Наша Земля (происхождение, состав, строение и развитие изначально гидридной Земли)

Обнаруженная нами зависимость распределения химических элементов от их потенциалов ионизации заставляет внести существенные коррективы в изотопную геохимию. В данном разделе рассматриваются системы: уран-свинцовая, самарий-неодимовая, рубидий-стронциевая, а также некоторые аспекты изотопии гелия.

В основе традиционно сложившихся представлений в изотоп-ной геохимии лежат три исходных положения.

Первое — закон радиоактивного распада, при этом предполагается, что константы распада во все времена сохранялись неизменными.

Второе — изначальные (стартовые) отношения изотопов у каждого элемента (⁸⁷Sr /⁸⁶Sr , ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd, ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb, ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb ) были одинаковы во всех частях Солнечной системы.

Третье — на Земле и в метеоритах (т.е. в поясе астероидов) изначальные отношения элементов ( Sm/Nd, U/Pb и др.) были одинаковы.

Мы целиком принимаем «первое» и «второе» положения, но вынуждены отвергнуть «третье», так как обнаружили зависимость распределения элементов в Солнечной системе от их потенциалов ионизации (см. рис. 4 ) . Как вы помните (см. разделы 1 и 2 ) , эта зависимость была обусловлена магнитной сепарацией элементов на стадии формирования протопланетного диска. Поэтому изначальные отношения Rb/Sr, Sm/Nd и U/Pb в зоне формирования Земли оказались гораздо выше, чем в зоне пояса астероидов, поскольку потенциалы ионизации элементов в числителе меньше таковых в знаменателе.

На рис. 41-а показана традиционно принятая модель Rb/Sr-системы, отражающая характер эволюции отношения ⁸⁷Sr / ⁸⁶Sr в коре и мантии. Обратите внимание, на этой модели мантийный резервуар никак не отреагировал на появление континентальной коры. Такое было бы возможно, если бы мантия была бесконечно большим резервуаром рубидия в сравнении с корой. Однако, в рамках той же традиционной точки зрения, это заведомо не так, и поэтому следовало бы учитывать существенное обеднение мантии рубидием при образовании коры. Соответственно, линия развития отношения ⁸⁷Sr / ⁸⁶Sr в мантии обязана иметь излом, привязанный к моменту формирования коры, и далее (во времени) должна была бы идти с меньшим наклоном, но это никак не отражено на пред-ставленной диаграмме.

Рис. 41-а. Традиционная модель эволюции отношения 87Sr/86Sr в коре и мантии Земли. Исходная точка "BABI" – аббревиатура от "Basalt Achondrite Best Initiate". Мантия (как материнский резервуар базальтов) оконтурена по океаническим базальтам. Предполагается, что этим исключается возможность загрязнения материалом континентальной коры. Кружки с номерами – см. подписи к рис. 41-б.

На рис. 41-б показаны наши представления об эволюции отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в коре и мантии, согласно которым одновременно с континентальной корой, обогащенной рубидием, появляется обедненный мантийный рестит. Однако при этом продолжает существовать (на большей глубине, см. рис. 36 ) первичный мантийный субстрат — гиполит, в котором Rb/Sr отношение гораздо выше в сравнении с традиционно принятым для мантии. Весьма показательно, что древние базитовые комплексы заведомо мантийного происхождения (Бушвельд, Стиллуотер и др., точки 1—5 на рисунках) хорошо попадают на линию развития нашего гиполита, тогда как в свете традиционных представлений они оказываются как бы «подвешенными в воздухе» и такое их положение оказывается противозаконным.

Рис. 41-б. Наша модель эволюции отношения 87Sr/86Sr в коре и мантии Земли. Характерная деталь – появление рестита (в связи с формированием континентальной коры), линия развития которого имеет меньший наклон из-за выноса рубидия из этого резервуара в кору. 1 – 5 – некоторые докембрийские базитовые комплексы заведомо мантийного происхождения: 1 – интрузив Лосберг (Ю.Африка), 2 – Бушвельд (Ю.Африка), 3 – диабаз Ниписсинг (Онтарио, Канада), 4 – Стиллуотер (Монтана, США), 5 – Ушушвана (Ю. Африка). Обратите внимание, по нашей модели эти базитовые комплексы заведомо мантийного происхождения лежат на линии развития гиполита и, следовательно, они являются производными именно этого резервуара. Особенно наша модель подходит для позднеархейских комплексов (Стиллуотер и Ушушвана), когда кроме гиполита никаких других резервуаров еще не было. Положение резервуара "MORB и острова" будет объяснено ниже.

На рис. 42-а представлена бытующая в настоящее время модель эволюции изотопов неодима, в которой первичная мантия отождествлена с веществом «CHUR» (CH-хондритовый U-универсальный R-резервуар). Согласно этой модели, истощенная мантия появилась одновременно с рождением планеты, тогда как комплементарный ей обогащенный резервуар стал подавать первые признаки своего существования только с конца архея*.