Файл: Твердохлебов В.А. Дифференциация вещества в планетарных условиях.pdf

О к о н ч а н и е т а б л . 4

С= ^75=3,64 Дж/г-град.

Взоне С возможно стабильное существование водорода,

лития, его гидрида Li H и гелия. Существенное уменьшение величины вероятной теплоемкости позволяет предполагать появление здесь новых веществ; в соответствии с данными табл. 4 здесь можно ожидать появление бора и его гидридов типа В„Нт.

Зона С, таким образом, по сравнению с нижней мантией имеет несколько большее разнообразие слагающих ее химиче­ ских веществ. Ее можно охарактеризовать как зону легких металлов и их гидридов (рис. 4).

о

•Слой Голицина

Пользуясь табл. 4, находим, что в зоне В возможно по­ явление атомарного бериллия, гидрида бериллия ВеН, угле­ рода в форме графита и алмаза, метана СН4, битумов, арома-

тических углеводородов (бензола) и, возможно, нефти. Ха­ рактерно появление карбидов легких металлов типа В4С и ВегС. Последние представляют собой весьма тугоплавкие (7\іл~ 2500° С) прочные соединения (Косолапова, 1968), и, видно, именно они определяют физические свойства описы­ ваемой зоны. Ее можно назвать зоной карбидов. Некоторое понижение скоростей сейсмических волн в слое Голицина (глубина 450 км) можно объяснить, исходя из формального анализа условий концентрации вещества, обогащением этого слоя ароматическими углеводородами и метаном.

Верхняя мантия и земная кора (глубина от 200 км до по­ верхности; тектоносфера по В. В. Белоусову, 1966). Темпе­ ратура, согласно принятой нами кривой температур, совпа­ дающей на этом участке разреза с кривыми температур мно­ гих других авторов (см. рис. 2), понижается здесь с 1350 до 15° С. Температурный градиент составляет 6,67 град/км, и величина вероятной теплоемкости равна 1,48 Дж/г-град.

Судя по табл. 4, описываемая зона не должна отличаться по химическому составу от нижележащей зоны карбидов, и следовало бы ожидать, что зона карбидов протянется до земной поверхности. Однако полученный вывод противоре­ чит геологической реальности, и для объяснения возникшего противоречия можно предположить следующее.

Температурный градиент порядка 6—7 град/км определя­ ется, вероятно, некоторыми сравнительно равномерно распре­ деленными в объеме земного шара стационарными тепловы­ ми источниками или стационарным тепловым источником центрального типа, расположенным в районе ядра планеты. Величина температурного градиента, определяемая этими ис­ точниками, в современную эпоху Земли для всех зон, кроме

ласти тектоносферы существуют местные источники тепла, увеличивающие ее тепловой поток по сравнению с фоновым. Местные источники тепла распределены, очевидно, неравно­ мерно, очагами, кроме того, они нестационарны, в связи с чем для области тектоносферы-характерны значительные ва­ риации температурного градиента в пространстве и времени, особенно существенные в зоне земной коры.

Поскольку местные источники тепла нестационарны, то все области земной коры в тот или иной исторический период испытали (или испытывают) некоторую определенную сте-

пень разогрева и последующего охлаждения. Максимум разо­ гревания (увеличения температурного градиента) приходит­ ся, очевидно, на фазу инверсии геосинклинали.

Рассмотрим гипотетический разрез тектоносфери на ста­ дии разогревания некоторого участка, при геосииклинальном режиме. Модели строения участков тектоносферы с иным тепловым (тектоническим) режимом будут рассмотрены в следующем расчете.

Как уже было отмечено, при температурном градиенте по­ рядка 6—7 град/км в зоне карбидов не произойдет никаких химических изменений. Но уже небольшое локальное повы­ шение температурного градиента до величины 8,0—8,5 град/км (Ср—1,23—1,6 Цж/г-град) приведет к тому, что в зоне разо­ грева смогут образовывать концентрации атомы кремния, магния, алюминия, натрия, молекулы кислорода и азота (см. табл. 4).

Ранее нами уже было принято положение, что в исследуе­ мой области возможно образование лишь таких соединений, все химические элементы которых соответствуют условиям концентрации в данной области. Это правило важно при ана­ лизе условий зарождения сложных силикатов, так как тепло­ емкости соединений часто оказываются более высокими, чем теплоемкости составляющих элементов. Руководствуясь при­ нятым правилом и данными табл. 4, приходим к заключению, что в зоне разогрева при повышении температурного гради­ ента до 8,0—8,5 град/км может возникнуть ряд важных по­ родообразующих соединений, таких, как кремнекислота SiC>2, водный флюид ИгО, углекислый газ СОг, окись углерода СО, окислы — корунд А12 03 и MgO, а также муассанит SiC, амми­ ак NH 3 , шпинель и силикаты — энстатит, нефелин и др., при условии, что их образование прн местных величинах р и Т не запрещено законами термодинамики обратимых процессов.

Таким образом, переход от температурного градиента в 6—7 град/км к градиенту 8,0—8,5 град/км приведет к важ­ нейшим петрохимическим последствиям: в зоне разогрева сконцентрируются свободный кислород, кремнекислота, маг­ ний и другие ведущие компоненты петрологических систем, возникнут окислы магния, натрия и алюминия и некоторые силикаты, т. е. будут заложены очаги магмообразования. Можно предположить, что наблюдаемый во многих районах земного шара слой пониженных скоростей сейсмических волы, расположенный на глубине 60—200 км (волновод), имеет именно эту физико-химическую природу (см. рис. 4).

Характерно, что при описываемых термодинамических ус­ ловиях будет зарождаться щелочная (натриевая) и ультраос­ новная (магниевая) магма. Действительно, при указанном тепловом режиме магма не может быть значительно обога-