НЕКОТОРЫЕ ГИПОТЕЗЫ РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ

Земля и другие планеты Солнечной системы сформировались около 4,5 млрд. лет назад после формирования Солнца из протопланетного диска пыли и газа. Вулканическая активность и дегагазация первичной коры планеты, а также вероятный привнос воды кометами, привели к образованию первичной атмосферы, состоящей из паров воды, углекислого газа и азота, с некоторой примесью сероводорода и паров кислот.

В результате постепенного остывания Земли, примерно 4 млрд. лет назад произошла конденсация водяного пара, что привело к образованию первичных океанов. Первичный Земной шар состоял из ядра, мантии и тонкой корки океанического типа. Не было океанов, материков в привычном для нас понимании, атмосферы. Вся поверхность была покрыта вулканами и продуктами их излияния. Состав магматических пород был ультраосновной, основной, средний, редко кислый (рис.1.3.1, 1.3.2.).

Для ядра, состоящего предположительно из расплавленного железа с примесью марганца, внутри которого плавает твёрдое ядро такого же состава, вышележащие мантия и кора представляют собой оболочку, отделяющей ядро от холода Космического пространства. Это – некий минеральный аналог привычной нам атмосферы. И, также как в атмосфере, где постоянно перемещаются воздушные массы, и где постоянно создаются циклоны и антициклоны, так и в мантии, покрывающей со всех сторон ядро нашей планеты, как считает ряд ученых, осуществляются конвекционные перетоки массы и тепла, периодически возникают и долго существуют плюмы, активно действуют или временно не действуют горячие точки, происходит раздвиг океанической коры в местах срединно-океанических тектонических швов, происходит субдукция или подныривания океанической коры под материки.

Рис.1.3.1 Строение Земли; Рис.1.3.2. Глубины формирования очагов магматических пород (по http://nature.web.ru).

КОНВЕКЦИОННЫЕ ЯЧЕЙКИ

Согласно гипотезы конвекционных ячеек (по Б.Изаксу, Дж. Оливеру, Л. Сайксу, 1968) считается, что существует два вида конвекционных потоков - химические и тепловые (существуют в мантии и внешнем ядре одновременно). В мантии возникает химическая конвекция, движущей силой которой является значительная разность плотности, обусловленная различным составом вещества, а не разностью температуры, как в тепловой конвекции. На рисунке 1.4. показана блок-диаграмма движение жестких литосферных плит и конвекционных потоков в астеносфере. Деформации, возникающие в земной коре на границах этих плит при движении, как считают разработчики этой гипотезы, является причиной землетрясений.

Твердая оболочка Земли мощностью 50-200 км состоит из литосферы и верхней части мантии. Литосфера разделена приблизительно на 12 больших плит и несколько маленьких, которые перемещаются по астеносфере, расплавленной оболочки Земли, находящейся ниже литосферы в интервале глубин от 50 до 700 км.

Рис. 1.4. ( по Б. Изаксу, Дж. Оливеру и Л. Сайксу, 1968).

Один раз возникнув, конвекционные потоки стали формировать будущие материки и океаны. Стали создавать два типа коры. Океаны – с тонкой корой, материки – кора утолщённая. Считается, что по системе срединно-океанических хребтов, океаническая кора раздвигается и погружается под океаны привнося под континенты и осадки, отложившиеся на дне моря за те 10-150 млн. лет, пока эта океаническая кора от места раздвига достигла континента и погрузилась под него. Задвинутые под материк осадки там переплавляются и входят тем самым в состав континента, изменяя его мощность и состав.

Континенты, в свою очередь, тоже перемещаются и могут задвигаться один под другой (например, Африканская плита подныривает под Европейскую, в результате чего возникли и функционируют вулканы Этна, Стромболи и Везувий.

ГИПОТЕЗА ПЛЮМОВ

Кроме концепции конвекционных ячеек существует гипотеза плюмов (по Келлогу, 1999). Плюмы (рис.1.5.), при этом, понимаются, как узкие вертикальные потоки тепла и (или) низкоплотного вещества отделяющиеся либо от границы ядро - нижняя мантия, либо от границы верхней и нижней мантии (670 км).

Плюмы понимаются как образования округлой или изометричной формы, поднимающиеся с определенных глубин, форма которых напоминает движения кольца дыма, размеры достигают 2500 км (рис. 1.6.).

Рис. 1.5. Погружающиеся пластины океанской литосферы называются слэбы (slab - ломоть по-английски).

Схема возможной динамики переходного слоя в нижней мантии по мнению исследователей, плюмы выглядит так. Глубина кровли слоя изменяется от ~1600 км почти до границы мантия-ядро, куда она смещается под действием погружающихся слэбов (рис.1.6. стрелками показано движение вещества при подъёме и вращении плюма).

Рис. 1.6. Принципиальная схема подъёма плюма к поверхности Земли (по Гриффитсу и Кэмпбеллу, 1990).

Циркуляция в слое происходит из-за внутреннего разогрева (Kellogg L.H. et al., 1999). Плюмы (вулканические процессы на поверхности Земли) формируют (рис.1.7.) обширные изверженные провинции. Плюм А, поднимающийся от границы нижняя-верхняя мантия образует головку после достижения литосферы. Широкая головка плюма В, поднимающегося с границы мантия-ядро, более холодная. Модель С показывает, что плюм задерживается на границе нижней и верхней мантии и дает начало меньшим “плюмикам”.

Если рассмотреть концепции конвекционных ячеек и плюмов совместно, то можно сказать, что мы имеем дело либо с линейными, либо с площадными по форме и овальные по очертаниям проявлениями мантийной активности. Эта активность сопровождается выносом или тепла (плюмы) или мантийного вещества (швы и плюмы) на поверхность нашей планеты.

Рис. 1.7. Модель плюмов (по Arndt N, 2000).

ГОРЯЧИЕ ТОЧКИ

Существуют ещё так называемые «горячие точки», которые понимаются, так: (по Courtillot 2003), горячая точка (hotspot) – это область длительного внутриплитного магматизма, которая остается почти неподвижной относительно движущихся литосферных плит (рис.1.8.). Самым известным примером горячей точки является Гавайская точка и протяженная цепочка действующих и потухших вулканов называемая Гавайско-Императорским хребтом. Возраст вулканов в цепочке увеличивается от её южной оконечности, где расположены ныне активные вулканы к северо-востоку, куда уходит подводная гряда вулканов, простирающаяся до Алеутской островной дуги.

Рис. 1.8. Горячие точки на карте Земли. Крупные черные кружки – точки, идущие от границы ядро-мантия, серые средней величины – плюмы, идущие от границы 660 км, между верхней и нижней мантией, мелкие кружочки – плюмы, идущие от нижней границы литосферы (по Courtillot, 2003 г).

ГИПОТЕЗЫ РАСШИРЕНИЯ ЗЕМЛИ

Здесь следует сказать, что существуют гипотезы расширения Земли с различной аргументацией, приводимой в подтверждение этого тезиса. Например, согласно приведенного ниже примера, ядро нашей планеты постепенно преобразуется, в результате чего объём планеты увеличивается. Это происходит за счёт особенностей строения и преобразования тела планеты (рис.1.9.).

Рис. 1.9. Гипотеза расширяющейся Земли (по http://labeco.narod.ru/klimat.html).

По мнению авторов, первоначально земля состояла из ядра, сложенного гидридами металлов, окружённых оболочкой из металлов с растворённым в них водородом. (рис.1.9.). В силу проявления определённых процессов, верхняя часть этой протопланеты постепенно переходит в силициды (сплавы на основе кремния, магния и железа), и через субдукцию – в Земную кору с гранитыным слоем. Завершится этот процесс, по мнению разработчиков гипотезы полным переходом двух первичных сфер в две вторичные. Автор пособия не ставит цели рассматриваться данную гипотезу, она приведена лишь в качестве примера возможного полёта мысли её авторов

ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ШКАЛА

Прежде чем перейти к дальнейшему изложению курса, необходимо сказать несколько слов об исчислении времени в геологии, ибо рассуждения о развитии нашей планеты немыслимы без понимания периодов её истории исчисленных по каменному материалу – наследию прошлых эпох развития планеты Земля.

В основе исчисления геологического времени лежит наука геохронология. Геохронология, это учение о временной последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору. Различают относительную и абсолютную геохронологию.

Относительная геохронология, касается определения относительного возраста пород (какие из них более молодые и какие более древние, без оценки длительности времени их накопления и времени с момента их образования. Абсолютная геохронология устанавливает абсолютный возраст горных пород, вычисленный в миллионах лет. (другие наименования –абсолютный, изотопный, или радиологический, возраст.)

Геохронологическая шкала – отражение в графической форме временной последовательности всех формирования отложений, накопившихся за время существования планеты Земля (табл.1).

Геохронологическая шкала подразделяется на: Эоны (эонотемы) – временные интервалы порядка не менее 0,5 млрд. лет, в течение которых происходили очень важные геологические события, касающиеся этапов существования планеты Земля.

Эры (эратемы или группы) от 65 до 284 млн. лет, соответствуют этапам развития жизни на Земле, крупным этапам её геологического развития.

Период (система) – временной интервал в пределах первых десятков млн. лет, соответствующий крупным этапам развития литосферы и биосферы Земли, которые имеют свою специфику и узнаются как по составу накопившихся пород, так и комплексу палеонтологических остатков, обнаруженных в породе.

Табл. 1. ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ (СТРАТИГРАФИЧЕСКАЯ) ШКАЛА. Стратиграфический кодекс России, издание третье, 2006 год.

Рассуждая на темы формирования месторождений нефти в тех или иных отложениях мы будем неминуемо касаться возраста этих отложений и времени формирования в них месторождений нефти и газа.

В частности, это касается истории развития Западной Сибири с формированием пород-коллекторов в отложениях как палеозойского возраста, так и в отложениях юрского и мелового возраста, к которым относятся, соответственно, образования васюганской свиты и ачимовской толщи.

Эти комплексы формирования пород-коллекторов в песчано-алевритовых породах разделены отложениями битуминозной баженовской свиты, являющейся возрастным рубежом, отделяющим юрские от меловых отложений. Аргиллиты баженовской свиты являются крупнейшей нефтематеринской свитой на территории Западно-Сибирского

региона и будут более подробно рассмотрены при описании нефтематеринских отложений.

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ

Если рассмотреть идеи конвекционных ячеек, плюмов и горячих точек совместно, то получается, что в геологической реальности мы имеем выходы лавы на дне океанов в месте нахождения срединно-океанических хребтов, нисходящие потоки установлены по геофизическим данным. Логично высказать предположение о том, что современные материки - это осадочные породы, что были скоплены на дне океанов предыдущих эпох, представленные в переработанном, переплавленном виде. Идея конвекционных ячеек не строго обязательна для объяснения жизни нашей планеты, ибо не совсем непонятен принцип, почему эти ячейки должны всё время вращаться.

Идея плюмов пересекается с идеей, что ранее на нашу планету падали огромные метеориты, создававшие кольцевые (нуклеарные) структуры. И в том и в другом случае возникают кольцевые структуры. Хотя, может быть принципы проявления вулканизма и зависят от проявления этих объектов. Горячие точки реально существуют и периодически извергают на поверхность Земли магму.

Если попытаться суммировать изложенные взгляды исследователей, то в целом, картина развития верхних оболочек нашей планеты представляется в следующем виде. В результате проявления выходов мантийного вещества по срединно-океаническим хребтам, и параллельно осуществляющейся субдукции (задвигания коры океанов, примыкающей к континентам под эти континенты), осадочный материал с самого начала формирования нашей планеты как твёрдого тела, заталкивался под материки, там переплавлялся, формируя гранитный слой материков.

Базальты нижней части субдукционного слоя соединялись с базальтовым слоем под материками и входили в их состав, с возможным расплавлением нижних слоев базальтов океанической коры, задвигаемой под материк и с безусловным переплавлением осадочного слоя, сложенного кремнисто-глинистыми осадочными породами и с формированием вторичных гранитов.

Так, постепенно, сформировался гранитный слой материков именно под материками, ибо этот слой – ранее попавшие в океан осадки с континентов там же под континентами переплавленные в граниты. В отличие от очагов гранитной магмы, которая могла возникнуть при дифференциации магмы в магматическом очаге при выносе в виде излияний магм всё более кислого состава, назовём такие граниты, возникшие из осадочных пород, переплавленных под материками – «плавленными» гранитами.

Таким образом, в природе есть срединно-океанические тектонические швы, вдоль которых происходит постоянное наращивание площади дна океана. Это при условии, что материки могут отодвигаться один от другого, как это мы имеем в случае в Америками с одной стороны и Европой-Африкой с другой. Здесь, как можно предположить глядя на карту Земли, океаническая кора просто наращивается, расталкивая материки. В этом случае, время возникновения Атлантического океана определяется возрастом самых древних океанических образований не его дне около континентов (поздняя юра). Возможно, процессы проявляются по более сложной схеме, объём курса не позволяют развивать эту тему более подробно.

Если резерва движения материков нет, как в случае пододвигания Африканской плиты под Европейскую, то одна плита начинает задвигаться под другую (Африканская под Европейскую) и в точке их контакта могут возникать вулканы (Этна, Везувий). В таком случае вещество одной плиты под другой может переплавляться, наращивая гранитный слой.

В случае простого задвигания дна океана под материк, как это имеет место в Тихом океане, по всей линии такого подвига (субдукции) отмечается наличие вулканических очагов, происходит переплавление осадочного материала, влекомого задвигающимися массами океанической коры. С восточной стороны Тихого океана происходит образование гор, тянущихся вдоль Южной и Северной Америк.

С западной стороны Тихого океана происходит постепенное наращивание образований каледонской складчатости, которая осуществлялась в последние 66 млн. лет с начала кайнозоя и продолжает проявляться и в наше время, что со временем скажется в приращении Азиатского материка в сторону Тихого океана.

В качестве возможного доказательства данной версии приведем карту России (рис.1.10 и 1.11.).

На рисунке 1.10. наиболее отчетливо выделяются две области. Это Русская платформа и Восточная Сибирь, представленные участками эпикарельской и эпибайкальской складчатости, между которыми Западная Сибирь представлена образованиями эпикаледонской и эпигерцинской складчатости.

Рис. 1.10. Основные тектонические регионы СССР (до 1990 г). Границы: 1 - докембрийских платформ (предполагаемые и достоверные), 2 - прочих тектонических областей; области докембрийских платформ: 3 - эпикарельские, 4 - эпибайкальские; платформы: 5 - эпикаледонские, 6 - эпигерцинские; области складчатости: 7 - мезозойской, 8 - кайнозойской; 9 - эпиплатформенные орогенические области (по http://iznedr.ru/books/).

Эпикарельская складчатость (Русская платформа, Восточная Сибирь, условный знак 3) соответствует интервалу времени в 1,6 - 2,0 млрд. лет назад и подновляется эпибайкальской (580 млн. лет назад, условный знак 4).

На территории Западной Сибири проявлена эпикаледонская складчатость (юг, условный знак 4) – от кембрия до силура включительно, и, в основном, эпигерцинская (условный знак 5) – проявилась от девона по конец палеозоя.

Мезозойская складчатость соответствует всему мезозою (236-66 млн. лет назад), а кайнозойская складчатость началась около 66 млн. лет назад и осуществляется, в том числе, и в настоящее время.

Таким образом, на примере территории существовавшего СССР мы имеем древние структуры Русской платформы и Восточной Сибири, между которыми смятые складкообразовательными процессами образования палеозоя (перекрытые осадочными породами мезозоя и кайнозоя, активной складчатости уже не претерпевшие).

Самое интересное начинается дальше. Территория Дальнего Востока от Восточной Сибири до Камчатки соответствует мезозойской эпохе складчатости, а Камчатка и острова – кайнозойской эпохе. Получается, что на рассматриваемой территории существовало два материка (Русская платформа и Восточная Сибирь), которые разошлись и между ними возникло море, существовавшее от венда до конца карбона (соответствует каледонской эпохе складчатости для южных областей Восточной Сибири), и сама Западная Сибирь подверглась складчатости в герцинский этап ее проявления (от начала девона до конца палеозоя).

Так, два материка были объединены Западной Сибирью в один. Далее – мезозойская складчатость проявилась на территории Дальнего Востока, исключая Камчатку. Завершилось формирование материка кайнозойской складчатостью, которой соответствует Камчатка и островные дуги Охотского, Японского и более южных морей, которая проявляется и в настоящее время.

Налицо картина нарастания материка от эпохи к эпохе сначала между Русской платформой и Восточной Сибирью, потом на восток от Восточной Сибири полосами субмеридионального простирания, т.е. мы видим увеличение материка, а значит и можем предположить, что весь материал, поставляемый субдукцией (задвигающееся дно океана под материк) становится частью нарастающего материка. Это вещество в переплавленном или частично перелавленном виде и есть тот гранитный слой, под которым находится слой базальтовый. Вероятно, осадочный слой океанической коры (гипотеза плюмов) пододвигается под материки и там переплавляется, а базальты задвигаемого слоя, по крайней мере часть этого слоя, опускается в глубины мантии в виде слэбов.

Осадочная часть вещества материковой коры, пододвигаемой под материки частично или полностью переплавляется, наращивая гранитный слой. Там же находится и базальтовый слой, сформированный ранее. Ввиду того, что гранитный слой постоянно нарастает, то система материков под собственным весом продавливаясь в мантию, уже не может принять новые порции базальтов, и те, отслаиваются от задвигаемого слоя океанической коры как стружка, и эта стружка постепенно опускаются в глубины мантии, где и переплавляется со временем.

Рис. 1.11. Эпохи складчатости (по В.И. Берилко и Т.А. Янушевич, 2001).