Файл: Баранов, В. И. Радиогеология учебник.pdf

твердое. Температура внутренних зон Земли, по В. А. Магниц­ кому, имеет следующие наиболее вероятные значения: на глу­ бине 100 км — 100—1300°, на глубине 400 км — 1400—1700°, на глубине 2900 км — 4700°. Давление закономерно возрастает с глу­ биной и в центре Земли достигает 3,6-106 атм.

§ 2. ЗЕМНОЕ ТЕПЛО И РАДИОАКТИВНОСТЬ

Измерение температуры в буровых скважинах и шахтах пока­ зывает повсеместное повышение температуры с глубиной. Вблизи земной поверхности температурный градиент составляет Г на 30—40 м. Температурные наблюдения, а также вулканическая дея­ тельность, сопровождающаяся выходом на поверхность земли рас­ плавленной силикатной массы, свидетельствуют о высоких темпе­ ратурах в земных недрах.

До открытия радиоактивности высокую температуру внутрен­ них частей земного шара объясняли остаточным теплом остываю­ щей Земли,- бывшей первоначально, как предполагали большинство ученых, в огненно-жидком состоянии. Применяя законы охлажде­ ния нагретых тел, английский физик Кельвин рассчитал, что время, необходимое для понижения температуры первоначально расплав­ ленной Земли до современного уровня, должно составлять несколь­ ко десятков миллионов лет. Однако целый ряд геологических про­ цессов требовал для своего завершения значительно большего промежутка времени. Так возникло противоречие, которое разре­ шилось после открытия выделения тепла при радиоактивном рас­

Первые расчеты радиогенного тепла, выполненные Стреттом, показали, что при равномерном содержании радиоактивных эле­ ментов во всем земном веществе, соответствующем гранитам, коли­ чество выделенного тепла в 100 раз превышало бы наблюдаемые потери тепла в мировое пространство. Чтобы свести тепловой ба­ ланс Земли, была высказана гипотеза о том, что радиоактивные элементы сосредоточены главным образом в сравнительно тонком, поверхностном слое Земли. После разработки оболочечиого строе­ ния Земли были бценены величины содержаний радиоэлементов

136

в различных оболочках (табл. 21) и удалось свести тепловой ба­ ланс в целом.

Термическая история Земли, по современным данным, пред­ ставляется следующим образом. В допланетную историю Земли при конденсации частиц из протопланетного облака часть их кине­ тической энергии сохранялась и переходила в тепловую. Увеличе­ ние объема конденсированной массы повышало давление внутри ее, что приводило к уплотнению вещества и сопровождалось нагре­ ванием. По расчетам Е. А. Любимовой, максимум температур в этот период находился на глубине 2500 км и составлял величину 500—2000° (в зависимости от размеров частиц). Такой температу­ ры было недостаточно для плавления внутренних частей Земли.

Дальнейшее разогревание Земли происходило под действием радиогенного тепла, которое распространялось за счет теплопро­

ция радиогенного тепла происходила достаточно медленно, и лишь

137

Изменения, происходящие ниже глубины оттока, не влияют на тепловой поток.

Измерение теплового потока в различных участках Земли на разной глубине показало закономерное его увеличение от наиболее древних складчатых областей (докембрийские щиты) к областям

Увеличение теплового потока сопровождается уменьшением силы тяжести. Это явление можно объяснить тем, что под зонами низких тепловых потоков расположены наиболее холодные, а сле­ довательно, более плотные участки мантии и наоборот. Действи­

растания величин тепловых потоков по сравнению с океаном, так как содержания радиоактивных изотопов и мощность континен-

138

тальной коры в несколько раз превышают эти величины для коры океанической.

Равенство тепловых потоков можно объяснить неоднород­ ностью верхней мантии. Под континентами она более дифференци­ рована, и радиоактивные изотопы из нее в значительной степени вынесены в кору. Верхняя мантия под океаном подверглась значи­ тельно меньшей дифференциации и, возможно, содержит радиоак­ тивные изотопы до глубины — 500 км. Следовательно, мантия под океанами должна иметь более высокую температуру, что подтверж­ дается геомагнитными наблюдениями. Можно ожидать, что вклад мантии и коры в суммарный тепловой поток должен быть неодина­ ков в различных зонах Земли. Приближенные расчеты показывают,

Закономерности распределения теплового потока Земли позво­ ляют в первом приближении объяснить основные закономерности формирования магматических очагов. Как показывают расчеты, температуры на поверхности Мохоровичича под тектонически ста­ бильными областями наиболее низкие — 400—800°. Эти темпера­ туры недостаточны даже для частичного плавления пород на глубине.

В тектонически активных областях наблюдается резкая диф­ ференциация тепловых потоков и температур на поверхности Мо­ хоровичича. В областях кайнозойского вулканизма температура может достигать 1200—1300°, в то время как в близлежащих жело­ бах и краевых прогибах она опускается.до 200—600°. На участках сочленения различных зон перепад температур может достигать 1000°. Это приводит к появлению термоупругих напряжений, кото­ рые разрежаются разрывными деформациями — образованием раз­ ломов. В местах локального падения давления может образовы­ ваться жидкая магма. Глубинные разломы являются основными каналами, по которым магма внедряется в различные зоны земной коры и при благоприятных условиях изливается на поверхность.

Плавление возможно на определенной глубине — в зоне оча­ гов. Эта зона начинается в нижней части земной коры и заканчи­ вается в мантии на глубине примерно 500—700 км. По геофизиче­ ским данным, в этой зоне находятся очаги вулканических извер­ жений и гипоцентры глубокофокусных землетрясений.

Глубина зоны очагов зависит от этапа тектонического разви­ тия региона. В начальные стадии формирования геосинклинального прогиба процесс сжатия вещества приводит к повышению темпе­ ратуры, но зона очагов располагается значительно ниже поверх­ ности Мохоровичича. Магматическая деятельность проявляется во внедрении основных и ультраосновных магм и их дифференциатов.

Прогибание коры приводит к накоплению огромных толщ осадков. Сравнительно меньшая теплопроводность слабометаморфизованных осадочных пород способствует накоплению тепловой

139