История Земли

В заключение рассмотрим, опять следуя предположениям О. Г. Сорохтина, эволюцию химического состава мантии Земли при постепенной потере ею «ядерного» вещества, Fe2O. Предполагается, что вначале железо находилось в мантии в виде окиси FeO и в свободном виде с концентрациями около 22 и 14% соответственно, а окиси трехвалентного железа Fe2O3 практически не существовало. Кислород, освобождавшийся при переходе Fe2O3 в ядро, сначала тратился на окисление свободного железа до FeO, а когда свободного железа уже не осталось, то на окисление FeO до Fe2О3. Последний процесс, по расчету О. Г. Сорохтина, начался в конце протерозоя и будет продолжаться еще около 0.4 млрд. лет, после чего железо в мантии останется лишь в форме Fe2О3, и освобождающийся кислород пойдет на окисление других веществ. Первичное вещество Земли было сильно недонасыщено кремнеземом - концентрация SiO2 в нем оценивается в 31%. Такое вещество состоит из так называемых ортосиликатов и не содержит ромбических пироксенов, (Mg, Fe)2Si2O8, которые образовались позднее - по мере накопления в мантии SiO2 в результате разрушения железистого оливина фаялита. Изменения со временем концентраций окислов железа, кремния и магния в мантии показаны на рис. 16.

Рис. 16. Изменения со временем главных компонент химического состава мантии Земли по О. Г.Сорохтину. 1- Fe; 2 - FeO; 3 - Fe2O3; 4 - SiO2; 5 - MgO.

О. Г. Сорохтин рассчитал также изменения со временем мантийных концентраций ряда веществ, выносящихся из мантии в кору, гидросферу и атмосферу, считая скорости относительных изменений концентраций пропорциональными скорости роста земного ядра. Коэффициенты пропорциональности (называемые показателями подвижности) можно определять путем сопоставления известных в настоящее время концентраций веществ в мантии и в коре. Для оценки подвижности воды О. Г. Сорохтин ориентировочно принял, что при погружении океанических литосферных плит 70-километровой толщины в мантию под геосинклинальными зонами (см. главу о тектонике плит) из них удаляется половина содержащейся в них воды. Тогда в течение каждого конвективного цикла мантия, перетекая через верхний 350-километровый слой Земли, теряет (1/2)70 км/350 км=10%воды. Если принять суммарную массу воды в современных гидросфере и коре равной 2.25·106 триллионов т, то концентрация воды в современной мантии получится равной 7·10-5. Результаты О. Г. Сорохтина для щелочей и воды приведены на рис. 17.

Рис. 17. Изменения со временем мантийных концентраций щелочей и воды по О. Г. Сорохтину. 1 - Na2O; 2 - H2O; 3 - K2O.