Статьи о граните
Спасибо!

В ближайшее время с Вами свяжется наш специалист и ответит на все, интересующие Вас, вопросы.

Обратный звонок

Оставьте Ваш контактный номер телефона и в ближайшее время мы Вам перезвоним!

  • Ваше имя
  • Ваш телефон
+7 (495) 225-25-50

ГРАНИТЫ - ВИЗИТНАЯ КАРТОЧКА ЗЕМЛИ

(почему их нет на других планетах)Л. В. МАХЛАЕВ
Сыктывкарский государственный университет

ГРАНИТЫ - ВИЗИТНАЯ КАРТОЧКА ЗЕМЛИ

ГРАНИТЫ НА ЗЕМЛЕ И ДРУГИХ ПЛАНЕТАХ

Среди горных пород, слагающих внешнюю оболочку Земли (литосферу), наиболее распространенными являются граниты и базальты, покрывающие более 3/4 поверхности нашей планеты, включая и дно океанов. Можно было бы ожидать, что они столь же широко развиты и на других планетах земного типа. Однако на других небесных телах гранитов не нашли. Так, измерения отражательной способности Луны, выполненные в ряде обсерваторий мира в 30-х годах нашего века, показали, что по этому показателю материал поверхности Луны соответствует базальту, а аналогов гранита в его составе нет. Несколько позже такие же выводы были сделаны и о Марсе. Начало космической эры подтвердило эти заключения: исследования с помощью космических зондов, спускаемых аппаратов, и, наконец, непосредственный отбор образцов с поверхности Луны показали, что базальты действительно развиты на поверхности этих планет, а вот граниты на Луне и Венере практически отсутствуют и уж во всяком случае не формируют обособленных зон литосферы, подобных гранитному слою континентальной коры Земли (сиалю). Ситуация с Марсом несколько сложнее. Последние исследования, выполненные американским "марсоходом" (автоматическим зондом), показали высокое содержание кремнезема во многих пробах марсианского грунта, что дает основание допускать возможность существования на этой планете гранитов или родственных им пород. Однако и там нет оснований говорить о существовании, как на Земле, обособленного гранитного слоя.

Получается, что из двух преобладающих горных пород нашей планеты одна (базальт) оказалась породой "космической", то есть развитой повсеместно, тогда как другая (гранит) оказалась породой сугубо земной. Этот факт, несомненно, может иметь принципиальное значение и свидетельствовать о каких-то кардинальных различиях в природе этих пород. Интересно, что попытки реконструировать далекое геологическое прошлое Земли подтверждают, что ранее такого различия между Землей и другими планетами земного типа не существовало. Еще в самом начале ХХ века было высказано предположение, что, поскольку основной объем глубинных зон литосферы и подстилающей ее мантии сложен породами ультраосновного состава (гипербазитами), не содержащими полевых шпатов и кварца, их плавление (даже выборочное) могло породить только базальтовый расплав, а потому первичная кора Земли должна была быть базальтовой, то есть такой же, как кора Луны, Марса и Венеры. Обоснование такой концепции было дано величайшим геологом, естествоиспытателем и философом ХХ века В.И. Вернадским. Сейчас представления о базальтовом составе древнейшей протокоры Земли разделяют большинство исследователей. Но не означает ли это, что гранитная оболочка формируется на более поздней стадии эволюции планет, чем базальтовая?

Земля вступила в эту стадию без малого 4 млрд лет тому назад (таков возраст древнейших земных гранитов), тогда как другие планеты по каким-то причинам так и не вышли из ранней протобазальтовой стадии и граниты на них не сформировались.

Если это так, то вопрос о том, почему граниты развиты только на Земле, можно несколько переформулировать: "Чем еще, помимо присутствия гранита, Земля отличается в данное время и отличалась в своей геологической истории от других планет?" Таких различий немало, но для геолога важнейшими являются три: присутствие в атмосфере Земли свободного кислорода и паров воды, присутствие жизни, выступающей в качестве активного геохимического фактора, определяющего особый, отличный от других планет характер круговорота вещества, в пределах внешних оболочек Земли и, наконец, наличие больших масс жидкой свободной воды, формирующей систему морей и океанов - гидросферу. Эти особенности в совокупности приводят к тому, что только на Земле проявлен полный цикл литогенеза (формирования осадочных пород), начинающийся с химического и биохимического выветривания, то есть глубокого разложения выходящих на поверхность кристаллических пород, последующего переноса продуктов выветривания в воздушной или водной среде, сопровождающегося их разделением по химическим и механическим свойствам (так называемая осадочной дифференциацией) и, наконец, осаждением, которое и приводит собственно к образованию осадочных пород. Именно из-за этих причин мощность осадочного покрова на Земле несоизмеримо больше, чем на других планетах, несравненно богаче и многообразнее набор слагающих этот покров осадочных горных пород, среди которых ведущую роль играют переотложенные продукты глубокого химического выветривания и морские осадки.

Итак, из всех известных планет только Земля имеет мощный осадочный чехол и только Земля имеет гранитный слой в составе литосферы. Случайно ли это? Нет ли связи между процессами литогенеза и гранитогенеза, несмотря на принадлежность первого к поверхностным (экзогенным) явлениям, а второго к внутренним - эндогенным? Вопрос нетрадиционный, но достаточно правомерный.

ЛИТОГЕНЕЗ И ГРАНИТООБРАЗОВАНИЕ

Геологу, не занимающемуся этой проблемой специально, сама постановка вопроса о возможной взаимосвязи литогенеза и гранитообразования представляется нарочитой. Однако такое предположение вполне логично и при всей кажущейся парадоксальности совершенно не противоречит господствующим в современной науке представлениям о происхождении гранитов, с которыми можно ознакомиться в статьях "Соросовского Образовательного Журнала" [1, 2]. В конечном счете любая модель гранитогенеза должна ответить на главный вопрос: как из базальтового вещества первичной земной коры были сформированы граниты?

До середины нашего века в геологии магматических процессов почти безраздельно господствовала гипотеза кристаллизационной дифференциации, согласно которой гранитное вещество отделяется в форме расплава (гранитной магмы) от исходной магмы базальтового состава в процессе ее остывания и кристаллизации. Первыми кристаллизуются более тугоплавкие минералы (магнезиально-железистые силикаты), которые тонут в расплаве, поскольку обладают большей плотностью. В итоге из магмы удаляются Mg, Fe, Ca и в ней возрастает относительное содержание легких компонентов - кремнезема и щелочей. Таким образом, состав расплава постепенно эволюционирует от базальтового к гранитному. Такая модель и сейчас принимается некоторыми исследователями, хотя отдельные важные детали этого процесса вызывают сомнения. Во-первых, скорость осаждения магнезиально-железистых силикатов в магме не может быть большой, так как плотности этих минералов (3,6-4,4 г/см3) не так уж существенно отличаются от плотности базальтового расплава (2,9 г/см3). К тому же велика вязкость магмы. Это делает гравитационное отделение минералов от расплава малоэффективным. Во-вторых, при таком процессе на каждую единицу объема гранита должно формироваться в несколько раз большее количество пород среднего состава, промежуточных между гранитами и базальтами, - диоритов. В природе же отношения обратные: диоритов в десятки раз меньше, чем гранитов. Так что, если магматическая дифференциация и существует, не она ответственна за происхождение главных объемов природных гранитов.

В настоящее время большинство петрографов считают гранитную магму независимой от базальтовой, полагая, что она образуется в результате частичного (селективного) плавления материала литосферы по эвтектической схеме. При таком процессе при нагревании до 600-650?С любая горная порода, содержащая кварц и полевые шпаты, будет частично плавиться с образованием расплава гранитного состава [1]. Однако базальты не содержат кварца, поэтому получить непосредственно из них путем селективного плавления гранитный расплав невозможно.

Многие полагают, что селективному плавлению базитов предшествуют их метаморфическая перекристаллизация с последующей переработкой (гранитизацией) продуктов этого метаморфизма (метабазитов) под воздействием восходящих флюидных потоков глубинного происхождения [2]. В ходе гранитизации в метаморфизованных и перекристаллизованных базальтах развиваются кварц, калиевый полевой шпат, кислый плагиоклаз. Метабазальты преобразуются в гнейсы и даже гранитогнейсы, а уже при селективном плавлении этих пород формируется гранитная магма. Не исключая возможности проявления подобных процессов на Земле, нужно отметить, что нет никаких видимых препятствий для их реализации и на других планетах (на Марсе, Венере). Однако в их литосфере нет гранитного слоя, аналогичного земному. Видимо, одного воздействия глубинных флюидов недостаточно, чтобы преобразовать базальтовое вещество в гранитное, чтобы за счет материала первичной базальтовой протокоры получить существенные объемы гранитов.

Ситуация, однако, принципиально меняется, если базальт подвергается глубокому химическому выветриванию с последующим разделением компонентов в экзогенных условиях - осадочной дифференциацией. Эти экзогенные процессы обеспечивают гораздо более эффективное отделение кремнезема (SiO2), главного компонента гранитов, от базитовых компонентов - Mg, Ca, Fe. При химическом выветривании минералы базальта - силикаты магния, железа и кальция (оливин, пироксен, основной плагиоклаз) разлагаются. В конечном счете после серии последовательных преобразований слагающие их элементы переходят в той или иной форме в водный раствор. Если из магматического расплава, кристаллизующегося при температуре около 1000?C, все эти компоненты выделяются практически одновременно, формируя названные выше минералы, то выпадение их из водных растворов (в приповерхностных условиях при значительно меньшей температуре) подчиняется иным законам и правилам. Кальций и магний реагируют с растворенным в воде углекислым газом и образуют карбонаты - кальцит и доломит, являющиеся главными минералами широко распространенных карбонатных осадочных пород: известняков, доломитов, писчего мела. Железо, соединяясь с кислородом и водой, дает гидрооксиды - гетит и гидрогетит (бурый железняк), но может образовывать и карбонаты - как чисто железистые (сидерит), так и магний-кальций-железистые (анкерит). Кремнезем дает хемогенные и биохемогенные кремнистые осадки - кремнистые илы, кремнистые сланцы. Алюминий связывается в гидрооксидах (диаспор, гидраргиллит) либо в слоистых алюмосиликатах (каолинит, гидрослюды), являющихся главными компонентами глин. Таким образом, в приповерхностных условиях пути бывших компонентов базальта расходятся, из некогда единого вещества образуются породы разного состава. Если в типичных базальтах содержание SiO2 незначительно колеблется около 50%, то в формирующихся за счет выветривания базальтов осадочных породах, оно может варьировать от нуля (известняки, доломиты) почти до 100% (кремнистые осадки). Магматическая дифференциация такого эффективного разделения не дает.

Таким образом, за счет базальтовой протокоры могли сформироваться первые в истории Земли осадочные отложения, метаморфизм которых порождал первые гнейсы, подготавливая таким образом материал протокоры к последующей гранитизации (рис. 1). Эта концепция также была впервые выдвинута В.И. Вернадским. Ее основы изложены в посмертно опубликованной главной книге этого величайшего ученого "Химическое строение биосферы Земли и ее окружения" [3]. Приведем лишь две (поистине ключевые для рассматриваемой проблемы) цитаты из нее: "Гранитная оболочка является конечной фазой изменения процессом гранитизации метаморфической оболочки, может быть иногда прямо осадочной". И еще более лаконичное и конкретное высказывание: "Не будь на Земле осадочных процессов, не было бы и гранитов".

Очень много для обоснования этой гипотезы было сделано Н.В. Фроловой, труды которой в настоящее время незаслуженно забыты. Н.В. Фролова писала, что сейчас на базальтах в зоне тропического климата развиваются мощные латеритные коры выветривания. В раннем докембрии атмосфера Земли была горячей и высококислотной (теперь мы определили бы ее как атмосферу "венерианского типа"). В таких условиях химическое выветривание повсюду должно было идти даже интенсивнее, чем в современных тропиках. Химическое разложение силикатов приводило к высвобождению и выносу из подвергавшихся выветриванию пород протокоры огромных объемов кремнезема, а также магния, кальция, железа. При впадении рек в моря (среду с иными значениями pH, Eh, иной соленостью) происходило разделение выносимых продуктов выветривания. В непосредственной близости к континентам осаждался гель кремнезема, сорбировавший щелочи и глинозем, преобразовывавшийся при диагенезе в хемогенные кремнистые осадки и глины. Эти осадки при метаморфизме стали кварцитогнейсами и гнейсами, гранитизация и частичное плавление которых породили первые в истории Земли гранитоиды [4].

Подчеркнем, что первичные граниты, по Н.В. Фроловой и В.И. Вернадскому, сформировались в конечном счете из базальтов, то есть предложенная ими схема показывает, каким образом из вещества базальтовой протокоры можно получить граниты (рис. 2). В начале 70-х годов к аналогичным выводам пришел В.М. Синицын. В монографии "Сиаль" он писал, что гранитный слой "мог образоваться только на планете с атмосферой и гидросферой, преобразующими энергию солнечных лучей посредством климатических процессов в геологическую работу. Небесные тела, лишенные атмосферы и гидросферы (Луна, Марс), по-видимому, не имеют аналогов земному сиалю" [5, с. 5].

В дальнейшем взгляды В.И. Вернадского на связь процессов гранитообразования с предшествующим литогенезом развивал в своих работах В.Л. Барсуков, их поддерживал А.В. Сидоренко. Из зарубежных исследователей аналогичную концепцию разрабатывал известный шведский петролог и геохимик Т. Барт. Мной и другими исследователями независимо друг от друга были предприняты попытки оценить относительный вклад предшествующих литогенетических процессов в формирование конкретных гранитных серий и ассоциаций различных регионов мира на основе выявления первичной литологической природы пород, послуживыших исходным материалом для этих гранитоидов - гранитообразующих субстратов. Были выработаны критерии, позволившие выделить из всей массы гранитоидов разновидности, сформированные за счет метаморфизованных глинистых отложений (апопелитовые), песчаников грауваккового состава (апограувакковые)и т.д. [6].

В последние 20-25 лет много свидетельств в пользу существования реальной связи между процессами литогенеза и гранитообразования дали геохимические исследования. Определение вариаций содержаний малых элементов и анализ их количественных отношений показали, что большинство изученных гранитов обогащено элементами, свойственными осадочной оболочке, - элементами-индикаторами экзогенных (осадочных) геохимических циклов. Еще нагляднее подтверждает это изотопная геохимия: изотопные отношения Nd, Sr, O, S показывают, что вещество гранитов, как правило, проходило в своей предыстории через химическое выветривание и осадочную дифференциацию.

Обобщение геохимических и изотопно-геохимических данных позволило известным современным геохимикам С. Тейлору и С. Мак-Леннану независимо повторить выводы Вернадского-Синицына и также прийти к заключению, что "континентальная кора гранитного состава имеется только на Земле" и что причиной этого, по-видимому, является "присутствие жидкой воды на поверхности Земли" [7, с. 363]. Подчеркиваем, речь идет не о глубинных водных флюидах, обусловивших гранитизацию и плавление, а именно о поверхностных водах - гидросфере. Еще более четко (почти афористично) выражена эта мысль в названии одной из более ранних статей С. Тейлора: "Нет воды - нет гранитов, нет океанов - нет континентов". Последнее приводит к несколько неожиданным и далеко идущим выводам. Присутствие жидкой воды является едва ли не определяющим условием развития и существования жизни. Изучение современных кор выветривания показывает, что наиболее эффективно их формирование идет при участии живых организмов и (или) продуктов их жизнедеятельности.

Принцип актуализма ("настоящее - ключ к пониманию прошлого") позволяет предположить, что так же должно было быть и в в отдаленные геологические эпохи. Основываясь на этом, В.И. Вернадский еще в начале века писал, что "гранитная оболочка нашей планеты по своему веществу отвечает метаморфизованному, мигматизированному и часто переплавленному веществу... былых биосфер" [3, с. 75]. Эту мысль он повторял неоднократно, в разных работах, в разной форме, утверждая, что без воздействия на кристаллические породы живых организмов не может быть полноценного химического выветривания, а без химического выветривания не образуется материал, способный давать граниты. Следовательно, по мнению В.И. Вернадского, если нет живых организмов, то не будет и гранитов. Эта идея В.И. Вернадского не нашла отклика у его современников, но в наше время она привлекла внимание многих исследователей. Приведенное высказывание многократно цитировалось в последние 20 лет разными авторами. И все же это положение не стало еще предметом научных исследований. Его нельзя назвать пока даже гипотезой - это не более чем идея. Поэтому сейчас для нас важнее другое, более общее и более обоснованное положение: нет процессов осадкообразования - нет гранитов. Принятие этой концепции характеризует гранитогенез как результат длительной и многоэтапной эволюции верхней части континентальной коры, с обязательным включением в эту последовательность экзогенных геохимических процессов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нужно подчеркнуть, что речь вовсе не идет о возможности образования гранитов "осадочным путем". Рассматриваемая в этой статье гипотеза отнюдь не противоречит ни одной из ведущих современных научных концепций происхождения гранитов. "Литогенетическая" модель гранитообразования не отвергает ни механизма корового анатексиса (эвтектоидного селективного плавления), ни гранитизирующего воздействия восходящих мантийных флюидов. Речь идет лишь о том, что этим событиям должны (для их полной реализации) предшествовать экзогенные геохимические преобразования, и прежде всего химическое выветривание и осадочная дифференциация. Эти процессы приводят к формированию осадочных пород, многие из которых гораздо ближе по своему химическому составу к гранитам, чем исходные базальты. Именно эти осадочные породы преобразуются впоследствии при метаморфизме в кристаллические сланцы и гнейсы, гранитизация и плавление которых дают в конечном счете граниты. Мы полагаем, что именно этот механизм мог так преобразовать существенно базальтоидное вещество земной протокоры, что стало возможным формирование за его счет гранитного слоя, развитого на Земле и отсутствующего на других планетах