Быстрое образование гранита

Граниты … им не нужны были миллионы лет охлаждения

Авторы: Эндрю Снелинг и Джон Вудморапп (англ. Andrew Snelling and John Woodmorappe)
Источник: creation.com
Перевод: Мария Лицкан (origins.org.ua)
Редактура: Владимир Силенок, Татьяна Юревич

Фото: Эндрю Снеллинг

Часто используемым возражением против того, что земле всего 6000–7000 лет, является то, что на формирование большим массам магмы (расплавленной породы), предположительно, требуются миллионы лет, чтобы  накопиться и охладиться в верхних слоях земной коры  и таким образом образовать граниты. ^[1,2,3] Вынесенные сегодня на поверхность земли из-за эрозии, эти большие массы гранитов (плутоны) иногда занимают площади в сотни квадратных километров. Считается, что до 86% некогда расплавленных горных пород, которые отложились посредством интрузии в верхних слоях земной коры, являются гранитами.

Быстрое внедрение

Глубоко в нижней части земной коры температура иногда достигает 700–900°C. Это достаточно высокая температура для того, чтобы расплавить горные породы в этом месте (особенно если на них оказывается высокое давление), тем самым формируя  сгустки гранитной магмы. Современные исследования указывают на то, что количество воды, которое может раствориться в гранитных магматических породах, увеличивается по мере увеличения глубины, что связано с повышенным давлением. ^[4] Таким образом, более 10% веса магмы может представлять собой растворенную воду.

После того, как сгустки магмы расплавились, они становятся „легче”, чем окружающие их горные породы. Потому она пытается подняться, и происходит это не медленно в виде крупных „сгустков”, как когда-то считалось, а выдавливаясь через трещины в верхние слои земной коры. ^[5,6] Вода, содержащаяся в магме, делает её менее вязкой (более текучей), в связи с чем ей легче течь через трещины. ^[7] Подсчеты указывают на то, что магма может подниматься более чем на 800 метров в сутки. ^[5] С такой скоростью, плутон горного массива Кордельера Бланка, расположенный в северо-западной части Перу, общим объемом более 6000 кубических километров, мог быть образован магмой, поднявшейся с глубины более 30 километров через трещины шириной в 6 метров и длиной в 10 километров  всего лишь за 350 лет. ^[5]

Когда-то существовало мнение о том, что вынесенные на поверхность земли плутоны [плутон – застывшая магма в верхних слоях земной коры. – прим. пер.] простираются вглубь нижней части земной коры на много километров. Это предполагало бы, что требуются миллионы лет на рассеивание огромного количества тепла по мере охлаждения исходных магматических пород. Однако геофизические исследования показали, что толщина многих плутонов составляет всего несколько километров, а некоторые из них состоят из тонких (100–1000 метров) прослоек, наложенных одна на другую. ^[8] Например, гранитный плутон горы Харни-Пик, включая гору Рушмор горного массива Блэк-Хиллс, расположенного в Южной Дакоте, где на скале высечены знаменитые изображения президентов. ^[9] Это открытие само по себе намного уменьшает „проблему» охлаждения.

Быстрое охлаждение воды

Рисунок 1. Охлаждение плутона путем (a) проводимости и (b) конвекции. Размеры стрелок на рисунке пропорциональны скорости теплового потока к поверхности. Благодаря конвекции тепло очень быстро рассеивается вдоль трещин.

Данные исследования также показали, что чем выше содержание в магме воды, тем быстрее она охлаждается.^[10] Это можно объяснить очень просто. По мере того, как магма охлаждается и кристаллизируется в гранит, содержащаяся в магме вода выходит из раствора. Но она все равно очень горячая и находится в форме пара среди охлаждающегося гранита  и коренной породы. По мере того, как происходит дальнейшее охлаждение и выделяется еще больше воды, давление внутри образующегося плутона увеличивается до момента, при котором вода больше не может удерживаться. Поэтому под действием тепла она выводится наружу из плутона в направлении кристаллизованного гранита по краям плутона и вытекает в окружающую ее коренную породу  через трещины. ^[11] При этом тепло, которое выходит наружу, проходит вдоль трещин, которые также находятся во вмещающей породе (Рисунок 1). В то же самое время охлаждённая вода из коренной породы может проникать внутрь плутона, где она нагревается, а затем циркулирует опять, забирая с собой больше тепловой энергии. Таким образом, происходит процесс, который называется гидротермальной циркуляцией. ^[12] По мере того, как охлаждающий фронт продвигается все глубже и глубже в самый центр плутона, трещины и гидротермальная циркуляция также продвигаются  внутрь плутона, и таким образом он быстро охлаждается.

Раннее предполагалось, что охлаждение плутонов происходило только с помощью проводимости. Поэтому неудивительно, что подсчеты указывали на то, что необходимы были миллионы лет (Рисунок 1). Этот процесс можно сравнить с охлаждением горячей картошки, которая накрыта очень толстым одеялом. Должно пройти много времени для того, чтобы тепло изнутри картошки нашло выход к её поверхности, а затем прошло через одеяло. Теперь предположим, что мы убираем одеяло. Картошка охладится быстрее. А теперь давайте разрежем картошку. Мы сразу же увидим, как из картошки выходит пар и поднимается вверх. Это указывает не только на то, что тепло не только быстро выходит из картошки, но и на то, что перенос тепла теперь осуществляется путем конвекции. Именно циркуляция воздуха возле картошки в значительной степени ответственна за её охлаждение. Конечно, если мы захотим охладить картошку еще быстрее, то можем полить её ледяной водой, после того как разрежем ее.

Лежащий в недрах земли плутон очень похож на такую картошку. Если только происходит кондуктивное охлаждение (с помощью проводимости), то тепло может медленно выходить наружу из плутона через толстые слои горных пород, которые вмещают его, и направляться к поверхности (Рисунок 1). А теперь представьте, что бы случилось, если бы толстые слои окружающих пород были бы покрыты трещинами. Естественно, что вода в таком случае просочилась бы через породы и это ускорило бы охлаждение плутона. Тепло, которое вмещает в себе плутон, помогало бы циркуляции воды и таким  образом „уносило” бы его тепло (Рисунок 1). Давайте пойдем еще дальше с нашей аналогией с картошкой. Допустим, что растрескались не только слои окружающих горных пород, но также по мере своего охлаждения растрескивается и сам плутон.  В результате этого грунтовые воды просачиваются прямо в самые горячие области плутона — в самую глубину „горячей картошки».

Насколько быстро происходит охлаждение? Основываясь на математических моделях охлаждения, время, требуемое для охлаждения большого плутона, уменьшается с нескольких миллионов лет до не более чем  нескольких тысяч лет.^[12,13,14] Самые последние установки позволяют моделировать охлаждение с помощью компьютера,^[15,16] но время охлаждения охватывает всего от нескольких сотен до нескольких тысяч лет, в зависимости от размеров плутонов. ^[14]

Растрескивание и охлаждение

Существует ли доказательство того, что древние плутоны в значительной степени были охлаждены путем конвекционного охлаждения воды? Кончно! Слои горных пород, соприкасающиеся с гранитами, часто содержат химические вещества, которые показывают, что в процессе охлаждения гранитов большую роль играла вода. ^[17,18] Практически все плутоны изрезаны трещинами различных размеров.^[14] На самом деле почти невозможно найти  граниты без трещин! Тела многих гранитов содержат трещины, которые наполнены минералами, что четко указывает на то, что через них когда-то протекала вода (минералы кристаллизируются из водного раствора). Более того, при специальном освещении в образцах гранита, которые кажутся цельными, между крупными минеральными компонентами можно увидеть заполненные ранее водой каналы.^[19] Некоторые гранитные минералы, такие как кварц, обладают признаками того, что они охлаждались при переменных температурах. Все это согласуется с быстрым охлаждением, которое было вызвано действием воды, а не медленным и равномерным охлаждением на протяжении миллионов лет.

Прежде всего, количество тепла, которое рассеивается охлаждающимися плутонами, не так уж и велико. Большое тело гранита будет нагреваться до температуры кипения только если оно будет иметь соответствующую водную массу. Это означает, что на земле существует достаточно воды, чтобы вынести из охлаждающихся плутонов тепло. Большая часть воды  на планете не подверглась бы влиянию тепла из расположенных по всему миру плутонов, которые охлаждались во время и сразу же после библейского потопа. Кроме того, плутоны, которые быстро охлаждались, не привели бы к избыточному местному нагреванию. Простые подсчеты показывают, что количество тепла, которое выделялось на поверхности крупным телом плутона, охлаждаемого на протяжении 3000 лет, было в два раза меньше, чем количество тепла, которое излучается современным геотермальным полем в Исландии.^[20]

Заключение

На образование и охлаждение гранитных плутонов не нужны миллионы лет. Новые данные показывают, что плотные плутоны не являются результатом происходящего в прошлом медленного поднятия огромных количеств магмы в верхнюю часть земной коры. Вместо этого они являются результатом быстро внедренных сливающихся прослоек магмы. Вероятно, что каждая из этих прослоек охладилась, по меньшей мере, частично независимо от других тонких прослоек магмы, что сильно ускорило охлаждение. Для охлаждения большинства плутонов необходимо было менее 3000 лет, при чем основным составляющим компонентом в магме и в окружающих горных породах была вода. Таким образом, временные рамки и условия для образования и охлаждения гранитов полностью совместимы с тем, что нашей земле 6000–7000 лет и с тем, что 4500–5000 лет назад произошло всемирное катастрофическое затопление.

Ссылки и примечания

1. Young, D.A. , Creation and the Flood: An Alternative to Flood Geology and Theistic Evolution, Baker, Michigan, 1977. [В начале Янг был креационистом, который верил в древнюю землю, но затем уклонился намного дальше от Писания и стал теистическим эволюционистом]
2. Hayward, A., Creation and Evolution: The Facts and the Fallacies, Triangle SPCK, London, 1985. [Хейвард, является христадельфианином и креационистлм, верующим в древнюю землю, отвергает божественность Хрста]
3. Strahler, A.N., Science and Earth History—the Evolution/Creation Controversy, Prometheus, New York, 1987. [Prometheus – публичное атеистическое издательство]
4. Johannes W. and Holtz, F., Petrogenesis and Experimental Petrology of Granitic Rocks, Springer-Verlag, Berlin, 1996. Обратите внимание на то, что если удерживающее давление достаточно высокое, вода не выкипает, даже при температурах, которые во много раз больше обычной точки кипения.
5. Petford, N, Kerr, R.C. and Lister, J.R., Dike transport of granitoid magmas, Geology21:845–848, 1993.
6.Petford, N., Dykes or diapirs?, Transactions of the Royal Society of Edinburgh: Earth Sciences87:105–114, 1996. .
7. Rutter E.H. and Neumann, D.H.K., Experimental deformation of partially molten Westerly Granite under fluid-absent conditions, with implications for extraction of granitic magmas,  Geophysical Research100:585–607, 1995.
8. Hamilton, W. and Myers, W., The Nature of Batholiths, United States Geological Survey Professional Paper 554C, 1967.
9. Norton, J.J. and Redden, J.A., Relations of zoned pegmatites to other pegmatites, granite, and metamorphic rocks in the southern Black Hills, South Dakota, American Mineralogist75:631–655, 1990.
10. Spera, F.J., Thermal evolution of plutons: a parameterized approach, Science207:299–301, 1982.
11. Candela, P.A., Physics of aqueous phase evolution in plutonic environments, American Mineralogist76:1081–1091, 1991.
12. Cathles, L.M., An analysis of the cooling of intrusives by ground-water convection which includes boiling, Economic Geology72:804–826, 1977.
13. Cathles, L.M., Fluid-flow and genesis of hydrothermal ore deposits, Economic Geology: 75th Anniversary Volume, B.J. Skinner (ed.), pp. 424–457, 1981.
14. Snelling, A.A. and Woodmorappe, J., The cooling of thick igneous bodies on a young Earth, Proceedings of the Fourth International Conference on Creationism, R.E. Walsh (ed.), Creation Science Fellowship, Pittsburgh, Pennsylvania, pp. 527–545, 1998.
15. Ingebritsen, S.E. and Hayba, D.O., Fluid flow and heat transport near the critical point of H₂O, Geophysical Research Letters21:2199–2202, 1994.
16. Hayba, D.O. and Ingebritsen, S.E., Multiphase groundwater flow near cooling plutons,  Geophysical Research102:12235–12252, 1997.
17. Parmentier, E.M., Numerical experiments on ¹⁸O depletion in igneous intrusions cooling by groundwater convection,  Geophysical Research86:7131–7144, 1981.
18. Magaritz, M. and Taylor, H.P., Oxygen 18/oxygen 16 and D/H studies of plutonic granitic and metamorphic rocks across the Cordilleran batholiths of southern British Columbia,  Geophysical Research91:2193–2217, 1986.
19. Sprunt, E.S. and Nur, A., Microcracking and healing in granites: new evidence from cathodoluminescence, Science 205:495–497, 1979. .
20. Björnnsson, H. , Björnnsson, S. and Sigurgeirsson, T. , Penetration of water into hot rock boundaries of magma at Grí­msvötn, Nature295:580–581, 1982.