Про дегазування Землі
DOI:
https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v41i3.2019.172420Ключові слова:
дегазація, утворення та перенесення флюїдів, кора, мантія та ядро ЗемліАнотація
В останні роки велику увагу геологів привертає дегазація Землі. Діапазон думок за різними аспектами проблеми дуже значний. Частина з них, з погляду автора, спирається на необґрунтоване припущення або неправильно інтерпретовані факти. У статті зроблено спробу коротко розглянути найсуперечливіші аспекти концепції за допомогою методів аналізу, що дає змогу застосувати адвекційно-поліморфну гіпотезу і деякі результати, отримані з її використанням. Необхідним виявилося наведення даних щодо тепломасоперенесення у тектоносфері, для якого доведено визначальний вплив на геодинаміку. Головну увагу приділено кількості речовини, що переноситься, та енергії, яку витрачають глибинні процеси. Розглянуно збіжність параметрів масового потоку, що переносить газову компоненту з мантії в кору та атмосферу, який виявлено за ізотопно-геохронометричними даними та схемою глибинних процесів у запропонованій гіпотезі. Наведено параметри процесу дегазації при магматизмі та циркуляції флюїдів під час утворення родовищ руд і вуглеводнів. Показано, що енергія, яку переносять флюїди, незіставна з енергією, необхідною для геодинамічних процесів. Проаналізовано утворення флюїдів у породах кори при активізації. Передусім вивчено утворення водневого флюїду та його роль в утворенні родовищ вуглеводнів. Загальна кількість корових флюїдів може бути узгодженою з кількістю флюїдів, фіксованою при дегазації Землі. Участь флюїдів з верхньої мантії не викликає сумнівів, вони виникають у процесі активізації тектоносфери, тепломасоперенесення, що супроводжується частковим плавленням порід. Однак їх кількість незначна порівняно з кількістю корових флюїдів. Обґрунтовано уявлення про відсутність умов у нижній мантії та ядрі для утворення флюїдів, здатних виноситися у верхню мантію та кору. Розглянуто швидкісні розрізи для обґрунтування такого процесу. Як регіони для цього контролю обрано перехідні зони між континентами й Тихим океаном, де швидкісні збурення можуть бути максимальними. Показано недостовірність аномалій швидкості поширення сейсмічних хвиль, які виділяють у нижній мантії за даними сейсмотомографічних досліджень.Посилання
Azbel, I., & Tolstikhin I. (1988). Early evolution of the Earth. Preprint. Apatity: Kola Branch of the USSR Academy of Sciences, 42 p. (in Russian).
Aleksandrov, A. L., Gordienko, V. V., Derevskaya, E. I., Zemskov, G. A., Ivanov, A. P., Panov, B. S., Shumlyansky, V. A., & Epov, O. G. (1996). Deep structure, evolution of fluid-magmatic systems and prospects of endogenous gold content of the southeastern part of the Ukrainian Donbass. Kiev: Publ. of the Institute for Basic Research, 74 p. (in Russian).
Babinets, A. E., & Vetshteyn, V. E. (1967). The results of studying the content of О18 in some genetic varieties of natural waters. In Problems of hydrogeology and engineering soil science (pp. 11—21). Kiev: Naukova Dumka (in Russian).
Bazylev, B. A. (2000). The development of the avaraite-containing mineral association in peridotites from fault zone 15 20 (Atlantic Ocean) as one of the manifestations of oceanic metamorphism. GeoScience, 2(3). http://eos.wdcb. ru/journals/rjes/rus/v02/rje00045/rje00045.htm (in Russian).
Belov, S. V. (2003). The pure fuel of the future is hydrogen. Prirodno-resursnyye vedomosti, (47), 8 (in Russian).
Belov, S. I., Boriskov, G. V., Bykov, A. I., Ilkaev, R. I., Lukyanov, N. B., Matveev, A. Ya., Mikhailova, O. L., Selemir, V. D., Simakov, G. V., Trunin, R. F., Trusov, I. P., Urlin, V. D., Fortov, V. E., & Shuykin, A. N. (2002). Shock-wave compression of solid deuterium. Letters to Jounal of Experimental and Theoretical Physics, 76(7), 508—510 (in Russian).
Belyavsky, V. V., & Aleksanova, E. D. (2014). Three-dimensional geoelectric model of the southern part of the Kamchatka Peninsula. Fizika Zemli, (1), 11—32 (in Russian).
Voitov, G. I. (1974). Prior to the inception of the gas exchange on the shields (on the application of the Ukrainian Shield). Geologicheskiy zhurnal, (2), 68—82 (in Ukrainian).
Voytov, G. I., & Rudakov, V. P. (2000). Hydrogen atmosphere of subsoil deposits, its monitoring and application capabilities. Fizika Zemli, (6), 83—91 (in Russian).
Galperin, A. M., Zaytsev, V. S., Kharitonenko, G. M., & Norvatov, Yu. A. (2009). Geology: Pt. 3. Hydrogeology. Moscow: Gornaya kniga, 400 p. (in Russian).
Sugrobov, V. M. (Ed.). (1986). Geothermal and geochemical studies of high-temperature hydrotherms. Moscow: Nauka, 209 p. (in Russian).
Gontovaya, L. I., & Gordienko, V. V. (2006). Deep processes and geophysical model of the mantle of East Kamchatka and Kronotsky Bay. Geologiya i poleznyye iskopayemyye Mirovogo okeana, (2), 107—121 (in Russian).
Gordienko, V. V. (2017). Thermal processes, geodynamics, deposits. https://docs.wixstatic.com/ugd/6d9890_090e4a0466b94934b7d7af8c751a70bf.pdf (in Russian).
Gordienko, V. V. (2018). On the motion of lithospheric plates in the oceans and transition zones. Geofizicheskiy zhurnal, 40(3), 149—166. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v40i3.2018.137181 (in Russian).
Gordienko, V. V., Gordienko, I. V., Zavgorodnyaya, O. V., Kovachikova, S., Logvinov, I. М., Tarasov, V. N., & Usenko, O. V. (2005). Ukrainian Shield (geophysics, deep processes). Кiev: Korvіn press, 210 р. (in Russian).
Gordienko, V. V., & Gordienko, L. Ya. (2018). Velocity model of the Ukrainian subcrustal mantle. Geofizicheskiy zhurnal, 40(6), 30—51. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v40i6.2018.151004 (in Russian).
Gordienko, V. V., & Gordienko, L. Ya. (2017). Velocity models of the upper mantle of continental and oceanic rifts. Geofizicheskiy zhurnal, 39(6), 20—40. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v39i6.2017.116365 (in Russian).
Dmitrievsky, A. N., & Valyaev, B. M. (Eds.). (2002). Degassing of the Earth: geodynamics, geofluids, oil and gas. Moscow: GEOS, 471 p. (in Russian).
Dmitrievsky, A. N., & Valyaev, B. M. (Eds.). (2010). Degassing of the Earth: geodynamics, geofluids, oil and gas. Hydrocarbons and life. Moscow: GEOS, 712 p. (in Russian).
Dmitriev, L. V., Bazylev, B. A., Borisov, M. V., Bugo, A., Silsntyev, S. F., & Sokolov, S. Ju. (1999). Formation of hydrogen and methane during serpentinization of mantle hyperbasites of the ocean and the origin of oil. GeoScience, 1(6), 511—519 (in Russian).
Druzyak, N. G. (2013). Does the ozone layer protect us? http://www.telenir.net/alternativnaja_medicina/kak_prodlit_bystrotechnuyu_zhizn/index.php (in Russian).
Zhao, D., Piraino, F., & Liu, L. (2010). Structure and Dynamics of the Mantle under Eastern Russia and Adjacent Regions. Geologiya i geofizika, (9), 1188—1203 (in Russian).
Zavaritskiy, A. N. (1961). The igneous rocks. Moscow: Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 480 p. (in Russian).
Zedgenizov, D. A, Shatsky, V. S., Panin, A. V., Evtushenko, O. V., Ragozin, A. L., & Kagi, H. (2015). Evidence of phase transitions of mine-ral inclusions in super-deep diamonds from the Sao Luis deposit (Brazil). Geologiya i geofizika, 56(1-2), 384—396 (in Russian).
Ivanov, A. V. (2010). Deep-seated geodynamics: process boundaries on the basis of geochemical and petrological data. Geodinamika i tektonofizika, (1), 87—102 (in Russian).
Kissin, I. G. (2001). Fluid system and geophysical heterogeneities of the consolidated earth’s of the continenttes. Vestnik otdeleniya geologii, geofiziki, geokhimii i gornykh nauk RAS, (2), 1—22 (in Russian).
Kovalenko, V. I., Naumov, V. B., Girnis, A. V., Dorofeeva, V. L., & Yarmolyuk, V. V. (2006). Evaluation of the average contents of H2O, Cl, F, S in depleted mantle based on the compositions of melt inclusions and quenching glasses of mid-oceanic ridges. Geokhimiya, (3), 243—266 (in Russian).
Kozlovskiy, E. A. (Ed.). (1984). Kola superdeep. Investigation of the deep structure of the continental crust using drilling of the Kola super-deep well. Moscow: Nedra, 490 p. (in Russian).
Krajushkin, V. A. (2008). The non-biogenic oil and gas content of modern centers of spreading the bottom of the World Ocean. Geologiya i poleznyye iskopayemyye Mirovogo okeana, (3), 19—39 (in Russian).
Litasov, K. D., & Shatskiy, A. F. (2016). Modern ideas about the composition of the Earth’s core. Geologiya i geofizika, 57(1), 31—62 (in Russian).
Lomize, M. G. (1999). The volcanic ring of the Pacific: its past, present and future. Sorosovskiy obrazovatelnyy zhurnal, (9), 59—66 (in Russian).
Lukin, A. E. (1997). Lithological-dynamic factors of oil and gas accumulation in aulacogenic basins. Kiev: Naukova Dumka, 224 p. (in Russian).
Lukin, A. E. (2009). Native metallic micro- and nanoinclusions in oil and gas basin formations — tracers of super-deep fluids. Geofizicheskiy zhurnal, 31(2), 61—92 (in Russian).
Menard, G. U. (1966). Geology of the bottom of the Pacific Ocean. Moscow: Mir, 274 p. (in Russian).
Murich, A. T., Reznikov, A. I., Abrazhevich, E. V., & Serdyukov, V. V. (1975). The results of deep drilling in the central part of Donbass. Sovetskaya geologiya, (8), 125—131 (in Russian).
Naboko, S. I. (1967). Soviet volcanology. Voprosy geografii Kamchatki, (5), 12—17 (in Russian).
Shestopalov, V. M. (Ed.). (2018). Essays degassing the Earth. Kiev: Іtек sеrvіs, 632 p. (in Russian).
Rakaev, A. I., Neradovenkiy, Yu. N., Cherno-usenko, E. V., & Morozova, Т. А. (2009). Mineralogical and technological studies of poor serpentinite copper-nickel ores of the Pechenga ore field. Vestnik Murmanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, (4), 632—637 (in Russian).
Reteyum, A. Yu. (2018). Deep degassing of the Earth as a leading endogenous process: Proc. of the Int. Conf. “Degassing of the Earth: Geo-logy and Ecology — 2018”, April 24—26, 2018, Moscow. http://oilgasjournal.ru/issue_23/reteyum.pdf (in Russian).
Ritman, A. (1964). Volcanoes and their activities. Moscow: Mir, 438 p. (in Russian).
Ryabchikov, I. D. (1985). Water solutions in the upper mantle and the problems of degassing the Earth. In Underground waters and the evo-lution of the lithosphere (Vol. 1, pp. 176—187). Moscow: Nauka (in Russian).
Ryabchikov, I. D. (1982). Fluid mass transfer and mantle magma formation. Vulkanologiya i seysmologiya, (5), 3—9 (in Russian).
Ryabchikov, I. D., & Kaminskiy, F. V. (2013). The composition of the lower mantle according to the data of mineral inclusions in diamonds. Doklady RAN, 453(5), 540—543 (in Russian).
Savko, A. D., Nadezhka, L. I., & Shevyrev, L. T. (2008). New data on the fluid and seismic activity of the Voronezh anteclise. In Degassing of the Earth: geodynamics, geofluids, oil, gas and their parageneses (pp. 439—441). Moscow: GEOS (in Russian).
Solovova, I. P. (2004). Mantle magmas and fluids from the study of inclusions in minerals. Doctor’s thesis. Moscow: IGEM RAS, 335 p. (in Russian).
Starostin, V. I., & Ignatov, P. A. (1996). Geology of minerals. Moscow: Moscow University Press, 477 p. (in Russian).
Tolstikhin, I. N. (1991). Early evolution of the Earth: limitations resulting from the analysis of isotope geochronometric systems. Fizika Zemli, (8), 73—90 (in Russian).
Tolstikhin, I. N, Marti, B., Poceli, D., & Gofman, A. (2012). Earth degassing: models based on xenology. Annotations of the reports of the 14th seminar of the IKI RAS. http://www.iki.rssi.ru/galeev/past2012.htm (in Russian).
Semenenko, N. P. (Ed.). (1979). Ultrabasitic formations of the central part of the Ukrainian Shield. Kiev: Naukova Dumka, 412 p. (in Russian).
Fedorin, Ya. V. (1991). Model of the evolution of the early Earth. Kiev: Naukova Dumka, 112p. (in Russian).
Verhoogen, J. (1962). Metamorphic reactions and metamorphic facies. Moscow: Izd-vo inostr. lit., 414 p. (in Russian).
Shumlyanskiy, V. A. (1983). Cimmerian metallogenic epoch on the territory of Ukraine. Kiev: Naukova Dumka, 220 p. (in Russian).
Shumlyanskiy, V. A. (2007). Tectonic conditions of the Cimmerian era of ore formation on the East European platform. In Scientific works of the Institute of Basic Research (pp. 50—68). Kiev: Logos (in Russian).
Yurova, M. P. (2018). Degassing of volcanoes. Actual problems of oil and gas: Proc. of the Int. Conf. “Degassing of the Earth: Geology and Ecology — 2018”, April 24—26, 2018, Moscow (is. 4). doi: 10.29222/ipng.2078-5712.2018-23.art63 (in Russian).
Anzellini, S., Dewaele, A., Mezouar, M., Loubeyre, P., & Morard, G. (2013). Melting of Iron at Earth’s Inner Core Boundary Based on Fast X-ray Diffraction”. Science, 340, 464—466. doi: 10.1126/science.1233514.
Badro, J., Côté, A., & Brodholt, J. (2014). A seismologically consistent compositional model of Earth’s core. Proceedings of NAS USA, 111(21), 7542—7545. https://doi.org/10.1073/pnas.1316708111.
Barriga, F., Costa, I., Relvas, J., Ribeiro, A., Fouquet, Y., Ondreas, H., & Parson, L. (1997). The Rainbow serpentinites and serpentinite-sulphide stockwork (Mid-Atlantic Ridge, AMAR segment): A preliminary report of the Flores results. EOS, 78(46), F832.
Clesi, V., Bouhifd, M., Bolfan-Casanova, N., Manthilake, G., Schiavi, F., Raepsaet, C., Bu-reau, H., Khodja, H., & Andrault, D. (2018). Low hydrogen contents in the cores of terrestrial planets. Science Advances, 4(3), 1—6. doi: 10.1126/sciadv.1701876.
Collerson, K., Hapugoda, S., Kamber, B., & Williams, Q. (2000). Rocks from the Mantle Transition Zone: Majorite-Bearing Xenoliths from Malaita, Southwest Pacific. Science, 288, 1215—1223. doi: 10.1126/science.288.5469.1215.
Douglass, A., & Fioletov, V. (Eds.). (2011). Stra-tospheric Ozone and Surface Ultraviolet Radiation. Scientific Assessment of Ozone Depletion. WMO, 80 p.
Giggenbach, W. (1997). The origin and evolution of fluids in magmatic-hydrothermal systems. In H. Barnes (Ed.), Geochemistry of hydrothermal ore deposits (pp. 737—796). New Jork: J. Wiley.
Gilat, A., & Vol, A. (2012). Degassing of primordial hydrogen and helium as the major energy source for internal terrestrial processes. Geoscience Frontiers, 3(6), 911—921. https: //doi.org/10.1016/j.gsf.2012.03.009.
Gorbatov, A., Domýnguez, J., Suarez, G., Kostoglodov, V., Zhao, D. & Gordeev, E. (1999). Tomographic imaging of the P-wave velocity structure beneath the Kamchatka peninsula. Geophysical Journal International, 137(2), 269—279. https://doi.org/10.1046/j1365-246X.1999.t01-1-00801.x.
Gordienko, L., & Gordienko, V. (2016). P-wave velocities in the upper mantle beneath oceans. NCGT Journal, (3), 389—405.
Gu, Y., Dziewonrski, A., & Ekström, G. (2003). Simultaneous inversion for mantle velocity and topography of transition zone discontinuties. Geophysical Journal International, 154(2), 559—583. https://doi.org/10.1046/j1365-246X.2003.01967.x.
Iizuka-Oku, R., Yagi, T., Gotou, H., Okuchi, T., Hattori, T., & Sano-Furukawa, A. (2017). Hydrogenation of iron in the early stage of Earth’s evolution. Nature Communications, 8, 14096. https://doi.org/10.1038/ncomms14096.
Harmand, M., Ravasio, A., Mazevet, S., Bouchet, J., Denoeud, A., Dorchies, F., Feng, Y., Fourment, C., Galtier, E., Gaudin, J., Guyot, F., Kodama, R., Koenig, M., Lee, H. J., Miyanishi, K., Morard, G., Musella, R., Nagler, B., Nakatsutsumi, M., Ozaki, N., Recoules, V., Toleikis, S., Vinci, T., Zastrau, U., Zhu, D., & Benuzzi-Mounaix, A. (2014). Melting of iron close to Earth’s inner core boundary conditions and beyond. https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1411/1411.2074.pdf.
Menaker, G. (2011). Theoretical models in geochemistry and ore genesis. Chicago: Lulu Press, 271 p.
Kukkonen, I. T. (Ed.). (2011). Outokumpu Deep Drilling Project 2003—2010. Geological Survey of Finland, Special Paper 51, 252 p.
Ozone and UV-radiation. (2009). Blindern: University of Oslo, 73 p. https://www.uio.no/studier/emner/matnat/fys/nedlagte-emner/FYS3610/h09/undervisningsmateriale/compendium/Ozone_and_UV_2009.pdf.
Sakami, T., Ohtani, E., Fukui, H., Kamada, S., Takahashi, S., Sakairi, T., Takahata, A., Sakai, T., Tsutsui, S., Ishikawa, D., Shiraishi, R., Seto, Y., Tsuchiya, T., & Baron, A. (2016). Constraints on Earth’s inner core composition inferred from measurements of the sound velocity of hcp-i-ron in extreme conditions. Science Advances, 2(2), e1500802. doi: 10.1126/sciadv.1500802.
Siebert, L., Simkin, T., & Kimberly, P. (2011). Volcanoes of the World. University of California Press, 2011. 568 p.
Terasaki, H., & Fischer, R. (Eds.). (2016). Deep Earth: Physics and Chemistry of the Lower Mantle and Core. Hoboken: J. Wiley & Sons, 312 p.
Welhan, J., & Grain, H. (1979). Methane and hydrogen in East Pacific rise hydrothermal fluids. Geophysical Research Letters, 6(11), 829—831. https://doi.org/10.1029/GL006i011p00829.
Zhang, Y., Sekine, T., He, H., Yu, y., Liu, F., & Mingjian Zhang, M. (2016). Experimental constraints on light elements in the Earth’s outer core. Scientific Reports, 6, Article: 22473. https://doi.org/10.1038/srep22473.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Геофізичний журнал
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори зберігають за собою авторські права на роботу і передають журналу право першої публікації разом з роботою, одночасно ліцензуючи її на умовах Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим поширювати дану роботу з обов'язковим зазначенням авторства даної роботи і посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі .
2. Автори зберігають право укладати окремі, додаткові контрактні угоди на не ексклюзивне поширення версії роботи, опублікованої цим журналом (наприклад, розмістити її в університетському сховищі або опублікувати її в книзі), з посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі.
3. Авторам дозволяється розміщувати їх роботу в мережі Інтернет (наприклад, в університетському сховище або на їх персональному веб-сайті) до і під час процесу розгляду її даними журналом, так як це може привести до продуктивної обговоренню, а також до більшої кількості посилань на дану опубліковану роботу (Дивись The Effect of Open Access).
