биозоны и геомагнитныe инверсии в фанерозое

C Д.М. Печерский, А.А. Любушин (Институт физики Земли имени О.Ю.Шмидта РАН, e-mail: diamar1@front.ru) Согласованное поведение биозон и геомагнитных инверсий в фанерозое: тайна двух океанов. Материалы XVIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. Москва, 16–20 ноября 2009 г.#1, cc.257-261 http://rogov.zwz.ru/Marine%20geology%202009_t_1.pdf

Сопоставлены процессы, происходящие в двух океанах: в ядре Земли (смены полярности геомагнитного поля) и на поверхности Земли (изменения в биоте по стратиграфическим колонкам).

Результаты анализа данных. Из прямого сравнения двух рядов видно, что из общего числа биозон в фанерозое (831) совпадают их границы со сменой полярности геомагнитного поля с точностью до 0,01 млн лет в 48 случаях, в 156 случаях разница между границами магнитохронов и биозон
варьирует от 1 до 10 млн лет и более, в 629 случаях – от более 0,1 до 1 млн лет. Подобна картина на уровне биостратиграфических веков: из общего числа веков в фанерозое (97) границы совпадают со сменой полярности геомагнитного поля только в 15 случаях, a сравнение границ геологических периодов хроностратиграфической шкалы и гиперхронов магнитостратиграфической шкалы показывает, что только одна из границ геологических периодов и магнитогиперхронов различается в пределах менее 1 млн лет – это
нижние границы палеогена и Хорезма. Следовательно связи нет как на уровне смен геомагнитной полярности, биозон, биовеков, так и на уровне смен крупных этапов в эволюции органического мира и геомагнитного поля.

Связь между процессами в двух океанах, в ядре и на поверхности Земли следует искать в темпах изменений событий, а не в совпадении самих событий. Поэтому сопоставим частоту инверсий и смен биозон.

Pитмичность – общие для магнитохронов и биозон бурные процессы, вызывающие частые смены полярности геомагнитного поля и частые смены биозон, закономерно, почти синхронно чередуются со спокойным состоянием, когда редки геомагнитные инверсии и существенно возрастает продолжительность биозон. Cходство и синхронность длительных интервалов редких инверсий и редких смен биозон наблюдается в интервалах 80–120, 200–240, 270–310, 340–380 и 460–490 млн лет, что говорит о главной согласованности длительных, а не кратковременных процессов. Это отражает рост коэффициента корреляции с увеличением интервала осреднения от r=0,226 (интервал осреднения 3 млн лет) до 0,375 (интервал осреднения 9 млн лет), но и в последнем случае вероятность корреляции величин амплитуд частот составляет всего лишь 0,15.

Согласованность темпов изменений смен геомагнитной полярности и смен биозон находит свое отражение в спектрах мощности (Фурье-анализ), где фиксируется серия периодов, из которых совпадают или очень близки периоды 16, 20, ~30, ~50, 60–70, 90–100 млн лет. На вейвлет-диаграммах для магнитохронов и биозон картина очень сходна. По данным вейвлет-анализа прослеживаются колебания продолжительности магнитохронов с периодами 90, 65 и 50 млн лет; колебания продолжительности биозон с периодами 80–90, 60 и 50 млн лет. Перечисленные колебания охватывают значительную часть времени фанерозоя, тогда как колебания с периодами 30 млн лет и менее занимают относительно короткие интервалы. Сделана количественная оценка степени частотно-зависимой синхронности колебаний в обоих временных рядах по симметричному квадрату модуля спектра когерентности [4]. В результате установлено, что ряд периодов (10, 14, 16 и 55–60 млн лет) выделяются высокой синхронностью, их квадратичная когерентность, соответственно, равна 0,56 (r=0,74), 0,59 (r=0,77), 0,66 (r=0,81) и 0,76 (r=0,87); для других периодов она заметно меньше.

+++Cогласованность столь удаленных в пространстве процессов логично связать с особенностями вращения Земли. Предлагается следующий единый механизм генерации геомагнитного поля разной полярности, связанный с вращением внутреннего твердого ядра относительно мантии. Преимущественная обратная полярность геомагнитного поля в фанерозое [1] обязана вращению Земли против часовой стрелки, эта полярность будет сохраняться, если вращение внутреннего, внешнего ядра и мантии совпадают или внутреннее ядро их обгоняет. Это вероятно по следующим соображениям: а) из комплекса наблюдений следует, что внутреннее ядро подвижно и его осевое вращение отличается от вращения Земли в целом [6], б) известно замедление суточного вращения Земли, в течение фанерозоя примерно на 3 часа [7] и теоретически показано, что в этом случае внутреннее ядро обгоняет мантию [8]; в) известны периоды ускорения вращения Земли, например, последние несколько десятков лет [9], и тогда вполне вероятно отставание вращения внутреннего ядра от вращения мантии. В последнем случае возникает относительное обратное движение на границе твердого и жидкого ядра, а значит связанное с ним поле должно иметь противоположный знак,
т.е. такой как в настоящее время. Изменение скорости вращения Земли должно выражаться в синхронности процессов на поверхности Земли и в ее ядре, что и наблюдаем.

Выводы.
а) Границы геологических эр, периодов, веков и биозон не фиксируются сменой полярности геомагнитного поля. В то же время отмечается согласованная, близкая к синхронной ритмичность в общей картине темпов изменений в органическом мире и частоты смен геомагнитной полярности.

б) Можно предположить, что смена знака поля связана с границей жидкого и твердого ядра. В таком случае преимущественная обратная полярность геомагнитного поля, обязанная вращению Земли против часовой
стрелки, будет сохраняться, если вращение внутреннего, внешнего ядра и мантии синхронны или внутреннее ядро их обгоняет. Если же вращение твердого ядра отстает от мантии, то полярность поля должна быть прямая, как в настоящее время.

в) Закономерную согласованную ритмичность смен геомагнитной полярности и границ биозон можно связать с длительными изменениями скорости вращения мантии Земли и угла наклона оси ее вращения относительно внутреннего ее ядра. Изменения скорости вращения Земли и угла наклона оси ее вращения могут быть связаны с такими процессами как приливная эволюция системы Луна-Земля, эволюция Земли в составе Солнечной системы и в общей эволюции Галактики.

г) Зафиксирован ряд общих для частоты геомагнитных инверсий и биозон периодов от 10 до 80–90 млн лет, что подчеркивает синхронность этих процессов, при этом, если колебания с периодами менее 30 млн лет относительно кратковременны, то колебания с периодами 50 млн лет и более прослеживаются в течение большей части фанерозоя. Количественно показана синхронность периодов 10, 14, 16 и 60 млн лет для смен геомагнитной полярности и границ биозон.

1. Молостовский Э.А., Печерский Д.М., Фролов И.Ю. Магнитхроностратиграфическая шкала фанерозоя и ее описание с помощью кумулятивной функции распределения // Физика Земли. 2007. № 10. С. 15–23.
2. Храмов А.Н., Шкатова В.К. Общая магнитостратиграфическая шкала полярности фанерозоя // Дополнения к стратиграфическому кодексу России.СПб.: ВСЕГЕИ, 2000. С. 34–45.
3. Gradstein F.M., Ogg J., van Kranendonk M. On the Geological Time Scale 2008 // Newsletters on stratigraphy. 2008. V. 43/1. Р. 5–13.
4. Любушин А.А. Анализ данных систем геофизического и экологического мониторинга. М.: Наука, 2007, 228 с.
5. Pechersky D.M. Neogeaen paleomagnetism: constraints on the processes at the core and surface of the Earth // Russian J. Earth Sci., 1998. eos.wdcb.rssi.ru/rjes98008/rjes98008.htm
6. Авсюк Ю.Н., Адушкин В.В., Овчинников В.М. Комплексное исследование подвижности внутреннего ядра // Физ. Земли. 2001. № 8. С. 64–75.Манк У., Макдональд