На протяжении всего развития человеческой цивилизации главным фактором устойчивого развития был доступ к полезным ископаемым. Полезные ископаемые - это всё то, что мы можем брать из недр и использовать в своих практических целях. Общепринятый возраст Земли 4,5 млрд лет, а полезные ископаемые формировались с момента образования твёрдой коры, т.е. по меньшей мере 2,5 млрд лет. Каждая геологическая эпоха – это конкретный особенный этап эволюции Земли, в котором формируются определённые группы месторождений. Любое месторождение является уникальным результатом взаимодействия сложных физико-химических процессов. Месторождения могли формироваться как довольно быстро в геологическом масштабе времени (до 5 млн лет), так и очень долго, претерпевая несколько стадий развития (100, 200 и даже 300 млн лет). Из химии мы знаем, что любой процесс может проходить либо с выделением энергии, либо с её поглощением. В геологии выделение энергии – редкость, а значит подавляющее большинство процессов построено на её поглощении и стремятся к энтропии. Откуда берется энергия на планете Земля? Есть только два источника: ядро земли, где тепло выделяется в результате ядерного распада (нейтринные обсерватории это доказали) и Солнце, которое снабжает Землю своим теплом. Будем делить все процессы, протекающие на нашей планете по источнику энергии на эндогенные (от ядра) и экзогенные (от солнца)...

Эндогенные процессы

Среди всех планет солнечной системы Земля единственная, где до сих пор существует активная тектоника, а причиной этому служит горячее ядро, которое расположено в центре Земли. Оно окружено мантией, та в свою очередь окружена корой. От ядра исходит тепло, а мантия выступает тут в роли огромного теплоносителя. Её температуры достаточно, чтобы расплавить любую горную породу до жидкого состояния, но огромное давление компенсирует температуру и вещество мантии остаётся более-менее твёрдым. От ядра через мантию тепловой поток поднимается в кору, где происходит его охлаждение с дальнейшим опусканием. Таким образом формируются конвекционные ячейки постоянного теплопереноса. И вот тут происходит самое интересное, потому что там, где восходящий тепловой поток достигает коры, происходит направленное воздействие, приводящее к плавлению корового вещества и последующим прорывам мантии на поверхность.


В качестве примера можно рассмотреть срединно-океанический хребет Атлантического океана. В этом месте кора наиболее тонкая, она подвержена воздействию направленного теплового потока, приводящему к разрывам. Когда это происходит, давление под корой резко падает. Самая верхняя часть мантии моментально разжижается, а под действием окружающего давления это вещество выдавливается наверх и очень быстро кристаллизуется из-за охлаждения океанической водой. Постоянные проникновения мантийного вещества в кору приводят к её расклиниванию. Таким образом, кора «разъезжается» в обе стороны от срединно-океанических хребтов. Однако, мы знаем, что Земля в объёме не увеличивается, значит где-то кора должна поглощаться. Введём ещё несколько понятий: океаническая кора – молодая и тонкая, имеет относительно простое строение, она состоит из нижней части - условно застывшего мантийного вещества и верхней части, сложенной сносимым с континента осадком. Самая древняя известная океаническая кора находится в Тихом океане в котловине Пегафета и имеет возраст 156 млн лет. Континентальная кора – древняя, толстая и имеет сложное многослойное строение. Её возраст может достигать 2,5 млрд лет. Океаническая и континентальная коры не являются сплошным телом. Между ними очень чёткие различия, обусловленные и разным происхождением и разными механическими свойствами. Океаническая кора при столкновении с континентальной неизбежно будет опускаться под континентальную, погружаясь в мантию, потому что её плотность значительно превосходит плотность континентальной коры. Этот процесс называется субдукция. При этом сама поглощённая океаническая кора для мантии является инородным телом, которое теперь подвергается воздействию сверхвысоких температур. Поэтому субдуцируемая кора плавится и её части постепенно выбрасываются обратно на поверхность в виде лавы. Для примера можно погуглить «тихоокеанское огненное кольцо», которое по сути своей является зоной современной субдукции. Вулканы тихоокеанского огненного кольца трассируют зоны глубинного плавления затянутых в мантию кусочков океанической коры, где расплавленное вещество выбрасывается обратно на поверхность. Это и есть основной механизм движения тектонических плит. В одном месте планеты под действием восходящего теплового потока кора прорывается и раздвигается, а на другой стороне земли – кора сдвигается и «лишнее» поглощается. Атлантический океан сейчас находится в фазе открытия, а тихий - в фазе закрытия.


При раскрытии океана неизбежно будут двигаться континенты. По крайней мере последние 550 млн лет мы живём при современной тектонике плит. Существуют стабильные, долго живущие зоны раздвижения. Постепенно их энергия уменьшается, зона раздвижения смещаются и там, где недавно океан раскрывался, он будет закрываться. Существуют целые циклы расхождения и схождения континентов (по некоторым данным уже существовало до 6 Пангей – единых континентов, охватывающих большую часть суши). Что же происходит с континентами, когда они сталкиваются? В мантию их так просто не унесёт. Чаще всего континенты не ныряют друг под друга, а остаются на одном уровне. Когда места для горизонтального перемещение нет, перемещение становится вертикальным. То есть, при столкновении (коллизии) двух континентов, они как пластилин начинают вдавливаться друг в друга, в этот момент формируются горы. Вдавливание сопровождается повышением температуры и давления. Для горных пород такие условиях становятся критичными. Начинается перестройка их структуры, и чем выше поднимается температура с давлением, тем глубже и интенсивнее протекает процесс, вплоть до полных кристаллохимических изменений. Так формируются складки или флексуры, параллельно с этим происходит и преобразование самих пород, например, глины превращаются в сланцы или в гнейсы, а известняки – в мраморы. Процесс преобразования первичных пород под давлением и температурой называется метаморфизмом.


Урал и Кавказ – это самые яркие примеры шовных зон, образованных в результате коллизии континентов. Уральская горная система появилась из-за столкновения палеоконтинентов Лавруссии (считай Европа сейчас) и несохранившегося континента, который остался в виде небольших реликтов в западной Сибири. Коллизия этих континентов – это завершение закрытия древнего Палеоазиатского океана. Кавказ моложе, его формирование связано с закрытием древнего океана Тетис, если совсем грубо, то это результат движения Африки в нашу сторону.


Конечно, сравнение континентов с пластилином – это большая условность. На самом деле деформации могут быть пластичными и непластичными, физика явления намного сложнее. У любых горных пород, даже разогретых до высоких температур, есть предел возможности к искривлению. Когда он превышен геологическое тело ломается с образованием трещин или разломов (и проявлением землетрясений). Кора «бьётся» на условные блоки, которые способны перемещаться вертикально и горизонтально, иногда даже поворачиваться вокруг своей оси. Между блоками разломы достигают существенных глубин, вещество находится в расплавленной форме, а по таким разломам оно может проникать на поверхность в виде лав. Во всех растущих горах присутствуют вулканы. При этом все горные породы находящиеся на поверхности планеты подвержены воздействию внешних процессов.

Экзогенные процессы

Солнце снабжает теплом поверхность Земли, но в силу множества факторов распределение его неравномерно. Отсюда колебания температур и других климатических факторов. Самым важным из которых, можно назвать режим осадков т.к. именно количество свободной воды будет иметь лидирующую роль как в механическом воздействии на горные породы, так и в химическом. Механическое воздействие происходит под действием водных потоков, ветра и резкой смены суточной температуры. Вода несёт в себе взвесь твёрдых частичек, которые, как абразив «стирают» горные породы. Из-за цикличного изменения температуры горные породы расширяются и сужаются, что со временем приводит к растрескиванию. Сам разрушенный материал не остаётся на месте, он транспортируется с самых верхних точек в океаны под действием воды, ветра и просто гравитационно. Химическое воздействие связано с атмосферой, водой и живыми организмами. На воздухе многие минералы будут окисляться, вследствие чего они поменяют свою форму, вода способна растворять и выщелачивать химические элементы из минералов, что также приводит либо к разрушению, либо к перекристаллизации. Вода ещё и самый важный химический агент-переносчик вещества т.к. помимо тонкой минеральной взвеси, она переносит растворённые химические элементы, которые в последствии будут откладываться на особых барьерах, где могут концентрироваться в количествах значительно превышающих фоновые. Живые организмы потребляют химические элементы из земли, то есть извлекают их, а потом «возвращают их», но уже в совершенно другой форме. Помимо этого, живые организмы в процессе своей жизнедеятельности способны значительно изменять pH среды, что также способствует химическому разложению горных пород. В конце концов, живые организмы банально умирают, что может привести к формированию новых горных пород (известняк – результат захоронения планктонных форм жизни в океане, уголь – огромные массивы леса, быстро оказавшиеся в анаэробных условиях).

В результате комплексного воздействия экзогенных процессов на горные породы, материал разрушается и переносится, причём эти процессы начинаются в горах и заканчиваются в океане, они протекают непрерывно. В результате множества циклов разрушение-перенос-отложение первичный материал с гор в конце концов попадет в океан. При субдукции часть отложенного в океане осадка будет поглощено мантией, а часть останется на поверхности и примет участие в формировании уже новых гор.

Итак, мы с вами рассмотрели упрощённый жизненный цикл Земли, который может длиться от 200 до 350 млн лет: зарождение нового океана-расхождение континентов-схождение континентов в одном месте с образованием гор. Всё это время активно протекают экзогенные процессы на поверхности Земли.

Для понимания связи формирования месторождений с общей геологией Земли важно отметить, что:

1. Магматическая деятельность на Земле встречается в: местах разрыва коры; над зонами субдукции; при горообразовании в моменты деформаций горных массивов. Во всех трёх типах магматизма химические составы лав разные и их начальные температуры отличаются. Магматическая деятельность служит механизмом дифференциации вещества и одним из способов проникновения мантии на поверхность; формирует новые массивы горных пород, а также является дополнительным источником тепла, который влияет на вмещающие породы.
2. Столкнувшиеся континенты подвержены высоким температурам и давлениям из-за чего претерпевают внутреннюю перестройку.
3. Поверхность Земли постоянно преобразуется. Она разрушается, материал переносится. Протекают процессы растворения, окисления, выщелачивания. Первичные минералы перекристаллизовываются в новые.

В каждой из описанных ситуаций мы имеем разные температуру и давление, разный pH и в целом тип воздействия от химического до механического. Вследствие этого, переносятся разные химические элементы, причём они могут переноситься с разной интенсивностью и разными агентами-переносчиками и откладываться они тоже могут в разных условиях. Месторождения полезных ископаемых будут формироваться на каждом из приведённых этапов эволюции земли, причём разные и в разных масштабах. Для магматических процессов, связанных с прорывом коры характерны месторождения титана, меди, никеля, хрома, кобальта, ванадия, золота и платиноидов. Для магматических процессов, связанных с субдукцией характерны месторождения золота, серебра, цинка, свинца, ртути, олова, меди. При взаимодействии магм, связанных с коллизией, и вмещающих пород наиболее эффективно будут формироваться месторождения молибдена, вольфрама, золота, меди, некоторых редкоземельных элементов. Для метаморфических пород характерны месторождения железа. Под действием экзогенных процессов могут, во-первых, увеличиваться концентрации полезного компонента в уже сформированных месторождениях магматического или метаморфического типа, во-вторых, образовываться собственные месторождения марганца, лития, железа, многих типов редкоземельных элементов, а также россыпные месторождения золота, титана и хрома. Последние являются результатом механического разрушения первичных горных пород, и также механического выноса нерастворимых минералов (или самородных элементов).Автор: Д.Коршунов
Источник: "Катехизис и Катарсис"