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

Вместе с тем отнюдь не вся литосфера после ее полного окисления освобождалась от калия и прочих литофильных элементов. Они выносились только из верхней части литосферы, в которой преобладающими минералами были пироксены и оливин. В нижней ее части, где преимущественным минералом был гранат, литофильные элементы входили в его кристаллическую решетку в виде изоморфной примеси. И поскольку гранат в условиях высоких давлений является самым тугоплавким из породообразующих, то извлечение изоморфных примесей из его решеток весьма затруднено.

Минеральный состав глубинной фации пиролита, представленный в таблице 4, соответствует давлению примерно 30—40 кбар. Но при дальнейшем увеличении давления он меняется в сторону все большего содержания граната, состав которого становится также более сложным. К примеру, в нем начинает растворяться во все больших количествах гроссуляровая составляющая ( Ca₃ Al₂ Si₃0₁₂ ) , и малиновый цвет, свойственный магнезиальному пиропу, становится оранжевым. Такие оранжевые сверхглубинные гранаты обнаруживаются в виде ксенокристов в щелочно-базальтоидных трубках взрыва. Экспериментально показана возможность подмены пары Ca - Si на Na - P , что приводит к образованию в гранате раствора минала Na₃Al₂P₃0₁₂ ( Thompson , 1975 ) . Установлено также, что вхождение натрия в гранат может осуществляться по схеме СаА1 ↔ NaSi или CaAl ↔ NaTi ( Ringwood , Major , 1971 ) .

В алмазоносных эклогитах пироксены постоянно обнаруживают примесь калия, тогда как в образцах меньшей глубинности этого не наблюдается. В экспериментах обнаружено, что только при давлениях свыше 40 кбар калий начинает входить в решетку пироксена, а при давлениях порядка 100 кбар и больше, сами пироксены приобретают структуру граната и образуют в нем твердый раствор. По всей видимости, с увеличением давления различия в атомных радиусах элементов нивелируются, и это обусловливает отмеченные выше явления.

Но если Земля расширяется, то уменьшается сила тяжести, и, соответственно, давления в мантии тоже должны уменьшаться. Следовательно, в мантийных образцах должны существовать структуры распада твердых растворов. И действительно, такие факты существуют. К примеру, в глубинных нодулях кимберлитовых трубок были обнаружены закономерно ориентированные срастания ильменита и диопсида, которые в условиях высоких давлений превращались в гомогенный фанат ( Ringwood , Lavering , 1970). А.Рингвуд и А.Мейджор ( 1968 ) обнаружили ориентированные вростки диопсида в фанате и связывают их с распадом твердого раствора. По мнению этих исследователей, такие данные «... свидетельствуют о существовании... фанатово-пироксеновых твердых растворов в природе в прошлом».

В свете сказанного у нас есть основания полагать, что с глубиной увеличивается роль граната, и с некоторого уровня давлений (глубин) он становится преобладающим минералом в составе мантии. Эту нижнюю, наиболее глубинную часть литосферной мантии можно назвать гранатитовой. Тогда как верхняя часть литосферы имеет преимущественно пироксен-оливиновый состав, и эту зону можно назвать пиролитовой (по первым слогам преобладающих минералов - пироксена и оливина). Следует отметить, что в нижней гранатитовой зоне литосферы гранаты способны удерживать в своих решетках гораздо больше разнообразных примесей в сравнении с оливином, пироксенами и гранатом из верхней пиролитовой зоны. Среди этих примесей присутствуют калий, рубидий, другие литофильные элементы, а также редкие металлы.

Вместе с тем если планета расширялась и сила тяжести уменьшалась, то пиролитовая зона должна была увеличиваться за счет сокращения объема зоны гранатитовой и граница перехода (скорее, это переходная область) должна была опускаться на большие глубины. При этом происходил сброс примесей, которые ранее входили в кристаллические решетки минералов гранатитовой зоны. Эти примеси оказываются в несвязанном виде и распределяются по границам зерен вновь образованных (при распаде твердых растворов гранатита) минеральных фаз пиролита, что способствует их мобилизации при селективном плавлении и промывке мантии глубинным флюидом.

Таким образом, зона пиролита является тем резервуаром, из которого происходила (и происходит) мобилизация литофильных элементов, необходимых для формирования континентальной коры с ее гранитным слоем. И если мы определим динамику расширения планеты во времени, то это даст нам возможность оценить потенциальную способность литосферы отдавать литофильные элементы (и многие редкие металлы в их числе) в различные периоды геологической истории. К сожалению, в настоящее время отсутствуют экспериментальные данные по сжимаемости гидридов в мегабарном диапазоне давлений, и по этой причине мы пока не можем определить динамику расширения теоретически, исходя из нашей модели планеты. Вместе с тем эту динамику мы можем вывести из особенностей строения океанов и поясов тектономагматической активности (разумеется, если рассматривать их в свете наших построений).