Зонное плавление

Зонное плавление, гипотетический процесс выплавления и дегазации вещества мантии Земли, аналогичный механизму зонной плавки, который приводит к образованию оболочек Земли (литосферы, гидросферы и атмосферы). Гипотеза З. п. предложена советским учёным А. П. Виноградовым (1955) для объяснения оболочечного строения планеты и закономерностей распределения химических элементов в земной коре. Советские учёные В. А. Магницкий (1964), А. Н. Тихонов и др. (1969) дали физико-математическое обоснование процесса. Согласно этой гипотезе, на ранней стадии эволюции Земли в мантии (близкой по составу к каменным метеоритам), на различных её глубинах, преимущественно в астеносфере, в результате разогревания теплом, генерируемым радиоактивными элементами, возникают отдельные расплавленные магматические очаги, дальнейшая химическая дифференциация которых в соответствии с законами зонной плавки приводит к разделению первичного вещества на фазы - тугоплавкую и легкоплавкую. Легкоплавкая фаза перемещается вверх к поверхности Земли по принципу зонной плавки. Физической причиной перемещения расплавленного вещества вверх является конвективная неустойчивость протяжённых в радиальном направлении расплавленных масс в гравитационном поле планеты. Эта неустойчивость приводит к возникновению конвективных течений в жидкости. Следствием этих движений является усиленный перенос тепла в пределах расплавленного очага снизу вверх, что приводит к относительному переохлаждению расплава и его кристаллизации в нижних частях очага и относительному перегреву и плавлению пород кровли в верхних частях. Перемещение расплавленного вещества вверх по принципу зонной плавки сопровождается изменением состава расплава с обогащением его элементами и соединениями, понижающими температуру плавкости системы ("легкоплавкими" компонентами, в том числе "летучими"). Остаточная твёрдая фаза (которая может и не проходить стадии полного плавления) обогащается "тугоплавкими" элементами и соединениями, повышающими температуру её плавкости. Т. о., подъём расплава вверх приводит к химической дифференциации вещества мантии и выносу к поверхности Земли веществ, концентрирующихся в земной коре, гидросфере и атмосфере. В соответствии с физико-химическими законами кристаллизации силикатных систем выносимые из недр Земли расплавы, формирующиеземную кору, относительно обогащены Si, A1, К, Na, Са, U, Th, Sr, Ba, Rb и многими др. (литофильными) элементами. Остаточное ("тугоплавкое") вещество мантии сложено главным образом силикатами Mg и Fe, а также соединениями Ni, Cr и некоторых др. элементов. Геохимические закономерности распределения химических элементов в породах земной коры (гранитах и базальтах), в дунитах и перидотитах, слагающих дифференцированную мантию, и в силикатной фазе каменных метеоритов (хондритов) соответствуют распределению элементов в процессе З. п. первичной недифференцированной мантии хондритового состава.

Лит.: Виноградов А. П., Химическая эволюция Земли, М., 1959; его же, Происхождение оболочек Земли, "Изв. АН СССР. Серия "геологическая", 1962, ?11; Магницкий В. А., Зонная плавка как механизм образования земной коры, там же, 1964, ?11; Виноградов А. П., Ярошевский А. А., О физических условиях зонного плавления в оболочках Земли, "Геохимия", 1965, ?7; Тихонов А. Н., Любимова Е. А., Власова В. К., Об эволюции зон плавления в термической истории Земли, "Докл. АН СССР", 1969, т. 188, ?2.

А. А. Ярошевский.