Альтернативная глобальная концепция.

Ларин Владимир Николаевич.

ЗЕМЛЯ: СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И РАЗВИТИЕ.

Альтернативная глобальная концепция.

 

 

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора геолого-минералогических наук. 

 

1991 г.

Введение.

 

В качестве единственного защищаемого положения, которое в обобщенном виде приведено в заключении, предлагается новая концепция "состава, строения и развития Земли", являющаяся полной альтернативой принятым в настоящее время представления. Альтернативное решение, если оно базируется на объективных данных, внутренне согласовано и претендует на объяснение не части, но целого, всегда является актуальным, поскольку сама возможность построения альтернативы, как правило, свидетельствует о недостаточной обоснованности бытующих представлений.

 

Современные представления о сложении внутренних зон нашей планеты (ядро - железное, мантия - силикатная) никогда не были доказаны. В данной связи задача заключалась в том, чтобы оценку состава планеты из области гипотетических построений перевести в сферу объективных фактов и эмпирически установленных закономерностей, которые давали бы однозначные указания по поводу состава Земли. С этой целью была проведена ревизия фактических данных по Солнечной системе (и прежде всего, по ее химическому составу) с тем, чтобы очистить их от гипотетических наслоений. В результате были отобраны действительно объективные составы внешней конвективной зоны Солнца, внешних оболочек Земли и Луны и пояса астероидов (по метеоритам).

 

Сопоставление этих данных выявило четкие закономерности в распространенности элементов, на основе которых оказалось возможным определить исходный состав нашей планеты и построить модель современной Земли, которая оказалась радикально отличной от бытующих ныне представлений.

 

В дальнейшем задача заключалась в исследовании новой модели с целью определения ее соответствия (или несоответствия) всей сумме глобальных геолого-тектонических, петролого-геохимических и геофизических явлений. С нашей точки зрения, такое соответствие имеет место. Более того, на основе новой модели можно предсказать еще неизвестные науке и практике явления, которые поддаются проверке.

 

Предложенная к рассмотрению концепция является новым научным направлением, которое, помимо решения чисто научных вопросов, открывает широкие перспективы в практическом использовании. С одной стороны, она предполагает гораздо большую потенцию планеты в отношении таких традиционных энергоносителей, как нефть и газ, а с другой - позволяет рассматривать зоны современного рифтогенеза в качестве неисчерпаемого (в масштабах человеческих потребностей) источника водорода - этого исключительно привлекательного по своей экологической чистоте топлива.

 

Со времени первых (заявочных) публикаций по данной теме прошло 20 лет. При разработке концепции, претендующей на глобальный охват, естественно, используются не личные (региональные) наблюдения автора, а общепланетарные явления, сведения о которых собирались многими поколениями исследователей. Необходимость осмысления всей геологической истории понуждала автора осмотреть максимум возможного (от древних щитов Русской платформы до действующих вулканов Камчатки) с тем, чтобы составить личное впечатление, необходимо, для продуктивного освоения научного наследия.

 

Вместе с тем, в 70-тых годах продолжались углубленные исследования фанерозойского гранитоидного магматизма (Казахстан, Калба, Тарбагатай), результатом которых явилась монография, в которой петрогенетические и металлогепические аспекты рассмотрены уже на основе новой концепции.

 

В 80-тых годах много времени уделялось экспериментальной работе на базе ряда институтов АН СССР (Физики высоких давлений, Экспериментальной минералогии, Физики твердого тела, Физики металлов). Проверялись следствия и явления, которые были еще неизвестны физикам, но которые должны быть в свете разрабатываемой концепции. Эта работа оказалась успешной. Так, в частности, в экспериментах был подтвержден предсказанный нами эффекту "пластификации" металлов растворенным в них водородом. На данное явление получено авторское свидетельство.

 

В последние годы было проведено несколько полевых сезонов в Байкальской области рифтогенеза. Особенное внимание уделено Тушинской впадине. Эти исследования предполагается продолжить.

 

По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 3 монографии, из них две авторских и одна (по гранитоидной тематике) в соавторстве. Предъявленная к защите диссертация является текстом четвертой монографии, это третье издание (существенно расширенное и переработанное) книги "Гипотеза изначально гидридной Земли". Все аспекты новой концепции докладывались на симпозиумах и совещаниях, как Всесоюзных, так и более локальных, но и более специализированных, перед аудиториями геологов, геохимиков, геофизиков, физиков, химиков и астрофизиков.

 

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 12 глав и заключения, содержит 350 стр. машинописного текста, 73 иллюстрации, 17 таблиц и список литературы.

 

Работа выполнена в Геологическом институте АН СССР. Автор выражает глубокую признательности коллективу института и его руководству за постоянную поддержку и полную свободу научного поиска, без которых было бы немыслимо выполнение подобного исследования.

 

В обсуждении затронутых проблем в разное время принимали участие Ю.М.Пущаровский, В.Е.Хайн, П.Н.Кропоткин, П.П.Тимофеев, Е.Е.Милановский, А.Л.Книппер, Т.М.Энеев, Д.В.Рундквипст, В.А.Жариков, А.А.Маракушев, Л.Л.Перчук, Е.Г.Понятовский, К.И.Шмулович, Э.М.Галимов, Ю.А.Шуколюков, Ф.А.Летников, В.И.Виноградов, В.И.Кононов, В.Г.Поляк, Б.П.Золотарев, А.С.Перфильев, С.В.Гуженцев, А.А.Моссаковский, Г.Б.Удинцэв, Б.Г.Трифонов, Г.З.Арарий, М.Л.Баженов, Ю.Д.Пушкарев, П.М.Горяинов, Г.С.Плюснин, Ю.E.Баранов, К.Л.Волочкович, Ю.Б.Марин, С.М.Бескин, которым автор глубоко благодарен.

 

Автор навсегда сохранит благодарную память о А.В.Лейве и М.С.Маркове, которые при жизни оказали исключительное влияние на выбор проблем, требующих первоочередного обсуждения в рамках новой концепции, и своей доброжелательной критикой немало способствовали их разработке.

 

Автору неоднократно приходилось обращаться за помощью к специалистам по физике, химии и других "не геологических" наук.

 

Во многих случаях они не могли даже понять причину, по которой геолог просил оказать консультацию по узким вопросам, казалось бы совершенно не связанным с земными проблемами. Хотелось бы надеяться, что появление этой работы в какой-то море реабилитирует автора в их глазах.

 

 

Глава I

ВЕРНА ЛИ ГЛАВНАЯ ДОГМА В НАУКАХ О ЗЕМЛЕ

 

В науках о Земле важнейшей исходной посылкой является химический состав планеты в целом. Именно он обуславливает в ее недрах процессы, которые определяют и внутренне устройство, и наружный лик Земли. В своих глобальных построениях геологи вольно или невольно, принимают ее эндогенные геодинамические режимы, которые могут быть выведены из существующей модели Земли. От сюда с совершенной очевидностью вытекает необходимость определения состава планеты с максимально возможной достоверностью, так как ошибочная исходная догма может замкнуть все дальнейшие разработки в порочный круг ложных построений.

 

В настоящее время считается общепринятым, что ядро Земли железное, а мантия силикатная. Это и есть "главная догма" в науках о Земле. Поскольку мантия составляет более 5/6 объема планеты, то последнюю можно представить в виде плотнейшей упаковки анионов кислорода, и поэтому в свете главной догмы можно говорить о преимущественно "кислородном сложении" Земли.

 

Однако, как бы это парадоксально не звучало, но главная догма никогда не была доказана. В работе утверждается, что ни ссылки на метеориты (приходящие из области, расположенной далеко за пределами зоны формирования планет земного типа), ни составы мантийных магм и глубинных модулей (дающих информацию до глубин 100-150 км) не могут служить доказательствами правомерности этой догмы.

 

Появление версии "ядро - железное, мантия - силикатная" в начале нынешнего века связано с обнаружением плотного и тяжелого ядра в недрах планеты только что родившейся сейсмологией. По времени это совпало с бурным индустриальным становлением металлургии, доменного процесса. Тогда это была вершина технического прогресса. К тому же железо единственный тяжелый элемент, широко распространенный в природе. На этом фоне сама собой пришла "аналогия", стали считать, что в Земле, как в доменной печи, прошло плавление, тяжелое железо стекло к центру тяжести планеты, а силикаты, как шлаки, всплыли и сформировали мантию.

 

Это аналогия, возможно, в чем-то сохранила свою привлекательность и до наших дней, но нужно отдавать полный отчет в том, что она не есть доказательство и никогда таковых» не являлась.

 

По сути дела, вся "фундаментальность" бытующей исходной посылки - это не более чем привычка "так считать", которая за прошедшие десятилетия укрепилась в виде исключительно устойчивого стереотипа мышления.

 

Вместе с тем, по мнении Луи Де-Бройля, "история показывает, что прогресс науки постоянно сковывался тираническим влиянием определенных концепций, когда их начинали рассматривать в виде догм, и по этой.причине необходимо периодически подвергать глубокому исследованию принципы, которые стали приниматься без обсуждения". Автор приглашает читателя последовать этому наставлению.

 

 

Глава II

СРАВНИТЕЛЬНАЯ КОСМОХИМИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНОГО СОСТАВА ЗЕМЛИ

 

Решение вопроса об исходном составе Земли является прерогативой космогонии. К сожалению, существующие космогонические разработки не могут быть привлечены для этого, поскольку все они решают данную задачу методом подгонки под заведомо известный результат (ядро - железное, мантия - силикатная). Но коль скоро появились сомнения в объективности сложившихся представлений, то естественно, теряют в цене и концепции, их иллюстрирующие. Тем не менее, необходимость привлечения данных именно из этой области знаний заставила автора окунуться в "море идей" по космогонии, исключительное разнообразие которых явно свидетельствует о недостатке эмпирически установленных закономерностей, способных ограничить возможные варианты космогонических схем.

 

С целью поиска таковых закономерностей потребовалась инвентаризация данных по Солнечной системе, в процессе которой проводился отбор только эмпирически установленных (т.е. объективных) фактов с очищением их от всяческих умозрительных (субъективных) наслоений, сколь бы естественными и очевидными они не представлялись.

 

Поскольку нас интересовал состав Земли, то прежде всего были сведены данные по химическому составу Солнечной системы: Солнцу, Земле, Луне и метеоритам (сведения по другим телам пока еще слишком фрагментарны).

 

В случае Солнца спектральный анализ фотосферы показывает лишь состав внешней конвективной оболочки, однако она простирается на 1/3 радиуса и в ней заключено примерно 70% объема звезды. Следовательно, состав фотосферы характеризует по крайней мере значительный объем Солнца.

 

С тем, чтобы исключить момент субъективизма, для характеристики состава Земли были использованы не умозрительные представления о составе планеты в целом, а реальный состав ее внешней геосферы, который с достаточным (как оказалось впоследствии) приближением можно задать смесью ультраосновных и основных пород в пропорции 3:1.

 

Для Луны были сведены данные по лунным базальтам (в предположении, что они в какой-то мере несут отпечаток состава зоны магмагенерации).

 

Наконец, из всего разнообразия метеоритов была взята выборка из равных долей обыкновенных и углистых хондритов, которая с достаточной полнотой характеризует состав планетарного вещества из зоны пояса астероидов, отстоящей от Солнца примерно в три раза дальше Земли.

 

Таким образом, мы имеем некоторую информацию о составах центрального светила и планетарного вещества из равноудаленных зон.

Эта информация объективно неполная, и тем не менее сопоставление составов в парах Земля-Солнце, Земля-метеориты (пояс астероидов), Земля-Луна выявило четкую зависимость распределения элементов от их потенциалов ионизации (рис. 1, 2, 3).

 

 

 

Разделение элементов по их потенциалам ионизации возможно лишь в том случае, если вещество находилось в ионизированном состоянии, т.е. в виде плазмы (атомно-ионно-электронного газа). Такое состояние вещества могло быть только в протопланетную, небулярную стадию. Следовательно, выявленная нами зависимость заставляет искать ее причину на самых ранних этапах формирования Солнечной системы, которая является предметом космогонии.

 

Чтобы разделить элементы в плазме достаточно предоставить ей возможность перемещаться в магнитном поле. Заряженные частицы, имеющие обычные (нерелятивистские) скорости, не могут двигаться, пересекая магнитные силовые линии, и должны задерживаться магнитным полем (сепарироваться им), тогда как нейтральные проходят его беспрепятственно.

 

Выявленная зависимость позволяет также утверждать, что Солнце и планеты произошли из единой туманности и что в процессе магнитной сепарации вещество двигалось от центра (в противном случае зависимость на рис. 2 была бы обратной).

 

Итак, от космогонического сценария требуется, чтобы в нем были предусмотрены: совместное происхождение планет и Солнца из единой туманности, ионизированное состояние протовещества (по крайней мере какое-то время), перемещение его поперек магнитных силовых линий и одновременно в направлении от центра. Из всего моря космогонических концепций всем этим требованиям удовлетворил лишь один аспект одной концепции. Речь идет об идее Ф.Хойла, высказанной в 1958 году и касающейся передачи "момента количества движения" от центрального сгущения (Протосолнца) к протопланетному диску посредством мощного магнитного поля Протосолнца, силовые линии которого выполняли роль сцепки (как спицы в колесе) и выдерживали постоянство угловой скорости в системе (для сцепки предполагалась частичная ионизация протовещества). В этом варианте при формировании протопланетного диска вещество стекало с Протосолнца и удалялось от центра поперек магнитных силовых линий (рис.4). В результате элементы с малыми потенциалами ионизации, будучи преимущественно ионизированными, должны были захватываться магнитным полем, тогда как элементы с высокими потенциалами ионизации, будучи преимущественно нейтральными, проходили через магнитное поле без задержки.

 

Таким образом, выявленная нами зависимость распространенности элементов в Солнечной системе от их потенциалов ионизации позволяет считать, что в процессе перераспределения "момента" в небуле (через магнитную сцепку, по Ф.Хойлу) и формирования протопланетного диска имела место магнитная сепарация заряженных частиц из частично ионизированного протовещества.

 

О составе протовещества Солнечной системы можно судить по современному составу Солнца, поскольку все изменения не нем были ограничены синтезом гелия при термоядерном «выгорании» водорода (отчасти лития и бериллия) и не затрагивали баланса более тяжелых элементов. Однако, если известен состав протовещества, проходившего через магнитный сепаратор, то на основе выявленной зависимости распространенности элементов от их потенциалов ионизации (см. например, рис.1) можно определить исходный состав Земли (в первом приближении, разумеется).

 

Несмотря на "приближенно количественный" характер этих данных, они совершенно однозначно свидетельствуют против "главной догмы" в науках о Земле. Основной объем нашей планеты не может иметь "кислородного сложения", поскольку магнитная сепарация ограничивает возможную концентрацию кислорода в массе Земли в пределах одного - максимум первых процентов. Не может планета иметь и железное ядро, для которого необходимо ~40% этого элемента в теле планеты, тогда как наша оценка в 3-3,5 раза ниже.

 

Согласно магнитной сепарации изначальный состав планеты, по всей вероятности, был представлен водородистыми соединениями (гидридами), при этом весовая доля водорода в общей массе планеты составляла всего лишь несколько процентов.

 

Хотелось бы еще раз отметить, что полученный вывод основан не на умозрительной исходной посылке, о на эмпирически установленной закономерности, полученной при сопоставлении данных по вещественному составу Солнечно" системы, доступных в настоящее время.

 

 

Глава III

РАЗВИТИЕ ИЗНАЧАЛЬНО ГИДРИДНОЙ ЗЕМЛИ И ЕЕ СОВРЕМЕННОЕ СТРОЕНИЕ

 

Для понимания пути эволюции изначально гидридной Земли и определения особенностей строения современной планеты в работе рассмотрены некоторые аспекты взаимодействия водорода с металлами. Здесь мы затронем эти проблемы лишь в самом общем виде.

 

1. Характер взаимодействия водорода с металлами.

Практически все металлы способны реагировать с водородом по следующей схеме: адсорбация на поверхности — растворение в объеме металла (окклюзия) — химическое взаимодействие (образование гидридов). При окклюзии водород отдает свой электрон в зону проводимости металла и присутствует в его объеме в виде протонного газа. В гидридах водород представлен гидрид-анионами (протон с двумя электронами), слагающими ионный остов решетки, в промежутках между которыми заключены катионы металлов.

 

Повышение давления способствует окклюзии и гидридообразованию, тогда как повышение температуры, напротив, вызывает разложение гидридов, в процессе которого гидрид-анионы переходят в состояние протонного газа, растворенного в металле, и дальнейшее увеличение нагрева обусловливает дегазацию водорода из металла.

 

2. Рафинирование металлов водородом.

 

В практике уже десятки лет применяется продувка металлов (как жидких, так и твердых) водородом для их очистки от примесей, и в первую очередь, от кислорода. Надо сказать, это исключительно эффективный метод.

 

 

3. Направленность эволюции гидридной Земли.

 

Учитывая большую устойчивость гидридов с повышением давления (т.е. с глубиной), следует считать, что при радиогенном разогреве изначально гидридная Земля должна была расслоиться на ряд геосфер: гидриды металлов должны сохраняться в центре планеты в зоне максимальных давлений в окружении сферы из металлов, содержащих водород в виде раствора (в виде протонного газа), тогда как из внешних оболочек водород должен быть в значительной мере дегазирован.

 

Таким образом, могли сформироваться водородсодеркащее ядро с гидридной центральной зоной и металлическая мантия, модность которой со временем увеличивалась за счет уменьшения массы гидридного ядра ее связи с дегазацией водорода. При этом металлическая мантия постоянно "продувалась" водородом, поступающим из внутренних зон, что обусловливало очищение земных недр от примеси кислорода, который, скапливаясь во внешней геосфере, обеспечивал ее силикатно-окисное сложение.

 

4. Новая геохимическая модель современной Земли.

 

На основе сказанного выше предлагается новая модель Земли (табл. 2), соответствующая современной геофизической модели и радикально отличная от бытующих ныне представлений.

 

От традиционно сложившихся представлений данная модель отличается прежде всего ограниченным распространением на глубину кремний-кислородной оболочки (до 350-400 км под континентами, а под океанами и того меньше). Основной объем мантии сложен бескислородными соединениям и сплавами на основе кремния, магния и железа (в примерной пропорции 3:2:1) с соответствующими добавками Са, Аl, Ка и др. Состав ядра соответствует исходному составу планеты (см. табл. 1).

 

Следует отметить, что именно такая модель Земли в 30-х годах была предложена В.И.Вернадским (см."Избранные сочин.", I960. Том IV, полутом 2, стр.14 и др.). Разумеется, в то время она могла быть высказана лишь на уровне интуитивной догадки и без каких либо доказательств. Но представляется сверхъестественным, что эта альтернатива появилась тогда, когда традиционная версия была молодой и еще не испытывала на себе разрушительного давления парадоксов, которые появились значительно позже.

 

 

Глава IV

ФИЗИКА МАНТИИ И МОДЕЛИ ЗЕМЛИ

 

В структуре скоростного разреза наитии отмечаются три значка скорости у глубин 400, 650 и 1050 км. Традиционные представления связывают их с полиморфизмом силикатов: оливин-шпинелевым переходом (400 км), с трансформацией структуры шпинели в ильменитовую или перовскитовую (650-700 км) и т.п.

 

Наша модель объясняет тонкую структуру слоя "С" мантии полиморфизмом кремния, который должен быть (по нашим представлениям) самой распространенной фазой металлической мантии. В нем обнаружены именно три фазовых перехода при давлениях, которые (с учетом реально существующих градиентов dP/dT) согласуются с давлениями в мантии на уровнях скоростных скачков.

 

Традиционные представления о силикатном составе всей мантии встречают определенные трудности с объяснением скачка электропроводности в ней на несколько порядков, особенно если учесть, что этот скачок резко "гуляет" по вертикали. В штате Техас (США), например, кровля проводящей мантии на расстоянии 400 км испытывает резкий подъем с глубины 320 км до 160 км. Такие наблюдения ставят под сомнение связь скачка электропроводности с фазовым переходом.

 

В свете новой модели кровля проводящей мантии фиксирует раздел между силикатно-окислой оболочкой планеты и бескислородной металлической мантией. Естественно, что с этим разделом должно быть связано резкое увеличение теплопроводности.

 

Наконец, наша модель автоматически объясняет аномально низкие (для силикатов) градиенты нарастания плотности и скоростей сейсмических волн в нижней мантии, поскольку это хорошо согласуется с уменьшением градиентов сжимаемости и модуля упругости металлов при давлениях свыше 40 Gpa.

 

 

Глава V

ФИЗИКА ЯДРА И ГЕОХИМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЗЕМЛИ

 

Каждая модель обязана объяснить происхождение ядра, его высокую плотность, а также ответить на вопрос, почему внешнее ядро жидкое, а внутреннее - твердое. В работе показаны те проблем, которые возникают с принятием гипотезы "железного ядра", а также версии, допускающей появление ядра в связи с металлизацией силикатов, а затем рассматриваются вопросы физики ядра в рачках новой концепция. В самом общем виде остановимся на последнем.

 

После трансформации кристаллических решеток в наиболее плотные модификации (путем фазовых переходов) сжимаемость конденсированных тел целиком зависит от "рыхлости" внешних электронных оболочек ионов и атомов, слагающих кристаллический остов решетки. По мере уплотнения внешних электронных оболочек они вступают в кулоновское взаимодействие с внутренними (плотно упакованными и поэтому практически несжимаемыми), и сжимаемость кристаллических тел резко уменьшается.

 

Однако, у водорода нет внутренних оболочек и это ставит его, в отношении сжимаемости, в исключительное положение. В ионных гидридах кристаллический остов решетки составлен из гидрид-анионов (Н^-), в промежутках между которыми заключены катионы металлов. По этой причине гидриды обнаруживают аномальную сжимаемость.

 

Имеющиеся в настоящее время данные по сжимаемости ионных гидридов позволяют предполагать, что высокая плотность внутреннего ядра обусловлена присутствием в нем гидридов металлов, которые многократно уплотнены в условиях мегабарных давлений.

 

Жидкое состояние внешнего ядра связывается с наличием растворенного водорода - протонного газа. 3 работе показано, что присутствие полностью протонированного водорода в объеме металла приводит к «сжижению» и уплотнению последнего (в условиях сверхвысоких давлений).

 

 

Глава VI

ГЕОЛОГО-ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ ГИПОТЕЗЫ ИЗНАЧАЛЬНО ГИДРИДН0Й ЗЕМЛИ

 

1. Расширение Земли.

 

Главным геолого-тектоническим следствием новой концепции является значительное, возможно, многократное увеличение объема Земли за время геологической истории. Расширение связано с тем, что в гидридах металлические атомы упакованы гораздо плотней (особенно в условиях всестороннего сжатия), в сравнении с решетками металлов. Соответственно, при разложении гидридов и дегазации водорода из металла объем вещества должен увеличиваться. Это совершенно реальная (физически) причина расширения планеты, если последняя устроена согласно предлагаемой концепции.

 

В данной связи в работе обсуждены имеющиеся в литературе возражения геолого-тектонического плана по поводу возможного расширения Земли и показано, что они в рамках новой модели находят естественное объяснение. Так, например, избыточное горизонтальное сжатие в массивах кристаллических пород связывается нами не с общей контракцией планеты (как считают многие исследователи), а с ее расширением и соответствующим уменьшением кривизны литосферных блоков, что приводит к накоплению напряжений сжатия в приповерхностных горизонтах литосферы.

 

Приведена специально выведенная формула, по которой можно оценивать масштабы данного явления при различных переменных.

 

Показано также, что планета, устроенная по нашей модели, должна испытывать во времени акселерацию расширения и генерализацию структур, отражающих это явление, от рассеянных з прошлом по глобусу в единую рифтовую систему, обусловившую заложение к развитие современных океанов. Проблема складчатости, требующая сжимающих горизонтальных усилий, также находит решение в рамках новой концепции и будет рассмотрена ниже.

 

2. Причины и механизм геосинклинального процесса.

 

В рамках новой модели традиционная точка зрения на тектоно-магматическую (геосинклинальную) активность, складывавшаяся многими поколениями геологов на основе громаднейшего фактического материала, представляется более естественной, к прежде всего потому, что она предполагает искать причину в недрах подлежащей мантии.

 

Явления, сопровождающие геосинклинальный процесс, являются следствием и приповерхностным выражением особо мощного теплового потока, выходящего из мантии по сравнительно узким (но протяженным) зонам. В данной связи любая концепция должна показать причину поясового заложения тепловых потоков, периодичность их появления в истории развития Земли, а также механизм трансформации тепловой энергии в тектоно-магматическую активность геосинклинального типа.

 

В качестве основной причины перечисленных явлений традиционно принято считать тепловую конвекцию в мантии. Однако мы не можем привлекать этот процесс столь широко, поскольку в новой модели на глубине 350-400 км существует химический раздел.

 

В рамках нашей модели именно водород способен создавать экстремальные тепловые потоки, локализованные в узких зонах, поскольку он является прекрасным теплоносителем и обладает аномально высокими скоростями диффузии в металлах (которые резко возрастают с повышением температуры, что и обусловливает сбор водорода в концентрированные потоки).

 

Новая модель предусматривает также цикличный характер дегазации водорода из внутренних зон, поскольку она (дегазация) периодически прерывается резким охлаждением внешних сфер ядра в связи с их разуплотнением. Разуплотнение, идущее в мегабарном диапазоне давлений, "съедает" существенную часть теплозапаса внутренних зон планеты, и следующий цикл дегазации может начаться лишь после того, как ядро вновь нагреется и будет достигнут температурный предел устойчивости гидридов.

 

На рис. 5 в самом схематическом плане показано, каким образом (согласно новой концепции) тепловой поток может быть трансформирован в тектонические движения геосинклинального типа.

 

Основные исходные структуры представлены на рис. 5-а, где "тектоноген" является тепловым каналом, выводящим поток водорода под основание силикатной геосферы. При насыщении тектоногена водородом он должен претерпевать уплотнение (рис. 5 и 6) и, как следствие этого, в устьевой части теплового потока располагается формирование "зоны заглатывания", по которой силикатно-окисная оболочка погружается в металлическую мантию. Реакцией астеносферы на это "заглатывание" должно быть формирование "депрессионной воронки", а поверхностным выражением - заложение геосинклинальной ванны и осад-конакопление в ней.

 

Способность астеносферы к пластическому течению вызывает постепенное заплывание депрессионной воронки. В связи с этим, на фоне продолжающегося геосинклинального погружения устанавливается режим сжатия, сопровождаемый тектоническим окучиванием осадков (их шарьированием и смятием в складки) во внутренних частях геосинклинальных зон. Режим сжатия внутренних частей компенсируется растяжением краевых зон, из под которых происходит отток астеносферы. В этом можно видеть причину заложения краевых прогибов (мо- лассовых экзогеосинклиналей), в которых осадконакопление продолжается и тогда, когда осевые части из-за скучивания претерпевают активное воздымание и вовлекаются в эрозию (рис.5-в). Помимо этого, вязкое течение в астеносфере вызывает диссипацию больших количеств тепловой энергии в вышележащие горизонты, с чем связан региональный метаморфизм, гранитизация и широкое развитие магматизма.

 

С окончанием цикла дегазации тектоноген испытывает разуплотнение, зона заглатывания ликвидируется и на месте депрессионной. воронки формируется астеносферное вздутие, которое приводит к появлению орогенного свода (рис.6-г). В этом случае в воздымание вовлекаются не только осевые части складчатых поясов, но и обрамляющие их краевые прогибы.

 

Резкий нагрев вещества в зоне заглатывания (куда впадает тепловой поток), сопровождаешь образованием воде и появлением.других летучих, вызывает его разуплотнение. В результате этого силикатный материал из зоны заглатывания всплывает в виде диапиров, которые, достигая поверхности астеносферы, растаскиваются растекающимся астеносферным вздутием и служат источником тепла и гранитизирующих эманаций, вызывающих магматизм, метасоматизм и рудогенез на орогепном и посторогенном этапах (рис.6).

 

Растекание астеносферного вздутия, подпитываемого глубинными диапирами, обусловливает диаметрально противоположный геодинамический режим молодого складчатого пояса на этом этапе развития.

 

Вместо сжатия в осевой части должно наблюдаться растяжение, а в краевых прогибах - сжатие. С этим связывается заложение в пределах эрогенных сводов межгорных впадин и их разрастание вплоть до структур типа Тирренского моря (рис. 7а, б, в, г). Данный процесс, по всей видимости, может приводить к исчезновению гранитного слоя коры. При этом, естественно, увеличивается кривизна горных дуг, которые в ряде случаев как бы "наезжают" на молассовые прогибы, вызывая деформацию и складчатость выполняющих их отложений.

 

В рамках нашей модели этапы дегазации чередуются с этапами расширения планеты. Во время последних в зонах растяжения могли формироваться структуры с океаническим типом коры. Если затем в мантии этих структур закладывались потоки водорода (тектоногены), то складчатые пояса формировались на меланократовом фундаменте; они должны иметь энсиматическую (эвгеосинклиняльную) специфику и в их разрезах могут присутствовать офиолиты.

 

 

На рис. 8 показано наше понимание глубинной геодинамики островодужных зон. Глубокофокусная сейсмичность в них обусловлена уплотнением металлов в устьевой части тектоногена при насыщении его водородом, а средне- и малоглубинные землетрясения связаны с течениями в депрессионной воронке астеносферы. Глубоководные желоба и островодужный вулканизм, по-видимому, являются результатом рястяжения коры по периферии депрессионной воронки, преимущественное распространение которой в сторону океана, по всей вероятности, связано с большей прогретостью (и соответственно меньшей вязкостью) мантии под океанами.

 

В данной связи двухсторонний ороген, изображенный на рис.5, скорее является исключением, поскольку даже небольшие исходные вариации в вязкости мантии при заложении зоны заглатывания вызовут преимущественные течения с той стороны, где вязкость меньше, и это сразу же обусловит дополнительный прогрев и еще большее падение вязкости, что должно приводить, как правило, к формированию асимметричной депрессионной воронки и, соответственно, к появлению одностороннего орогена.

 

 

По нашему мнению, на основе предлагаемой концепции можно объяснить все главнейшие особенности тектоно-магматической активности фанерозоя, используя достаточно ограниченный набор факторов, свойства которых могут варьировать. Прежде всего имеет значение исходный тип коры региона, под которым закладывается тектоноген (континентальная, океаническая, та и другая в различных сочетаниях), "качество" астеносферы и, наконец, особенности проявления потоков водорода в мантии (один тектоноген или несколько, мощный поток или ослабленный).

 

3. Опыты моделирования складчатых зон.

 

Идея эксперимента заключалась в определении характера сминания пластических масс при сокращении площади основания, на котором они залегают (т.е. при сокращении площади поперечного сечения складчатых поясов).

 

Опыты проводились на цветном пластилине с соблюдением "условий подобия". Полученные модели обнаружили удивительное сходство (как в общем плане, так и в деталях) с реально наблюдаемыми складчатыми структурами альпийского пояса. Приведены фотографии модельных разрезов.

 

На основе проведенных экспериментов можно утверждать, что и "Кавказ", и "Альпы" образованы в связи с сокращением поперечного сечения поясов, только в случае "Кавказа" оно существенно меньше.

 

4. Глубинная обусловленность эволюции геодинамического режима в истории развития Земли.

 

В данном разделе рассматриваются причины эволюции тектоно-магматической активности континентов.

Характер дегазации водорода по мере развития Земли претерпел кардинальные изменения (рис. 9). На ранних стадиях существования планеты при маломощной мантии поток водорода, по всей вероятности, был повсеместным, ко с уменьшением массы ядра и увеличением мощности мантии водород приобрел возможность собираться в отдельные и все более мощные потоки, локализованные в узких зонах. Именно в этом мы видим причину повсеместности тектоно-магматической актив

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: