КОНВЕКЦИЯ, РОТАЦИЯ, КОСМИЧЕСКИЙ ФАКТОР

Источник: В.Е.Хаин

КОНВЕКЦИЯ
В теории тектоники плит в качестве движущего механизма привлечена мантийная конвекция. Однако прямых доказательств ее было тех пор, пока сейсмическая томография не обнаружила в мантии чередование разогретых и охлажденных участков, устойчивое сохранение которых без конвекции невозможно. Но сама природа конвекции понимается неодинаково: одни считают ее чисто тепловой, другие отстаивают ее термохимическую природу.
Тепловая составляющая играет ведущую роль, но определенное значение имеет химическая компонента. Ведь по химическому составу погружающиеся слэбы океанической литосферы и поднимающиеся мантийные струи плюмов отличаются от окружающей мантии. Данные сейсмотомографии указывают на такие различия и в физических свойствах мантийного вещества, которые только температурными условиями объяснить нельзя.
Разногласия существуют и по вопросу о мантийной конвекции - общая она или проявляется раздельно в верхней и нижней мантии (выше или ниже 660 км). Здесь все зависит от поведение субдуцируемых слэбов, а они ведут себя по-разному: одни задерживаются выше указанного раздела, другие его пересекают и образуют под ним скопление субдуцируемого материала (вероятно, для того чтобы потом обрушиться подобно лавине ниже), третьи достигают низов мантии. Все это свидетельствует о том, что раздел 660 км играет роль полупроницаемого барьера для конвективных течений.

Таким образом, возможны и общемантийная, и двухъярусная конвекция. Отсюда и успешное моделирование той и другой. Вероятность той или иной формы конвекции зависит от вязкости мантии, а последняя - от температуры. В раннем докембрии, особенно в архее, мантия была горячее современной. В то время могла преобладать двухъярусная конвекция, а с охлаждением Земли она должна была смениться общемантийной. Однако образование суперконтинентов стимулировало переход к общемантийной конвекции, а их распад - к двухъярусной. Так они чередовались во времени.

Геофизики оказались сторонниками общемантийной конвекции, а геохимики - двухъярусной. Позиция геохимиков объясняется тем, что состав продуктов магматизма, в особенности океанских островов, требует существования в глубинах мантии резервуара, отвечающего примитивной мантии, сохранившей свой состав со времени аккреции планеты. Первоначально допускалось, что вся нижняя мантия может быть таким резервуаром, но это представление не выдержало томографической проверки. Однако ныне геофизики предположили, что такой “заповедник” - самая нижняя часть мантии, ниже 1300 и даже 1700 км. Дальнейшие исследования должны подтвердить или опровергнуть это предположение.

РОТАЦИЯ
В классической мобилистской гипотезе А.Вегенера в качестве движущей силы дрейфа материков рассматривалось осевое вращение Земли. В классической тектонике плит фактор вращения Земли долго не принимался в расчет. В последние годы появился ряд серьезных работ, рассматривающих его влияние на кинематику плит.

Одним из основных аргументов служит заметная диссимметрия окраин Тихого океана: на западе развита система окраинных морей и островных дуг, которые подстилаются крутонаклоненными зонами субдукции, на востоке окраинные моря и островные дуги отсутствуют, а зоны субдукции преимущественно полого наклонены. Сторонники влияния ротационного фактора (сил Кориолиса) объясняют это тем, что течение в астеносфере с запада на восток, вызываемое вращением Земли, в первом случае ориентировано навстречу субдукции, а во втором - в том же направлении. Следует, однако, заметить, что подобная картина строения окраин Тихого океана сложилась лишь 35 Ма, а до этого она была противоположной.

Во-вторых, американские континенты надвигаются на Тихоокеанскую впадину в связи с раскрытием Атлантики и отходят от оси спрединга Срединно-Атлантического хребта. Тем не менее независимые наблюдения у берегов Центральной и Южной Америки подтверждают существование здесь направленного к востоку течения в астеносфере.
Наиболее разработанная модель кинематики литосферных плит с учетом ротационного фактора предложена А.Смитом и Ч.Льюисом. Ротационный фактор привлечен этими исследователями для объяснения образования линейных вулканических цепей в Тихом океане. В построении глобальной и полной геодинамической модели учет ротационного фактора просто необходим.

КОСМИЧЕСКИЙ ФАКТОР В ГЕОДИНАМИКЕ
Специалисты в области наук о твердой Земле, в отличие от метеорологов и гидрологов, не осознают, что планета представляет открытую систему, существующую не в абстрактном, а в конкретном космическом пространстве и взаимодействующую с ним.

Признается лишь импактный эффект от столкновения с астероидами и кометами. Между тем виды взаимодействия Земля-Космос достаточно разнообразны. Один из них - взаимодействие в системе Земля-Луна. Эта система фактически представляет двойную планету, барицентр которой лежит вне Земли, а уменьшение амплитуды вызываемых притяжением Луны твердых приливов и замедление вращения Земли носят, вероятно, не монотонный колебательный характер, а могут находиться в резонансе с тектонической цикличностью. Р.Бостром считает, что проявление на Земле субдукции и тектоники плит, практически не известной на других планетах земной группы, обусловлено именно взаимодействием Земли и Луны.

Обращает внимание совпадение длительности крупномасштабных тектонических циклов, установленных М.Бертраном, со временем обращения Земли и всей Солнечной системы по галактической орбите. На этом пути Земля пересекает струйные потоки газопылевого галактического вещества, которое может оказывать воздействие на происходящие в ее недрах процессы.

М.Греф-Лефтц и И.Легро показали, что осцилляции в жидком ядре и лунно-солнечные приливы могли оказываться в резонансе 3.0•109, 1.8•109 и 3•108 лет назад и вызвать дополнительный разогрев ядра, дестабилизацию слоя D'''' и генерацию глубинных плюмов, что привело к усилению образования континентальной коры, плато-базальтовому вулканизму и резкому изменению частоты инверсий геомагнитного поля.
Итак, несмотря на очевидный прогресс наших знаний о процессах в недрах Земли, многие вопросы еще далеки от однозначного решения.

Литература

source -http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/01_02/GEODYN.HTM
1. Пущаровский Ю.М., Пущаровский Д.Ю. // Геотектоника. 1999. №1. С.3-14.
2. Пущаровский Ю.М. Глубины Земли: строение и тектоника мантии // Природа. 2001. №3. С.13-15.
3. Kido M., Yuen D.A. // Earth a.Planet. Sci. Lett. 2000. V.181. P.573-583.
4. Геология на пороге новой научной революции // Природа. 1995. №1. С.33-51.
5. Tackley P.J. // Science. 2000. V.288. P.2002-2007.
6. Трубицын В.П. Глобальные тектонические процессы, формирующие лик Земли // Геофизика на рубеже веков. М., 1999. С.80-92.
7. Лобковский Л.И., Котелкин В.Д. Двухъярусная термохимическая модель конвекции и ее геодинамические следствия // Пробл. глобальн. геодинамики. М., 2000. С.29-53.
8. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г. Глубинная геодинамика. Новосибирск, 1994.
9. Smith A.D., Lewis Ch. // J. Geodyn. 1999. V.28. P.96-116.
10. Авсюк Ю.Н. Глобальные изменения среды и климата в сопоставлении с приливной моделью эволюции системы Земля-Луна // Геофизика на рубеже веков. М., 1999. С.93-106.
11. Bostrom R.C. Tectonic Consequences of the Earth’s rotation. Oxford, 2000.
12. Greff-Lefftz M., Legros H. // Science. 1999. V.286. P.1707-1709.

Дегазационная модель планетарной эволюции
Современная тектоническая теория
РОЛЬ ВИХРЕЙ
процессы в оболочках Земли
РОТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ЗЕМЛИ