Детализация процесса расширения

Детализация процесса расширения

Попробуем продвинуться немного дальше, для чего прежде всего вспомним одну из центральных идей теории расширения – материки представляют из себя не что иное, как осколки коры Земли до ее расширения.

Но внесем небольшое дополнение, которое напрашивается из упомянутого ранее кардинального различия химического состава океанических (состоящих исключительно из базальтов) и материковых (состоящих преимущественно из гранитов) плит. Это дополнение сводится к тому, что под осколками старой коры надо понимать не материки как таковые, а материковые плиты – вместе с той их частью, которая ныне находится ниже уровня Мирового океана и которая образует весьма ощутимый «довесок» к собственно материкам. А океанические плиты – новая кора, появившаяся в ходе увеличения размеров планеты.

Это уже дает возможность, благодаря известным границам материковых и океанических плит, оценить масштаб расширения, который оказывается не столь уж и большим – радиус Земли увеличился чуть более, чем в полтора раза. Но это – довольно тривиальный и мало что нам дающий результат.

Однако опираясь на представленный здесь подход, можно существенно детализировать сам процесс расширения, если воспользоваться теми данными о возрасте океанической коры, которые накоплены в ходе исследований морского дна. Эти данные вполне доступны в виде тектонических карт, входящих, например, в пакет компьютерных атласов Encarta Virtual Globe. На этих картах участки океанической коры разного возраста представлены разным цветом – см. скажем, Рис. 66.

Если не полениться, промерить разные участки на этих атласах и провести объемные, но не сложные арифметические расчеты, то можно составить, например, графики скорости роста океанической коры по разным океанам. Полученные таким образом результаты совпадают с установленным фактом разного возраста океанов: сначала интенсивнее всего формировался Тихий океан, затем – Атлантический, и в последнюю очередь – Индийский (океаническая кора Северного Ледовитого океана в виду ее незначительной площади по сравнению с самим океаном добавлена к Атлантике; тем более, что это – по сути, единый разлом старой коры).

Рис. 70. График скорости роста океанических плит (S – площадь)

Но гораздо интересней получаются результаты, если просуммировать рост океанических плит по всей планете. В этом случае можно получить график изменения площади поверхности Земли – см. Рис. 71. Тут результаты превосходят все ожидания – расчетные точки замечательно укладываются на единую кривую. Даже если учесть всю неточность расчетов, обусловленную, в частности, как погрешностью самих карт, так и недостаточной изученностью некоторых зон океанической коры, подобный результат не может быть случайным.

Рис. 71. Изменение площади поверхности Земли

Примечательным моментом оказывается то, что расширение Земли продолжается до сих пор (и пока во все ускоряющихся темпах). Согласно полученной зависимости, скорость увеличения радиуса Земли на современном этапе составляет около 2 сантиметров в год. Это дает увеличение длины экватора за год примерно на 12 сантиметров, которое, в принципе, можно наблюдать, что называется, собственными глазами. Так, по оценкам сторонников теории тектоники плит, Атлантический разлом (чаще используют термин «рифт») раздвигает материки западного и восточного полушарий на 1 сантиметр в год, а в тихоокеанском разломе скорость раздвижения достигает 8 сантиметров в год, то есть (с учетом того, что на экваторе увеличение линейных размеров максимально) мы получаем почти полное соответствие расчетов и экспериментальных данных.

Важно и то, что в этом случае не понадобилось придумывать никаких дополнительных эффектов типа подныривания плит друг под друга (т.е. субдукции). Попутно отметим, что если бы субдукция имела место, то (вследствие того, что она должна была бы иметь довольно случайный характер, зависящий от целого ряда различных сильно изменяющихся факторов) точки на графике, отвечающие возрасту океанической коры более порядка 50 миллионов лет должны были бы иметь заметные отклонения от единой кривой. Однако этого явно не наблюдается...

Весьма важным оказывается и другой результат – рассчитанные точки на участке активного расширения планеты (порядка последних 200 миллионов лет) очень хорошо аппроксимируются экспоненциальной зависимостью S = exp(0,006^.T), где S – площадь поверхности Земли по отношению к современному значению, Т – время в миллионах лет назад от настоящего момента (поэтому имеет отрицательное значение!). А экспонента замечательна тем, что позволяет определить время начала процесса!..

При экспоненциальных процессах скорость роста измеряемой величины в некий момент, поделенная на значение самой этой величины в тот же момент, – то есть так называемая относительная скорость роста – зависит линейно от времени. Это свойство использовано на Рис. 72, где аппроксимирующая прямая как раз и указывает на начало процесса расширения – 245 миллионов лет назад (в рамках принятой геохронологической шкалы). И это – другой примечательный результат, поскольку во всех теоретических моделях до сих пор предполагалось, что расширение нашей планеты либо шло с самого начала, либо, если и происходило не с самого момента формирования Земли, то все равно длилось миллиарды (а вовсе не сотни миллионов) лет.

Рис. 72. Относительная скорость роста Земли (R – радиус)

Полученное значение – 245 миллионов лет назад – с очень хорошей точностью совпадает с тем моментом времени, который чрезвычайно насыщен важнейшими событиями, с точки зрения палеонтологии и геологии. Это рубеж между двумя эрами – палеозойской и мезозойской (и периодами – пермским и триасовым), который ныне датируется возрастом 250 млн. лет, хотя совсем недавно принимался равным как раз значению в 245 млн. лет.

Во-первых, именно в это время произошло то, что иногда называют пермско-триасовым побоищем.

«Оказывается, не только млекопитающие (и мы в их числе) стали хозяевами планеты благодаря истреблению динозавров, но и сами динозавры воцарились на планете благодаря массовому истреблению предшествовавших им живых видов. На этой отметке, которая находится точно на границе между пермским и триасовым периодами, биологическая жизнь на Земле... претерпела чудовищно-катастрофическое прореживание: в течение считанных миллионолетий исчезло почти восемьдесят процентов всех обитателей морей и океанов и почти семьдесят процентов всех позвоночных!» (Н.Рудельман, «Экскурсия по катастрофам»).

Во-вторых, тогда же отмечена так называемая магнитная аномалия Иллавара, которая характеризуется буквально чехардой с магнитными полюсами. Магнитное поле Земли многократно меняло свое направление, не задерживаясь на одном месте более чем на 300-400 тысяч лет (время – ничтожное, с точки зрения геологии).

Магнитное поле Земли ныне связывают с процессами, происходящими глубоко в недрах планеты. В соответствии с этим магнитная аномалия Иллавара указывает на какие-то мощные процессы, происходившие именно в недрах Земли. При этом, как можно заметить, аномалия в целом чуть опережает пермско-триасовое побоище, а это говорит не только о том, что эти события связаны между собой, но и о том, что причины их следует скорее всего искать как раз глубоко в недрах планеты.

Рис. 73. Магнитная аномалия Иллавара

В-третьих, в этот период происходит мощнейшая активизация тектонической и вулканической деятельности, которая для нас наиболее интересна появлением нового феномена – траппов. Траппы – это последствия мощного излияния базальтовой лавы на громадных площадях.

«Каждая трапповая область охватывает территорию до 1 млн.км² и более. В эпохи магматизма на этих огромных площадях растекались по земной поверхности пылающие потоки раскаленного расплава. Поток за потоком они накапливались... и создавали лавовые плащи... В трапповых провинциях, обычно распространен лавовый плащ мощностью в среднем 500-1500 м. В отдельных зонах... лавовый плащ имеет особенно большие мощности (до 3 км в Сибири в Приенисейской полосе, до 3,5 км на западе Индостана, до 8 и более км – на востоке Южной Африки)» (Г.Макаренко, «Планетарные горные дуги и мифы мобилизма»).

Мало того, что траппы резко отличаются от предыдущих пород иным химическим составом, они обладают и уникальным геологическим строением, которое свидетельствует о поступлении лавового материала (словами Макаренко) «из мелких, однообразных, но очень многочисленных взрывных аппаратов, действовавших кратковременно либо одноактно». Этим процесс образования траппов резко отличается от привычного нам извержения вулканов в современных геологически активных зонах Земли.

Толщина лавы постепенно уменьшается к краю трапповой провинции, так что если посмотреть на толщу лав в разрезе, она представляет собой как бы разорванную линзу. При этом нередко ныне одну часть траппового поля можно наблюдать на одном континенте, а соответствующую ему оставшуюся часть на другом.

Рис. 74. Современное расположение траппов

Интересна в этой связи география траппов. На современной Земле они разбросаны по континентам как бы в хаотичном порядке. Но если построить (хотя бы примерно) модель Земли до расширения (назовем ее для удобства «малой Землей»), собрав воедино материковые плиты на «шарике» в полтора раза меньше радиусом, то из траппов и краев плит получается практически единая сеть трещин, через которые изливались мощные вулканические потоки в период триаса, и по которым в дальнейшем происходил раскол старой коры, определивший современные очертания материковых плит.

Рис. 75. Положение траппов на малой Земле в триас

Все это вместе указывает на то, что рубеже перми-триаса происходили разнообразные мощнейшие процессы, которые явно имели связь с началом расширения Земли.

* * *

Но почему расширение планеты происходило не с самого начала (как это предполагали многие другие исследователи вместе с В.Лариным), а началось довольно поздно – всего пару сотен с половиной миллионов лет назад (в рамках принятой геохронологической шкалы)?.. И что в этом случае могло послужить «спусковым крючком» процесса изменения размеров Земли?..

Проведем следующую небольшую логическую цепочку.

Гидриды (соединения с водородом) металлов и растворы водорода в металле весьма чувствительны к таким параметрам как давление и температура. При понижении давления или при повышении температуры гидриды начинают разлагаться, а растворы в металле – терять водород. И то, и другое, как указывалось ранее, приводит к увеличению их объема, что и приводит к расширению планеты в рамках гидридной модели.

В этих условиях ясно, что непрерывным и плавным процесс расширения (что предполагали раньше исследователи) будет лишь в том случае, если в недрах планеты условия сохраняются примерно постоянными или меняются очень медленно. Резкое же изменение (в силу каких-либо причин) условий по температуре и/или давлению неизбежно должно приводить к всплеску разложения гидридов и выделения водорода, а следовательно и к интенсификации расширения. А это как раз дает ту картину, которую мы наблюдаем на графике изменения размеров планеты, составленному по тектоническим атласам.

Значит, остается найти то, что могло бы привести к такому изменению режима по давлению и/или температуре в недрах Земли, которое создало бы условия для интенсивного выделения водорода.

Можно, конечно, предположить, что пару с половиной сотен миллионов лет назад в окрестностях Земли произошло какое-то космическое событие. Например, взорвалась сверхновая звезда или произошла сильная вспышка на Солнце, которая сопровождалась мощным выбросом потока нейтрино. И то, и другое теоретически вполне могло оказать такое воздействие на недра Земли, которое привело бы к изменению условий если и не по давлению, то по температуре (нейтрино легко проникают в самые глубокие слои планеты).

Повторюсь: теоретически такое вполне возможно. И геологи с геофизиками нередко прибегают к подобным версиям при попытках объяснения тех или иных событий в прошлом. Проблема в том, что такие гипотезы практически не проверяемы. Особенно когда речь идет о столь удаленных во времени событиях. Гипотеза так и остается гипотезой. А экзотичность событий подобного рода все-таки вызывает определенное субъективное негативное восприятие таких версий.

Но в данном случае оказывается, что можно обойтись не только без подобной экзотики, но и вообще без привлечения каких-либо «внешних сил», обойдясь сугубо внутренними причинами…

Посмотрим более внимательно на строение Земли (см. Рис. 42).

Совсем недалеко от поверхности, на глубине всего от 100 до 300 километров, находится некий своеобразный слой под названием астеносфера. Астеносфера, как считают геофизики, представляет из себя слой мантии, в котором вещество находится в более разогретом и (вследствие этого) более пластичном текучем состоянии, чем окружающие слои. В результате астеносфера хорошо выявляется на графиках прохождения сейсмоволн слоя на соответствующих глубинах. Это – эмпирический факт, выявленный методами сейсмозондирования.

В попытке объяснить данный феномен исследователи пришли к гипотезе, что в астеносфере происходит так называемая зонная плавка, которая сопровождается фазовыми физико-химическими превращениями вещества мантии. Вследствие этих превращений в области астеносферы происходит разделение материала по плотности: наверх (по закону Архимеда) вытесняются более легкие элементы, а более тяжелые – опускаются вниз. Это и составляет, собственно, процесс зонной плавки, при которой изменяется фазовое состояние вещества (меняется плотность упаковки атомов и объем, который занимает та или иная составляющая мантии). При этом реакции, меняющие состояние вещества в астеносфере, являются экзотермическими, то есть сопровождаются выделением дополнительного тепла, порождающего нечто вроде фронта повышенной температуры в мантии.

Рис. 76. Астеносфера

Более легкие продукты этих сложных реакций устремляются вверх, и они нас в данном случае не интересуют. А вот более тяжелые – опускаются вниз, разогревая нижележащие слои и запуская в них процесс зонной плавки. Таким образом, астеносфера постепенно как бы сама прокладывает себе путь вниз, вглубь мантии – туда, где вещество еще не претерпело фазового изменения и еще содержит легкие вещества, необходимые для зонной плавки. А вместе с астеносферой в глубь мантии продвигается и фронт повышенной температуры!..

Считается, что астеносфера сформировалась практически одновременно с корой Земли и с тех пор, благодаря свойствам зонной плавки, углубилась на то расстояние, на котором она ныне находится – 100-300 километров. И до сих пор не было никаких оснований для того, чтобы усомниться в столь медленной скорости движения астеносферы вниз. Между тем ничто не мешает это сделать!..

Предположим, что современная астеносфера является уже «вторичной», а до нее существовала некая другая – «первичная» астеносфера, которая после ее формирования (одновременно с формированием коры планеты) двигалась гораздо быстрее, нежели это предполагается, и где-то в районе пермского периода достигла ядра малой Земли.

Однако вместе с зонной плавкой двигается и ее зона повышенных температур, а гидриды (находящиеся в твердом ядре) и водородный раствор в металлах (жидкое внешнее ядро) довольно сильно реагируют на изменение температуры. Ясно, что в этом случае при достижении астеносферой ядра должно начаться активное выделение водорода из него.

Вот и спусковой крючок процесса расширения планеты!..

При этом в начале процесса, когда повышается температура внешнего ядра, где водород лишь растворен в металле и его там меньше, чем в гидриде, выделение водорода не столь активно, хотя явный скачок должен иметь место. Но когда это неизбежно приводит (с некоторой задержкой по времени) к изменению условий и во внутреннем ядре, тогда выделение водорода резко усиливается.

Отметим, что именно такой характер процессов прослеживается и в событиях на поверхности: в конце перми и триасе – лишь раскол старой коры на современные континенты и излияние магмы, вытесняемой водородом из верхней мантии в виде траппов, а с юрского периода – бурное расширение и активный рост новой океанической коры.

Но выделяемый водород, устремляясь вверх в соответствии все с тем же законом Архимеда, производит как механическое перемешивание различных слоев мантии, так и вступает с веществом мантии в химические реакции (о химии процесса – чуть позже), изменяя ее состав и осуществляя своеобразную «водородную продувку». Этот же водород – вместе с другими легкими веществами, которые образуются в ходе «водородной продувки» – и порождает горячие восходящие конвективные потоки в мантии, что вызывает в итоге значительное усиление тектонических и вулканических процессов на поверхности планеты.

При этом «водородная продувка» приводит к насыщению мантии легкими летучими веществами (т.н. флюидами), что создает возможность для повторной «зонной плавки» вещества мантии. Таким образом, через некоторое время (по умозрительным прикидкам, ориентировочно с периода триаса-юры) формируется новая «вторичная» астеносфера, которая вновь начинает свой путь в глубины Земли, и которую мы наблюдаем ныне.

Любопытно, что получаемая в рамках предлагаемой гипотезы скорость продвижения вторичной астеносферы, равная (по порядку величины) около километра за миллион лет, дает именно то значение скорости, которую должна иметь первичная астеносфера для того, чтобы пройти путь от коры до ядра малой Земли как раз за период от момента формирования консолидированной коры до рубежа пермь-триас…

Поскольку зона плавки – это область выделения дополнительного тепла в ходе фазовых физико-химических превращений, постольку и положение самой астеносферы в недрах неизбежно будет отражаться на характере процессов, в том числе, и во внешней оболочке Земли. Ясно, что чем глубже опускается астеносфера, тем меньше ее фронт взаимодействия, тем меньше количество выделяемого нагретого флюида из ее зоны. А это должно проявляться как в снижении тектонической активности внешних слоев планеты, так и в уменьшении притока тепла из недр к поверхности. Именно эти процессы можно наблюдать в целом на протяжении всего протерозоя и особенно палеозоя, конец которого (пермский период) вообще напоминает затишье перед бурей: тектоническая активность минимальна, платформы в целом стабильны, на поверхности заметное похолодание. Оно и понятно – первичная астеносфера опустилась уже довольно глубоко и дополнительное тепло от нее до поверхности практически не доходит…

Геологические события этого периода, несмотря на кажущеюся неинтересной стабильность, представляют очень любопытную картину. Создается впечатление, что Земля как будто «усыхает», а ее кора начинает напоминать кожуру засыхающего яблока, роль морщин и трещин которой выполняют так называемые авлакогены и геосинклинали, а также складчатые области.

«Поздний протерозой явился авлакогенной стадией развития древних платформ. В течение большого отрезка его истории, более 1 млрд. лет, в центральных районах платформ развиваются узкие линейные рвы – авлакогены... В конце протерозоя усиливаются нисходящие вертикальные движения платформ. Раньше всего это происходит в районах, прилегающих к авлакогенам. В прогибание втягиваются смежные с ними области...

Доля магматических пород сокращается до 18-20%. В геосинклиналях [длинные узкие прогибы] в течение позднего протерозоя неоднократно проявлялись эпохи складчатости: готская, гренвильская, катангская и др... Примерно 650 млн. лет назад... на земном шаре проявляется раннебайкальская, или катангская эпоха диастрофизма [сопровождается образованием разрывов и складок – АС]. Сильное сжатие накопившихся осадочных толщ во многих геосинклинальных прогибах, их метаморфизм привели к ликвидации геосинклинального режима в ряде областей Земли... Одновременно с отмиранием одних геосинклиналей в конце позднего протерозоя закладываются новые геосинклинали на севере Северной Америки, в восточной Гренландии, на Британских островах, на севере Скандинавии...

Докембрийские платформы испытывали преимущественно медленные нисходящие вертикальные движения... Постепенно в прогибание втягивались все новые и новые территории платформы, образовались области площадью в несколько миллионов квадратных километров... В силуре размеры геосинклинальных морей резко сократились. Глобальное сокращение площади морей и океанов объясняется тем, что в конце силура особенно интенсивно проявился диастрофизм каледонской тектоно-магматической эпохи. В результате многие геосинклинали преобразовывались в платформы, которые в последующем уже не испытывали активных тектонических движений и вулканизма... В середине каменноугольного периода земная кора начинает испытывать новую волну складкообразовательных движений – герцинский тектогенез. Это была очень важная тектоно-магматическая эпоха в геологической истории Земли, проявившаяся на огромных территориях. На месте многих геосинклиналей возникают горы... (В.Гаврилов, «Путешествие в прошлое Земли»).

Интересно отметить, что общая картина палеозоя в корне противоречит предположению В.Ларина и других исследователей о непрерывном росте количества выделяемого из недр водорода и (как следствие) непрерывном расширении Земли. И гораздо больше соответствует высказанной здесь гипотезе о важнейшей роли астеносферы в этом процессе.

* * *