Большая Советская Энциклопедия (ГЕ) - БСЭ БСЭ

  Вещество мантии Земли (перидотиты, дуниты и др. ультраосновные породы) имеет химический состав, приближающийся к метеоритному (табл. 4).

  Табл. 4 — Химический состав горных пород Земли, Луны и метеоритов

Окислы и элементы Каменные метеори- ты (хондри- ты) Ультраосновные породы Земли Примитив- ные базальты Земли (толеитовые) Эвкриты (базаль-тичес- кие камен- ные Метео- риты) Породы поверхности Луны Средний состав оса-дочных по- род Земли Граниты Земли кристаллические      (базальт) Тонкодиспергированные (реголит) «Аполлон-12» «Луна-16» « Аполлон-12» «Луна-16» В % по массе Si02' 38,04 43,54 50,83 48,5 40 43,8 42 41,7 46,20 70,8 TiO2 0,11 0,05 2,03 0,6 3,7 4,9 3,1 3,39 0,58 0,4 Al2O3 2,5 3,90 14,0 12,96 11,2 13,65 14 15,33 10,50 14,6 Fe0 12,45 9,84 (+2,51  Fe203) 9,0(+2,88 Fе2Оз) 17,6 21,3 19,35 17 16,64 1,95 (+3,3 Fe203 1,8 (+1.6 Fe203) Mg0 23,84 34,02 6,34 8,28 11,7 7,05 12 8,78 2,87 0,9 Са0 1,95 3,46 10,42 10,23 10,7 10,4 10 12,49 14,0 2,0 Na20 0,98 0,56 2,23 0,75 0,45 0,38 0,40 0,34 1,17 3,5 K20 0,17 0,25 (0,16) 0,24 0,065 0,15 0,18 0,10 2,07 4,0 Мn0 0,25 0,21 0,18 0,43 0,26 0,20 0,25 0,21 0,16 0,10 Сг20з 0,36 0,34 0,4 0,38 0,55 0,28 0,41 0,28 0,09 0,07 Zr02 0,004 0,004 0,01 0,006 0,023 0,04 0,09 0,013 0,01 0,003 104  % по массе Rb 5 1 1,2 0,2 0,65 - 3,2 5,9 200 200 Ba 6 1 14 30 72 206 420 144 500 800 Sr 10 10 130 80 145 445 170 169 300 700 Y 2,0 1 43 22 50 54 13 58 30 30 V 70 40 290 50 88 425 64 61 100 40 Sc 6 1,5 61 35 50 20 47 27 10 3 Ni 13500 2000 97 1000 54 147 200 190 45 8 Co 800 200 32 40 40 29 42 53 10 5 Li 3 0,5 9 5,5 5,5 - 11 10 40 40 Th 0,05 0,015 ~0,5 0,9 0,9 1,1 6 0,5 10 18 U 0,025 0,005 ~0,1 0,25 0,25 0,2 1,5 0,1 3 3,5

Господствующие в мантии высокие температуры и давления приводят к полиморфным изменениям минералов, например к образованию стишовита, т. е. кварца с плотностью 4350 кг/м3 (при нормальном давлении и температуре), и т. п. Благодаря этому вещество мантии разделяется на зоны с разной плотностью. Вещество верхней мантии проникает к поверхности на материках в дунитовых поясах, богатых хромитами, платиноидами, высокотемпературными сульфидами, в океанах — в рифтовых долинах срединноокеанических хребтов.

  Ранее, ссылаясь на наличие сульфидных руд в земной коре, геологи допускали существование в мантии сульфидной оболочки. Однако определение изотопного состава свинца из разных сульфидных руд показало их различный абсолютный возраст; следовательно, отторжение сульфидов из горных пород происходило в разное время, так что гипотеза сульфидной оболочки лишена достаточного основания. Процесс образования металлического сплава Fe — Ni, из которого состоит ядро Земли, наименее изучен. Вероятно, ядро формировалось в процессах агломерации в протопланетном облаке и далее при адиабатическом сжатии Земли, что продолжалось длительное время.

  Над мантией располагается земная кора, которая отделяется от вещества мантии границей Мохоровичича (см. Мохоровичича поверхность). Выделяют два типа земной коры: материковую (континентальную) и океаническую. Мощность континентальной коры достигает в среднем 35—40 км, а океанической — 6—8 км. Примитивные (толеитовые) базальты океанической коры — более сложная система, чем вещество каменных метеоритов; они состоят по крайней мере из 4 главных компонентов: MgO, SiO2, FeO, Al2O3. В них отношение Si/Mg = 6,5, т. е. они не солнечного состава. Базальты земной коры, лунные породы (с поверхности лунных «морей») и эвкриты (базальтические каменные метеориты) имеют идентичный состав и одинаковую офитовую структуру. Исключительную роль в силикатных и др. системах играют вода и др. летучие, понижающие точку плавления системы. Наиболее существенное влияние на магматические процессы оказывает вода в состоянии, близком к надкритическому.

  В мантии под вулканами методами сейсмологии обнаружены камеры, заполненные жидкой магмой. Излияние базальтов сопровождается выделением водяного пара — около 7% по массе (20% по объёму) от излившегося базальта — и кислых дымов и газов NH (CO2, HF, HCl, S, SO2). В высокотемпературной стадии остывания базальта (600—800°С) выделяются главным образом CO2, HF, HCl. При средних температурах (около 200°С) также и соединения серы. При низких температурах и в поствулканической (фумарольной) стадии выделяются CH4, 4Cl, Н3ВО3, CO2 и др. газы, а также минерализованные растворы. Образование CO2, СО, CH4 — результат реакции в магме углерода с H2O при разных температурах и давлениях. Этот процесс сопровождается частичным разделением изотопов углерода — утяжелением углерода (повышением содержания С13) в CO2, алмазах и карбонатитах (CaCO3 кимберлитовых трубок) по сравнению с углеродом др. горных пород. Базальтовая лава при охлаждении подвергается фракционной кристаллизации с образованием различных магматических пород, имеющих общие признаки. В магматической стадии дифференциации возможны ликвация (например, отделение от силикатов высокотемпературных Cu — Ni — Fe сульфидов) и газовый перенос. В ранней стадии фракционной кристаллизации магмы могут образоваться магнетит и титаномагнетит, как следствие окисления в магме Fe2+ ® Fe3+; магнетит не растворяется в силикатном расплаве и увлекает с собой Ti в силу близости Ri Fe3+ (0,65) и Ti4+ (0,60). В стадии главной кристаллизации образуются плагиоклазы от Лабрадора до олигоклаза и многие др. алюмосиликаты. По мере остывания происходит накопление в расплаве более легкоплавких и летучих соединений, на известной стадии вступающих в реакцию с ранее выделившимися более высокотемпературными соединениями (реакционный принцип Боуэна). В этом отборочном механизме в остаточном расплаве концентрируются ионы, которые не вошли в породообразующие минералы из-за своих больших или очень малых Ri. С этими остаточными расплавами связывают происхождение богатых редкими элементами пегматитов и др. горных пород.

  Кислые горные породы — граниты, граподиориты и другие — имеют большое распространение в земной коре. Одни из них содержат много Ca (около 2,5%) и тяжёлых металлов, мало щелочей и летучих, другие бедны Ca (около 0,5%) и тяжёлыми металлами, но богаты щелочами и летучими. Происхождение гранитов большинство учёных связывает с эвтектическим плавлением, с процессом гранитизации (метаморфизм и метасоматизм) осадочных горных пород на различных уровнях земной коры. Повышенное содержание 18О в кварце гранитов отвечает относительно низким температурам образования минерала.

  В земной коре материков образуются рудные залежи — месторождения многих химических элементов, прежде всего Fe, Cu, Ni, Со, Pb, Zn, Mo, Ag, Hg, в виде окислов, сульфидов и др. Их происхождение связано с гидротермальными растворами (см. Гидротермальные месторождения), несущими также и газы. Несмотря на известное разнообразие их состава в связи с глубиной, температурой и др. условиями образования, они имеют общие черты, например обычны ассоциации SiO2 — Au или Pb — Zn — Cu и др. в виде сульфидов или ассоциации SnO2 — WO3 — H3BO3 — F в гидротермальных и грейзеновых месторождениях. Гидротермальные образования и грейзены рассматриваются как конечные продукты тектоно-магматического процесса или гранитизации. Источниками рудного вещества гидротерм могут быть как подкоровые процессы, так и процессы в земной коре. Вопрос о способе переноса тяжёлых металлов вызывает споры. Не исключается газовый перенос металлов, например в виде фторидов, причём фтор часто даёт во вмещающих породах большие ореолы рассеяния. Неясны равновесия фторидов, хлоридов, металлов с H2O при разных температурах и давлениях.