Глубинная дифференциация вещества, представления В.В.Белоусова

Таким образом, следует думать, что в процессе охлаждения, испытываемого глубинным веществом под погружающейся геосинклиналью, будет происходить дифференциация этого вещества с отщеплением от него более кислых и более основных продуктов и с их пространственным обособлением. Механизм дифференциации в данном случае нас не интересует. Достаточно будет лишь констатировать, что кислые продукты, как более легкие и подвижные, должны концентрироваться вверху, непосредственно под корой, оттесняя оттуда более основные дифференциаты.

То, что дифференциация действительно имеет место, подтверждается геологическими наблюдениями. Мы видели, что излияния магмы в эпоху геосинклинального погружения, как правило, сначала обладают однородным базальтовым или андезитовым составом, а затем этот состав становится более сложным: наряду с базальтами или андезитами проявляются магмы более кислые, причем колебания в составе магмы от одной эпохи извержений к другой становятся все более резкими. При

этом заметна тенденция к усилению с течением времени значения в излияниях кислых магм. Таким образом, фактический материал указывает не только на диференциацию подкорового вещества в течение стадии геосинклинального погружения, но и на сосредоточие кислых дериватов в более верхних зонах, относительно близких к поверхности.

Дифференциация будет развиваться наиболее интенсивно там, где максимальные охлаждение и подкоровое разуплотнение, т. е. под осевой частью погружающейся геосинклинали. Поэтому и концентрация кислых продуктов дифференциаций будет происходить наиболее активно под топ же осевой зоной геосинклинали, погружающейся с наибольшей скоростью.

Как будут вести себя в  этих условиях радиоэлементы? Данные геохимических исследований показывают, что радиоактивные элементы концентрируются преимущественно в кислых магматических породах. При этом предпочтение, оказываемое радиоэлементами породам, более богатым кремнеземом и щелочами, невозможно связывать, как это иногда делают, с тем, что в породах этой группы большим распространением пользуются минералы, кристаллическая решетка которых более благоприятна для размещения дисперсных атомов урана и тория: концентрация радиоактивных элементов в кислых породах наблюдается не только для пород кристаллического сложения; но в не меньшей степени и для пород, застывших в аморфном, стекловатом состоянии.

Отсюда следует, что геохимическая  судьба радиоэлементов чрезвычайно тесно связана с судьбой кислых дифференциатов внутриземного вещества. Поэтому есть достаточные основания полагать, что концентрация кислых фракций под осевой частью геосинклинали будет сопровождаться одновременной концентрацией там же и радиоактивных элементов. Эта 'концентрация будет связана с соответствующим обеднением теми же элементами прилегающих участков, захваченных в данный момент процессом диференциации (рис. 1, стадия С).

Таким образом, во время геосинклинального  погружения земной коры на глубине  происходит первая ступень центробежной миграции радиоэлементов: последние скапливаются под осевой частью геосинклинали на верхних уровнях подкоровой области.

Из указанного глубинного перемещения радиоэлементов вытекают два следствия. С одной стороны, начавшаяся концентрация радиоэлементов в более верхних зонах вызывает некоторое дополнительное охлаждение окружающих подкоровых областей. С другой стороны, пока процесс концентрации радиоэлементов под осевой частью геосинклинали продолжается, причем приток сюда все новых и новых порций генерирующего тепло радиоактивного вещества затрудняет установление стационарного термического режима, — в месте концентрации радиоэлементов существует местный очаг интенсивного разогревания.

Этот вывод не находится  в противоречии с тем, что говорилось здесь по общем охлаждении подкорового вещества при центробежном движении радиоэлементов. Когда миграция последних прекратится и установится новое стационарное тепловое поле, температура на всех уровнях окажется более низкой, чем в исходный момент. Но пока миграция еще не закончилась, термический режим является нестационарным, и в этих условиях накопление все больших и больших количеств радиоактивного вещества в ограниченном объеме ведет к местному повышению температуры.

Если такое местное  разогревание происходит достаточно активно  в течение длительного времени, оно приведет на некоторой стадии к расширению вещества и к поднятию земной коры над местом концентрации радиоэлементов.

Мы видим теперь, что  указанные здесь два следствия  начавшейся центробежной миграции радиоэлементов должны привести, в свою очередь, во-первых, к ускорению общего погружения всей геосинклинали, а во-вторых, к возникновению в осевой ее части внутренней зоны поднятия земной коры, т. е. к возникновению центрального поднятия.

Возникшие в результате предыдущих процессов новые условия изображены на рис. 1 (стадия Д).

Чтобы лучше представить  себе предполагаемый механизм, можно  обратиться к рис. 2. На этом рисунке в координатах времени и температуры показано изменение термического режима для двух точек: точка М соответствует осевой части геосинклинали и лежит непосредственно под корой: точка N находится либо несколько глубже, чем точка М, либо (что удобнее для последующих рассуждений) справа или слева от нее, ближе к периферии геосинклинали.

В начале цикла температура в точке М меньше, чем в точке N, так как точка М лежит в самом центре температурной воронки, изображенной на рис. 1 (стадия В).

Волна охлаждения, вызванная растрескиванием земной коры и магматическим взрывом, проявляется раньше в точке М, чем в точке N. Если бы миграции радиоэлементов не происходило, то изменение термических условий в точках М и N протекало бы весьма просто, приблизительно так, как это показано короткими пунктирами. Сначала наблюдалось бы охлаждение (ранее начавшееся в точке М и более значительное), а затем, по достижении некоторого минимума, постепенно восстановилась бы начальная обстановка.

Глубинная миграция радиоэлементов искажает эту простую картину. Точка  М лежит в том месте, куда в  процессе дифференциации с окрестных областей стекаются радиоэлементы и где они накапливаются. Эго накопление, как уже указывалось, ведет к местному нагреванию, а последнее тормозит ранее начавшееся и продолжающееся охлаждение. В связи с этим изменение температуры в точке М происходит по сплошной линии, проведенной на чертеже от этой точки и расположенной выше пунктира. Температурный минимум оказывается не столь глубоким, каким он должен был бы быть, если бы миграция радиоэлементов не имела места, а смена охлаждения нагреванием и стремление к возврату в исходное положение проявляются значительно раньше.

Обратные соотношения  наблюдаются в точке N. Она лежит  за пределами области концентрации радиоэлементов и, следовательно, там, где в процессе дифференциации происходит обеднение вещества этими элементами. Уход радиоэлементов вызывает в точке N некоторое дополнительное охлаждение, ускоряющее основную волну охлаждения и затягивающее ее. В связи с этим минимум здесь оказывается более глубоким, а обратная волна проявляется значительно позже, чем в точке М.

 Рис. 2. Диаграмма развития термических условий в геосинклинали (по В. В. Белоусову)

Отсюда и вытекает та последовательность событий, которая типична для  определенной стадии развития геосинклинали: в средней части ее (точка М) начинается разогревание подкорового вещества, его расширение и поднятие земной коры еще в то время, когда на периферии (точка Л/) продолжаются охлаждение, сжатие и прогибание.

Со времени инверсии в  геосинклинали наблюдается, следовательно, развитие двух волн: волны продолжающегося  охлаждения и сжатия, а также волны  разогревания и расширения, как бы вложенной в первую волну. Охлаждение и сжатие здесь играют роль основного  процесса, тогда как расширение в  результате местного нагревания представляет собой явление второго^ порядка. Таким образом, излагаемая гипотеза дает объяснение реально наблюдаемым  соотношениям: развертыванию центрального поднятия внутри продолжающей свои общие  погружения и расширения геосинклинали.

Волна охлаждения и сжатия, зародившаяся еще в самом начале цикла, постепенно угасает. Соответственно, волна разогревания и расширения берет верх, что и находит себе выражение в прогрессивном «вытеснении» геосинклинального прогибания земной коры поднятием.

Однако, оба эти процесса (сжатие и расширение) теснейшим  образом связаны между собой, и второе не может существовать без первого. Действительно, разогревание, вызывающее расширение, причинно связано с концентрацией радиоэлементов, которая, в свою очередь, происходит в процессе общей дифференциации вещества, обусловливаемой охлаждением. Но то же охлаждение одновременно является причиной сжатия подкорового вещества и общего погружения геосинклинали. Отсюда следует, что рост центрального поднятия может продолжаться лишь до тех пор, пока еще не угасла вполне волна охлаждения и не прекратилось общее геосннклинальное опускание. Когда последнее закончится, завершится и поднятие.

Вместе с тем мы вступим  тогда в иную стадию развития структуры: поскольку закончились глубинное  сжатие и общее погружение, следует  считать, что геосинклинальный режим  отмирает; теперь вся система, равновесие которой было нарушено основной волной охлаждения, стремится вернуться в исходное положение (стадия А). Это будет достигнуто тем, что угасшая волна общего охлаждения сменяется такой же общей волной нагревания, а последняя через посредство расширения подкорового вещества выражается на поверхности в форме широкого вздымания всей территории геосинклинали.

Эти последние заключения дают нам возможность расчленить события, развивающиеся в течение геотектонического цикла, на явления двух порядков. К первому порядку принадлежит основная термическая волна, состоящая из двух ветвей: ветви охлаждения, вызванного магматическим взрывом перед началом цикла, и ветви нагревания, обусловленного простым стремлением системы вернуть утраченное равновесие.

Образование и рост центрального поднятия представляют собой явление  второго порядка, подчиненное геосинклинальному  погружению и функционально с  ним связанное.

Наметив, таким образом, схему  процессов, происходящих в течение  цикла в геосинклинальной зоне, мы должны теперь указать на те осложнения, которые, сопровождая эти процессы, делают невозможным точное возвращение системы в конце цикла в исходное состояние и которые, тем самым, превращают совокупность циклов из простой повторяемости в процесс, хотя и периодический, но имеющий некоторую общую направленность в своем развитии.

Первое осложнение связано  с тем, что, как это видно на рис. 1 (стадии С и Д), радиоэлементы, накапливающиеся под осевой частью геосинклинали, мигрируют сюда не только снизу—из более глубоких горизонтов, но в значительной степени и со стороны (на чертеже справа и слева), в горизонтальном направлении. Это следует из более или менее симметричного распространения волны охлаждения (и разуплотнения) от оси геосинклинали как на глубину, так и в стороны. В связи с этим в проекции на поверхность Земли рядом с зоной концентрации радиоэлементов, расположенной вдоль оси геосинклинали, ближе к обоим бортам ее всегда протягиваются зоны, где содержание радиоэлементов ниже нормального. Это — те зоны обеднения, откуда в данный момент в процессе дифференциации вещества происходит значительное «оттягивание» радиоэлементов в центральную зону обогащения.

По мере того как очаг концентрации радиоэлементов разрастается, связанные с ним зоны обеднения  смещаются, раздвигаясь все шире и мигрируя все дальше в направлении к окраинам геосинклинали. Когда, наконец, в результате угасания волны охлаждения дифференциация вещества, а вместе с нею и миграция радиоэлементов закончатся, расширение зоны обогащения и миграции соседних зон обеднения приостанавливаются. Однако конечное взаимное расположение этих зон при этом закрепляется, создавая в дальнейшем устойчивую неравномерность в распределении радиоэлементов в подкоровом веществе на месте бывшей геосинклинали. Эта неравномерность сводится к тому, что содержащихся в подкоровом веществе радиоэлементов приходится на единицу поверхности земли в центральных частях бывшей геосинклинали больше, чем на ее окраинах. Если для оси геосинклинали концентрация радиоактивных элементов на единицу поверхности выше нормы, то на окраинах геосинклинали она понижена. Отсюда следует, что когда волна сжатия затухает и начинается общее поднятие всей местности, это поднятие будет наиболее интенсивным в средних частях бывшей геосинклинали, тогда как на ее периферии мы вправе ожидать либо менее энергичного поднятия, либо даже медленного погружения земной коры, как бы продолжающего в некоторой степени предыдущее опускание всей геосинклинали.

Этим объясняется образование  краевых и передовых прогибов.

Расположение создающихся, таким образом, в конце цикла  зон поднятия и опускания изображено тоже на рис. 1 (стадия Е).

Второе осложнение, которым  также обусловливаются необратимые  изменения, препятствующие возвращению  системы по окончании цикла в  исходное состояние, заключается в  наличии чрезвычайно важного  для нас процесса гранитных интрузий.

В связи с последними значительное количество радиоэлементов поступает с глубины в земную кору, и тем самым центробежная миграция их для данного цикла завершается. Таким образом, происходит значительное необратимое изменение в распределении радиоактивных элементов в недрах. В конце цикла это распределение уже не похоже на то, которое было в начале: радиоактивное вещество теперь в большей степени сосредоточилось близ поверхности, и, следовательно, наши условные изорады под бывшей геосинклинальной зоной поднялись.

Предположим, что это подтягивание изорад вверх было недостаточным для того, чтобы полностью уничтожить тот прогиб их, который был характерен для начальной стадии А (рис. 1). Тогда, очевидно, к концу данного цикла не будет ликвидирована термодинамическая неустойчивость, с которой мы начали рассмотрение геотектонического