0700620_0CA3B_tyapkin_k_f_fizika_zemli

Ю20—1021 Пас, тобто приблизно на порядок менші. Значення т| для підастеносферного шару верхньої мантії, за даними Є.В. Артюшкова, на два-три порядки більші порівняно з астеносферою. Значення ті для нижньої мантії, обчислене за різницею величин теоретичного і фактичного стиснення Землі, яке приймається нині, дорівнює 1026 Пас [19,115].

Із результатів теоретичного розглядання проблеми конвекції у в'язкій ньютонівській рідині стосовно мантії М. Ботт [19] зробив такі висновки:

1) можна очікувати, що у верхній мантії існують конвективні течії, які є ефективним механізмом перенесення теплоти;

2) конвекції в нижній мантії або ж в усій глибині мантії може перешкоджати значна в'язкість, що передбачається в нижній мантії.

Важливість цих висновків важко було б переоцінити, якби вони були обгрунтовані значеннями параметрів, близьких до справжніх. На жаль, доводиться констатувати, що моделі, які використовувались для їх отримання, дуже далекі від реальних. Зокрема, для отримання значень в'язкості речовини верхньої мантії як модель використовується пружна літосфера, що прогинається під впливом льодового навантаження в астеносферу, яка приймається за в'язку ньютонівську рідину. При цьому вважають, що після танення криги, занурений блок підіймається, відновлюючи свій ізостатичний стан. У цій моделі багато сумнівних припущень, деякі з них наведено нижче.

1.У розд. З саме існування астеносфери поставлено під сумнів, тому прогинання в неї, а тим більше приписування їй властивостей в'язкої ньютонівської рідини — неправомірний прийом.

2.У п. 4.4 показано, що в разі зміни /7-умов у глибинних зонах тектоносфери (у цьому разі під впливом льодового навантаження) підтримування геоізостазії може відбуватися як за рахунок опускання блока, так і за рахунок поліморфних перетворень типу базальт ^ еклогіт. Яке співвідношення внесків цих процесів у досягнення геоізостазії поки що не досліджено, але очевидно, що враховувати лише один із них — неправомірно.

3.Підняття Феноскандії і Північної Америки, які використовувались для визначення в'язкості, немає підстав відносити лише на рахунок післяльодовикового спливання. Безумовно, можливий вплив і інших факторів, з яких назвемо лише один — деформування земної поверхні внаслідок зміни ротаційного режиму Землі (див. п. 5.1).

Справедливість будь-якого з наведених вище зауважень може призвести до того, що отримані значення в'язкості виявляться

дуже далекими від справжніх. Отже, висновки, що грунтуються на них, не заслуговують на довіру. Однак якщо це так, то як же все-таки виріши™ проблему існування конвекції в мантії? Річ у тім, що за справедливим твердженням М. Ботта [19] деякі форми конвекції в мантії — поки що єдиний правдоподібний механізм дрейфу літосферних плит.

На жаль, багато аргументів свідчить проти можливості конвекції в мантії. Насамперед до них варто причислити консервативний зв'язок між поверхневими і глибинними тектонічними структурами, який важко було б пояснити за наявності конвекції. Є.М. .Шостих [108] зробив спробу вирішити цю проблему аналізом регіональних гравітаційних аномалій, який привів його до висновку, що світова гравіметрична зйомка не підтверджує наявність конвекції. Цей висновок співзвучний з висновком С.І. Суботіна та ін. [188], який вони зробили на основі аналізу гравітаційного поля структур тектоносфери: концепція перетікання підкорових мас як основна причина формування прогинів і піднять земної кори повинна бути відкинута.

В.В. Гордієнко та ін. [87], виходячи з відносно малої ймовірності конвекції в мантії, пропонують замінити її на явище адвекції, що характеризується незамкненим тепломасоперенесенням. На їхню думку, у нижній частині верхньої мантії впродовж деякого часу утворюються маси частково розплавленої речовини (астеноліти), що спливають потім у верхню частину верхньої мантії, де вони можуть розгасатися в межах певної ділянки активування. На місце матеріалу, який підійнявся вгору, з верхньої частини верхньої мантії надходить холодна речовина. Процес нерівномірний у часі. Перші астеноліти зупиняються на відносно великих глибинах, наступні надходять вище, оскільки перші, різко підвищивши температуру верхньої частини верхньої мантії, розширюють інтервал, в якому полегшене переміщення астенолітів. Тектонічні наслідки адвекційного процесу полягають в активуванні фазових і поліморфних перетворень речовини мантії, що призводять до її ущільнення, опускання денної поверхні та виникнення розломів, які виводять на поверхню розплав із зон часткового плавлення. Через деякий інтервал часу процес може змінити свій напрямок. Причини такого явища автори не розглядають.

Подібні погляди на процес тектогенезу і в Є.В. Артюшкова [5]. За його уявленнями, у тілі мантії з її сучасною в'язкістю гравітаційне диференціювання практично неможливе. Воно може відбуватися у відносно малов'язких оболонках типу зовнішнього ядра або астеносфери. У нижній частині нижньої мантії на межі з

260

ядром Є.В. Артюшков припускає підвищену концентрацію важчої речовини ядра. Внаслідок плавлення цієї речовини вона осідає, приєднуючись до речовини зовнішнього ядра, а решта нерозплавленої речовини виявляється легшою, ніж матеріал нижньої мантії. Внаслідок конвективної нестійкості цей легкий матеріал у вигляді астенолітів вкорінюється у вище розміщену мантію, і врешті-решт, надходить у верхні шари Землі. Рух легкого матеріалу, що виділяється внаслідок диференціювання, у нижній частині мантії може відбуватися у формі спливання в мантії його окремих великих крапель, блоків або струменів, що не призводить до великих переміщень в усій нижній мантії. Підіймання легкого матеріалу у нижній мантії порушує його початкову однорідність. Вздовж шляху його проходження виникає зона підвищеної температури і зниженої в'язкості — «канал», по якому полегшується підіймання наступних порцій легкої речовини. Отже, внаслідок диференціювання речовини за густиною на межі поділу ядра і нижньої мантії у верхню мантію, в зону астеносфери, надходять великі маси легкого нагрітого матеріалу, утворюючи аномальну мантію. Остання використовується автором для пояснення структуроутворення в тектоносфері.

ЬО.П. Оровецький [139] віддає перевагу астенолітам у вигляді так званих математичних діапірів. За основу механізму їхнього виникнення беруть описану вище схему диференціювання речовини, запропоновану Є.В. Артюшковим. Це дає йому змогу оперувати в межах астеносфери значними об'ємами перегрітих не лише базальтових, а й ультраосновних розплавів, що полегшує вибір умов їхнього мігрування в напрямку земної поверхні. Вкорінення перегрітої глибинної речовини, її декомпресійне плавлення і плавлення речовини астеноділянки супроводжуються значним збільшенням об'єму, що викликає на земній поверхні, утворення мегасклепіння, створює обстановку розтягу, яка призводить до регенерування давнішніх і виникнення синхронних розломів. Матеріал астеноділянки, переміщуючись по транслітосферних розломах у земну кору, стабілізується там у вигляді великих структур мантійних діапірів. Мантійний діапіризм виявлено нині у межах структур найрізноманітнішого віку, починаючи від архею і до четвертинного часу.

Загальною особливістю усіх трьох концепцій є намагання пояснити механізм структуроутворення в тектоносфері за допомогою явищ, що виникають внаслідок термогравітаційного диференціювання речовини, що спонтанно відбувається в Землі. Як уже зазначалось, спонтанний перебіг процесів у Землі неспроможний

створювати латеральні неоднорідності в еліпсоїдних її оболонках. Отже, без участі сил іншої природи пояснення структуроутворення в тектоносфері принципово неможливе. Ця теза знаходить своє підтвердження в тому, що автори обговорюваних концепцій змушені залучати раніше виниклі неоднорідності в мантії у вигляді її різнорідних блоків, розломів, локальних астенозон зі зниженою в'язкістю, в межах яких виникають канали для транспортування легкої нагрітої речовини. Саме для пояснення виникнення такого роду неоднорідностей і потрібне зовнішнє джерело сил.

Отже, у цьому разі не йдеться про заперечення можливості існування явищ, що розглядаються. Мабуть, ймовірність утворення адвекції й астенолітів на межі ядра і мантії вища, ніж замкнених варіантів конвекції в мантії, хоча стверджувати, що вони, безумовно, є також не можна. Винятком є магматичний діапіризм, виявлення якого можна вважати геологічно встановленим фактом. Природно, механізм його виникнення може бути зовсім іїпдим.

Загальний висновок полягає в тому, що перелічені вище геологічні явища можуть брати участь у структуроутворенні як о д и н із його елементів, але пояснити формування структур у тектоносфері за допомогою лише цих елементів, безумовно, неможливо.

7.4.Нова ротаційна гіпотеза структуроутворення, концепція геосинкліналей та платформ

іНова глобальна тектоніка

Нова ротаційна гіпотеза структуроутворення. Суть цієї гіпотези досить детально розглянуто в п. 2.1. Тому тут зазначимо лише її переваги і недоліки. До переваг Нової ротаційної гіпотези структуроутворення можна зарахувати такі.

1.Ця гіпотеза задовольняє всім п'яти критеріям, сформульованим у п. 7.1.

2.У процесі розробляння Нової ротаційної гіпотези структуроутворення не виникала потреба використання таких гіпотетичних понять як «астеносфера», «конвекція в мантії» і подібних до них явищ, фактичних даних про які ми не маємо.

3.З позицій Нової ротаційної гіпотези структуроутворення стає зрозумілим взаємозв'язок між розломоутворенням, осадонагромадженням, складчастістю і магматизмом, яка досить переконливо обгрунтована О.В. Пейве [148 та ін.], але досі не знаходила свого місця в жодній з геотектонічних концепцій.

262

До недоліків Нової ротаційної гіпотези структуроутворення належать такі.

1.Кожна з відомих ротаційних гіпотез (у тім числі й Нова) грунтується на зміні лише одного з параметрів ротаційного режиму Землі. Мабуть, потрібне врахування впливу якщо не всіх, то, принаймні, декількох параметрів, внески яких у деформування тектоносфери найвагоміші.

2.У цій гіпотезі досі відсутнє чітке визначення ролі і місця спонтанних фізико-геологічних і геохімічних процесів у тектоносфері, що беруть участь у структуроутворенні.

Концепція геосинкліналей і платформ. Ця концепція зародилася і розвивалась на основі вивчення фактичних даних про геологічну будову ділянок Землі, розміщених біля поверхні, які характеризуються значною потужністю осадових утворень, специфічною лінійною складчастістю, активним виявленням магматизму і підвищеним метаморфізмом порід. Нею користуються не лише під час вивчення тектонічних структур. Успіхи у вивченні стратиграфії, регіональної геології материків, а також металогенії ба-

гато в чому зобов'язані цій концепції. Природно, не було нестачі і в спробах пояснення механізму утворення цих структур, але всі вони грунтувалися на використанні внутрішніх сил Землі, зумовлених спонтанними фізико-геологічними процесами. Як уже неодноразово підкреслювалось, без залучення зовнішніх сил пояснити виникнення неоднорідностей у тектоносфері і, зокрема, будь-яких тектонічних структур у принципі н е м о ж л и в о . У п. 5.2 доведено, що етапи виникнення і розвитку геосинкліналей повністю відповідають особливостям траєкторії руху полюса впродовж галактичного року.

Стосовно відповідності концепції геосинкліналей і платформ і Нової ротаційної гіпотези структуроутворення підкреслимо таке.

1.У концепції геосинкліналей і платформ автор використав лише закономірності, що в міру можливості грунтувалися на фактичних даних, а в ротаційній гіпотезі — особливості траєкторії руху полюса і пов'язаний з ними механізм утворення й наступного переміщення блоків тектоносфери. Вражає дивовижний збії елементів структуроутворення й супутніх геологічних явищ. Звідси може випливати лише один висновок — роль ротаційного фактора в структуроутворенні повинна бути вагомою.

2.У процесі зіставляння не було потреби в залученні таких дискусійних понять як «океанічна» і «континентальна» земна кора. Елементи океанічної кори у вигляді офіолітової формації утворюються безпосередньо на початковому етапі формування

263

геосинклінальної структури, що пов'язано не з особливостями земної кори, а визначається ділянкою розряджання екстремальних значень поля планетарних напруг у кожне тектонічне активування Землі. Те ж саме варто сказати й про відміни геосинкліналей і платформ. Вони зумовлені не механічними особливостями кори, а своїм просторовим положенням відносно полюсів обертання.

3. Наведені вище дані свідчать про те, що досвід столітнього вивчення структур типу геосинкліналей, орогенів і платформ дав змогу сформулювати основні закономірності їхнього формування, що мало відрізняються від фактичних. Тому вони повинні використовуватись для оцінювання правомірності і практичної значимості будь-яких геотектонічних гіпотез. Автор вважає, що гіпотеза, з позицій якої неможливо пояснити основні закономірності формування геосинкліналей і платформ, не може бути реально цікавою для геологів.

Нова глобальна тектоніка. Свій розвиток ця гіпотеза отримала в шістдесяті роки нашого століття на основі результатів вивчення акваторій океанів переважно геофізичними методами у межах міжнародного «Проекту верхньої мантії». Результати досліджень виявились такими, що важко пояснюються з позицій традиційних уявлень континентальної геології. Виникла потреба створення нової геотектонічної гіпотези, за допомогою якої можна було б інтерпретувати результати геофізичних досліджень на океанах. Так народилася «Нова глобальна тектоніка», або «Тектоніка літосферних плит». Причому низка основних положень тектоніки літосферних плит певною мірою успадкована від ранішої гіпотези дрейфу континентів А. Вегенера [36]. Суть гіпотези тектоніки літосферних плит та її особливості досить детально викладено у збірнику перекладних статей [134]. Тут наведемо її основи, необхідні для подальшого викладу. Основні постулати тектоніки літосферних плит можна сформулювати так.

1. Літосфера Землі складається з деякого числа плит (блоків), які є переважно ділянками океанічного дна з континентами, що на них розміщені.

2. Плити зазнають горизонтальних переміщень одна відносно іншої. Уявлення про поверхні переміщення, як уже підкреслювалось вище, у різних дослідників неоднакові. Одні з них вважають, що плити переміщуються разом з верхньою частиною мантії, включаючи астеносферу, інші — що вони рухаються по астеносферному шарі. Початок переміщення (розсування) збігається з рифтовою зоною, що розділяє плити (серединно-океанічним хреб-

264

том). На протилежному кінці передбачається занурення плити під континент або острівну дугу вздовж зон Беньофа. Межами плит, що рухаються, є так звані «трансформні» розломи, орієнтування яких визначається положенням полюсів розростання.

3. Переміщення літосферних плит є основою розвитку тектоносфери та її генеральних структур, тобто вздовж меж плит зосереджена уся тектонічна, вулканічна і сейсмічна активність Землі.

Наведені постулати тектоніки літосферних плит грунтуються на результатах інтерпретації таких фактичних даних.

1.Подібність конфігурації берегових ліній материків на протилежних берегах океанів (зокрема, Атлантичного), що інтерпретується як лінії розколювання раніше єдиного континенту.

2.Спостережувані в межах океанів специфічні лінійні магнітні аномалії «зебрового» типу (див. рис. 43), що інтерпретуються як результат розростання океанічної земної кори.

3.Незбіжні траєкторії переміщення палеомагнітних полюсів Землі для різних континентів (або їхніх частин), що інтерпретуються як результат дрейфу цих частин упродовж інтервалу геологічної історії, що розглядається.

Спробуємо дати загальну оцінку гіпотезі тектоніки літосферних плит. У цьому плані слід констатувати, що вона не задовольняє ж о д н о м у з п ' я т и критеріїв, сформульованих у п. 7.1. Розглянемо це детальніше.

1.У гіпотезі не розглядаються джерела сил, під дією яких переміщуються літосферні плити. Правда, за рушійний механізм автори без достатнього обгрунтування вибрали теплову конвекцію

вмантії. Наведені в п. 7.3 дані свідчать про досить малу вірогідність існування цього явища в мантії. Однак, якщо навіть припустити його можливість, то потрібним буде введення зовнішнього регулятора просторового розміщення конвективних комірок у мантії Землі. Крім цього, необхідне джерело енергії, яке б підтримувало конвекцію впродовж усього інтервалу часу, доки відбувається переміщення плит. Це питання звичайно не розглядається.

2.Оскільки все тектонічне життя автори Нової глобальної тектоніки зосереджують на крайових частинах плит, що переміщуються, то для пояснення циклічності тектонічних процесів потрібний дуже складний «регулятор» кінематики переміщення плит. Навряд чи це можливо.

3.Концепція тектоніки літосферних плит не враховує фактора обертання Землі. Автори цієї концепції «ничтоже сумящеся» переміщують плити по латералі, якісь їхні частини опускають у

265

мантію, формують нові ділянки кори, абсолютно не враховуючи, що цим самим вони порушують момент кількості руху Землі у просторі, а отже, ротаційний режим Землі з усіма наслідками, які випливають, і описані в п. 5.1.

4.Автори гіпотези тектоніки літосферних плит користуються такими традиційними поняттями, як «континентальна» і «океанічна» земна кора, астеносфера, літосфера і літосферні плити. По-перше, на початку книги обговорювалась дискусійність цих понять, а отже, якщо вже їх застосовувати, то лише з урахуванням описаних вище особливостей. По-друге, будь-які неоднорідності тектоносфери (включаючи плити) можна отримати лише за умови участі зовнішніх сил, на які в гіпотезі немає навіть натяку.

5.Прибічники гіпотези тектоніки літосферних плит, характеризуючи її, часто звертаються до виразу, що ця гіпотеза найповніше і найвдаліше узагальнила нову, в основному геофізичну інформацію про будову дна океанів. М'яко кажучи, це просто перебільшення. Ця гіпотеза, у кращому разі, використовує окремі елементи фізичних полів. Згідно з п'ятим критерієм оцінки геотектонічних гіпотез, вона повинна відбивати взаємозв'язок процесів тектогенезу і головних фізичних полів Землі. Зокрема, якщо прибічники концепції пов'язують рух плит з конвекцією в мантії, то потрібно знайти взаємозв'язок цієї концепції з особливостями гравітаційного, магнітного, теплового та інших полів. Звичайно, у гіпотезі цього немає. Більше того, простежується ряд протиріч між уявленнями її авторів і фізичними полями. Наприклад, якби океанічна кора так відрізнялася від континентальної, як це подають автори тектоніки літосферних плит, то, насамперед, це повинно було б знайти відображення в аномаліях геоїда. Насправді жодне корелювання між аномаліями геоїда, материками й океанами не спостерігається, що свідчить про початково єдину природу цих кір. Про це саме свідчить також однаковість теплових потоків на континентах і в океанах.

Вникає природне запитання: чому така, з позицій обговорюваних вище критеріїв недостатньо обгрунтована, гіпотеза виявилась привабливою для багатьох західних дослідників, а, судячи з сучасної літератури, і багатьох вітчизняних також? Автору здається, що однією з головних причин порівняно легкого відмовляння від існуючої тривалий час концепції геосинкліналей і платформ стали невдалі спроби з її позицій пояснити багато фактів і закономірностей, властивих не лише океанам, а й континентам. Ці спроби грунтувалися на використанні внутрішньоземних сил і

266

процесів, а, як підкреслювалось вище, це в принципі неможливо.

Розглянемо можливість пояснення вихідних фактичних даних, покладених в основу тектоніки літосферних плит, з позицій Нової ротаційної гіпотези структуроутворення. Розпочнемо з подібної конфігурації материків. Межі материків, точніше межі їхніх шельфових зон, є зонами розломів тектоносфери. їхня подібна конфігурація викликає гюдив з традиційних позицій, які виходять з припущення, що розломи тектоносфери розміщуються в просторі довільно, за принципом «розбитої миски». Тому подібність меж материків, природно, наштовхує на думку про лінії розколювання колись єдиного континенту. З позицій Нової ротаційної гіпотези структуроутворення розломи тектоносфери розміщуються цілком закономірно і для формування морського басейну не потрібне розсування материків або їхніх частин. Достатньо відносного опускання певних блоків тектоносфери. Єдині закони формування систем розломів цілком забезпечують подібність конфігурації берегових ліній материків.

Одне з головних положень, на якому грунтується гіпотеза тектоніки літосферних плит — це «спрединг» океанічного .дна. До уявлення про розсування певних ділянок дна геофізики дійшли на основі інтерпретації лінійних магнітних аномалій «зебрового» типу, аналогічних зображеним на рис. 43, а (див. п. 3.5). Там само обговорюватися й інші можливі інтерпретації цих аномалій. Зокрема, перевага була віддана варіанту,згідно з яким «зеброве» поле є виявом дайкоподібних тіл базальтового складу, шо виникли в єдину геологічну епоху. На користь такої інтерпретації, зокрема, свідчить особливість орієнтування осьових ліній магнітних аноматій. Вони не паралельні, а характеризуються дискретними значеннями азимутів простягання: 0, 8 і 17 Такі азимути простягання розломів простежуються на Українському щиті, що ще раз підкреслює виявлення єдиної глобальної закономірності розломоутворення.

Наявність зон розтягу на певних ділянках тектоносфери безпосередньо випливає з Нової ротаційної гіпотези структуроутворення (див. рис. 61), але з неї не випливає необхідність значних горизонтальних переміщень цих ділянок. Отже, магнітні аномалії «зебрового» типу цілком можна пояснити, не вдаючись до переміщення плит. Так звані «трасформні» розломи [286], що залучаються з цією метою, нібито властиві лише корі океанічного типу, також не можна використати для доведення руху літосферних плит. Про це, зокрема, свідчать ре~

267

зультати досліджень тектоніки докембрію автором. Так, у межах Українського щита (типово континентальна ділянка) більшість розломів відповідає основним особливостям трансформних [204].

Наступним важливим положенням, на якому грунтується тектоніка літосферних плит і більшість реконструкцій первинного континенту Землі є розбіжність траєкторій переміщення полюсів, отриманих внаслідок палеомагнітних визначень у межах різних континентів (або їхніх частин). Причому розбіжність у положенні полюсів тим більша, чим давніша епоха, до якої вони належать. Очевидно, це був би найсерйозніший аргумент на користь тектоніки літосферних плит, якби ці траєкторії були реальними. Річ у тім, що елементи давнього магнітного поля визначаються відносно сучасного геоїда, який виявляється деформованим порівняно з давнім. Причому ступінь його деформування пропорційний різниці часу між давньою епохою, що визначається, і сучасною. Отже, розбіжності між обчислюваними координатами полюсів для однієї й тієї самої епохи, але в різних точках Землі повинні зростати з часом, що простежується насправді. Чи можна ці розбіжності пояснити щойно названою причиною, чи. на них впливають й інші причини? Відповіді на це запитання поки що немає, а до її отримання навряд чи можна користуватися обговорюваною особливістю поведінки полюсів для відповідальних наукових висновків.

Отже, основні положення, на яких грунтується гіпотеза тектоніки літосферних плит, з позицій Нової ротаційної гіпотези структуроутворення цілком можна інтерпретувати без залучення значних горизонтальних переміщень блоків тектоносфери.

7.5. Про перспективу створення сучасної геотектонічної концепції структуроутворення в тектоносфері

Сучасний рівень розвитку наук про Землю дає змогу ставити питання про створення оптимальної геотектонічної концепції, спроможної не лише пояснити відомі геологічні закономірності, а й спрогнозувати деякі з них, зокрема закономірності розміщення родовищ корисних копалин. Водночас слід підкреслити надмірну складність цього завдання, пов'язану, насамперед, з його різноплановістю. Справді, воно повинно грунтуватися на сучасних досягненнях геології, геофізики, геохімії, механіки, астрономії та

268