parnachev_v_p_osnovy_geodinamicheskogo_analiza

перемещения, другие считают их незначительными. Разнообразно и толкование причин расширения и сжатия.

С обоснованной критикой гипотез расширения-сжатия Земли выступили О.Г. Сорохтин, С.А. Ушаков (1991), Н.В. Короновский и др. (2003). Рассмотрены несколько вариантов изменения радиуса Земли. В первом случае рассматриваются возможные гипотетические изменения радиуса Земли на 1, 10, 30 и 50 %. При этом расчёты показывают, что при уменьшении радиуса Земли на 10 % освещенность поверхности уменьшится более чем втрое, что должно сопровождаться серьёзными изменениями в растительном и животном мире. Для увеличения радиуса Земли на 1 % потребуется энергии в миллиард раз больше суммарной тепловой энергии Земли, которая составляет 2·1031 Дж. О.Г. Сорохтиным и С.А. Ушаковым (1991) показано, что увеличение радиуса Земли в 1,5 раза должно было бы привести к тому, что в палеозое Земля находилась бы примерно в 40 раз дальше от Солнца, чем сейчас, и она получала бы тепла почти в 190 000 раз меньше. Соответственно жизнь на Земле вряд ли могла существовать в современных формах.

Второй вариант рассматривает возможность увеличения радиуса Земли за счёт уменьшения гравитационной постоянной. Доказано, что вариации гравитационной постоянной неминуемо могли привести к изменению радиуса земной орбиты и соответственно светимости Солнца. Увеличение радиуса Земли на 50 % привело бы к увеличению силы тяжести в 18 раз по сравнению с современной и к уменьшению радиуса земной орбиты вокруг Солнца в 88 раз. При этом, получая количество тепла от Солнца в миллионы раз больше сегодняшнего, Земля как планета не могла бы существовать.

Третий вариант предполагает увеличение радиуса Земли за счёт её разогрева. При этом известна линейная взаимосвязь между увеличением радиуса Земли и повышением температуры в её недрах. Для пород земной мантии при увеличении радиуса на 10 % температура должна была бы подняться до 10 000 °С, т.е. её вещество бы полностью испарилось.

Проведена оценка возможных изменений радиуса Земли по палеонтологическим и палеоприливным данным. Палеонтологические данные позволяют предполагать возможное расширение радиуса Земли не более 10 ± 5 % (ошибки геологического датирования). Анализ палеоприливных осадков даёт более жёсткие ограничения этой величины в пределах 0,1 ± 2 %. Такие же строгие ограничения определяют палео-

магнитные данные – режим главного магнитного поля Земли практически не менялся на протяжении последних 3,5 млрд лет, тогда как систематическое увеличение объёма Земли неизбежно должно было бы привести к изменению характера и параметров её магнитного поля.

Рассмотренные выше ограничения дают возможность изменения радиуса Земли не более чем на 1 %, что доказывается элементарными расчётами, сделанными на основе известных законов физики и астрономии. Все планеты Солнечной системы, их спутники, как и само Солнце, связаны в единую систему. Вследствие этого, не могут изменяться физические параметры одного тела, не изменив его орбиту и орбиты других небесных тел.

Ротационная гипотеза привлекалась для объяснения структуры Земли с мобилистских позиций А.В. Пейве (1961), Э. Краусом и Б.Л. Личковым (1965), П.С. Вороновым (1979), К.Ф. Тяпкиным (1981) и другими.

М. Стовас (1961, 1963) видит причины движения материков в изменении угловой скорости вращения Земли и её формы, которые вызывают не только радиальные напряжения и вертикальные движения, но и горизонтальные (широтные и долготные), а также сжатие и растяжение коры. Он считал 35-е параллели пограничными линиями перемены знака напряжений при изменении скорости вращения. Экваториальное ускорение вызывает относительное смещение материковых плит в восточном направлении.

Б.Л. Личков (1965) считал, что в результате изменения скорости вращения Земли природные воды планеты вместе с её атмосферой являются в гравитационном процессе главным фактором создания и переделки структур планеты и изменения её формы.

А.В. Пейве (1961) полагал, что под действием ротационных сил глыбы, обладая разной плотностью и ограничиваясь с боков и снизу тектоническими поверхностями, перемещаются с разной скоростью, взаимодействуют друг с другом, вызывая в одних случаях образование зон сжатия, складчатости и утолщения земной коры, а в других – зоны растяжения и проседания. Скорости горизонтальных перемещений глыб определяются в первые километры за миллион лет.

П.С. Воронов (1979) полагал, что скачкообразное изменение угловой скорости вращения Земли обусловило многократное перемещение волн сжатия и растяжения в меридиональном направлении. При этом воз-

никла система трещин с ориентировкой 35° и 325° при сжатии и 55° и 305° при растяжении. Постоянные «полюсобежные» силы обусловили отток масс от полюса к экватору.

К.Ф. Тяпкин (1981) полагал, что относительное перемещение оси вращения Земли обуславливает образование разломов с меридиональной и широтной компонентами, обусловленными планетарным полем напряжений. По ним происходят крупные сдвиги.

Глобальная тектоника скручивания предложена норвежским учё-

ным К. Сторетведтом (1997). По его мнению, на ранних стадиях истории Земля имела гранитно-гранулитовую кору, которая последовательно неравномерно ассимилировалась и поглощалась мантийной основной магмой. Непоглощенные остатки такой коры всё ещё существуют в океанических бассейнах. Постоянный мантийный диапиризм ведёт к внутреннему перераспределению масс в теле планеты, что изменяет момент инерции во вращающемся теле, вследствие чего Земля систематически изменяет ориентацию в пространстве (относительно своей оси вращения) и скорость своего вращения. Это обуславливает блуждание полюса и изменение климатических условий на поверхности планеты. При этом континенты остаются на своих местах, испытывая небольшие повороты на месте.

Модель К. М. Сторетведта (1997) предполагает, что общее замедление скорости вращения сопровождается прогрессивно нарастающей океанизацией, при которой поднимающиеся мантийные струи эродируют сиалическую кору. Этот процесс концентрируется вдоль экватора, где действие центробежных сил будет максимальным, что объясняет возникновение и развитие геосинклиналей вдоль палеоэкваторов, соответствующих каждому отрезку времени. Альпийско-Гималайский пояс развивался вдоль палеоэкватора, соответствующего времени его заложения. Другие геосинклинально-складчатые пояса – каледонские, герцинские – также формировались вдоль соответствующих своему времени экваторов. По мере омоложения эти пояса смещаются к югу, следуя за палеоэкватором, После позднего эоцена – раннего олигоцена экватор передвинулся на свою современную позицию.

К началу альпийского цикла потери континентальной коры под воздействием мантийных струй достигли настолько продвинутой стадии, что литосфера приобрела подвижность, которая позволяет континентам поворачиваться, оставаясь на месте и не отрываясь от своих мантийных

корней. Срединно-океанические хребты не являются центрами спрединга, а представляют собой образования из сильнейшим образом деформированных и метаморфизованных пород, а многие астроблемы и импактные структуры могли быть сформированными газовыми взрывами, связанными с преобразованиями вещества в глубоких недрах Земли.

Нелинейная геодинамика рассматривается как ветвь геодинамики, охватывающая радикальные отклонения от последовательности (линейности) в развитии геодинамических систем, порождающие неупорядоченность, разного рода нерегулярности и бифуркации в геологических процессах (Пущаровский, 1998). Нелинейная геодинамика сначала определялась как область неупорядоченного проявления во времени и пространстве структурообразующих движений в пределах тектоносферы. Нелинейная геодинамика начинается там, где в геосферах появляются нерегулярности, резкие отклонения в развитии большого круга геологических процессов: тектонических, магматических, метаморфических, седиментационных, рудообразующих и др., так или иначе связанных с энергетикой недр. В области изучения нелинейных геодинамических эффектов мы пока находимся в самом начале исследовательского пути. Выделяются нелинейные геодинамические эффекты глобального, регионального и местного значений со всеми переходами между ними (Пущаровский, 1998).

Нелинейной геодинамике предшествовала доктрина нелинейной геофизики, сформулированная О.Л. Кузнецовым в 1981 г. Он высказал мысль о том, что «нелинейные явления в геофизике имеют место на всех уровнях, начиная от общепланетарного … и кончая масштабом отдельных пор породы». И далее… «В связи с многообразием нелинейных эффектов и их общей взаимосвязью встаёт вопрос о выделении нового раздела наук о Земле – нелинейной геофизики, объектом которой являются нелинейные эффекты, а также связанные с ними геологические процессы».

Главные особенности нелинейных систем проявляются в отсутствии детерминированности последовательных событий, нарушении принципа суперпозиции (принцип суперпозиции – отсутствие взаимного влияния), явлении бифуркации (бифуркация – переход системы в два или более состояния), зависимости крупных следствий от случайных малых флуктуаций в момент перехода системы из одного состояния в другое. Указанные признаки позволяют выявлять нелинейные геологические

(геодинамические) системы, опираясь на методы геологических исследований – историко-геологический, структурно-вещественный, палеонтологический и другие.

Развитие нелинейной геодинамики не означает, что отпадает мобилизм. Это понятие включает образ мышления, способность воспринимать крупные горизонтальные перемещения в тектоносфере. Можно утверждать, что мобилистские построения останутся базовыми в геологической теории и в будущем.

Задача нелинейной геодинамики состоит в изучении тектонических, магматических и иных явлений и процессов, не вписывающихся в предначертанные для них нашим сознанием канонизированные схемы. Геосферы обособленно или в их совокупности представляют собой открытые системы, характеризующиеся энергетической диссипацией, а отсюда – и резкими зигзагами в развитии многообразных глубинных процессов. Кроме того, Земля является объектом внешних нерегулярных и изменчивых воздействий, что, в конечном счёте, создаёт неправильный структурный план планеты, понять который без помощи нелинейной геодинамики практически невозможно.

Параллельно с созданием теории литосферных плит появились материалы, подтачивающие строгие представления об абсолютно детерминированном характере формирования и последующей эволюции одного из главных элементов океанов – срединно-океанических хребтов (СОХ). Уже в 1967 – 1968 гг. Д. Мэтьюз, Д.Бати, К. Харрисон пришли к выводу о наличии «случайной» составляющей в процессе наращивания верхней части океанической коры в рифтовых зонах. Е.Г. Мирлин и М.Б. Лейбов в 1978 г. опубликовали модель формирования полосовых магнитных аномалий, где было отмечено наличие хаотичных перескоков центров поступления намагниченного материала в зоне спрединга. В дальнейшем число свидетельств о существовании влияния случайной компоненты на процесс аккреции всё увеличивалось за счёт новых данных по петрогеохимии базальтов и морфологии СОХ, а также материалов гравиметрических и спутниковых альтиметрических исследований. В настоящее время стала актуальной задача выявления соотношения двух противоположных тенденций в данном процессе: упорядоченности и хаотичности.

Формирование глобальной системы СОХ содержит элементы закономерности и случайности, К закономерным относится факт общепла-

нетарной тектонической асимметрии, что находит отражение в динамике формирования океанической литосферы на гребнях СОХ. В Тихоокеанской области океаническая литосферная аккреция происходила главным образом на уже сформированной океанической литосфере, а в Индо-Атлантической – на континентальной. При этом в первом случае преобладал раздвиг плит с высокими скоростями, в результате чего образовались быстроспрединговые хребты с относительно сглаженным рельефом и чёткой полосовидной структурой магнитных аномалий. В Индо-Атлантической области спрединг протекал относительно невысокими темпами, что нашло отражение в более расчлененном рельефе дна

иусложненной структуре магнитных аномалий. В обеих областях длительная эпоха формирования системы СОХ распадается на ряд дискретных периодов образования отдельных звеньев, причём в каждом из них наблюдается явление продвигающегося (проградирующего) рифтогенеза. В то же время, в расположении на земной поверхности этих звеньев и в их последовательности образования трудно уловить какойлибо порядок. Это особенно относится к Атлантическому океану, в котором рифтогенез начался сперва в центральной части (170 млн лет), затем в южной (150 млн лет) и лишь позднее (80 млн лет) произошло раскрытие северной части. При этом, некоторые из древовидной системы рифтов, сопровождающих раскрытие океана, прекратили своё существование, в результате чего в Северной Атлантике наблюдается беспорядочная и ветвящаяся система впадин (трог Роколл, Лабродорское море

идр.), разделяющих относительно небольшие по размеру блоки континентальной коры.

Выявлена сегментация СОХ нескольких порядков. Сегментация 1-го порядка определяется разделением их гребней трансформными разломами и представляет закономерность глобального значения. В СОХ Тихого океана наблюдается заметное возрастание этого параметра по мере увеличения темпа раздвига плит. Сегменты разных порядков проявляются в рельефе дна в виде куполов или платообразных возвышенностей разной протяженности и высоты и имеют в плане изометричные или овальные очертания. При этом отмечается меньшая высота куполов при большей скорости спрединга. Индивидуальные геофизические и магматические характеристики на современном уровне изученности не поддаются систематизации и носят зачастую случайный характер. Это подтверждается данными о составе базальтов сегмента в интервале 0 –

15° с.ш. в Экваториальной Атлантике, где они обогащены литофильными элементами вне видимой связи со структурными особенностями исследованного сегмента. Базальты сегмента между трансформными разломами Рио-Гранде и Мур в Южной Атлантике отличаются повышенными содержаниями железа и натрия. Детальные гравиметрические съёмки показали, что под центром данного сегмента океаническая кора утолщена на 0,9 км, что вызвало появление изометричной отрицательной аномалии Буге.

Сходные вариации по содержанию и соотношению литофильных и редкоземельных элементов , концентрации железа и натрия выявлены в сегментах между 10 и 12° с.ш. на гребне Восточно-Тихоокеанского СОХ.

Сегментации СОХ 2 – 4 порядков вызваны нарушениями гребней разломами нетрансформного типа. Линейные размеры сегментов колеблются от первых десятков (сегменты 4 порядка) до первых сотен километров (сегменты 2 порядка). Время их жизни изменяется от сотен тысяч до первых миллионов лет.

Эволюция тектонических нарушений 2-го порядка хорошо прослеживается на батиметрической карте СОХ Южной Атлантики в интервалах 25 – 27° и 31 – 38° ю.ш. Здесь можно наблюдать большое разнообразие морфоструктур, происхождение которых обусловлено разрядкой горизонтальных сдвиговых напряжений в литосфере. Среди них выделяется три типа морфологических неоднородностей: 1) удлиненные впадины, окончания которых испытывают небольшое перекрытие в плане; 2) эшелонированные удлиненные впадины, которые отделены друг от друга депрессиями, чьи длинные оси ориентированы параллельно простиранию хребта; 3) косые смещения, сопровождаемые впадинами, ориентированными под углом 45° к оси хребта. Сегменты 2-го и более высоких порядков способны мигрировать вдоль гребня хребта, оставляя за пределами рифтовых зон V-образные следы в виде специфических морфотектонических элементов. Перестройка геометрии оси может быть вызвана небольшими смещениями полюса вращения плит, которые происходят каждые 4 – 5 млн лет.

Морфоструктура гребня высокоскоростного Восточно-Тихоокеан- ского СОХ также чрезвычайно усложнена за счёт сегментов высших порядков, представленных перекрывающимися зонами спрединга разных размеров, а также небольшими изгибами оси раскрытия.

Сочетание последствий жёсткого и нежёсткого взаимодействия литосферных плит и деформация коры создают в зонах аккреции чрезвычайно сложный неупорядоченный морфоструктурный рисунок. Он весьма далёк от геометрически правильного расположения рифтов и трансформных разломов, которые изображались на мелкомасштабных тектонических картах океанического ложа. Эта сложность и хаотичность отражает реальное влияние многих факторов на формирование литосферы в океанических рифтах и её последующую эволюцию.

Нелинейная геодинамика отчётливо проявляется в строении и составе тектономагматических провинций СОХ, которые рассматриваются как протяженные отрезки с однородными характеристиками сегментации и магматизма. Таковой является Исландия и прилегающие к ней части хребтов Рейкъянес и Кольбейнсей, характеризующиеся вполне определенными величинами активных частей трансформных разломов и содержаний К2О и FeO в базальтах. Ярким примером является Авст- рало-Антарктическое несогласие (ААН) в юго-восточной части Индийского океана протяженностью около 500 км. Это звено характеризуется аномально большими (до 4000 м) глубинами гребня, необычно плотной сетью трансформных разломов, смещающих ось хребта на расстояние более 100 км, пониженной интенсивностью магнитных аномалий, а также глубокой отрицательной аномалией геоида. ААН имеет пограничное положение между Индоокеанской и Тихоокеанской провинциями, в пределах которых базальты отличаются по изотопным соотношениям неодима, стронция, свинца, а также по содержанию железа.

Сходные характеристики тектонической сегментации отмечаются в приэкваториальной Атлантике (между 0 и 15° с.ш.) и в Индийском океане (между 0 и 20° ю.ш.), где выявлена необычайно густая сеть трансформных разломов и гребни СОХ отмечены положительными гравитационными аномалиями.

Важно подчеркнуть, что во всех отмеченных случаях специфические особенности строения гребня не связаны со скоростью спрединга.

В то же время, известны примеры, когда тектоно-магматические провинции СОХ чётко увязываются с изменениями скорости раздвига плит. В осевой зоне Восточно-Тихоокеанского хребта в интервале от 20° с.ш. до 21° ю.ш. чётко выделяются Северная и Южная провинции с границей в районе 2° с.ш. близ тройного сочленения СОХ с Галапогосским рифтом. В Северной провинции величина полускорости спрединга

составляет 3,4 – 7 см/год, а в Южной – 7,0 – 9,0 см/год. Соответственно, в Северной провинции высота продольного осевого вала достигает 300 м при ширине от 3 до 10 км. Этот вал в поперечном сечении имеет вид пологой арки или трапеции, прорезанной в центральной части продольной грабенообразной впадиной глубиной до 50 – 70 м и шириной 500 – 700 м. В Южной провинции относительная высота вала составляет 150 – 200 м при ширине 2 – 3 км. Его поперечный профиль имеет вид остроугольного треугольника, при этом продольная впадина, как правило, отсутствует. Вместо неё отмечаются изолированные локальные депрессии глубиной до 15 м и шириной не более 50 м.

На разных структурных уровнях проявляется асимметрия литосферы и мантии СОХ. Для СОХ Атлантического океана в пределах АнголоБразильского геотраверса установлено наличие на восточном фланге зон со специфическими характеристиками рельефа, которые отсутствуют на западном фланге. Также различны по обе стороны от оси морфоструктуры трансформных разломов, количество изометричных подводных гор, форма, размеры и преимущественное простирание плотностных и магнитных неоднородностей. Асимметрия проявляется и в динамике спрединга: в течение последних 60 млн лет на западном фланге скорость разрастания в среднем в 1,2 раза выше. На разрезе СОХ Атлантического хребта в интервале 11 – 21° ю.ш. выявлена наклонная линза, характеризующаяся пониженными скоростями сейсмических волн.

К югу от Исландии и к югу от Азорского плато выявлена на основе альтиметрических и батиметрических материалов относительно оси хребта весьма значительная асимметрия литосферы, что вероятно обусловлено смещением дивергентной границы плит относительно линзы разуплотненной мантии.

Асимметрия разрастания дна, так же как и асимметрия структуры различных горизонтов СОХ, видимо отражает сложное взаимодействие мантийных конвекционных потоков, что вносит элемент неупорядоченности в динамику аккреции океанической литосферы.

Резюмируя всё вышеизложенное, следует сослаться на мудрое высказывание известного учёного-геолога С. Уеды о том, что «при развитии научных гипотез решение очередной задачи нередко ставит учёных перед проблемами, о которых они раньше и не подозревали, в результате чего расстояние, отделяющее исследователей от конечной цели –

создание общей теории развития Земли, объясняющей всю совокупность наблюдаемых геологических процессов и явлений, – не всегда сокращается».

Контрольные вопросы

1.Раскрыть существо «контракционных» гипотез развития Земли.

2.Перечислить доказательства обоснования гипотезы«неомобилизма».

3.Какие данные используются авторами для обоснования гипотезы «расширяющейся» Земли?

4.Что послужило основанием для предложения «пульсационной» гипотезы развития Земли?

5.Кем и как обосновывается «ротационная» гипотеза развития Земли?

6.В чём суть и на основе каких фактов доказывается и в чём проявляется «нелинейная» геодинамика в развитии Земли?