мантии во внутриокеанских условиях, без участия континентального материала. По объему первые две группы играют очень незначительную роль, однако не исключено, что они могут быть встречены на других планетах земной группы, и прежде всего на Венере. Первая группа может быть обозначена какMS (мантийно-спрединговая), вторая MP (мантийно-плюмовая), третья - Ml (мантийно-островодужная); последняя отвечает типу М Чеппелла-Уайта. Вторая категория гранитоидов, имеющая весьма широкое распространение и играющая существенную роль в образовании и сложении континентальной коры, - это мантийно-коровые гранитоиды. Они также достаточно разнообразны и могут быть разделены на три группы. Первая - гранитоиды энсиалических островных дуг, подобно М, субдукционного происхождения, но с участием в образовании исходной магмы продуктов плавления более древней континентальной коры; им соответствуют собственно граниты типа I Чеппелла-Уайта, но я предлагаю их субдукционные). Генезис второй обозначитьMCS(мантийно-коровые группы существенно иной. Это постколлизионные гранитоиды (обозначим их МСР), образующиеся при воздействии астеносферного выступа на утоненную литосферу и кору коллизионных орогенов. Третья группа - внутриплитные гранитоиды рифтовых зон и горячих точек - петрохимически близка ко второй, но отличается по структурному положению, геодинамической обстановке и времени формирования. Для этих гранитоидов предлагается индекс MCR;им отвечают гранитоиды AjГ. Эби (А2 = MP). Третья категория гранитоидов, играющая очень важную роль в становлении континентальной коры, - коровые гранитоиды. Это породы анатектического 18 происхождения, образующиеся внутри коры в результате переплавления осадочных пород, и прежде всего граувакк, а также вулканитов, в основном группы Mlи более древних пород континентальной коры. Именно в отношении этой категории (назовем ее СА - корово-анатектической) остается спорным вопрос - является ли порождающий ее анатексис процессом изохимическим или ал- лохимическим, сопровождается ли он привносом одних компонент мантийными флюидами и удалением других. Рис. 3. Гранитная система в кордильерской обстановке, показывающая важнейшие зоны [Atherton, 1994] Зоны: 1) источника MASHс процессами смешения, ассимиляции, накопления и гомогенизации; 2) адиабатического подъема, кристаллизации; 3) транспорта ACIDс MAGICс взаимодействия процессами с процессами миграции, вмещающими породами, ассимиляции, кристаллизации, взаимодействия с флюидами, дифференциации. Процессы протекают в обстановке растяжения - континентального рифтинга, тыль- нодугового или срединно-океанскбго спрединга, включающего местами интрузии вдоль сдвигов (с раздвигом), крупных зон скалывания, континентального расщепления крупных разрывов (линеаментов) или их сочетания (по М. Атертону). Узкие (дайко- подобные) каналы подъема магмы на уровень интрузий и тонкая форма батолита преувеличены. Источник и другие зоны могут находиться ближе или перекрываться в разных обстановках 19 По-разному решается при принятии того или иного способа анатектической гранитизации и проблема пространства для размещения плутонов. В первом варианте это достигается путем перераспределения расплава - продукта селективного плавления и рестита-остатка от этогоплавления, во втором - путем "магматического замещения" - прихода флюида, создающего расплав, и удаления не вошедшего в него вещества. Подчеркивается, что становление плутонов определяется сочетанием латеральных тектонических напряжений и естественной плавучести магмы, что подъем магмы происходит ворогенах, скорее всего вдоль систем узких каналов. В третьей работе указывается, что становлению гранитных плутонов способствует обстановка растяжения. Это наглядно подтверждает и пример размещения интрузий палеозойских вулкано-плутонических поясов Центрального Казахстана в сдвигово-раздвишвых (pull-apart) впадинах. Тем самым снимается и долго дебатируемая проблема пространства, занимаемого гранитными плутонами, особенно батолитами. Причем такое растяжение в осевых зонах орогенов может протекать на фоне продолжающегося общего сжатия, реализуемого теперь на их периферии. Историческая последовательность появления различных типов гранитоидов вырисовывается в следующем виде. Первыми, еще в архее, должны были бы появиться мантийно-плюмовые, затем мантийно-спре- динговые гранитоиды, но их идентификация среди повсеместно метаморфизованных архейских толщ затруднительна. Мантийно-островодужные гранитоиды известны с середины архея, мантийно-коровые островодужные и коровью коллизионные - с раннего протерозоя, мантийно-коровые внутриплитные - тоже с раннего протерозоя, но их разновидность - плутоны анортозит-рапакиви характерны лишь для конца раннего - среднего протерозоя. В общем разнообразие типов гранитоидов достигло максимума в среднем протерозое; в дальнейшем, вплоть до современной эпохи, новых типов не появлялось. В заключение необходимо подчеркнуть одно очень важное обстоятельство предпосылкой для начала широкого гранитообразования на Земле должны были 20 быть появление жидкой воды и конкретно возможность насыщения ею океанской литосферы в зонах спрединга, обеспеченная определенной глубиной океана. Таким образом, две уникальные особенности планеты Земля - присутствие гранитов и водной оболочки - оказываются закономерно взаимосвязанными. Во второй половине 90-ых годов исследования по гранитной проблематике продолжали, с одной стороны, углублять анализ соотношений между источниками гранитной магмы и геодинамическими обстановками гранитообразования и, с другой стороны, больше внимания, чем раньше, стало уделяться вопросам механизма образования самих гранитных плутонов, включая пути доставки магмы из ее источника в место становления этих плутонов. По первому направлению можно отметить, что намеченные ранее источники гранитной магмы - астеносфера (срединноокеанские хребты), зоны субдукции (разные комбинации плавления слэба и мантийного клина над ним), нижняя кора (анатексис ее различных компонентов - интрузивных, вулканических, осадочных) и их взаимодействие рассматриваются во все более тесной увязке с геодинамическими обстановка-ми, как это довольно удачно и наглядно показано в воспроизводимой здесь схеме (рис. 4) Дж.Пирса [Реагсе, 1996]. При этом коллизионные анатектические гранитоиды зарубежными специалистами по-прежнему рассматриваются как продукт изохимического сухого плавления нижней коры, но не вполне ясным остается источник необходимого для этого плавления тепла - разогрев за счет концентрации естественно-радиоак- тивных элементов (U, Th, К) или тектонических деформаций вызывает сомнения в своей эффективности. Более реалистичен подогрев (плюс, очевидно, поступление флюидов) со стороны подошедшей к основанию коры в процессе underplatingбазальтовой магмы. Последнее еще более вероятно в отношении генезиса постколлизионных гранитоидов, обнаруживающих большое разнообразие составов. 21 Рис. 4. Суммарное изображение источников и обстановок образования гранитных пород [Реагсе, 1996] Что касается анорогенных, А-тнт, вернее внутриплитных гранитоидов, в том числе гранитов рапакиви, то решающая роль подъема базальтовой магмы к основанию коры или литосферы в плавлении самой коры и образовании данного типа гранитоидов в общем не вызывает сомнений. Как отмечалось ранее, это может происходить в обстановке либо активного рифтинга, практически совпадающего с действием мантийного плюма (граниты А ) , либо пассивного рифтинга, провоцирующего декомпрессию астеносферы (граниты А2). Теперь относительно второго направления современных исследований, касающегося механизма становления гранитных плутонов. Оживление интереса к этой проблеме связано с успехами в геофизическом- гравиметрическом, сейсмическом, магнитометрическом (анизотропия магнитной восприимчивости), а также изотопно-геохронологическом изучении плутонов и сопутствующих образований. Эти данные позволили предложить существенно новую трактовку проблемы пространства, доступного для размещения плутонов [Hutton, 1996; Petfordetal., 2000]. Классические варианты решения этой проблемы включают: J1 - метасоматическое замещение insitu(западные коллеги этот вариант jныне не рассматривают); 2 - обрушение кровли плутонов с 22 образованием кальдер, кольцевых даек и конических интрузий; 3 - поглощением вмещающих пород (stopping), реликты которых образуют ксенолиты; 4 диапиризм и раздувание (ballooning) плутонов; 5 - внедрение вдоль зон интенсивных тектонических деформаций - надвигов, сдвигов, зон смятия (shearzones), структур растяжения - рифтов и др. Признается, что все эти механизмы (кроме первого) являются реальными, но имеют ограниченное значение, например, второй механизм относится к неглубоким (до 5 км), особенно гипабиссальным плутонам. Роль диапиризма считается преувеличенной; в большинстве случаев структурные наблюдения в пределах самих плутонов и вмещающих пород не подтверждают его широкой эффективности. В некоторых случаях предпочтительнее механизм латерального раздува, получивший образное название ballooning(от англ. balloon- воздушный шар). Геофизическое изучение гранитных батолитов показало, что они представляют собой плоские тела, состоящие из отдельных разновременного внедрения пластин. Пространство, ими заполнявшееся, возникало, с одной стороны, благодаря подъему кровли батолита и, с другой стороны, благодаря погружению его подошвы. Путями подъема магмы из нижней коры служили дайки. Изотопно-геохронологические исследования показали, что образования даек и становление плутонов происходило практически одновременно с тектоническими деформациями и региональным метаморфизмом. При этом могли иметь место как обстановка сжатия (надвиги, сдвиги), так и обстановка растяжения (рифты) и, очевидно, их комбинации - транспрессия и трастенсия (образование структур типа pull-apart). Новейшее моделирование привело к выводу, что процессы, приводящие к образованию гранитных плутонов, протекают чрезвычайно быстро - по их заключению, "гранитный магматизм - это быстрый, динамический процесс, оперирующий в масштабе времени <100000 лет, независимо от тектонической обстановки". 23 Заключение В настоящее время основными теориями происхождения гранитов являются: • Магматическая теория, основанная на дифференциации магматического расплава в конечном итоге которой получается расплав по химическому составу близкий к тому из которого должны кристаллизоваться граниты. • Ультраметаморфическая теория, основанная на том, что при больших давлениях и температурах происходит частичное преобразование пород и в результате ряда химических превращений образование пород с минеральным составом гранита. Все эти теории имеют право на жизнь и многое геологи предполагают возможность их комбинаций. 24 Литература 1) Геологический словарь М:"Недра", 1978 2) Жариков В.А., Проблемы гранитообразования// Вестн. МГУ. Сер. 4, геология. 1987. №6. С. 3-13 3) Chappell B.W., White A.J.R. Two contrasting granite types // Pacif. Geol. 1974. Vol. 8.P. 173-174. 4) Maniar P.O., Piccoli Ph.M. Tectonic discrimination of granitoids //Bull.Geol. Soc. Amer. 1989.Vol.101.N5.P.635-643 5) Hutton D.H.W.The "space problem" in the emplacement of granites// Episodes.1996.Vol.19.№4.P.114-119 6) Eby G.N. The A-type granitoids: A review of their occurence and chemical characteristics and speculations on their petrigenesis // Lithos.1990. Vol.26.N 1/2.P.115-134 7) Eby G.N. Chemical subdivision of the A-type granitoids: Petrogenetic and tectonic implictions //Geology.1992.Vol.20.N.7.P.641-644 8) Dobretsov N.L.,Shafeev A.A. Anatexis and granitization; Criteria and models //Geol.Carpath.1991/Vol/42/N1.P.45-52 9) Pearce J.Source and settings of granite rocks//Episodes. 1996.Vol.19/N4.P.120-125 10) Loiselle M.C.,Wones D.R. Characteristics of anorogenic granites //Geol.Soc.Amer.Abstr.1979.Vol.11.P.468 Интернет источник 11) http://www.geonaft.ru 12) http://geo.web.ru 25
