Вещество мантии находится в равновесном твердом состоянии в условиях высоких температур и давления. Однако это равновесное состояние будет нарушено, если внешние условия изменятся, например, понизится давление или повысится температура. Тогда вещество перейдет в расплавленное, жидкое состояние. Такое явление вполне вероятно, если внутри мантии возникнет очаг сильного разогревания. Причиной его может служить энергия радиоактивного распада. Расплавленная масса, содержащая источник тепловой энергии, будет перемещаться в радиальном направлении к поверхности Земли, проплавляя при своем движении вещество мантии. При этом должна происходить закономерная дифференциация этого вещества.

Чтобы представить себе механизм этого процесса, мысленно проделаем следующий опыт.

Поместим в термоустойчивую трубку смесь соединений, обладающих различной температурой плавления. При помощи кольцевого нагревателя расплавим узкую зону внизу трубки и затем будем медленно перемещать нагреватель вверх вдоль трубки. При подъеме нагревателя расплавится следующая зона, а нижележащая масса остынет и вновь закристаллизуется. По мере движения нагревателя все вещество в трубке пройдет стадии плавления и последующей кристаллизации. Если эту операцию повторить неоднократно, то исходная смесь закономерно разделится: вверху обособятся более легкоплавкие соединения, а внизу — менее плавкие.

Изложенный принцип «зонной» плавки был использован известным геохимиком А.П. Виноградовым для создания модели образования земной коры. Согласно этой модели, определенные очаги расплава, перемещающиеся в радиальном направлении, обеспечили закономерную дифференциацию вещества мантии. Состав первоначально возникающего расплава не отличался от состава исходного материала. Но многократное повторение этого процесса обусловило разделение вещества, вынос из мании относительно легкоплавких соединений и накопление их на поверхности планеты.

В результате дифференциации исходного вещества происходит закономерное перераспределение химических элементов по оболочкам Земли. Если принять, что состав исходного вещества мантии близок к составу каменных метеоритов, то можно проследить, как менялось содержание важнейших химических элементов в процессе образования земной коры.

В таблице 5 хорошо видно, что выделение легкоплавких соединений из исходного вещества планеты сопровождалось прогрессирующим накоплением кремния, алюминия, кальция, калия, натрия, фтора, хлора. В то же время большая часть железа, магния, серы оставалась в веществе мантии.

Предложены и другие модели, но независимо от тех или иных представлений о механизме массопереноса большая часть ученых разделяет мнение о том, что земная кора образовалась путем выноса из мантии легкоплавких и легколетучих химических соединений.

Таблица 5

Среднее содержание основных химических элементов в главных типах горных пород и в каменных метеоритах, в весовых процентах

(по А.П.Виноградову)

Процесс выноса легколетучих и легкоплавких химических соединений весьма сложен. Если образование базальтовой коры как продукта выплавления из вещества мантии не вызывает сомнений, то в процессе образования гранитного слоя еще очень много неясного. Многочисленные факты свидетельствуют, что образование крупных масс гранитов приурочено к определенной стадии развития геосинклиналей, на которой процессы регионального метаморфизма достигают своей наивысшей степени — палингенеза. При этом происходит расплавление метаморфизуемых пород под воздействием не только высоких температур и давления, но также глубинных флюидов, дегазированных из мантии. Образующийся расплав насыщается химическими элементами, поступившими в результате дегазации, состав его становится более сложным по сравнению с выплавляемыми базальтами, изливающимися на океаническом дне из глубинных разломов. Рассмотренный процесс получил название гранитизация. Возможно, что таким путем образовались огромные массы гранитных батолитов.

Активный вынос легколетучих соединений, обусловливающих гранитизацию мощных толщ осадков, происходит не повсеместно на поверхности земного шара, а лишь в определенных структурных элементах земной коры — геосинклиналях. Локализация процессов активного выноса, по-видимому, связана с неравномерным распределением источников энергии, в частности, масс радиоактивных элементов в мантии. Таким образом, континенты, кора которых содержит гранитный слой, можно рассматривать как участки земной коры, в пределах которых особенно активно происходил вынос легколетучих и легкоплавких химических соединений из мантии. На площади распространения океанической коры этот процесс происходил менее активно, о чем свидетельствуют не только меньшая мощность слоя выплавленных базальтов, но и бедность океанических базальтов многими химическими элементами по сравнению с базальтами континентальной коры. По расчетам А.Б. Ронова и А.А. Ярошевского, общая масса вещества, вынесенного из мантии в континентальную кору, составляет 22,37*1018 т, а в океаническую — почти в четыре раза меньше.

Особенно важное значение процесс образования континентальной земной коры имел для перераспределения металлов. Как следует из данных таблицы 6, содержание одних металлов резко возрастает в гранитном слое по сравнению с исходным веществом мантии,

Таблица 6

Перераспределение некоторых редких и рассеянных химических элементов в процессе образования земной коры, в 1-10-3 %