РЕАКЦИЯ ЛИТОСФЕРЫ НА ПАДЕНИЯ ГАЛАКТИЧЕСКИХ КОМЕТ (II):

РЕАКЦИЯ ЛИТОСФЕРЫ НА ПАДЕНИЯ ГАЛАКТИЧЕСКИХ КОМЕТ (II):
ОБРАЗОВАНИЕ АЛМАЗОНОСНЫХ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК
Баренбаум А.А.
Институт проблем нефти и газа РАН (ИПНГ РАН)
[email protected]
Введение
Алмазоносные кимберлитовые трубки (диатремы) относятся к
наиболее изученным геологическим феноменам нашей планеты. Они
имеют вулканическую природу и образуются при взрыве. Однако их
происхождение не получило пока удовлетворительного объяснения
[Милашев, 1984]. Многие геологи связывают возникновение диатрем
с поступлением магматических расплавов с глубин 150 км и более.
Другие – образование кимберлитов переносят на меньшие глубины.
Нет доверия и к времени их образования [Хазанович-Вульф, 2004].
В докладе (I) в связи с анализом кометно-галактической гипотезы
образования вулканогенно-базальтового слоя океанической коры мы
кратко изложили теоретическую модель нагрева пород литосферы
падающими на Землю галактическими кометами [Баренбаум, 2013].
В настоящем сообщении (II) данная модель привлечена к решению
проблемы происхождения алмазоносных кимберлитовых трубок.
Ниже приведен ряд проблемных вопросов геологии кимберлитов,
которые, на наш взгляд, сравнительно легко и просто могут быть
объяснены падениями на Землю галактических комет.
Проблемные вопросы образования диатрем
1. Правило Клиффорда [Cliffird, 1966]. Эмпирически установлено,
что кимберлитовые трубки имеются лишь на древних платформах. В
океанах, где образовать диатремы, казалось бы, легче, их нет.
Убедительного объяснения этой закономерности не предложено.
2. Размещение и размер трубок. Трубки встречаются поодиночке и
группами. Группы занимают площади от ~103 км2 (кимберлитовые
поля) до ~106 км2 (кимберлитовые провинции) и включают от единиц
до тысячи трубок. На уровне земной поверхности диаметр трубок
варьирует от первых десятков метров до 1.6 км. Во всех полях, где
трубок много (>10), размер самой крупной в сотни раз превышает
мелкую. На каждом поле между крайними значениями наблюдаются
все промежуточные размеры диатрем [Милашев, 1984].
3. Форма диатрем. Трубки бывают почти правильной круглой или
овальной формы и сильно вытянутыми. Поперечное сечение трубок
с глубиной убывает. В результате их форма приближается к конусу с
углом при вершине 10-12. На глубине от нескольких сотен метров до
километра диатремы переходят в дайки. Почему трубки имеют вид
«перевернутых конусов» не понятно. Во всяком случае, создать
подземным взрывом такие трубки невозможно [Милашев, 1984].
4. Дайки и трубки. Дайки есть почти во всех кимберлитовых полях.
В одних полях их мало, в других – они преобладают. Имеется тесная
связь между числом диатрем и площадью занимаемых ими полей.
Участки локализации диатрем, как правило, характеризуются густой
тектонической трещиноватостью [Милашев, 1984] и обнаруживают
заметное поднятие поверхности [Хазанович-Вульф, 2004].
5. Состав пород в диатремах. Кристаллизовавшаяся в трубках
кимберлитовая магма нередко содержит включения древних пород,
поступивших с больших (подкоровых) глубин, и молодых осадочных
пород. Последние обычно опущены на сотни метров ниже коренного
(первоначального) залегания, и могут быть представлены породами,
отсутствующими в современном разрезе [Милашев, 1984].
6. Формирование диатрем. По представлениям [Милашев, 1984 и
др.], диатремы формируются в два приема. Сначала сильно сжатые
и нагретые до высоких температур газы, несущие твердые частицы,
воздействуя на породы, образуют пустую трубообразную полость,
которая позднее или сразу сверху и снизу заполняется веществом.
Процесс заполнения трубки выглядит так, как будто в нее с больших
глубин поступает насыщенная газами и флюидами кимберлитовая
магма, несущая ксенолиты сильно измененных мантийных пород, в
которую сверху с бортов трубки падают крупные блоки пород.
7. Цикличность магмообразования. Процесс заполнения крупных
трубок магмой может включать до 4 – 5 циклов генерации магмы
разного состава. При этом промежутки времени между внедрениями
магмы составляют по оценкам ~105-106 лет [Милашев, 1984].
8. Алмазоносность трубок. В кимберлитовых полях промышленно
алмазоносными являются 5% трубок. Близко находящиеся трубки
могут существенно отличаться размерами, составом кимберлитов и
степенью алмазоносности. Верхняя зона трубок практически всегда
эродирована, а состав кимберлитов минералогически и химически
очень сильно изменен. В алмазоносных трубках к низу закономерно
снижается насыщенность алмазами. Эта тенденция проявляется и
при уменьшении диаметра трубок [Милашев, 1984].
Обсуждение эмпирических данных
Обсудим теперь применимость кометной гипотезы к объяснению
указанных выше фактов. Существо гипотезы мы кратко изложили в
сообщении 1. Там же дано объяснение правилу (п. 1): при падении
галактических комет на древние платформы с мощной литосферой
образуемые ими «каналы» заполняются магмой не полностью, что
радикально отличает этот случай от падений комет в океан. Так что
сразу перейдем к решению ключевого в проблеме происхождения
диатрем вопроса (п. 6) – механизма образования полости канала.
При теоретическом решении данного вопроса [Баренбаум, 2013]
мы использовали две модели. Первая позволяла рассчитать нагрев
2
цилиндрического столба пород ударной волной, а вторая учитывала
последствия плавление вещества в этом столбе. Расчеты показали,
что за доли секунды прохождения ударной волны по столбу верхние
его породы испаряются (становятся газом), на их месте образуется
глубокий цилиндрический кратер, а под ним еще более протяженная
магматическая камера. В дальнейшем за гораздо большее время
кратер заполняется магмой. На этой стадии в кратер может попасть
и испариться большое количество поверхностных и подземных вод.
Окончательная стабилизация температуры в системе «трубка –
окружающая среда» по нашим оценкам происходит за ~104-106 лет.
Тем самым, наиболее трудный вопрос – создание с участием газов
полости трубки, наша гипотеза легко решает. Удовлетворяет фактам
и второе ее следствие – заполнение кратера магмой. Этот процесс
может сопровождаться обрушением стенок кратера и приводить как к
попаданию в кратер крупных блоков вмещающих пород (пп. 5 и 6),
так и превращению его из цилиндра в конический раструб (п. 3).
Форму кратера определяет наклон траектории комет к земной
поверхности. При вертикальном падении комет образуются круглые
изометрические трубки. При наклонных углах падения комет круг
вытягивается в эллипс (п. 3). Заметим также, что диаметры диатрем
оказываются меньше, чем по нашим расчетам (сообщение 1).
Число диатрем (п. 2) на хорошо разведанных участках достигает
~10 трубок на площади 100×100 км2. Такая плотность трубок может
быть создана падениями галактических комет даже в течение одной
кометной бомбардировки [Баренбаум, 2012]. В эти периоды кометы
падают столь часто, что могут инициировать повторные импульсы
магматизма в трубках, близко расположенных к месту падения. Мы
полагаем, что повторные циклы вулканизма (п. 7), установленные в
трубках некоторых полей, вполне можно объяснить этой причиной.
Данные геологии (п. 4) указывают еще на один важный процесс в
колонне. При резком увеличении давления в магматической камере,
вызванном плавлением пород, в ее стенках образуются трещины, в
которые поступает магма. Поэтому в окружающих колонну породах
возникают радиальные и аксиальные дайки, а поверхность над этим
местом покрывается трещинами и вспучивается [Баренбаум, 2012].
Относительно (п. 8) заметим, что на фронте ударной волны
возникают давления и температуры, которые заведомо больше тех,
которые необходимы для кристаллизации алмазов (Р > 4000 МПа и Т
=1200–1700С ). Однако за время прохождения волны (~10-6 сек)
успевают возникнуть алмазы лишь микроскопических размеров.
Крупные кристаллы алмаза образуются в условиях, когда нужные
температуры и давления стабилизируются на длительное время. Это
требование, как мы полагаем, хорошо выполняется в больших
магматических камерах, созданных крупными кометами. В больших
3
камерах, на стадии формирования даек, давления и температуры
изменяются со временем, по-видимому, достаточно слабо. В мелких
трубках это условие выполняется хуже. К тому же возникающие в них
давления и температуры оказываются ниже, чем в крупных, что
значительно снижает алмазоносность мелких диатрем.
В этой связи отметим, что термобарические условия влияют как
на размеры и форму кристаллов алмаза в кимберлитовых трубках,
так и отражаются на составе кимберлитов в целом [Милашев, 1984].
Заключение и выводы
Обоснована гипотеза, связывающая образование алмазоносных
кимберлитовых трубок с падениями на Землю галактических комет.
Эта гипотеза позволяет с одной стороны предложить приемлемое
физическое объяснение целому ряду пока плохо понятных фактов, а
с другой – выявить ограничения нашей теоретической модели.
Наиболее важными представляются два вывода:
 алмазоносных трубок на Земле гораздо больше обнаруженных
сегодня геологами;
 модель нуждается в серьезных усовершенствованиях, которые
позволили бы ее лучше согласовать с имеющимися фактами.
Литература
1. Баренбаум А.А. О происхождении новейших поднятий земной коры.
Новая постановка проблем глобальной геодинамики // Уральский
геологический журнал 2012. №6 (90). С.3–26.
2. Баренбаум А.А. Возможный механизм нагрева пород литосферы
галактическими кометами // Уральский геологический журнал. №1
(91). 2013. С.21–39.
3. Милашев В.А. Трубки взрыва. Л. Недра. 1984. 268 с.
4. Хазанович-Вульф К.К. Диатремовые шлейфы астроблем или
«болидная модель» образования кимберлитовых трубок.
Петрозаводск: ГЕОМАСТЕР. 2007.
5. Cliffird T.H. Tectono-metallogenic units and metallogenic provinces of
Africa // Earth Planet. Sci. Lett. 1966, V.1, №6, р. 421-434.
REACTION LITHOSPHERE ON FALLS OF GALACTIC COMETS (II):
ORIGIN OF DIAMOND-BEARING KIMBERLITIC PIPES
Barenbaum A.A.
Oil and Gas Research Institute (OGRI) RAS, Moscow, [email protected]
The hypothesis, according to which the diamond-bearing kimberlitic pipes
can be created by downs galactic comets, is presented. This hypothesis
allows one hand to offer an acceptable physical explanation for a number
of facts are still poorly understood, and the other - to show the limitations
of the used theoretical model.
4