Происхождение и эволюция кратонов: формирование стабильных ядер континентов

Введение и определение кратонов. Кратоны представляют собой обширные, исключительно стабильные области континентальной земной коры, которые остаются практически недеформированными с архейского эона (более 2.5 млрд лет назад). Эти древние ядра континентов характеризуются низким тепловым потоком, минимальной сейсмической активностью и наличием глубокого (до 200–300 км), холодного и тугоплавкого литосферного корня (тектосферы). Формирование этого корня связано с экстракцией базальтовых расплавов в архее, что привело к остаточной плавучести и рефрактерности мантийного вещества, обеспечив долговременную жесткость и стабильность кратона.

Ранний рост континентальной коры в архее. Формирование устойчивых континентальных кратонов тесно связано с процессами роста и дифференциации земной коры. Геологические данные свидетельствуют, что около 50% современной континентальной массы было извлечено из мантии уже в архее. Древнейшие породы, такие как гнейсы Акаста (около 4.0 млрд лет) из провинции Слейв (Канадский щит), демонстрируют геохимические признаки, сходные с современными магматическими породами субдукционных зон. Аналогично, последовательность Изуа в Гренландии (3.8 млрд лет) интерпретируется как древний аккреционный комплекс. Эти находки указывают на ключевую роль процессов, аналогичных современной тектонике плит, в раннем формировании континентов.

Строение и типы архейских кратонов. Обнаженные архейские кратоны подразделяются на два основных структурных типа:
1. Гранитно-зеленокаменные террейны, состоящие из деформированных основных вулканитов (зеленокаменных поясов), метаосадков и поздних гранитоидных интрузий.

2. Высокосортные гнейсовые террейны, где преобладают кварцево-полевошпатовые породы.
На этих территориях, например на кратоне Каапвааль в Южной Африке, залегают слабодеформированные кратонные чехлы, включающие обширные карбонатные платформы, что указывает на раннее существование стабильной, субсидирующей литосферы.

Механизмы аккреции и роста коры. Континентальная кора с раннего архея формировалась преимущественно за счет аккреционных процессов на конвергентных границах. Выделяют пять основных механизмов аккреционного роста:
1. Аккреция океанических плато.
2. Ювенильная аккреция островных дуг.
3. Аккреция/обдукция фрагментов океанической коры (офиолитов).
4. Аккреция осадочных комплексов задуговых бассейнов.
5. Аккреция в результате миграции дуг через предконтинентальные окраины (орогенез тюркидного типа).

Этим процессам часто сопутствовали поздние стадии внедрения анатектических гранитов, гравитационный коллапс и сдвиговая тектоника, способствовавшие окончательной стабилизации новой коры.

Ювенильная аккреция островных дуг. Многие архейские гранитно-зеленокаменные террейны интерпретируются как реликты сросшихся ювенильных островных дуг. Геохимические данные подтверждают, что средний состав континентальной коры близок к составу дуговых магматитов. В таких комплексах могут сохраняться фрагменты офиолитов, остатки океанических плато и осадки задуговых бассейнов. Хотя этот механизм является фундаментальным, его одного может быть недостаточно для объяснения быстрых темпов роста коры в архее, учитывая более основной состав многих древних дуг.

Аккреция офиолитов и океанических плато. Офиолиты — аллохтонные фрагменты океанической коры и верхней мантии — являются ключевыми свидетельствами аккреционных процессов. Полный разрез включает (сверху вниз): глубоководные осадки, подушечные базальты, дайковый комплекс, слоистые габбро и тектонизированные гарцбургиты. В архейских поясах полносекционные офиолиты редки, но встречаются их фрагменты (например, в зеленокаменном поясе Барбертон, ~3.5 млрд лет). Более вероятной для архея была аккреция толстой, похожей на плато, океанической коры.

Океанические плато, формируемые мантийными плюмами, благодаря большой толщине и плавучести часто аккрецировались, а не субдуцировались. Примеры включают коматиит-толеитовые ассоциации Зимбабвийского кратона (~2.7 млрд лет), интерпретируемые как реликты таких плато.

Рисунок 1. Идеализированное поперечное сечение кратона, показывающее толстый корень мантии. Схематичное изображение древней континентальной литосферы с толстой корой и уходящим в астеносферу холодным, тугоплавким корнем (тектосферой), обеспечивающим долговременную стабильность.

Поздние стадии: гранитообразование и кратонизация. Заключительным этапом формирования кратонов была кратонизация — процесс стабилизации коры, сопровождающийся массированным внедрением посткинематических гранитоидных плутонов. Этот этап связан с формированием тугоплавкого литосферного корня. Согласно моделям, поздний орогенный коллапс приводит к декомпрессионному плавлению мантии. Образующиеся базальтовые расплавы подпитывают нижнюю кору, вызывая анатексис и генерацию гранитных магм. Одновременно остаточная мантия, обедненная легкоплавкими компонентами, становится холодной и плавучей, формируя стабильную тектосферу. Поздние сдвиговые разломы способствуют оттоку флюидов и окончательной стабилизации структуры.

Заключение: значение кратонов для геологии. Кратоны являются фундаментальными структурными элементами континентов, хранящими информацию о ранних этапах эволюции Земли. Их формирование в архее через процессы аккреции, магматизма и последующей кратонизации заложило основу для долговременной стабильности континентальных площадей. Изучение кратонов позволяет расшифровать механизмы роста континентальной коры, эволюцию тектонических режимов и природу глубинных литосферных корней, что имеет ключевое значение для понимания геодинамической истории планеты.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Тимоти Куски

Источник: Энциклопедия наук о Земле и космосе

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам геологических специальностей, профессиональным геологам-тектонистам, специалистам в области геодинамики и региональной геологии, а также всем, кто интересуется фундаментальными процессами формирования и эволюции земной коры.