0700620_0CA3B_tyapkin_k_f_fizika_zemli

шення, як уже зазначалось, частково компенсується шаром води, а решта — підводними магматичними виливами, що утворюють другий океанічний шар [19]. Виникнення магми зумовлено декомпресією глибинних частин тектоносфери внаслідок проникнення в них розломів, які одночасно є й каналами для транспортування її до поверхні Землі. Законом, що регулює цей процес, є закон збереження моменту кількості руху в межах секторів Землі, що обертається, вирізаних однаковими центральними тілесними кутами [199, 279].

199

Описаний вище процес призводить до насичення дайкоподібними матеріалом верхнього шару континентальної кори (див. рис. 71, права частина), внаслідок чого змінюються його фізикогеологічні характеристики: збільшується швидкість поширення пружних хвиль, що досягають значень, які відповідають швидкостям у так званому «базальтовому» шарі континентальної кори; виникає нова сейсмічна межа М2, із властивостями, аналогічними властивостям межі М у континентальній корі. На основі цього сучасні дослідники приймають верхню частину колишньої континентальної кори, розміщену вище від нової межі М2, за так звану «океанічну» кору.

Описаний вище механізм утворення океанічної кори пояснює багато її особливостей. Зокрема, стає зрозумілою відсутність так званого «гранітного» шару в океанічній корі і мала її потужність. Наявність дайкоподібних утворів у перетвореній корі практично не порушує балансу порід кислого й основного складу, з яких вона складається, а отже, не змінює величину теплового потоку крізь неї.

Водночас доцільно звернути увагу на проблеми, що виникають у зв'язку з викладеним.

А. Межа М ідентифікується з підошвою кори не лише в сейсмологічній моделі, а й в інших. Зокрема, в петрологічній моделі межу кора — мантія розглядають як межу поширення певних комплексів або їхніх модифікацій. Як пов'язати у цій моделі перехід з однієї межі ( Л/,) на іншу (М2)?

Б. За будь-яких глобальних тектонічних побудов для відтворення історії розвитку земної кори шуканим повинно бути положення межі М{, а не заново утвореної М2. Однак сучасний підхід до вивчення глибинної будови тектоносфери орієнтований на визначення межі М2. Завдання пошуку межі Л/, у принципі можливе, але воно навіть не ставиться.

5. Стосовно подібності і відмін тектонічних процесів на материках і в океанах, зазначимо, що під час викладення принципів структуроутворення в тектоносфері ніде не використано особливості, пов'язані з відмінністю материків і океанів. Більше того, підкреслюється, що місцеположення, форма і розміри як материків і океанів, так і локальних структур у їхніх межах, практично визначаються не фізико-геологічними особливостями частини тектоносфери, що деформується, а особливостями поля планетарних напруг у тектоносфері, з розряджанням якого пов'язане утворення цих структур. Іншими словами, закони структуроутворення в межах усієї нашої планети багато в чому однотипні.

2 0 0

До наведених вище конкретних прикладів єдності формування тектонічних структур на материках і в океанах можна додати таке. Описаний процес перетворення «материкової» кори на «океанічну» відбувається і в типово континентальних умовах. Утвори типу другого океанічного шару на материках подані трапами або платобазальтами. Більше того, як довела Г.Ф. Макаренко [110], у декількох прибережних провінціях трапи з материка безпосередньо переходять у другий океанічний шар. Деякі відміни, що виявляються у складі океанічних і континентальних базальтів, зумовлені різною глибиною проникнення розломів, що ініціюють виникнення магми в тектогенезі,

5.3.Можливі причини переміщення ПОЛЮСІВ

іосновні постулати Нової ротаційної гіпотези

структуроутворен ня

В основу Нової ротаційної гіпотези структуроутворення покладено уявлення про розряджання напруг, які виникають у тектоносфері переважно внаслідок зміни положення осі (полюсів) обертання Землі відносно її поверхні Дані про ш переміщення отримано експериментально і їх можна було б використовувати без з'ясування причин, які призводять до таких переміщень. Однак вони мають деякі особливості. Зокрема, положення географічних полюсів визначається в дуже обмеженому інтервалі часу (друга половина минулого і протягом нинішнього століття). Тому можливість перенесення встановлених закономірностей на геологічні епохи потребує доказів. Патеомагнітні полюси власне й належать до певних геологічних епох, однак виникає проблема їхньої ідентифікації з географічними полюсами (полюсами обертання). Звідси важливість з'ясування причин переміщення полюсів по поверхні Землі не викликає сумнівів.

Земля є частиною Сонячної системи, яка, в свою чергу, с одним із елементів Галактики. Отже, будь-які висновки про закономірний розвиток Землі повинні грунтуватися на рівняннях динамічної рівноваги, що визначають взаємодію Землі з фізичними полями Галактики. Зокрема, Земля — магніт, переміщуючись у змінному магнітному полі Галактики, повинна зазнавати певного обертального моменту. Водночас Земля — гіроскоп, момент кіль-

201

Виходячи з сучасних уявлень про внутрішню будову Землі, модель якої подано на рис. 72, а, найвірогідніше провертання внутрішнього ядра відносно мантії, відокремлених одне від одного зовніїїшім ядром, що перебуває у квазірідкому стані.

Для отримання уявлення про можливий порядок відносних переміщень запишемо вираз моменту кількості руху Землі М0 у вигляді суми моментів кількості руху внутрішнього ядра і зовнішнього ядра разом з мантією

де /І — момент інерції внутрішнього ядра; /2+3 — момент інерції решти Землі; сох — кутова швидкість обертання внутрішнього ядра; о>2+з— кутова швидкість обертання решти Землі.

Якби на систему, що обертається з середньою швидкістю <в0, не діяли зовнішні сили, то жодних відносних переміщень її оболонок не спостерігалося б. Величина М0 зберігала б суворо стале значення за величиною і напрямком. Дія зовнішніх сил порушує суворість цього рівняння, справедливого лише для замкнених механічних систем. Тому для нашої мети вираз (26) умовно можна записати у вигляді

До відносного переміщення оболонок Землі призводить прагнення до збереження сумарного моменту кількості руху в просторі. Якщо одна частина Землі під дією певних сил змінить свою кутову швидкість на Ао)!, то інша її частина повинна також змінити свою кутову швидкість на величину АШ2+3, але в протилежному напрямку:

® 2+3 = ®0 ~ А ®2+З.|

Прагнення зберегти величину М сталою повинно призводити до зміни кутових швидкостей, що визначаються співвідношенням

А © 2+3

Іншими словами, прискорення або сповільнення обертання внутрішнього ядра відносно середньої швидкості обертання Землі ю0 характеризується величинами, які на три порядки перевищують величини зміни кутової швидкості зовнішньої оболонки. Отже, однією з можливих причин переміщення полюсів по поверхні

202

Землі є її взаємодія з навколишнім магнітним полем Галактики, яке складається із впливу найближчої зірки —- Сонця та решти зірок.

Відомо, що магнітне поле міжзоряного простору в районі Сонячної системи характеризується значеннями від часток до і нТл, а магнітне поле Сонця в районі Землі — приблизно на один-два порядки вище [1]. Цим, зокрема, можна пояснити перші (річні) петлі на траєкторії полюса, швидкість переміщення вздовж яких на один-два порядки вища порівняно з компонентою поступального переміщення, на фоні якого вони спостерігаються (див. рис. 5).

Проблема переміщення полюсів широко обговорювалася в літературі. Особливу гостроту дискусії викликало запитання про можливість з н а ч н и х переміщень полюсів упродовж геологічних епох. Зокрема, висловлювалась думка про відсутність у природі зовнішніх сил, здатних змінити орієнтацію Землі відносно осі її обертання. Для цього використовуватись результати численних розрахунків моменту, потрібного для розвертання земної кулі. Мабуть, цим самим слід пояснювати і той факт, що навіть прибічники залучення ротаційних сил [80, 105, 183, 224 та ін.] у своїх гіпотезах використовують, в основному, параметр зміни кутової швидкості Землі за умови сталого положення осі її обертання.

На думку автора, непорозуміння полягає у невдалому виборі моделі Землі для розрахунків. Землю вважали цілком твердою. У цьому разі справді важко уявити сили, здатні спричинити переміщення осі обертання відносно земної поверхні. У моделі, яку використовує автор (див. рис. 72, а), йдеться про відносне зміщення ядра і мантії. Причому це зміщення відбувається за рахунок інерційного намагання зберегти момент кількості руху системи «Земля» у просторі, а додаткові зусилля потрібні лише для подолання сил зчеплення речовини квазірідкого зовнішнього ядра, що на декілька порядків менше від зусилля, потрібного для розвертання всієї Землі загалом. Елементарні розрахунки показують, що для цього цілком достатньо сили взаємодії земного диполя з космічним магнітним полем інтенсивністю порядку 1 нТл. Отже, це заперечення не можна визнати по суті.

Мабуть, найліпшим підтвердженням можливості значних переміщень полюса можуть бути палеокліматичні і палеогеологічні дані, що безсумнівно свідчать про такі переміщення полюсів, які зумовлювали б зміну місць полярних і екваторіальних областей. Причому пояснення цих явищ прибічниками Нової глобальної

2 0 4

тектоніки (тектоніки плит) диференціальними переміщеннями окремих плит для нашої мети формально не змінює суті справи, оскільки в Новій ротаційній гіпотезі структуроутворення використовуються напруга, що виникають за рахунок відносних переміщень певних ділянок тектоносфери і полюса. Цілком байдуже, переміщується окрема плита відносно полюса чи полюс відносно плити. Не обговорюю™ у цьому разі запитання про справедливість концепції тектоніки плит по суп, зазначимо, що наявність чи відсутність диференціальних переміщень окремих ділянок тектоносфери не може бути запереченням значних переміщень полюсів.

Вважаємо доречним навести висновок М.М. Страхова [185] відносно переміщень осі обертання Землі, якого він дійшов на основі вивчення палеокдіматичної зональності: нині ці переміщення є вже не домислом, не смішвим здогадом, як це було донедавна, не умоглядною концепцією, яку можна було ігнорувати під час суто емпіричного вивчення деформацій земної кори; тепер — це факт. І як будь-який вірогідно встановлений, до того ж достатньо вагомий факт, його не можна більше ігнорувати під час вивчення тектогенезу; він повинен привернута до себе активну увагу дослідників.

Багато дослідників шукало причини значних переміщень полюсів у межах самої Землі. Зокрема, як такі причини аналізували: сезонні варіації розподілу повітряних мас [115, 175 та ін.], взаємодію атмосфери з океаном [113 та ін.], денудацію земної поверхні [122 та ін.], деформацію земної поверхні, переміщення окремих її частин [142, 254 та ін.], землетруси [251 та ін.], конвективні течії в мантії [272 та ін.] та інші причини.

Отримано досить суперечливі результати, однак більшість дослідників дійшла висновку, що розглядуваний ними фактор не може бути самостійною причиною значного переміщення полюсів, оскільки енергетичний внесок цього фактора становить лише частку потрібної енергії. І це не випадково. З погляду автора, у наведеній вище постановці завдання п р и ч и н а і н а с л і д о к помінялись місцями. Усі перелічені явища не можуть відбуватися самовільно, без усякої на те причини. Більше того, спрямованість усіх цих явищ повинна бути такою, щоб забезпечувати мінімум внутрішньої енергії нашої планети, а в цьому разі, навпаки, йдеться про їхнє активування. Все стає на свої місця, якщо деформацію тектоносфери, її розломи, землетруси, глобальні переміщення водних і повітряних мас на земній поверхні вважати реакціями на зміну ротаційного режиму Землі, зумовленого зовнішні-

205

ми силами. У цьому разі сумарна енергія перелічених процесів повинна дорівнювати енергії, викликаній варіацією ротаційного режиму Землі.

Стосовно можливості використання палеомагнітних даних для відтворення траєкторії руху полюсів обертання Землі, нагадаємо вже викладену теорему. Середнє положення магнітних полюсів за інтервал часу порядку 104 років відповідає середньому положенню географічного полюса [259, 264 та ін.]. Її можна розглядати як статистичний взаємозв'язок між положеннями магнітних і географічних полюсів. Функціональний взаємозв'язок між ними буде викладено в наступному розділі.

Встановлений статистичний взаємозв'язок між положеннями магнітних і географічних полюсів відкриває принципову можливість використання палеомагнітних даних для відтворення траєкторії перемицення географічних полюсів по поверхні Землі. Цей висновок підтверджується також результатами сумісного аналізу палеомагнітних і палеокліматичних даних [172, 208 та ін.]. Детальний аналіз палеомагнітних і палеокліматичних даних по карбону і пермі Східно-Європейської платформи наштовхнув М.М. Форш і О.М. Храмова на такий висновок [214]. Зміна географічних широт відбувалася не лише на межах між каледонським, герцинським і альпійським циклами, що переконливо обгрунтовано М.М. Страховим, а й стало постійним фактором геологічної історії, що істотно виявляється від віку до віку і навіть у середині окремих віїсів. Коментарі до цього висновку зайві.

Водночас слід підкреслити, що реалізація можливості використання палеомагнітних даних для відтворення траєкторії руху географічного полюса по поверхні Землі є далеко не простим завданням. Воно наштовхується на низку складних проблем, пов'язаних з практичними прийомами визначення палеомагнітних полюсів, урахування похибок таких визначень за рахунок впливу недипольних компонент магнітного поля Землі в давні геологічні епохи зі зміною форми геоїда, що відбулися за час від досліджуваної епохи до наших днів [222 та ін.].

Суперечливі уявлення дослідників про можливість значних переміщень полюсів по поверхні Землі, мабуть, вплинули й на хід теоретичної думки. Ситуацію, що склалася на початок 60-х років нашого століття, В. Манк [271] схарактеризував так. Вони (фізики) навели незаперечні докази, що рух полюса неможливий, коли палеомагнітні дані слабко його підтримували; а тепер, коли з'явилися досить переконливі палеомагнітні дані, вони знайшли не менш незаперечні причини, згідно з якими інакше й бути не могло.

206

Дещо збоку від досліджуваної проблеми переміщення полюсів знаходиться зауваження академіка Ю.О. Коситіна стосовно суті Нової ротаційної гіпотези структуроутворення (особисте повідомлення), зміст якого полягає в такому. Якби тектонічні активування здійснювались лише за рахунок ротаційних сил, то всі структури на Землі, як це випливає з рис. 61, а, розміщувалися б симетрично відносно її центра, а це насправді не спостерігається.

Варто погодитись з Ю.О. Косигіним, що ротаційні сили не можна вважати єдиними, за рахунок яких відбувається структуроутворення в тектоносфері. Однак, виходячи з того, наскільки відомі емпіричні закономірності структуроутворення відповідають теоретичній концепції, внесок ротаційних сил у цей процес повинен бути значним.

До цього слід додати, що формування тектонічних структур у тектоносфері, симетрично розміщених відносно полюсів, передбачається, виходячи з уявлень про симетричну будову Землі. Насправді це лише перше наближення. Як випливає з праць Г. Варта [247], І.М. Пудовкіна [161, 215 та ін.], внутрішнє ядро, з яким пов'язують так званий «магнітний центр», розміщується не в геометричному центрі Землі, а зміщене відносно нього на 436 км. Ця особливість, безперечно, повинна впливати на розподіт напруг у тектоносфері і закономірності їхнього розряджання. Як вона позначиться на геометричному розподілі структур, що формуються в тектоносфері, не зрозуміло.

Постулати. Будь-яка наукова концепція грунтується на певних фундаментальних положеннях, що випливають з досвіду попередніх досліджень і приймаються звичайно без спеціальних доведень. Ці положення прийнято називати постулатами. В основу Нової ротаційної гіпотези покладено такі постулати.

1. Джерелом енергії, що зумовлює тектонічне активування Землі, є сили взаємодії нашої планети з полями Космосу, які її оточують.

Основою для введення такого постулату стали викладені нижче міркування. Під дією сил гравітації та екзогенних процесів кожна дітянка земної поверхні прагне до пенеплену, а поверхня Землі загалом — до фігури рівноваги, що має мінімум внутрішньої енергії. Згідно з законами механіки, вивести зі стану рівноваги будь-яку систему і, зокрема, порушити спрямованість процесів, що відбуваються на Землі, в н у т р і ш н і сили неспроможні. З позицій геолога до цього самого висновку приводить неможливість пояснення описаних вище закономірностей планетарного

207

тним, електричним, електромагнітним. Ця взаємодія повинна викликати реакцію всіх елементів Землі, зокрема ядра і мантії Така природа внутрішніх сил, які іноді вважають за першоджерело. Мабуть, взаємозв'язок зовнішніх і внутрішніх сил визначає енергетичний баланс будь-яких тектонічних перебудов Землі.

Основою для цього постулату є таке. З позицій механіки на зовнішній вплив повинна реагувати кожна оболонка Землі. Зокрема, це стосується і мантії, хоча результати реакції окремих її частин можуть дещо відрізнятися. Мабуть, основну частину деформацій приймає на себе тектоносфера. Саме ця, найпружніша частина мантії і визначає закони деформації Землі, тому що напруги, які виникають у нижній мантії, частково релаксуються за рахунок більшої її пластичності. Земна кора, хоча й бере участь сумісно з усією тектоносферою в реакції на зовнішній вплив, не може бути визначальною через відносно малу потужність (див. рис. 72, б). Отже, виникнення і закономірності просторового розміщення глибинних розломів, блокування земної кори, визначатимуться пружними властивостями тектоносфери. За рахунок більшої крихкості земної кори (порівняно з рештою тектоносфери), у ній повинні бути додаткові розриви.

Наведені вище роздуми підтверджуються відомими геологічними фактами, зокрема, подібністю різночасних систем розломів на Українському щиті, що відокремлюють блоки першого порядку з розмірами сторін (140 ± 10) км [75, 203]. Про це саме свідчить і правильна подільність блоків першого порядку на блоки вищих порядків, розміри сторін яких досягають перших кілометрів, а результати вивчення планетарної шпаруватості приводять до ще менших інтервалів між окремими розривами, паралельними глибинним роаломам [239, 240]. Звідси можна зробити висновок про те, що деформація тектоносфери (разом із земною корою) повинна нагадувати схему, зображену на рис. 72, в. Про це саме свідчать і східчасті межі блоків, що спостерігаються в сучасних структурах, зокрема на межі Українського щита і Дніпровсько-Донецької западини.

208