Непрерывный доступ к минеральным ресурсам являлся ключевым драйвером стабильного развития человеческой цивилизации. Минеральные ресурсы — вещества, извлекаемые из недр и применяемые в промышленности и быту. Земле около 4,5 млрд лет, при этом породы, содержащие полезные ископаемые, начали формироваться ещё в эпоху отверждения твёрдой коры — более 2,5 млрд лет назад. Каждая геологическая эра порождает свои типы месторождений: результат многолетнего взаимодействия сложных физико-химических процессов. Образование отдельных залежей может укладываться в геологические шкалы от нескольких сотен тысяч до сотен миллионов лет, проходя через последовательные стадии кристаллизации и изменений.
Любой геологический процесс требует энергии: большая часть реакций идёт путём поглощения тепла. Источники энергии на Земле два: внутреннее тепло ядра, вырабатываемое при радиоактивном распаде, и солнечная радиация. Согласно их происхождению, все процессы делят на эндогенные (от внутреннего тепла) и экзогенные (от Солнца).
Эндогенные процессы
Земля — единственная планета Солнечной системы с активной тектоникой плит благодаря горячему ядру, окружённому мантией и корой. Тепло от ядра в мантии создаёт уютный «теплоноситель»: несмотря на температуру, достаточную для плавления горных пород, высокое давление удерживает её в полутвёрдом состоянии. Конвекционные потоки в мантии поднимаются к коре, где остывают и опускаются, формируя ячейки теплообмена. В зонах подъёма нагретое вещество расплавляет кору и прорывается наверх, создавая очаги магматической активности.
Пример — срединно-океанический хребет Атлантики. Здесь кора тонка и разрывается под направленным тепловым потоком. Снижение давления вызывает мгновенное расплавление верхней части мантии, и расплав выдавливается наверх, быстро кристаллизуясь в океанической воде. Постоянное внедрение мантийного материала расклинивает кору, раздвигая её в стороны. Новая кора рождается у хребта, а старая уходит вглубь в процессах субдукции.
Океаническая кора, тонкая и относительно молодая, состоит из застывшего мантийного материала и осадочного покрова. Её возраст не превышает ~156 млн лет. Континентальная кора гораздо старше, сложнее по строению и достигает 2,5 млрд лет. При столкновении океаническая кора, более плотная, погружается под континентальную (субдукция), плавится в мантии и частично возвращается на поверхность в виде лавовых излияний — типичный механизм формирования «Огненного кольца» Тихого океана.
Таким образом, в одной зоне кора раздвигается и обновляется, а в другой — поглощается. Сейчас Атлантика открывается, а Тихий океан движется к закрытию. Однако, континенты движутся непрерывно уже как минимум 550 млн лет, переживая фазы распада (расхождения) и столкновения (схождения). Образование единого суперконтинента может повторяться несколько раз за геологическую историю (предположительно до шести «Пангей»).
Коллизии континентов и метаморфизм
Когда два континента сталкиваются, они не погружаются друг под друга, а деформируются «как пластилин»: избыточная масса вынуждена подниматься, образуя горные цепи. Повышенные давление и температура вызывают перестройку минералов: глины превращаются в сланцы и гнейсы, известняки — в мрамор. Этот процесс — метаморфизм — сопровождается складкообразованием и разломами, по которым магма может пробиваться на поверхность, формируя вулканы даже в коллизионных зонах.
Яркие примеры шовных зон — Уральский и Кавказский горные массивы. Урал возник при стыковке Лавруссии (предшественника современной Европы) с древним континентом Сибирии. Кавказ образовался в результате сокращения Тетисского океана и столкновения Африки с Евразией.
Экзогенные процессы
Солнечная энергия неравномерно распределяется по земной поверхности, создавая климатические контрасты. Важнейшим фактором выступает цикл осадков: вода механически размывает породы, абразивно перенося твёрдые частицы, а перепады температур вызывают расширение и растрескивание. Разрушенный материал транспортируется к океанам под действием воды, ветра и гравитации.
Химическое выветривание происходит при взаимодействии минералов с атмосферой, водой и биотой. Окисление изменяет минералогию, растворение и выщелачивание концентрируют элементы в осадках, а живые организмы, меняя pH среды, ускоряют разложение. Органические остатки формируют известняки (планктон) и угли (лесные массивы в аноксичных условиях).
В итоге экзогенные процессы разрушают первичные породы, переносят и осаждают вещества в океанах. При последующей субдукции часть осадков уходит в мантию, а часть остаётся на поверхности, участвуя в формировании новых гор.
Таким образом, земной цикл длительностью 200–350 млн лет включает три основные стадии: зарождение океана, расхождение континентов, их схождение с образованием гор. На каждом этапе действуют экзогенные и эндогенные факторы, влияющие на формирование месторождений.
- Магматизм возникает при разрыве коры, над зонами субдукции и в коллизионных поясах. Различные типы магм по составу и температуре создают месторождения титана, меди, никеля, золота, платиноидов, молибдена и редкоземельных элементов.
- Коллизии континентов сопровождаются повышенным давлением и температурой, что ведёт к метаморфизму и перераспределению масс.
- Экзогенные процессы разрушают и транспортируют минералы, способствуют образованию россыпей золота, титана, хрома, марганца, лития и концентрированных осадочных залежей.
Источники
- Короновский Н.В. «Общая геология». — 2006.
- Хаин В.Е. «Тектоника континентов и океанов». — 2000.
- Старостин В.И. «Металлогения». — 2021.
- Аплонов С.В. «Геодинамика». — 2001.
