книги из ГПНТБ / Круть, И. В. Исследование оснований теоретической геологии

То обстоятельство, что ярусы выделяются не путем разбиения отделов или систем, а отделы и системы устанавливаются не через объединение ярусов, свидетельствует в пользу первого из двух названных вариантов иерархий, что не исключает, однако, случаев универсального распространения зонально-ярусных био­ комплексов в планетарном масштабе. Принадлежность ярусов к регионально-провинциальному уровню организации нисколько не уменьшает корреляционного значения зонально-ярусных биоком­ плексов, представители которых мигрируют за пределы материн­ ских биогеоценотических обстаиовок как в силу своей биологи­ ческой активности так и под воздействием внешних геологиче­ ских факторов (течения, ветры, тафономическпе процессы и т. д.).

Последнее показывает важность различения понятий о био­ географических, о палеогеографических и о геологических регио­ нах. Первые из них отвечают сообществам организмов, вторые — изохронным срезам географо-геологических систем, а третьи — историческим системам. Бпостратиграфическая характеристика их различна: для первых главное заключается в установлении таксонов и биогеоценозов, для вторых существенно важным ока­ зывается уяснение всего спектра местных и привнесенных форм, для третьих необходимым является также установление условий сохранения остатков и расшифровка неполноты палеонтологиче­ ской летописи. Понятие яруса должно быть собственно-геологи­ ческим, а тем самым в более узком смысле палеогеографическим. По-видимому, есть смысл и в выделении палеонтологических яру­

расчленение было проведено на уровне систем, объясняется уни­ версальным характером и определенной целостностью последних. Несмотря на дискуссионность понятия о системах, существова­ ние их установлено эмпирическими обобщениями комплекса гео­ логических и палеонтологических данных в пределах многих ре­ гионов мира. Стратиграфические системы являются историческими элементами стратисферы, а также отражают главную времен­ ную структуру развития биосферы и экзогенной геологической сферы в целом. Конечно, эта временная структура требует даль­ нейшего обоснования, уточнения, выявления новых особенностей, а главное, установления взаимосвязи различных критериев, вклю­ чая математические (топологические и количественные). Как ис­ торическое образование стратиграфические системы обладают вы­ сокой степенью уникальности, но как естественные тела опреде­ ленного класса и уровня организации они обладают и сходными родовыми чертами, к которым относят аналогии в тектонических и палеогеографических условиях формирования систем.

Формируясь под воздействием факторов планетарного масштаба,

141

Т а б л и ц а 9

Некоторые соотношения геосистем, биогеосистем и биосистем

Г Л А В А П Я Т А Я

К ОБОСНОВАНИЮ ЕСТЕСТВЕН НОЛ СИСТЕМАТИКИ ОБОЛОЧЕК ЗЕМЛИ

«Можно сейчас утверждать кап научный факт, что паша планета состоит из концентрических оболочек, материально относимых к земному геоиду, устойчи­ вых и прочных во времени, но находящихся в непрерывном, более пли менее резко проявляющемся закономерном изменении и становлении в геологическом времени. Эти концентрические оболочки находятся в устойчивом динамическом равновесии в геологическом и историческом времени, которое в отличие от ме­ ханизма можно назвать организованностью планеты. Отличие организованности от механизма в основном заключается в том, что в ходе времени точки оболочки

никогда не возвращаются в то же самое положение, в то же место. Они возвраща­ ются только в близкое. Говоря о концентрической последовательности геологи­ ческих оболочек и геосфер, мы должны понимать их не как геометрически пра­ вильные концентрические объемы планеты, ограниченные шаровыми и эллнпсондиальными поверхностями».— В. II. Вернадский (19G5, стр. I i i ) .

Постановка проблемы

Оболочечное строение Земли как эмпирическое обобщение бы­ ло сформулировано Э. Зюссом. В. И. Вернадский поставил про­ блему о взаимодействии оболочек Земли как ее элементов и ком­

предметом ряда наук, изучающих различные уровни ее органи­ зации, но подчас слабо связанных между собой. Вырабатываемые теми пли иными науками модели Земли отражают лишь неко­ торые ее аспекты и свойства, но существует тенденция к тол­ кованию их как исчерпывающих объект в целом. Так, напри­ мер, геофизические модели твердой Земли, гипотетически интер­ претированные в геохимическом плане, нередко преподносятся как истинное геологическое знание. В настоящее время узлом проблемы оказывается выявление естественной систематики геосфер и геооболочек, которая необходима для объединения уси­ лий наук о Земле, для создания общей ее теории. Разработка систематики должна проводиться дифференцированно для различ­ ных уровней организации с последующим обоснованием комплек­ сных оболочек, которые отчасти уже установлены эмпирически и полуиитуитивно. Важно также учитывать вопрос о диссимметрии планетных оболочек, остро поставленный В. И. Вернадским.

Земля как целостная система обладает квазииерархией ком­ понентов и элементов различных уровней — от физических полей и субатомных частиц до оболочек, причем последние могут рас­ сматриваться как главные подсистемы, а объекты других уров­ ней как подсистемы высоких порядков. Однако и сами оболочки Земли организованы на разных уровнях и поэтому для установ-

144

лешш главных подсистем планеты необходимо последовательно рассматривать ее физическую, химическую, геологическую и био­ логическую организацию. На каждом уровне можно выделить геосферы и геооболочки (оболочки), причем первые соответст­ вуют тому или иному уровню организации, а вторые являются подсистемами первых. Условно учитывая традиционную терми­ нологию, геооболочки можно рассматривать как геосферы второго и более высоких порядков. Единая модель Земли, создание ко­ торой станет возможным в обозримом будущем, должна учесть пространственно-временную неадекватность объектов различных уровней и несовпадение границ разнородных оболочек. Общая теория Земли в принципе не может быть «физической», «хими­ ческой» пли «физико-химической», как это иногда утверждается; таковыми могут быть лишь теории частных ее моделей. Общая, теория Земли должна быть специфической и основываться преж­ де всего на геологической теории.

О Б Щ А Я Ф И З И Ч Е С К А Я О Р Г А Н И З А Ц И Я З Е М Л И

Понятие о геомассэргоеірере н ее составляющих

В. И. Вернадский писал: «Можно характеризовать геологи­ ческие оболочки и геосферы разным образом, исходя из харак­ тера их вещества н явлений, в них происходящих. В 1924— 1934 гг. я отметил удобство учитывать для их характеристики: 1) термодинамические геологические оболочки и геосферы, 2) фа­

субстанцией которых являются вещество и поля, выступающие совместно носителями физических атрибутов — массы и энергии (-импульса), а также физического пространства и физического времени. Земля в целом как физический объект является еди­

тов. Массэргосфера может рассматриваться как центросистема с доминирующим в ней веществом. Составляющие массэргосферы физически взаимодействуют между собой и с внеземными телами.

Организация массэргосферы прежде всего выражается в свое­ го рода поляризации ее на компоненты — более пассивную (в фи­ зическом смысле) вещественную и более активную полевую. Эта полярность проявляется в пространственно-временной неадекват­ ности (при частичном совмещении) физических составляющих и

Для удобства частица «reo-» далее будет по возможности опускаться.

145

в неоднородности и неизотропности физических свойств Земли и ее элементов. В земных физико-химических процессах полевая энер­ гетическая компонента, играя огромную организующую роль, про­ является в ничтожных количествах и в основном остается в «свя­ занном» состоянии. С повышением уровня физических объектов относительная автономность вещественной и полевой составляю­ щих возрастает (особенно для макротел), причем зависимость между ними оказывается весьма сложной и дифференцированной.

Вещественная составляющая Земли — геомассасфера,— основ­

ханнческая) система. Массасфера представляет собой целостную иерархическую совокупность физических объектов различных уров­

массасферы определяются взаимодействиями на субатомных, атом- но-молекуляриых, а также геологических и космических уровнях. Преимущественно процессами на последних двух уровнях сфор­ мированы ее главные элементы — агрегатные геосферы и оболоч­ ки: ионосфера, атмосфера, гидросфера и террасфера (твердая оболочка). Они одновременно являются объектами и физической, и химической, и геологической, и космической организаций, отражая переплетение иерархических и контриерархических взаимодействий микро-, макро- и мегамира, стыком и узлом ко­

поля, главным физическим атрибутом которых выступает энер­ гия-импульс. Эти физические поля, будучи протяженными конеч­ ными объектами, могут считаться «безграничными» только при определенных математических интерпретациях. Поля относятся к субатомным уровням организации, но сопровождают вещест­

поля, будучи часто совмещенными, все же пространственно не­ адекватны между собой. Эргосфера намного превосходит объем массасферы и не является заведомо целостной системой, несмот­ ря на то, что все, объекты ее относятся к субатомным уровням. Эргосфера по существу не компонент, а группа компонентов массэргосферы, отвечающих геосферам фундаментальных физиче­ ских полей. Выделение массасферы и эргосферы, относящихся к разным группам уровней организации, в качестве компонентов массэргосферы отражает глубинную иерархию физических объ­ ектов.

Для физического объекта вещество и (или) поле являются субстанциями, для более сложных естественных тел они часто рассматриваются лишь как атрибуты. Физические поля в целом

146

принадлежат к более глубоким уровням организации, чем ве­ щество, и оказываются по сравнению с ним более фундамен­ тальными, поскольку могут не содержать вещественных частиц.

мые единые теории поля оказались до сих пор несостоятельными, может быть потому, что не учитывали принадлежности полей к разным уровням организации.

К самому глубокому из известных уровней организации нуж­ но отнести наиболее универсальное гравитационное поле, кото­ рое пронизывает всю физическую реальность. Но и уровень гра­ витационного поля может, по-видимому, рассматриваться на раз­ личных ступенях (-состояниях), дифференциация которых ока­ зывается необходимой для мегамира, например, состояние гра­ витационного коллапса в квазарах или возможного «гравита­ ционного вакуума» после взрыва последних. По-видимому, к промежуточной ступени между этими состояниями может отно­ ситься «нормальное» поле тяготения Земли — геогрависфера.

Кдругому полевому уровню организации можно отнести элек­ тромагнитное поле Земли — геоэлектромагнитосферу. Для элект­ ромагнитного поля известно состояние вакуума (уровень субмикро­ мира), флуктуации которого приводят к образованию элементар­ ных частиц и переходу на более высокую ступень «нормального» квантующегося электромагнитного поля.

Кследующим субатомным уровням относятся физические поля, связанные с обладающими массой покоя собственно веществен­ ными элементарными частицами. По-видимому, можно рассмат­ ривать естественные тела, включая геосферы, на электронно-по- зитронном уровне, в том числе геоэлектроносферу. Этот уровень оказывается первым вещественным уровнем. Отвечающее ему поле

массасфере на самом нижнем ее уровне и подразделяется на

электроносферу, поля которой особенно тесно связаны с вещест­ вом и 3) гипотетическую эндоэлектроносферу в центре Земли, которая может выполняться электронной плазмой в виде металли­ зированной жидкости с твердостью стали (Капустинский, 1956).

Поля ядерных сил, играющие огромную роль в космических процессах, на Земле оказываются крайне локализованными. Они не принимают непосредственного участия в жизни макросистем. Но процессы в естественных телах на близких друг другу электронно-позитронном и адронном уровнях обусловливают кван- тово-механические свойства макротел. Поэтому представляется целесообразным выделять геоадроносферу, поля которой «заморо­ жены» в веществе. Но все же эти поля являются составными

147

Т а б л и ц а 10

Общая организация Земли

ГЕСТРАВИСФЕРА*—

„ГЕОЭЛВКТРОМАГШІТОСФЕРЛ <

частями эргосферы, отражая в ней, вероятпо, очень близкие тре­ тий и четвертый полевые уровни. Адроносфера по уровню близ­ ка электроносфере, составляя первый и второй вещественные атомные уровни массасферы. Можно выделять эндо-, мезо- и экзоадроносферы: первую — гипотетическую, отвечающую плазме ядра Земли; вторую, охватывающую связанные адроны большей частн планеты; третью, совпадающую с радиационным поясом со свободными протонами в ионосфере. Пространственная не­ адекватность электронной и адронной экзосфер устанавли­ вается вполне определенно. Не исключена она и для эндосфер, что может открыть новые перспективы в наших представлениях

оядре террасферы.

Кследующей ступени субатомной организации вещества от­ носятся атомные ядра, на уровне которых Землю можно рас­ сматривать как ееонуклоносферу. Можно выделить внешнюю обо­ лочку — экзонуклоносферу с автономными атомными ядрами в

148

ионосфере, среднюю оболочку — мезонуклоносферу со связанными ядрами в газообразном, жидком и твердом веществе, а также гипотетическую внутреннюю эндонуклоносферу со свободными яд­ рами в предполагаемой электронной плазме центральной части террасферы. Поскольку атомные ядра имеют принципиально но­ вую видовую специфику химических элементов, то, завершая суб­ атомный уровень, они в то же время начинают собственно ато­ марный уровень организации вещества и являются первыми объ­ ектами химической организации. Атомные ядра выступают центрэлементами и интрасистемами наиболее высокоорганизованных объектов микромира — атомов, уровню которых отвечает геоатомосфера. К следующему уже молекулярному уровню организа­ ции вещества относятся химические соединения, которые обра­ зуют геомолесферу (табл. 10).

Геограписфера н геоэлсктромагннтосфера

Гравитационная геосфера, непосредственно связанная г, массасферой, занимает ту часть поля тяготения солнечной системы, в которой притяжение Земли преобладает над притяжением дру­ гих космических тел.

Радиус грависферы около 1 млн. км. Границы ее оказывают­ ся границами естественного тела Земли (за исключением магнит­ ного «хвоста», см. ниже). Геогрависфера входит в состав поля тяготения солнечной системы — гелиогрависферы, определяемой главным образом самим Солнцем. На Землю воздействуют также гравитационные поля Луны («селеногрависфера») и планет. Воз­ действие земного тяготения распространяется далеко за пределы геогрависферы (бесконечно в математическом смысле), отражаясь на движении других планетных тел. Благодаря гравитационному взаимодействию в системе Земля — Луна масштабы приливного-

оболочек Земли (террасферы), определяет состояние внешних ее оболочек, а также условия взаимообмена космическим и земным веществом. Помимо специфической интрасистемы — селеиогравпсферы, в геогрависфере выделяются два главных рядомположеняых элемента — оболочки (или геосферы второго порядка). Внут­ ренняя оболочка — эндогрависфера — примерно совпадает с обла­ стью концентрации основной гравитирующей массы Земли — террасферой. Ее граница с внешней оболочкой — экзогрависферой (грависфера, по Р. М. Деменицкой) проходит приблизительно в основании атмосферы, поскольку масса гидросферы уже играет заметную роль в грависфере. При более детальном рассмотрении граница между названными оболочками неадекватна границам агрегатных оболочек — ею является эквипотенциальная поверх­ ность геоида, которая, охватывая все притягивающиеся массы

149

террасферы п гидросферы, отвечает невозмущеиной поверхности океана, а на суше заключена внутри верхней «пленки» терра­

квазигеоида. Поле тяжести на этой поверхности определяется действием эндогеогрависферы в целом, распределением масс в лей, а также местными топографическими и геологическими осо­ бенностями.

а также по другим эквипотенциальным поверхностям, отвечаю­ щим резким изменениям напряженности поля. В эндогрависфере можно выделить две оболочки второго порядка (геосферы третье­ го порядка), разделенные границей геофизического «ядра», выше которой ускорение свободно падающего тела меняется незначи­ тельно, тогда как внутри ядра постепенно падает до нуля, по­ скольку силы тяготения в центре Земли уравновешиваются.

Весьма сложная и изменчивая система электромагнитных по­ лей Земли пространственно занимает меньшую часть объема геогрависферы (локально выходя за ее границы) и несколько пре­ восходит область геомассасферы, но практически форма и грани­ цы ее близки последней. Электромагнитосфера, в отличие от гравпсферы, чрезвычайно дифференцирована качественно и не имеет линейной связи с массасферой. В то же время электро­ магнитосфера ответственна за относительную непроницаемость вещественной оболочки.

Господствующее в Метагалактике плазменное состояние веще­ ства определяется развитием космических электромагнитных по­ лей. Все большую определенность приобретают представления об электромагнитных полях галактик (в том числе о нашей «галактикоэлектромагнитосфере») и их подсистем—звездных насе­ лений. Получены уже численные данные об электромагнитных по­ лях конкретных звезд и облаках межзвездного газа. В гелиоэлектромагнитосфере могут быть выделены внутренняя и внешняя оболочки — ѳндогелиоэлектромагнитосфера и экзогелиоэлектромагнитосфера. Первая отвечает полностью ионизированной высоко­ температурной плазме Солнца, магнитная компонента которой в целом немногим сильнее земного магнитного поля, но локальные поля могут быть очень сильными. Ко второй относится квази­ регулярное магнитное поле, создаваемое электротоками в меж­

же по различным компонентам электромагнитного поля: элект­ ростатическому полю, свободному динамическому электромагиит-

150