Парадоксы геофизики

    В конце данной статьи обсуждается вопрос о "нестандартном" (гипотетическом) механизме радиоактивного распада атомов в глубоких недрах Земли, как возможное объяснение  некоторых загадок геофизики, в том числе - происхождения ее теплового потока, поэтому  для  понимания концовки статьи необходимо ознакомиться с материалом предыдущих  двух статей. Но доминирующая здесь тема – геотектоника, где давно не утихают страсти по поводу дрейфа континентов и где есть возможность многое поставить на прочный фундамент простых и давно установленных истин.


    Истина первая: тепловая энергия, сбрасываемая Землей в космос, на порядки превосходит энергетику тектонических процессов в земной коре, поэтому нет нужды изобретать некие "антиизостатические силы", глубинные "плюмы" и т.п. Многое говорит о том, что.тектоника земной коры есть производное ее термики, поэтому вместо "умножения  сущностей" необходимо найти конкретные механизмы самопроизвольного превращения ничтожной части теплового потока Земли в механическую энергию  коры.

Истина вторая: земная кора близка к состоянию изостатического равновесия, поскольку существует механизм его восстановления.

Истина третья: тепловой поток Земли в целом близок к изотропному, но есть яркие локальные отклонения.

   Приглядимся к третьей. Локальные нарушения изотропности теплового потока возникают постоянно и предельно просто: в каком–то месте в результате постоянно идущих процессов денудации накапливается тонкодисперсная осадочная масса, иногда очень большая, которая представляет собою великолепную теплоизоляцию. В результате в этом сегменте коры из-за резко возросшего в ее верхнем слое сопротивления теплопередаче происходит подъем изотерм к поверхности. Но эта теплоизоляция за короткое время может быть смыта и на ее месте возникает зона повышенной теплоотдачи. Значит, если тепловой поток Земли в целом изотропен, существует механизм саморегуляции, восстанавливающий естественную изотропность глубинного теплового потока? – Мы подошли к разгадке природы огромного массива тектонических явлений, которая заключена в физической сущности явления под названием «поверхность Мохоровичича».

   На уровне этой тонкой «оболочки», охватывающей всю Землю и имеющей толщину порядка 1 км, происходит сравнительно небольшой, но резкий и довольно устойчивый по величине скачок скоростей распространения сейсмических волн (от 6,8-7,3 до 8,11±0,22 км/с), что говорит о качественном скачке в свойствах вещества, в том числе - о скачке плотности и скачке теплопроводности. Общепризнано, что именно на уровне поверхности М, находящейся на глубинах от 10 до 70 км и отделяющей мантию от земной коры, реализуется изостатическое равновесие сегментов земной коры. Форма этой поверхности в крупных деталях является зеркальным и увеличенным в вертикальном масштабе отражением земного рельефа, что указывает на тесную связь с земным рельефом. При этом твердо установлено, что когда происходит прогибание земной поверхности, граница М поднимается навстречу прогибу, а при подъеме земной поверхности граница М уходит вниз. Т.е. зеркальность двух границ земной коры сочетается с зеркальностью их движений относительно друг друга, что само по себе является крупнейшим геофизическим обобщением, однако  физическая подоплека и значимость этого общепланетарного явления все еще не раскрыты. 

     Вряд ли вызывает сомнение механизм миграции поверхности М, давно предложенный С. В. Москалевой(1971), но почти забытый: понижение поверхности М идет через серпентинизацию мантийного вещества, при этом происходит снижение плотности, связанное главным образом с поглощением (химическим связыванием) воды, а при подъеме поверхности М – термическая десерпентинизация нижней части коры с переходом ее вещества в мантию.  Эта обратимая химическая реакция и вызванная ею перестройка вещества определяет если не весь скачок в свойствах, то основную его часть. С другой стороны,  если принять во внимание изменения теплопроводности земной коры, связанные с накоплением тонкодисперсных осадочных масс, кристальную ясность приобретает физическая суть геосинклинального процесса: кора под осадками прогибается под тяжестью осадков  из-за уменьшения мощности коры снизу (падения ее «грузоподъемности»), вызванного теплоизолирующей способностью осадков, подъемом изотерм к поверхности и, как следствие,  термической десерпентинизацией нижних горизонтов коры. В случае быстрого погружения процесс может развиваться до тех пор, пока осадочная масса («холодная магма») не встретится с горячей магмой. Но чаще – это медленный процесс, в ход которого вмешиваются процессы литогенеза. В этом случае теплопроводность осадочной массы резко растет (в несколько раз), и тогда наступает инверсия, орогеническая стадия. Т.е. локальный рост теплопотерь вследствие кратного роста удельной теплопроводности литифицированных осадочных масс Земля подавляет путем значительного наращивания коры снизу через серпентинизацию остывающего мантийного вещества. - Кора в этой зоне "всплывает". Последующая денудация вещества горного хребта, поднявшегося на месте заполненного дисперсными осадками прогиба, со временем создает массу новых осадков у подножия этого орогена, и процесс в общих чертах повторяется там (иногда не один раз), часто осложняясь наложением процессов сжатия коры. Поскольку этот механизм является постоянно действующим, доинверсионная фаза этого процесса проявляет себя в смягченном виде и в наше время в виде протяженных прогибов океанического дна, окаймляющих континенты ( результат сноса осадков с континентальных платформ в океан), а небольшие поднятия, часто встречаемые  на краях континентов, являются результатом инверсионного процесса на месте бывших подобных прогибов.

   Тот же механизм легко объясняет и столь значительное уменьшение мощности коры в океанах. Поскольку кондуктивная теплопроводность воды в 4-5 раз ниже, чем у кристаллических массивов коры (в первом приближении об этом можно судить по соотношению скоростей продольных сейсмических волн; в морской воде скорость их равна 1,5 км/с), основную теплоизолирующую функцию выполняет в среднем примерно 4 - километровая водная толща. При этом наблюдается линейное соотношение: чем толще слой воды, тем тоньше под ним кристаллическая кора, что говорит о довольно тонкой саморегуляции теплообмена. Учет коэффициента этой пропорциональности и поправка на более высокое содержание в континентальной коре радиоактивных изотопов позволяет, видимо, расчетным путем прийти к равенству тепловых потоков, реально наблюдаемому для материков и океанов (гистограммы тепловых потоков у них одинаковы).

   В эту картину можно добавить еще два крупных «мазка». Северные континенты имеют, как известно, примерно вдвое более мощную осадочную оболочку, чем южные. Рассматривая эту асимметрию, А. Б. Ронов отмечал «более высокую активность в неогее погружений земной коры в Лавразии и ее поднятий в Гондване» [1]. На этом фоне низкого стояния северных континентов  и высокого стояния южных ярко выделяется Антарктида: укрытая толщей ледяной теплоизоляции в 1,5-2 км (скорость продольных волн для льда равна 2,2 км/с), она имеет уровень поверхности в среднем ниже уровня моря. Причем ее оледенение существует менее 1 млн. лет.

   Как видим, таинственные «антиизостатические силы» не нужны. Через М–механизм, являющийся одновременно механизмом самоподдержания архимедова равновесия и равенства теплового сопротивления всех сегментов земной коры, недра с некоторым опозданием подстраиваются под интенсивные «солнечные» процессы, идущие на поверхности Земли, что и определяет зеркальность поверхности Мохоровичича земному рельефу. - Массы дисперсных осадков и воды (льда), способные к быстрому перемещению, а не таинственные силы земных глубин оказываются рельефообразующими факторами. Психологически эту «революцию» может быть и трудно принять, но, как известно, для превращения одной формы энергии в другую требуются «разности потенциалов» (перепады давлений, высот, концентраций, температуры, плотности и т.д.), которыми земная кора и земная поверхность изобилует. В то же время высокое постоянство скорости продольных сейсмических волн на входе в мантию – 8.11 ± 022 км/сек – свидетельствует о высокой степени изотропности как теплового потока, так и вещества под поверхностью М (исходим из фононного механизма теплопроводности), что исключает возможность возникновения там спонтанных и быстротекущих тектонических процессов. Если расшифровка физической сути обсуждавшихся выше процессов в земной коре верна, поверхность М является изотермической поверхностью.

 

   Допустим теперь, что тепловой поток Земли в действительности медленно пульсирует. Что произойдет с устроенной таким образом земной корой, скажем, в случае роста теплового потока? – Произойдет общепланетарный подъем изотерм к поверхности. Объем мантии увеличится за счет общего уменьшения мощности коры снизу, а также за счет теплового расширения мантии. Остатки коры испытают растягивающие напряжения. Погружение материков, утративших свои нижние горизонты,  приведет к их частичному затоплению, что понизит общий уровень океана, за которым последует (действие М-механизма) некоторое утолщение океанской коры и ее подъем, - т.е. общее выравнивание рельефа.

   Некоторые другие детали позаимствуем у Е. Е. Милановского [2]: «Эпохи расширения Земли и обширных трансгрессий бывают ознаменованы выравниванием рельефа и широким развитием корообразования и химического выветривания; благодаря сглаживанию неровностей поверхности Земли и смягчающему влиянию трансгрессий они обычно характеризуются теплым, влажным климатом на большей части суши. Осадконакопление в эпиконтинентальных морях в подобные эпохи характеризуется широким развитием биогенных и хемогенных карбонатных отложений, осадочных железных и марганцевых руд в прибрежных районах, а на континентальных равнинах – формированием угленосных толщ и бокситов. Напротив, эпохам сжатия и регрессий отвечает возрастание геоморфологических контрастов и денудационных процессов, возникновение орографических барьеров, усиливающих климатическую зональность и обусловливающих широкое развитие аридных и ледовых обстановок. Осадконакопление характеризуется мощным развитием кластических, вплоть до псефитовых отложений, формированием соленосных толщ, медистых сланцев и песчаников.». «Чередование деформаций растяжения и сжатия представляет лишь одну из форм пульсаций Земли. Не менее важное значение имеет чередование эпох, характеризуемых интенсивной вулканической деятельностью, с эпохами, отмеченными отсутствием вулканизма или слабыми его проявлениями. И в рифтовых зонах и в геосинклинальных поясах вулканизм свойствен эпохам или фазам, ознаменованным усилением горизонтального растяжения, и повсеместно отсутствует в эпохи горизонтального сжатия».

- Не сложно видеть, что огромный массив фактов геологической истории непринужденно вписывается в простое представление о пульсациях теплового потока Земли, причем мягких пульсациях, без перестройки механизма реагирования, - предусматривающего и вертикальные и латеральные движения сегментов коры. Наконец, этот механизм предполагает периодическое поглощение нижних горизонтов коры мантией и их наращивание. Ниже будет рассмотрено «частично внеземное» происхождение тепловых пульсаций Земли.

 

   Перейдем к другому ряду закономерностей, существование которых связано с гидратацией земной коры и влиянием ее на механические и другие свойства горных пород (мы издалека подбираемся к тектонике плит). Дело в том, что вода является понизителем прочности большинства минеральных веществ (эффект Ребиндера), т.е. поверхностно-активным веществом (ПАВ). Тонкие адсорбционные пленки воды понижают величину поверхностной энергии гидрофильных кристаллов и, растекаясь по смачиваемым поверхностям, оказывают расклинивающее давление на стенки микротрещин. Поскольку вода в тонких пленках структурирована силовыми полями атомов твердого тела, ее воздействие отчасти напоминает разрушающее действие льда, образовавшегося в трещинах. Явление, которое здесь будет рассмотрено, заключается в том, что сила воздействия воды на механические характеристики горных пород растет по мере того, как в породах растет содержание воды, встроенной в их химическую и кристаллическую структуру. Очевидно, что в ходе развития земной коры общая гидрофильность росла, причем рост гидрофильности тесно связан с ростом окисленности коры: окисление усиливает гидратацию, гидратация интенсифицирует окисление. К тому же, и сама вода является окислителем.

   Понижение прочности твердых тел под действием ПАВ само по себе достаточно широко известно, но гораздо менее известно то, что сильное понижение поверхностной энергии твердых тел может приводить к качественной эволюции механических свойств: упругое тело по мере падения его поверхностной энергии может стать пластичным, затем хрупким, а при понижении поверхностной энергии почти до нуля наблюдается самопроизвольное диспергирование на частицы коллоидных размеров (пример для последнего случая – глина). Для современной коры и коры фанерозоя в целом характерна высокая хрупкость, что выражается в обилии трещиноватости, разломов, блоков, моласс и т.п., не характерных для протерозоя и архея. В этой же связи обращает на себя внимание и возникновение громадных количеств глин в среднем и позднем фанерозое. Учитывая эту общую эволюцию прочности материала коры, можно предположить, в частности, что огромный по продолжительности протерозой выглядит спокойным в тектоническом отношении не потому, что в нем редко случались значительные сжимающие и растягивающие напряжения коры, а потому, что в пластичном материале они релаксировали, не вызывая очень заметных нарушений. Но нас в данном случае прежде всего будет интересовать то обстоятельство, что земная кора в разрезе представляет собою последовательность слоев с нарастающей снизу вверх гидратацией (гидрофильностью) и окисленностью. Значит, можно ожидать, что в этой последовательности слоев будет систематически наблюдаться переход «упругость – пластичность – хрупкость», - однотипная, однообразная зональность, мало зависящая от других характеристик состава коры. Не трудно заметить, что мы теоретическим путем по существу пришли к представлениям «трехслойной модели» континентальной коры(1980г.), сформулированным отечественными геологами на эмпирической основе. Сопоставим этот эмпирический материал с тем, что следует из общих представлений о проявлении эффекта Ребиндера, хорошо изученного на самых разных материалах.

   Три слоя коры, как видим, располагаются в «правильном» порядке, причем наблюдается устойчивая их приуроченность к одним и тем же глубинам в разных по геологическому строению регионах, что невозможно объяснить сменой литологического состава. Огромное количество фактов свидетельствует о нарастании раздробленности верхних горизонтов коры в ходе ее развития. О пластичности второго слоя свидетельствует отсутствие в нем землетрясений, наличие зон инверсии скоростей сейсмических волн и пониженная мутность, отсутствие блоковой структуры, выполаживание на подходе к нему разломов, пронизывающих первый слой, и наличие других признаков горизонтальных перемещений по нему верхней части коры.

   Пониженную мутность и снижение скоростей сейсмических волн пытались интерпретировать по-разному, в том числе, как проявление высокой трещиноватости слоя. С позиций эффекта Ребиндера речь прежде всего идет об очень густой сети микротрещин, стенки которых покрыты тонкими пленками структурированной воды. Пленки имеют высокую прочность на раздавливание, но низкую сдвиговую прочность, что и определяет существование пластичности. При этом внедрение пленочной воды, скорее всего, происходит не только по межзеренным границам гетерогенного материала, но резко усиливает пластифицирующее воздействие ячеистой системы дислокаций, примесей и прочих дефектов кристаллической структуры, которая обычно возникает в твердых телах под действием высокого давления. Эти представления о  микротрещиноватости и обводненности второго слоя континентальной коры получили прямое подтверждение  в результатах бурения в Кольской сверхглубокой скважине. При этом, поскольку пленочная вода не способна растворять электролиты и другие вещества, в случае низкого содержания в микротрещинах «объемной» воды второй слой коры может не иметь высокой электропроводности. Снизу пластичный слой ограничен, скорее всего, не только низкой гидрофильностью пород, но и схлопыванием микротрещин и пор под возлействием огромного давления, т.е. ограничен глубинами, на которых исчезают многие межфазные поверхности раздела. Еще одно ограничение – температурный предел существования воды в жидком состоянии. Представляется вероятным, что двойственное происхождение пластичности и несовпадение по глубинам нескольких ограничений зоны существования пластичности снизу создает, скорее всего, физически пеструю картину состояния нижних и, вероятно, средних горизонтов второго слоя. Отметим, что оба пластифицирующих эффекта родственны, т.к. связаны с существованием и особым состоянием обширных поверхностей раздела.

   Изучение эффекта Ребиндера в самых разных материалах привело к неожиданному выводу: механические свойства реальных, микрогетерогенных тел зависят не столько от их химической природы и физической структуры, сколько от величины и состояния поверхностей раздела фаз. Поэтому микрогетерогенность – важнейшая предпосылка сильной зависимости механических свойств материала от присутствия поверхностно-активных веществ. В этой связи отметим, что росту гидрофильности и окисленности земной коры сопутствовал и общий рост микрогетерогенности пород, что отразилось, в частности, в нарастающем снизу вверх разнообразии минерального состава коры. (В лунных породах при отсутствии воды и кислорода и сходном элементном составе найдено лишь около 100 минералов, а на Земле – около 3000). Но степень микрогетерогенности, гидрофильности и окисленности пород весьма переменчива, зависима от литологического состава. Это позволяет понять, почему второй слой земной коры существует не в виде однородной толщи, а в виде макрогетерогенной, насыщенной различного рода «сейсмическими неоднородностями» зоны, в которой волноводы существуют не повсеместно, но при этом наблюдается отчетливая тенденция к росту мощности волноводов и величин снижения в них скоростей при переходе от древних структур к молодым.

   Теперь можем перейти к тектонике плит. Сложившаяся в этой области ситуация парадоксальна. С одной стороны, перед нами 80000 км срединно-океанических хребтов, в которых за последние 160 млн лет родилось, выросло и без видимых перемен характера процесса продолжает разрастаться океаническое дно планеты, раздвигая, а иногда сталкивая континенты. С другой стороны, в базальтовом ложе океана обнаружены блоки древней континентальной коры и наложенные утолщения океанической коры в виде островных архипелагов и подводных хребтов с щелочным характером магматизма. Астеносфера, как предполагаемая общепланетарная «плоскость скольжения» литосферных блоков, распалась при более тщательном рассмотрении на «астенолинзы», приуроченные к срединно-океаническим хребтам и активным зонам континентов, а протяженность зон субдукции в несколько раз уступает протяженности зон спрединга, т.е. налицо огромный дисбаланс. Отметим также, что представление о значительном расширении Земли (спрединг без субдукции) опровергается данными о почти неизменной скорости вращения Земли в этот период.

   Ниже предлагается выход из этого тупика.

   Перенесемся мысленно в Атлантический океан, где ситуация наиболее проста: один огромный, симметрично расположенный хребет и пассивные окраины, - все на виду. Если отбросить предположение о мантийных потоках, якобы несущих на себе литосферные блоки (еще одна изобретенная "сущность"), то единственными реальными движущими силами, раздвигающими континенты, останутся сила тяжести базальтовых плит, сползающих подобно ледникам со склонов срединно-океанического хребта, и сила расталкивания, возникающая в зоне наращивания плит. Плиты упираются в континенты и ... благодаря наличию у последних пластичного слоя, сдвигают верхнюю часть континентов, оставляя «корни» на месте. Со временем срезанные «корни» орогенов могут всплыть, иногда рождая поднятия, иногда пробивая базальт и вынося континентальные породы на поверхность. А противоположные края континентов тонут в других океанах (океанизация), либо, если и не тонут, то их орогены оказываются без «корней». Именно такая картина в широких масштабах наблюдается в Евразии и в меньшей степени – в Северной Америке. Таким образом, вместо "дрейфа континентов" и "мантийных потоков", как причины  этого дрейфа, имеем дрейф только верхних горизонтов коры, что энергетически несравненно более "экономно".

   - В сборнике [3] Н. И. Павленкова удивленно констатирует: «в Западной Европе и на Дальнем Востоке кора сокращается до 25-30 км ... и происходит это за счет выпадения из разреза нижнего высокоскоростного слоя». Обширная океанизация континентальной коры с пониженной мощностью наблюдается в Северном, Баренцевом, Белом и других северных морях. На Дальнем Востоке континентальную природу имеет кора значительной части Берингова, Охотского, Японского, Южно-Китайского, Филиппинского и других окраинных морей. Т.е. под водой здесь оказались платформенные области, имеющие достаточно мощный осадочный чехол, тогда как орогенические поднятия Камчатки, Сахалина, Японских островов, Филиппин, Индонезии, Новой Гвинеи остались «наплаву».

   Кроме того, дно центральной и восточной части Средиземного моря представляет собою недавно утонувшее продолжение Африканской платформы, свидетельствуя о подобном, северо-восточном дрейфе Африки, причем мощность коры понижена здесь до 20 – 27 км. Заслуживает внимания также тот факт, что под дном Атлантического океана прослеживается характерное утолщение коры снизу, соответствующее продолжению Атласского хребта в океан, что несовместимо с господствующей парадигмой, но хорошо вписывается в данную. Сторонники господствующей парадигмы отмечают также наличие дрейфа обеих Америк к северу и их наползание на Тихий океан, причем между Кордильерами и тихоокеанским побережьем имеются территории с корой резко пониженной мощности.

   Таким образом, предлагаемая здесь концепция вводит представление о наползании верхних горизонтов континентальной коры на тонкую океаническую кору, что снимает проблему дисбаланса спрединга и субдукции, так как учет действия М-механизма в таких зонах, способного поглощать и порождать нижние горизонты коры, позволяет, видимо, получить в целом внутренне непротиворечивую глобальную картину. Логично, в частности, выглядит то, что высоко стоящие южные материки, имеющие относительно тонкий осадочный чехол, не утонули в ходе дрейфа и имеют третий слой (в данной схеме - постоянно теряя, но регенерируя его), тогда как низко стоящая Евразия, обладающая мощным осадочным чехлом, испытала масштабную океанизацию северных и восточных окраин и потеряла там третий слой, в большинстве случаев «заместив» его водной толщей. Отметим промежуточное положение Западно-Сибирской низменности («недоразвившегося океана»), которая имеет мощный осадочный чехол, едва выступающий над уровнем моря.

   О высокой скорости поглощения нижних горизонтов коры мантией дает представление высокая скорость погружения Антарктиды. По последним оценкам ее оледенение, вызвавшее погружение, длится не более 800 тыс. лет, при этом основная масса льда образовалась за значительно более короткий срок. Следует учесть, что скорость встречного подъема М-поверхности в несколько раз превосходит скорость опускания верхних горизонтов коры. Создается впечатление, что скорости дрейфа и скорости поглощения или рождения нижней части коры («вертикального дрейфа») в общем сбалансированы, что выглядит достаточно естественно, если учесть физическое и химическое родство процессов.

   «След», оставленный Атласским хребтом в Атлантическом океане, говорит о возможности существования других подобных «следов» континентов и ставит вопрос о скорости, с которой мантия их поглощает. Но настоящая работа не ставит цель детализировать такие вопросы. Ограничимся здесь констатацией существования принципиальной возможности поверхностного дрейфа и общей непротиворечивости такой картины.

   Примечательно, что с позиций эффекта Ребиндера предельно естественно выглядит и пассивность континентальных окраин атлантического типа: возникнув как края рифтов, они в начале дрейфа становятся берегами узких, полуизолированных водоемов, где происходило мощное отложение солей, которые не только подавляют поверхностно-активные свойства воды, но даже меняют знак эффекта на противоположный. - Вода превращается в рассол, т.е. в среду, которая залечивает мелкие дефекты кристаллов, способствует их сращиванию и т.о. вместо пластификации и охрупчивания восстанавливает их природную упругость. Поэтому субдукция, предполагающая временную пластификацию плиты в начале зоны погружения, здесь невозможна. В районах же, где находятся активные окраины, сколько-нибудь значительных отложений солей нет, зато обычно имеются значительные отложения тонкодисперсных осадков, частицы которых покрыты пленками пресной структурированной воды. Объем пресной воды здесь сопоставим с объемом сухого осадка. Будучи прочно связанной, эта вода вместе с осадками затягивается плитой на глубину (морская «объемная» вода практически сразу отжимается) и плита, находящаяся в режиме растяжения, пластифицируется. Поскольку эффект Ребиндера обратим, на определенной глубине, потеряв пленочную воду (PT-условия), плита восстанавливает свои упругие свойства. До состояния хрупкости базальтовая масса под влиянием воды не может дойти ввиду невысокой гидрофильности породившего ее мантийного вещества. Если учесть, что тонкодисперсные осадки в изобилии образуются в теплом, влажном климате и почти не образуются в аридных, холодных районах, логично выглядит затрудненная субдукция возле чилийского побережья (аридный климат) и отсутствие субдукции в полярных районах. Все это означает ярко выраженную зависимость кинематики дрейфа от климата (зависимость от погоды пока не просматривается).

   Попутно отметим, что в схеме поверхностного дрейфа (в резком противоречии с господствующей парадигмой, где материк должен дрейфовать как единое целое) субдуцируемые плиты неизбежно выполняют роль «якорей», что также меняет кинематику дрейфа в глобальном масштабе. При этом тепловые пульсации должны периодически кардинально менять климат в полярных зонах, а также обрывать «якоря» и порождать новые.

   Вода, уносимая с осадками в нижние горизонты коры и в мантию, является важнейшей предпосылкой развития процессов гранитизации коры. Это позволяет, возможно, объяснить масштабное развитие «внегеосинклинальной» гранитизации в обрамлении Тихого океана. Микро-трещиноватость и пластичность второго слоя коры, обеспечивющих высокую проницаемость слоя для флюидов, является еще одной важнейшей предпосылкой возникновения гранитного слоя в коре.

   Так же непринужденно изложенная концепция дает ответ на вопрос: зачем Земле потребовался дрейф континентов, почему это началось в среднем мезозое и продолжается до сих пор, почему этого не было и не могло быть раньше.

   - В центре данной концепции стоит вода. На стыке архея и протерозоя флюидный режим Земли претерпел инверсию – из восстановительного в устойчиво окислительный (Ф. А. Летников, 1982г.). Водород, прежде целиком терявшийся в космосе, стал в существенной степени связываться в воду, а вода - накапливаться в составе серпентинитов в нижних горизонтах коры и в Мировом океане. Исходя из представления о самоподдержании изотропности теплового потока Земли, изложенного выше, можно утверждать, что рост глубины океана должен был уравновешиваться ростом мощности континентальной коры, и это подтверждается. Общепризнано, что одной из наиболее устойчивых, но непонятных особенностей тектоники континентов является почти непрерывный их рост, что, наконец, получает объяснение. Однако, рост высоты континентов при параллельном, равновесном росте глубины океана – это рост гравитационной неустойчивости коры и одновременно – подавление теплоотдачи в космос. Это – назревающий кризис. 

   В палеозое начался беспрецедентно быстрый рост окислительного потенциала атмосферы, рост окисленности коры и ее гидрофильности. Сопутствовавшее этим процессам резкое ускорение роста Мирового океана (экспоненциальное по оценкам В. В. Орленка) не является простым совпадением. Причина его роста - все более интенсивное и все более полное окисление потока водорода, идущего из недр, кислородом, генерируемым растениями. Поэтому «извержения» воды из недр не было. Жизнь, зародившаяся в воде и «затопившая» со временем сушу, стала ускоренно рождать воду на земной поверхности.

   О масштабах роста океана свидетельствуют мелководные осадки, обнаруженные на огромных океанских территориях, лежащих сейчас на больших глубинах. Расчеты показывают, что в мезо-кайнозое объем океана вырос не менее, чем в 1,5 раза [4]. Т.о. в результате быстро нарастающих необратимых процессов назрела кардинальная перестройка. И планета «нашла выход из положения» в виде дробления континентов, ставших в верхних горизонтах хрупкими, и дрейфа верхушек континентов. Излишки тепла стали постоянно сбрасываться в океанских рифтовых зонах, положив там начало «базальтовому потопу», а верхушки быстро растущих континентов и растущее количество осадков – сбрасываться в океанические впадины.

   Но этому глобальному перевороту предшествовали, а затем почти на всех континентальных окраинах атлантического типа сопутствовали обширные площадные излияния толеитовых базальтов (траппы), чего почти не случалось раньше. В данном контексте более всего интересна причина появления траппов: подобно тому, как геосинклинальные прогибы, заполненные дисперсными обводненными осадками, становились зонами легко проницаемыми для магм, пластичный микро-трещиноватый слой высокоокисленной континентальной коры стал качественно новым, площадным «проводником» для магм (вместе с макро-трещиноватым верхним слоем).

   Примечательно, что две ограниченные вспышки такого внутриконтинентального магматизма в сочетании с активизацией внутриконтинентального рифтогенеза произошли гораздо раньше – в середине и в конце протерозоя, свидетельствуя о высокой пластичности по крайней мере отдельных сегментов протерозойской коры. Но тогда материковая кора в целом еще не созрела для дрейфа. И мезозойская вспышка долгое время – с начала триаса – выглядела вполне аналогично. Лишь через десятки миллионов лет начался дрейф.

   Таким образом, растущие масштабы «вертикального дрейфа» континентальной коры, порожденные растущими количествами «органической» воды и осадков на земной поверхности, в конечном счете «вылились» в латеральный дрейф коры. Это позволяет утверждать, что в предыдущие эпохи могли быть только зачаточные проявления дрейфа.

   Завершая на этом обсуждение тектоники плит, уместно напомнить известное высказывание В.И. Вернадского: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов».

   В заключение вернемся к вопросу о тепловых пульсациях Земли, их происхождении и роли в истории планеты. В настоящее время существование геотектонического цикла продолжительностью 30-32 млн. лет (Г. Штилле, 1924г) подтверждено работами ряда специалистов и может считаться твердо установленным фактом. Особое место в ряду этих доказательств занимают материалы, собранные С.Г. Неручевым [5]. Он обнаружил, что с позднего докембрия и до современной эпохи с регулярной периодичностью выявляются стратиграфические уровни распространения осадков, значительно обогащенных планктоногенным органическим веществом, фосфором, ураном, а также ванадием, кобальтом, медью, никелем и другими металлами, включая редкоземельные. При этом для эпох осадочного уранонакопления характерно чрезвычайное обеднение видового состава планктона в сочетании с мощным ростом биопродуктивности самых примитивных форм. Из-под этой периодичности отчетливо проступает еще одна периодичность, соответствующая звездному галактическому году продолжительностью 220 млн лет (он равен 7-ми циклам Штилле). С.Г. Неручев подчеркивал, что «во многих случаях... выявленные эпохи интенсивного накопления планктоногенного органического вещества и осадочного урана в точности совпадают с границами геологических систем или отделов», причем вторая периодичность характеризуется наиболее устойчивыми в разрезе и глобально распространенными осадками, разбивая фанерозойскую историю примерно на два с половиной галактических года. По времени проявления все эпохи интенсивного накопления урана, фосфора и планктоногенного органического вещества никогда не соответствуют эпохам возникновения складчатости, а реализуются в «спокойные» этапы, в эпохи общего растяжения коры.

   Поскольку органическое вещество является весьма чувствительным индикатором появления в океане таких биологически активных веществ, как фосфор, уран и другие металлы, уже при нынешней степени изученности этого явления отпадают любые сомнения в существовании этих двух циклов, но возникают сомнения в существовании некоторых других, обсуждавшихся в литературе. Несомненна космическая природа этих двух циклов, что подтверждается и тем фактом, что цикл Штилле не изменился после возникновения дрейфа континентов (коры) в мезозое. Регулярный выброс в океан устойчивого набора металлов и фосфора свидетельствует о глубинном их источнике. Очевидно, что такой выброс возможен только при резком увеличении флюидного потока из земных недр. Это обстоятельство дает «ниточку» для выявления природы тепловых пульсаций Земли.

   Основу флюидного потока составляет молекулярный водород и его соединения с другими легкими элементами. Зададимся вопросом: как мог этот легчайший элемент в таких количествах попасть в земные недра и при его уникальной проникающей способности, в условиях высоких температур и предполагаемой активной конвекции глубинного вещества удерживаться там миллиарды лет, - при том, что его ионизация ведет к распаду на две элементарные частицы, фактически не имеющие объема и легко мигрирующие в веществе? - Мой ответ несомненно ошеломит: водород является продуктом распада атомных ядер, идущего под действием огромного давления недр.

    Материал предыдущих двух статей приводит к крайне неожиданному выводу: избыточные нейтроны средних и тяжелых атомных ядер (A-2Z) стабилизированы в ядрах посредством образования специфических изоспин-изоспиновых связей с атомными электронами, а не за счет ядерных сил, как принято думать, поэтому разрушение части электронных оболочек атомов в условиях громадного давления недр приводит к разрыву некоторых изоспин - изоспиновых связей, что дестабилизирует нейтроны, происходит бета-распад атомных ядер. Ядра, возникающие в ходе этого распада, оказываются нейтронодефицитными, нестабильными и распадаются далее путем протонного и двухпротонного распада, рождая водород и возвращаясь на "дорожку бета-стабильности". Поскольку солнечная система в своем внутригалактическом движении, судя по некоторым фактам (см. ниже статью "Природа эндогенной активности Земли и других планет"), периодически сближается с какими-то массивными объектами, приливное воздействие их меняет баланс сил в земных недрах, что регулярно  активизирует флюидный и тепловой поток.

    Анализ современного теплового режима Земли выявил парадоксальный факт: преобладающая часть теплового потока обеспечена энергией распада тех радиоактивных изотопов, которые содержатся в верхней части коры, в связи с чем приходится делать неправдоподобный вывод о концентрации преобладающей части естественных радионуклидов Земли в сравнительно тонком приповерхностном слое. С изложенной выше точки зрения этот парадокс, похоже, имеет простое решение: наружные, наиболее рыхлые электронные оболочки тяжелых атомов, находящихся в недрах выше зоны разрушения электронных оболочек, испытывают значительное сжатие, что упрочняет, а не разрушает изоспин-изоспиновые связи электронов с избыточными нейтронами ядра, подавляя таким образом в широком интервале глубин радиоактивный распад ядер, считающихса "абсолютно" радиоактивными.

   Завершая обсуждение геотектонических проблем, отметим, что масштаб периодического радиоактивного разогрева глубоких недр планет, сопровождаемый генерацией водорода, а также масштаб и характер вторичных процессов еще неясен, но ясно, что он критически зависит от массы планеты. Параллельно с разрушением электронных оболочек атомов на больших глубинах посредством гравитационных и приливных сил активирующую роль в протонном и двухпротонном распаде может играть и сама радиоактивность, поскольку акт распада ядра представляет собою микровзрыв с высокими PT – параметрами (следствием которого помимо прочего является микроконвективный тепло-массоперенос, способный составить конкуренцию макроконвекции). Т.е. просматривается возможность цепных реакций. Кроме того, способность протонов легко внедряться в глубинные электронные оболочки атомов и диффундировать из атома в атом (своеобразная диффузионная составляющая общего тепло-массопереноса) должна приводить к деформации оболочек и т.о. катализировать распад ядер. Возможно, что в далеком прошлом все это привело к взрыву гипотетической планеты Фаэтон, породившему астероидный пояс, а бурная молодость других планет солнечной системы протекала не так драматично и привела «всего лишь» к рождению их спутников. Представляется вполне вероятным, что «дорожка - стабильности» изотопов является «дорожкой», по которой постоянно идет эволюция планетного вещества Вселенной, становящегося с течением времени все легче, и огромное количество водорода на самых массивных планетах солнечной системы отчасти является продуктом этой эволюции. Этот процесс оправдан термодинамически.

В связи с изложенными  выше (и ниже) доводами в пользу существования процессов деградации "стабильных" атомных ядер представления о происхождении химических элементов, об эволюции планет, звезд и галактик требуют пересмотра.

Список литературы

  1. Ронов А.Б. Стратисфера или осадочная оболочка Земли. М. Наука. 1993.
  2. Милановский Е.Е. // Проблемы расширения и пульсации Земли. М. Наука. 1994.
  3. Павленкова Н.И. // Спорные аспекты тектоники плит и возможные альтернативы. М. 2002.
  4. Рудич Е.М. Расширяющиеся океаны: факты и гипотезы. М. Недра. 1984.
  5. Неручев С.Г. Уран и жизнь в истории Земли. Л. Недра. 1982.

 

 

 

Статьи:

Обратная связь