Беус А.А. Гоехимия литосферы

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 9. Изменение во вре-

мени средней величины от-

ношения окисного железа

к закисному в породах

фундамента и осадочного

чехла Русской (РП) и Севе-

роамериканской (АП) плат-

форм. По А. Б. Ронову

и А. А. Мигдисову

-3500-2700 М0-и0Я5-()~3500-2700- МО-бООЖО-

Абсолютное время, млн лет

ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ

Среднее содержание железа, установленное для кристалличе-

ских сланцев, хорошо выдерживается в глинах и глинистых сланцах

(табл. 62). При этом интенсивное развитие основного вулканизма

в архейских геосинклиналях находит четкое отражение в обогащении

железом докембрийских осадочных пород [99]. Начиная же с про-

терозоя имеет место заметное снижение содержания железа в гли-

нистых осадках, свидетельствующее о постепенном исчерпании

резервов архейских основных эффузивов и вовлечении в осадочный

цикл значительных масс кислых и средних пород (рис. 10). Парал-

лельно со снижением содержания железа в глинах и глинистых

сланцах увеличивается отношение Ге

/Ге

, отражая прогрессиру-

ющее увеличение количества кислорода в земной атмосфере (см.

рис. 9). Содержание железа в современных океанических осадках,

в общем, близко отмеченному для глин и глинистых сланцев (табл..63),

подчеркивая известную аналогию в седиментационном накоплении

железа в послерифейских глинистых осадках в глобальном масштабе.

С учетом соотношения глинистых и известковых осадков среднее

содержание железа в пелагических осадках может быть оценено

значением 3,66%.

Уже отмечалась исключительная роль окисного железа в транс-

портировке кислорода в глубокие зоны земной коры в процессе

развития геосинклиналей. Сравнивая среднее отношение Ре

/Ре

в глинах (2:1), глинистых сланцах (1 : 1) и кислых породах гра-

нитного ряда (1 : 1,4—1 : 2), можно ориентировочно оценить коли-

чество кислорода, освобождаемого при изменении глинистых осадков

в гранодиорит, порядком 1500—2000 г на каждую тонну гранитизи-

рованных осадков (исходя из среднего содержания железа в грано-

диоритах).

Железо в осадочных породах

Таблица 2>I

Породы, регионы

(в скобках объем выборки)

ЗС, %

\ех

8 или

Я,

А или

Е или

Е,

Источник

информации

Глинистые сланцы

Среднее по 24 регионам

земного шара (24) * . . .

СССР, геосинклинальные

регионы, общая выборка

(48)

Малайзия (22) ....

Канада (41)

4,80 ±0,75

515

4,70

4,54

1,88

2,30

2,04

2,02

0,39

0,45

0,43

0,49

0,26

0,34

0,29

—0,38

-0,66

-0,60

[131]

Глины

Среднее по 20 регионам

земного шара (20) ** . .

Платформенные регионы,

общая выборка (62) . .

Геоспнклинальные регионы,

общая выборка (56) . .

Русская платформа (40)

4,80 ±0,46

4,25

4,94

3,94

—

1,05

1,41

1,53

1,34

0,23

0,33

0,31

0,34

—

Пески н песчаники

Среднее по 20 регионам

земного шара (20) *** . .

2,80±0,40

0,70

0,25

— —

Известняки

Среднее по 20 регионам

земного шара (20)****

Канада (43) ..'....

Малайзия (23)

О-в Мадагаскар (20) . . .

0,86

0,80

0,31

2,20

—0,126

—0,327

—0,609

0,267

0,281

0,457

0,298

0,277

0,45

0,79

0,48

0,44

0,05

—1,03

[251]

[131]

[154]

[207]

Доломиты

[251]

[131]

[154]

[207]

Общая (глобальная) вы-

борка (94)

Канада (20)

0,30

0,83

—0,664

-0,323

0,335

0.485

0,53

0,85

0,39 1,00

[251]

* Сноски см. в табл. 30.

В табл. 64—66 вычислено распределение железа в осадочной

и «гранитной» оболочках литосферы, а также в магматических поро-

дах платформенных и геосинклинальных областей континентальной

коры (также для «гранитной» оболочки). Некоторое накопление железа

в интрузивных породах геосинклинальных областей обусловлено

более широким развитием здесь гранодиоритов. В связи с прибли-

женным характером подобных подсчетов, вызванным отсутствием

112

Рис.

10.

Изменение

во

времени среднего

содержания железа

глинах

и их

мета-

морфических эквивалентах

на

Русской

(РП), Североамериканской

(АИ)

платфор-

мах

Бразильском щите (Бр.щ).

По

А.

Б.

Ронову

н А. А.

Мигдисову

Таблица

Железо

современных осадках

Осадки, регионы

(в скобках объем выборки)

Я,

8 или

или

Источник

информации

Глубоководные глинистые

[182]

океанические

(53) ....

5,60

±0,40

—

1,46 0,27

0,80

1,01

[182]

Залив Пария, Венесуэла

1,46 0,27

[182]

(12):

глины

5,20

—

0,69

0,13

— —

пески

3,10

1,20 0,39

— —

Глубоководные карбонат-

3,10 1,20 0,39

ные

(14)

1,84*

0,187 0,276 0,43

[182]

* Точность оценок недостаточна.

| ' I 1—1

-3500—2700 1т-в00-22Ь0~

Абсолютное Время,

млн лет

Таблица

Распределение железа

осадочной оболочке литосферы

на

континентах

Породы

Среднее

содер-

жание железа,

Коэффициент

вариации

содер-

жаний

Распространен-

ность в относи-

тельных %

Распространен-

ность пород

в % от

массы

оболочки

Осадочные

Глинистые сланцы

Глины

Пески

песчаники

Карбонаты

Эвапориты

4,80

2,80

0,86

0,29

0,39

0,23

0,25

0,45

Не

опр.

53,0

25,4

20.8

0.8

8 Заказ

1605

113

П родолжение табл. 55

Породы

Среднее

содер-

жание

железа,

Коэффициент

вариации

содер-

жаний

Распространен-

ность

относи-

тельных

Распространен-

ность

пород

% от массы

оболочки

С реднее

3,44

0,32

100,0

80,4

Эффузивные

Базальты платформенные

Базальты геоспнклинальные

Андезиты

Дациты

Кислые эффузивы

Трахиты

Фонолиты

9,00

8.40

5,00

3,34

1,77

3,30

3,00

0,13

0,12

0,18

0,22

0,32

0,28

0,24

5.6

31,1

41,3

0,8

21,0

0,1

ОД

С реднее 5,60

0,19

100,0

19,6

Среднее для осадочной оболочки на

континентах

3,86

0,29 100,0

Таблииа 65

Распределение железа в магматических породах

платформенных и геосинклинальных областей

Породы

Платформенные

к, %

Распростра-

ненность

в относи-

тельных %

Геосинклинальные

Распростра-

ненность

в относи-

тельных %

Гранит

Гранодиорит . . . .

Кварцевый диорит .

Диорит .......

Габбро

Перидотит

Дунит

Сиенит

Нефелиновый сиенит

Среднее

2.00

3,30

4,86

6,10

7,85

10,1 1

11,2 I

3,90

3,40

74.0

1.60

10,8

3,30

2,4 4,86

1,4

6,10

10,0

7,85

0,3

7,20

7,00

1,0

3,90

0,1

3,40

43,0

4,0

2.0

7,0

0,3

0,6

0,1

2,87

100,0 3,18

100,0

1 14

Таблица

Распределение железа

«гранитной» оболочке литосферы

Породы

Среднее

содер-

жание

железа, %

Коэффициент

вариации содер-

жаний

Распространен-

ность в относи-

тельных %

Распространен-

ность

пород в %

от

массы обо-

лочки

Магматические

Гранодиорит

Кварцевый диорит

Диорит

Габбро

Перидотит

Дунит

Сиенит

Нефелиновый сиенит

1.85

3,30

4.86

6,10

7,85

8,68

8,90

3,90

3,40

0,12

0,19

0,20

0,16

0,14

0,26

0,20/

0,32

0,34

63,7

21,5

2,9

1,6

9,0

0,3

0,9

0,1

Среднее

2,90 0,14

100,0 53,4

Метаморфические

Гнейсы

Кристаллические сланцы

Кварциты

песчаники

Амфиболиты

Карбонаты

3,90

4,80

1,90

8,80

2,24*

0,27

0,24/

0,25

0,10

Не

опр.

84,0

7,0

8,2

0,8

С реднее

4.53 0,24 100,0

46,6

Среднее

для

«гранитной» оболочки

ли-

тосферы

3,66

0,19

По

данным

А. Б.

Ронова

и А. А.

Мигдисова

[99].

точных данных

соотношениях гранитов

гранодиоритов

земной

коре, существенность этого различия проверить

не

представляется

возможным.

5. МАГНИЙ

Подобно железу магний является характерным элементом мантии

Земли, роль которого существенно уменьшается

по

мере перехода

в верхние горизонты литосферы. Однако

отличие

от

железа магний

115

Таблица 2>I

Магний в ультраосновных породах

*, %

Источник

информации

24,4 ±1,3

2,76

0,11

25,7

25,0

28,0

2,82

2,97

1,60

0,11

0,12

0,06

0,29

0,24

-0.35

-1,23

Г. В. Пинус

[79]

20,5 ±1,6

4,36

0,21

0.08

^-0,52

18,3

1,83

0,10

—

Точность

оценок

недоста-

точна

22,7

1,82

0,08

—

То же

19,0

22,4

5,74

4,65

0,30

0,21

—

27,0

1,52

(0,06)

0,32

0,07

Г. В. Пинус

[79]

18,0

4,03

0,23

—

20,5

6,15

0,30

—

И,5 ±1,06

11,6

17,4

3.18

2,06

5.19

0,28

0,18

0,30

0,07

-0,69

12,3

3,02

0,25 —

—

13,5+2,65

5,42 0,40

—

14,0

5,60

0,40

—

Породы, регионы

(в-скобках объем выборки)

Дуниты

Среднее по 18 регионам

земного шара (18) * . . .

То же, пересчет на свежий

дунит с 0,5% воды (17)

СССР, Урал (32) .....

СССР, юг Сибири (25) . .

Перидотиты

Среднее по 28 континен-

тальным регионам земно-

го шара (28) **.....

Среднее по 14 платформен-

ным регионам земного

шара (14)

Среднее по 14 геосинкли-

нальным регионам зем-

ного шара (14)

Европа, платформенные ре-

гионы, общая выборка

(20)

СССР, Урал (26)

СССР, юг Сибири, гарц-

бургиты (32)

Африка, общая выборка

(25)

Северная Америка, общая

выборка (20)

Пироксениты

Среднее по 35 регионам

земного шара (35) *** . .

СССР, Урал (33)

Южная Африка (20) . . .

Северная Америка, общая

выборка (24)

Кимберлиты

Среднее по 16 районам

(16)****

То же, пересчет на свежий

кимберлит с 0»5% воды

(16)

* Сноски см. в табл. 19.

116

Продолжение табл. 72

Породы, регионы

(в скобках объем выборки)

Я %

Источник

информации

Южная Африка (56) . . .

То же, пересчет на свежий

кимберлит с 0,5% воды (56)

Пикриты

15,1

17,4

2.95

3,48

0,20

0,24 0,23

Среднее по 12 районам

(12)*****

14,7 ±1,6 2,81

0,19

—

***** Сноску см. в табл. 19,

на ранних стадиях магматической кристаллизации гораздо более

мобилен, и его средние содержания в различных типах ультраоснов-

ных и основных пород колеблются достаточно резко.

МАГМАТИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

В группе ультраосновных пород колебания в среднем содержании

магния в ряде случаев превышают 100% (табл. 67). Подобно тому,

что отмечалось для железа, среднее содержание магния в ультра-

основных породах (дунитах и перидотитах), развитых в пределах

древних платформ и геосинклинальных регионов, не равнозначно.

К сожалению, ограниченный объем информации, доступной по дуни-

там, не позволяет подтвердить намеченное различие (25,0% для

платформенных дунитов и 27,2% для дунитов геосинклинальных

зон) статистически, однако в случае перидотитов различие одно-

значно обосновывается при помощи статистических критериев.

При этом (в противоположность железу) более высокое содержание

магния характерно для дунитов и перидотитов, формировавшихся

в пределах геосинклинальных зон.

Соотношение различных групп дунитов дано на рис. 11, где наме-

ченное разделение на платформенную и геосинклинальную их фации

прослеживается достаточно четко. При этом характерно обогащение

железом дунитов океанических островов (о-в Реюньон)

и нахожде-

ние точки, представляющей дуниты Урала (связанные с тектони-

ческой зоной глубокого заложения) в пределах поля плаформенных

дунитов. Минимальное содержание железа в группе платформенных

дунитов показало среднее для 27 оливиновых включений из кимбер-

литов и базальтов [212]. Подобные реликтовые включения мантий-

ного вещества, вероятно, должны рассматриваться как остаточные

продукты выплавления мантии, закономерно потерявшие часть

железа в процессе выплавления.

На диаграмму не нанесены резко обогащенные железом гортонолитовые ду-

ниты Африки,

117

Ге.И

21 •

»Южная Африка.

И'

н?

н^

га*

га»

о-В Реюньон

Прибайкалье

ОлибиноНые

надули

24 28 Мд.%

Рис. 11. Вариационная

диаграмма железо —

магний в дунитах

1— дуниты платформенных

областей; 2 — дуниты гео-

синклинальных областей;

3 — дуниты океанических

островов; 4 — кимберлиты;

5 — пикриты (4 и 5 для

сравнения)

Таким образом, как уже отмечалось при обсуждении распределе-

ния железа в ультраосновных породах, в пределах верхней мантии

имеет место четкая дифференциация ультрабазитов по содержанию

железа и магния. Причиной подобной дифференциации, вероятно,

являются достаточно резкие различия в температурах плавления

и удельных весах силикатов железа и магния. Как известно, кри-

сталлизация оливина и пироксена из расплава приводит к обогаще-

нию остаточной жидкости железом по сравнению с магнием. Первыми

из расплава обычно выделяются кристаллы, обогащенные магнием,

хотя результаты экспериментальных работ Боуэна с сотрудниками

позволяют судить, что в системе М§0—РеО—8Ю

из расплавов

с умеренным содержанием железа первыми выделяются пироксены,

которые затем реагируют с расплавом с образованием оливинов,

•обогащенных железом [150]. Казалось бы, ранняя кристаллизация

обогащенных магнием оливинов и пироксенов из очагов ультраоснов-

ного расплава может вызвать отжимание богатой железом остаточ-

ной жидкости в верхние горизонты мантии или в земную кору.

•Однако в целом подобное явление маловероятно из-за значительно

большей плотности силикатов железа по сравнению с аналогичными

соединениями магния, что особенно резко проявляется в слу-

чаях оливина (фаялит й = 4,14; форстерит ё — 3,19) и граната

(Мд

А1

[8Ю

]

— й — 3,5; Р

вз

А1

[8Ю

], - й = 4,2).

Подобные свойства силикатов магния и железа, а также высокая

плотность окисных соединений железа в условиях верхней мантии

должны были явиться причиной гравитационной дифференциации

вещества в направлении обогащения магнием верхних горизонтов

мантии и постепенного увеличения содержания железа с глубиной.

Подобная дифференциация в условиях мантийных высоких темпера-

тур должна иметь место и до перехода вещества в жидкое состояние,

т. е. до появления очагов расплава. Результатом дифференциации

является также некоторая перестройка катион-кислородного каркаса

118

мантии в соответствии с отмеченной тенденцией к уменьшению общего

содержания кислорода и увеличения отношения сумма катионов —

кислород в направлении глубоких частей мантии. Убедительное

подтверждение подобной тенденции — существенное обогащение маг-

нием и обеднение железом, дунитов и перидотитов океанического

дна, поднимаемых при тралении и, вероятно, представляющих

наиболее верхние горизонты мантии.

Среднее содержание магния в перидотитах платформенных обла-

стей близко к кимберлитам (особенно кимберлитам Африки) и пикри-

там. Характерна также близость отношений Ре/Мд и 81/М& в ким-

берлитах и платформенных пикритах (табл. 68). Рассматривая ким-

берлиты и пикриты как наиболее глубинные выплавки мантийного

вещества [19, 43, 212], можно сделать вывод и о связи относительно

бедных магнием платформенных перидотитов с более глубокими

горизонтами мантии по- сравнению с их геосинклинальными анало-

гами. В табл. 68 ультраосновные породы расположены в порядке

убывания величины среднего Ре/М^ отношения.

Таблица 68:

Отношения Ге/Мд и 81/Мц в ультрабазитах

Породы Ге/Мд

81/Ме

Пироксенит

0,78

2,1

Пикрит

0,65

1,3

Кимберлит

0,56

1,3

Перидотит платформенный

0,55

1,1

Дунит платформенный

0,45 0,75

Перидотит геосинклпнальный

0.32

0,83

Дунит геосинклинальный

0,26

0,72

Перидотит океанического дна

0,24

Не рассматривая пироксениты, положение которых в общей схеме

не вполне ясно, следует отметить общую закономерность, выража-

ющуюся в уменьшении величины Ре/М§ отношения (т. е. в относи-

тельном увеличении роли магния и уменьшении роли железа) от

пикритов и платформенных перидотитов через кимберлиты и плат-

форменные дуниты к ультрабазитам геосинклиналей. В этом же

направлении изменяется и величина отношения 81/М§.

С рассматриваемой позиции значение 39,32% М§0 (23,60% М§),

предлагаемое А. Рингвудом и др. [90], а также 41,3% М§0 (24,78%

М^), вычисленное П. Харрисом и др. [212] как среднее содержание

магния в недифференцированной верхней мантии, может быть-

отнесено лишь к обогащенным магнием ультраосновным дифференци-

атам верхней мантии и вряд ли может представлять ее средний состав.

Количественные соотношения между различными типами ультра-

базитов в литосфере точно неизвестны, хотя резкое преобладание

И9>

перидотитов над другими типами ультраосновных пород несомненно.

До получения более определенных характеристик значение 21 %

может быть принято как наиболее вероятное среднее содержание

магния в ультраосновных породах.

В основных породах по сравнению с ультрабазитами содержание

магния падает более чем в три раза (табл. 69 и 70). При этом габбро-

иды геосинклинальных регионов в среднем содержат на 22% (отно-

сительных) меньше магния, чем габбро древних платформ, т. е.

в данном случае имеет место закономерность, обратная отмеченной

для ультрабазитов.

Если же попытаться сопоставить в глобальном масштабе распре-

деление магния в габбро и базальтах, то окажется что габбро гео-

синклинальных регионов с этой точки зрения точно соответствует

континентальным базальтам, а габбро древних платформ — океани-

ческим базальтам:

Отмеченную особенность распределения магния в габброидах

можно объяснить более глубинным происхождением габбровых

пород, связанных с зонами разломов глубокого заложения, в пре-

делах древних платформ. Содержание магния заметно увеличивается

также в тех сериях геосинклинальных габброидов, для которых

имеются геологические предпосылки, их связи с глубинными разло-

мами. Так, габбро Урала по содержанию магния соответствуют

платформенным габбро и, соответственно, близки океаническим

базальтам.

Переходя к средним породам, необходимо подчеркнуть доста-

точно четкое расчленение андезитов по содержанию магния на две

основные группы (табл. 71). Наиболее обширная из них — андезиты

геосинклинальных регионов — по содержанию магния соответствует

кварцевым диоритам. Заметно обогащены магнием андезиты, раз-

витые в пределах древних платформ: в них среднее содержание

магния приближается к содержанию свойственному диоритам.

Содержание магния в андезитах заметно увеличивается в регионах,

где эффузивные серии, содержащие андезиты, связаны с глубинными

зонами разломов в пределах древних щитов (Восточная Африка,

о-в Мадагаскар и др.). Характерно, что андезиты Тихоокеанского

вулканического пояса по содержанию магния занимают как бы

переходное положение между двумя намеченными группами. Сред-

нее содержание магния в тихоокеанских андезитах аналогично вы-

веденному среднему значению для андезитов литосферы. Взаимо-

отношения между различными группами средних пород наглядно

120

Мв, %

габбро древних платформ

океанические базальты

габбро геосинклиналей

континентальные базальты

4,65 0,70

4,60 0,75

3,80 0,71

3,93 0,67