ОСНОВНОЕ МЕНЮ

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА

РУССКИЙ ЯЗЫК

ЛИТЕРАТУРА

АНГЛИЙСКИЙ ЯЗЫК

ИСТОРИЯ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

ИНФОРМАТИКА

История Земли. Базальт

 

По существу, эволюция минералов основывается на предопределенной последовательности формирования горных пород, где каждая последующая стадия логически вытекает из предыдущей. Образование первой перидотитовой земной коры, порожденной первичной магмой, было критически важной, но промежуточной фазой развития Земли. Окончательно охлажденная и затвердевшая, она оказалась слишком плотной и не могла сохраниться на поверхности магмы, а потому снова погрузилась в недра Земли. Для того чтобы опоясать планету, требовалась менее плотная порода. Такой породой оказался базальт.

Во всех планетах земного типа черный базальт преобладает среди близких к поверхности пород. Изрезанный шрамами от атак астероидов, верхний слой Меркурия состоит преимущественно из базальта. То же самое можно сказать о выжженной, гористой коре Венеры и выветрелой красной поверхности Марса. Темные пятна на Луне («моря») контрастируют с бледно-серыми анортозитовыми нагорьями и являются не чем иным, как остатками огромных озер черного базальта; 70 % поверхности Земли, включая дно всех океанов, подстилается базальтовой корой.

Базальты состоят из разных минералов, среди которых явно выделяются два силикатных минерала. Один из таких важнейших минералов – полевой шпат плагиоклаз, между прочим, самый главный алюмосодержащий минерал на планетах земного типа и их спутниках и самый распространенный минерал в земной коре. Преподаватель MIT, профессор Дейв Воунз однажды посоветовал, если мне покажут какой-нибудь загадочный камень с целью определить, из каких минералов он состоит, смело отвечать «из плагиоклаза» – и я окажусь прав в 90 % случаев. Второй важнейший минерал в составе базальта – это пироксен, обычный силикат, входящий также и в перидотит. Пироксен входит в число самых простых минералов, которые способны вмещать всю «большую шестерку» (а также множество более редких элементов).

Чтобы понять происхождение плагиоклаза и пироксена, двух основных минералов в составе базальта, вспомните странные свойства, которыми сопровождается остывание и плавление горных пород. Четыре с половиной миллиарда лет назад, когда остывал океан магмы на Земле, первым образовался оливин, потом анортит и, наконец, в большом количестве – пироксен. В результате получился перидотит, силикат магния, который и составил большую часть верхнего слоя мантии. Большие массы перидотита погружались в магму, где снова нагревались и частично плавились.

Наше знакомство с процессом плавления подсказывает, что переход из твердого состояния в жидкое происходит при определенных температурах. Лед плавится (тает) при 0 °С, свечной воск – около 60 °С, а тяжелый свинец – при 327 °С. Однако с горными породами дело обстоит не так просто: большинство пород не имеет постоянной температуры плавления. Если нагреть перидотит свыше 1000 °C, он начнет плавиться (плавление может начаться и раньше, если в перидотите содержится много воды и углекислого газа). Состав первых микроскопических капель существенно отличается от основной массы породы. В начале плавления капли содержат гораздо больше кальция и алюминия, немного больше железа и кремния и гораздо меньше магния, чем основная порода. Первоначальные капли также отличаются гораздо меньшей плотностью. Поэтому даже 5 % расплавленного перидотита порождают в мантии большое количество магмы, которая накапливается вдоль границ минеральных блоков, заполняет трещины и карманы и поднимается к поверхности, чтобы впоследствии превратиться в базальт. За миллиарды лет существования Земли частичное плавление перидотита породило сотни миллионов кубических километров базальтовой магмы.

Расплавленный базальт поднимается к поверхности планеты двумя дополняющими друг друга путями. Один – это величественное зрелище извержения вулканов, как на Гавайях или в Исландии, когда над горой вздымаются огненные фонтаны и реки магмы стекают вниз потоками лавы. Такие драматические извержения происходят из-за содержания в породе воды и других летучих веществ, которые остаются жидкими в силикатной среде при высоких давлениях на большой глубине, но резко переходят в газообразное состояние, приближаясь к поверхности. При таких взрывах пепел и токсичные газы поднимаются вверх, достигая стратосферы, а вулканические бомбы размером с автомобиль разлетаются на километры, уничтожая все вокруг.

Слой за слоем, базальтовые лавы и пепел образуют черные горы, высотой на многие тысячи метров, покрывая тысячи квадратных километров. Такой тип потоков базальтовой лавы и вулканического пепла отличается чрезвычайно мелкозернистой структурой и обилием стекла вследствие того, что охлаждение жидкой породы происходит так быстро, что не успевают сформироваться кристаллы. В результате получается ровная, черная кора застывшей лавы. Другие характерные оливиновые базальты, возникающие, если только перидотит плавится лишь частично, на сравнительно небольших глубинах порядка 30 км, содержат небольшое количество блестящих кристаллов оливина, которые образуются еще на глубине, на первой стадии отвердения. Эти зеленые кристаллы украшают невыразительную черную породу.

Нужна огромная энергия для того, чтобы магма могла пробиться к поверхности, поэтому значительная часть базальтовой магмы никогда не поднимается на поверхность. Эти раскаленные докрасна жидкие массы застревают глубоко под поверхностью Земли, где они остывают медленнее, образуя столбчатые кристаллы полевого шпата и пироксена в составе диабаза или габбро. Иногда магма внедряется в узкие, субвертикальные трещины в массивах горных пород, образуя доскообразные заполнения с гладкой поверхностью (дайки). Если вмещающая дайку горная порода мягкая, то в результате миллионов лет эрозии может появиться длинная, прямая диабазовая стена, которая выглядит зловеще, как разрушенный археологический объект. Напротив, если магма внедряется между слоями осадочных пород, залегающими горизонтально, образуются тела, напоминающие толстое одеяло (силлы). Обрывистые скалы Палисады, которые можно наблюдать вдоль западного берега реки Гудзон чуть выше Нью-Йорка, являются как раз одной из таких базальтовых силл, которые плавно погружаются к западу, образуя параллельные возвышенности в северном Нью-Джерси и южной части штата Нью-Йорк (тут же расположены места самой дорогой недвижимости). В некоторых случаях магма охлаждается в магматических камерах неправильной формы, которые могут уходить глубоко вниз и тянуться на многие километры. Однако независимо от того, в какой геометрической форме в конце концов окажется застывшая магма, на самом деле диабаз и габбро ничем не отличаются от базальта.

Неизбежное образование базальтовой коры впервые осчастливило Землю устойчивой, твердой поверхностью, способной плавать поверх магмы. До образования коры, когда поверхность планеты формировалась только магмой и перидотитом, ничто не могло возвышаться над земной поверхностью сколько-нибудь заметно и достаточно долго. Раскаленная докрасна перидотитовая каша не годилась для поддержки гор. Совсем другое дело – прочный базальт относительно малой плотности. Средний удельный вес базальта примерно на 10 % ниже, чем у перидотита. Благодаря этому плавающий в магме массив базальта мощностью 16 км мог выступать из океана магмы более чем на 1,6 км. Быстро нарастающие вулканические конусы могли подниматься еще выше, вероятно, выше 3 км над средним уровнем поверхности. Итак, исполненная хаоса поверхность Земли начала приобретать более-менее отчетливые очертания.


Враждебный мир

Если смотреть из космоса – например, с безопасного расстояния молодой Луны, базальтовая оболочка Земли выглядела бесконечно черной с красными дуговидными трещинами и отдельными яркими пятнами, где гигантские, фонтанирующие лавой вулканы вздымались над поверхностью. Облака грязновато-белого, смешанного с золой пара окутывали некоторые из наиболее богатых летучими веществами вулканы и окружающую территорию.

Вообразите себя на только что образовавшейся, черной земной коре гадейской эпохи, более 4,4 млрд лет назад. Вы не смогли бы долго просуществовать в суровом, чужеродном мире. Метеориты неустанно обрушиваются на поверхность планеты, разбивая тонкую, хрупкую кору, разбрасывая вокруг камни и расплескивая магму. Повсюду вздымаются конусы вулканов, поднимаясь на тысячи метров ввысь и выбрасывая громадные фонтаны магмы под воздействием взрывов пара и летучих веществ, которые в один прекрасный день охладятся настолько, что превратятся в океаны и атмосферу. И ни следа жизненно необходимого кислорода. Над суровой, совсем еще юной Землей витает невыносимый запах сернистых соединений, вашу кожу ошпаривает раскаленный пар, ваши глаза выжигает ядовитый газ. В этом враждебном мире вас ждала бы короткая, но мучительная агония.

Удалявшаяся Луна все еще играла важную роль в образовании земной коры. Охватывавшие весь земной шар приливы раскаленных камней и магмы, хотя и не с той мощью, что в первые века после катастрофы с Тейей, постоянно раскалывали и коробили земную поверхность, образуя трещины, сквозь которые красная жижа вновь и вновь выплескивалась наружу, препятствуя образованию твердой поверхности. Неприятное соседство с Луной вызывало бешеное вращение Земли вокруг собственной оси: сутки по-прежнему продолжались пять часов, бушевали неистовые бури и немыслимой силы ураганы, куда более жестокие, чем все те, что нам показывают сегодня в метеосводках.

Но под этой неприглядной поверхностью уже начались неотвратимые процессы превращения Земли в живую планету. В ее перемешанных, расплавленных глубинах начали формироваться определенные структуры – вещество, из которой впоследствии образуются континенты и океанское дно, атмосфера и моря, растения и животные. Нагрев, охлаждение и кристаллизация с последующим разделением кристаллов, часть из которых оседала, а часть всплывала, накапливание перидотита, частичное плавление – все это формировало Землю в те далекие времена юности планеты, 4,5 млрд лет назад. Эти процессы продолжаются даже и по сей день.

Необъятное хранилище внутренней тепловой энергии Земли, о котором мы в основном и рассуждаем в этой главе, продолжает играть важнейшую роль в формировании нашей родной планеты. В наши дни самым очевидным проявлением мощи раскаленных недр являются действующие вулканы с их фонтанами раскаленной магмы и огненными реками лавы. Об адском пекле, скрытом глубоко в недрах планеты, напоминают гейзеры и горячие сернистые источники. Вот уже более 4,5 млрд лет земной истории поверхность планеты держит удар тепловой энергии, рвущейся из раскаленной сердцевины к растрескавшейся поверхности и далее в космическое пространство. Под напором конвективных завихрений мантии и непрерывным давлением приливных сил Луны поверхность Земли изгибается и коробится, раскалывается и скручивается. Континенты находятся в постоянном движении, расходятся, сталкиваются, трутся друг о друга в бесконечном танце тектонических плит под управлением тепловой энергии. В течение всей нашей жизни внутреннее тепло Земли изменяет твердь, по которой мы ходим, перерабатывает воду, которую мы пьем, и изменяет воздух, которым мы дышим.

Из-за внутреннего жара Земля какое-то время оставалась черной планетой, глазированной тонкой базальтовой коркой. Но детство планеты не могло длиться долго. Новый ярко-голубой слой вот-вот должен был окутать земной шар в результате вулканической активности.

Поиск

ФИЗИКА

ХИМИЯ

Поделиться

Яндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru