Интеллектуальные развлечения. Интересные иллюзии, логические игры и загадки.

Добро пожаловать В МИР ЗАГАДОК, ОПТИЧЕСКИХ
ИЛЛЮЗИЙ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ РАЗВЛЕЧЕНИЙ
Стоит ли доверять всему, что вы видите? Можно ли увидеть то, что никто не видел? Правда ли, что неподвижные предметы могут двигаться? Почему взрослые и дети видят один и тот же предмет по разному? На этом сайте вы найдете ответы на эти и многие другие вопросы.

Log-in.ru© - мир необычных и интеллектуальных развлечений. Интересные оптические иллюзии, обманы зрения, логические флеш-игры.

Привет! Хочешь стать одним из нас? Определись…    
Если ты уже один из нас, то вход тут.

 

 

Амнезия?   Я новичок 
Это факт...

Интересно

Ватикан – единственное место на Земле, где банкоматы предлагают инструкции на латыни.

Еще   [X]

 0 

Концепции современного естествознания. Часть 2. Биология и геология (Гороховская Елена)

Вторая часть, как и первая, исходит из того, что конец XX века представляет собой в науке эпоху (которая еще не кончилась), чреватую революциями, т.е. пересмотром оснований многих наук. Поэтому целью курса является рефлексия оснований наук и современное поле проблем, вокруг них возникающих. Это передний край фундаментальных наук, который не освещен ни в школьных программах (они от этого края отстают лет на 50 и более), ни в институтских (эти отстают лет на 25 и более). В связи с последним, данная книга может представлять интерес не только для гуманитариев, но и для специалистов в этих областях, особенно студентов.

Год издания: 2015

Цена: 109 руб.



С книгой «Концепции современного естествознания. Часть 2. Биология и геология» также читают:

Предпросмотр книги «Концепции современного естествознания. Часть 2. Биология и геология»

Концепции современного естествознания. Часть 2. Биология и геология

   Вторая часть, как и первая, исходит из того, что конец XX века представляет собой в науке эпоху (которая еще не кончилась), чреватую революциями, т.е. пересмотром оснований многих наук. Поэтому целью курса является рефлексия оснований наук и современное поле проблем, вокруг них возникающих. Это передний край фундаментальных наук, который не освещен ни в школьных программах (они от этого края отстают лет на 50 и более), ни в институтских (эти отстают лет на 25 и более). В связи с последним, данная книга может представлять интерес не только для гуманитариев, но и для специалистов в этих областях, особенно студентов.


А. И. Липкин, Е. А. Гороховская Концепции современного естествознания.. Часть 2. Биология и геология . Курс лекций

12. Науки о Земле

12.1. Формирование предметной области, средств описания и измерения

   Науки о Земле в широком смысле представляют сегодня науку о различных геосферах, к которым традиционно относят неорганические лито-, гидро- и атмосферы, но к ним логично добавить и биосферу, о которой речь пойдет в следующей главе (куда включен и параграф по экологии, в котором обсуждается введенное В.И. Вернадским понятие ноосферы, которая сегодня выступает как техносфера). Данная глава посвящена геологии (букв. наука о Земле) – науке о Земле в узком смысле, науке о неорганических геосферах, науке о строении Земли и ее эволюции.
   Науки о Земле имеют ряд принципиальных отличий от физики, химии и синергетики, представленных в Части 1. Последние имеют четкую структуру «ядра раздела науки» (ЯРН), задающую свои «первичные идеальные объекты» (ПИО), которые и составляют основание соответствующих наук и их разделов (сх. 3.1; 9.1; 10.2), их специфику определяют «первичные идеальные объекты». Эти естественные науки, образцом для которых служит физика, формируются экспериментом со структурой <Приготовление |Явление |Измернение> (сх. 1.1). Для них характерно выявление эмпирических закономерностей (на ранних этапах развития) и построение «ядра раздела науки» в зрелом состоянии.
   Специфику наук о Земле определяют не ПИО, а «предмет исследования», который формируется в рамках так называемой «естественной истории», суть которой состоит в описании, выделяющем предметные области, развитии самого языка описания. Так основные первичные понятия геологии, например, «горная порода», формируются внутри некоторой профессиональной области, где обучают распознавать породы, путем сравнения с образцами. Такое распознавание образов имеет много общих черт с измерением, суть которого, как было сказано в первой части, состоит в сравнении с эталоном. По мере роста числа этих образов возникает проблема их классификации, для решения которой возникают теории классификации. Таким образом, в естественной истории мы имеем дело с другими, чем в первой части, базовыми понятиями: они не даются с помощью определений (явных или неявных) и не являются «очевидными» для всех, они существуют как образцы в рамках определенной профессиональной деятельности и умение их распознавать передается как профессиональный навык.
   Круг исходных (первичных) объектов и явлений в геологии формируется, во-первых, из описания руд, минералов, горных пород, формировавшихся в горнорудном деле с глубокой древности. Из этого потока естественно-исторического описания в XVIII в. рождается геогнозия, которая использует первоначально язык, выработанный в технике поиска полезных ископаемых и металлургии. «Геогнозия… определялась А.Г. Вернером (1750–1817) как «наука, изучающая твердое тело Земли как в целом, так и в виде различных сообществ минералов и горных пород, из которых она состоит, а также их происхождение и соотношение друг с другом» [Хаин, с. 40] (выделено – А.Л). Первыми объектами описания этой науки, центральным понятием которой стало заимствованное из горного дела понятие «горная порода», стали разрезы горных массивов. Описания этих разрезов в виде описания расположения в них слоев различных горных пород (различные глины, пески, граниты и т.п.) и минералов фиксировались в виде стратиграфических схем. Вторым важным объектом описания стал общий рельеф местности (горы, равнины, моря и т.п.). Успехи физики и химии первых десятилетий XIX в. дали новые возможности в описании минералов. «Крупнейшие химики стали ведущими минерологами этого периода. В результате их активной деятельности был определен точный химический состав порядка 450 минералов, большая часть которых ранее не была известна» [Хаин, с. 66]. В результате образуется следующая последовательность понятий: химические элементы земной коры образуют природные химические соединения – минералы, а те, в свою очередь, путем химического или чаще механического соединения – горные породы. В геогнозии разрабатываются «принципы первого расчленения слоистой осадочной оболочки Земли», составившие «фундамент геологической науки» [Хаин, с. 46]
   Второй круг явлений составляют извержения вулканов и землетрясения, вопросы об образовании гор, изменении русел рек, речных отложениях, происхождении окаменелых остатков морской фауны в горах. Этот круг вопросов рассматривался уже в античной натурфилософии.
   Взаимодействие этих двух потоков порождает в XVIII в. две картины натурфилософского типа о происхождении слоев пород: нептунистскую и плутонистскую. Первая, не без влияния общепринятой библейской картины Всемирного потопа, утверждала, что «материал, из которого состоят слои, образовался в результате кристаллизации из водного раствора» [Хаин, с. 42]. Плутонистская концепция, исходя из наблюдений вулканической деятельности, утверждала магматическое происхождение различных пород [Хаин, с. 43]. Смещению этих рассуждений от натурфилософии к естественной истории способствовало взаимодействие с палеонтологией – в начале XIX в. стало практиковаться сопоставление слоев пород и окаменелых остатков живых организмов, которые в них находились. Результатом этого взаимодействия с исторической биологией (Ж. Кювье) стало «создание стратиграфической (геохронологической) шкалы», [Хаин, с. 47–49]. Разработанный в XIX в. биостратиграфический метод, основанный на анализе сохранившихся остатков фауны, позволил расшифровать историю Земли за последние 500— 600 млн. лет (во второй половине XX в., благодаря систематическому применению методам радиометрического датирования горных пород, удалось перейти от относительной геохронологии к абсолютной и уточнить раннюю историю Земли и ее возраст (порядка 4,5 млрд. лет)).
   В результате появились значительно более богатые описания пород в пространстве и времени, что дало толчок к более сложному описанию процессов образования гор, а затем и других ландшафтов. Постепенно сформировался более широкий круг геологических явлений (поведение ледников, изменение уровня мирового океана и др.), которые пытались объяснить.
   Важной вехой в переходе от естественно-исторического описания к естественно-научному объяснению явлений стал спор катастрофистов и эволюционистов по поводу характера течения геологических процессов. Первые утверждали прерывистость (пунктуализм) этого процесса, вторые – непрерывность (градуализм). Во главе этих направлений оказались великие биологи Ж. Кювье и Ж.-Б. Ламарк, разрабатывавшие соответствующие концепции эволюции в биологии. В 1830 г. в Парижской Академии наук произошел публичный спор между Ж. Кювье и Ж. Сент-Илером (Ламарка уже не было в живых), который продолжался шесть недель и был прекращен академией. В этот раз победа была присуждена Кювье, но в истории науки точка не была поставлена, и главным стала не победа какой-либо стороны, а выплеснувшееся с обеих сторон море аргументации. Один из современников этой дискуссии писал по ее поводу: «Замечательные выводы, полученные из неожиданных фактов; счастливое сочетание данных минералогии и зоологии; доказательство последовательных революций в физической истории Земли, о котором раньше не имели ни малейшего представления, – все это, вместе взятое, не только позволило в новом свете увидеть довольно неясный до этого предмет, но придало новые силы и открыло новые возможности…» [Хаин, с. 59]. Естественнонаучное объяснение состояло в построении физических, а также химических моделей геологических явлений.
   В результате этого наступает новый естественнонаучный этап в развитии наук о Земле, ознаменованный появлением геофизики, становящейся центральной наукой о Земле. Ситуация с геофизикой напоминает ситуацию с физической химией, описанную в п. 10.2: геофизика представляет собой совокупность объектов и явлений, для которых строятся модели («вторичные идеальные объекты» (ВИО)), с помощью ПИО, взятых из физики, главным образом из разделов механики сплошных сред (в первую очередь гидродинамики сильно вязких жидкостей, включающей термодинамические процессы) и (в меньшей степени) из химии. Но в отличие от физической химии, первичным источником этих объектов и явлений является не естественная наука, а естественная история, которая не исчезает с появлением геофизики.
   Основным источником информации о внутренней структуре Земли (измерительным инструментом) служит исследование прохождения сейсмических (разновидность акустических) волн, изменения направления и скорости их распространения при прохождении через толщу Земли. Очень важным при этом является свойство поперечных волн (волн, в которых направление колебания перпендикулярно направлению распространения) – сильная зависимость от степени текучести вещества (они не могут распространяться в жидкости). В глубинах Земли в условиях высоких температур и давлений горные породы переходят из твердого в вязкое (типа смолы) или жидкое состояния и об этих изменениях фазового состояния можно судить по изменению поведения поперечных акустических волн. Так было выяснено, что под океанами и материками залегают кристаллические породы, названная литосферой (каменная оболочка, от греч. lithos камень sphaire шар), а под ней встречаются области, названные астеносферой (мягкая оболочка), где вязкость достаточно резко падает и вещество начинает вести себя как жидкость (Daly, 1951).
   По современным представлениям (на основании анализа состава различных метеоритов, а также полученных экспериментальных геохимических и геофизических данных), в составе Земли преобладают (как по массе, так и по числу атомов) железо, кислород, кремний и магний. В сумме они составляют более 90 % массы Земли (соответственно 34,6 %, 29,5 %, 15,2 %, 12,7 %) [Люстих].
   Значительный объем новой информации, особенно о строении атмосферы, был получен в результате исследований глобальных геофизических процессов во время максимальной солнечной активности, проводившихся в рамках Международного геофизического года (1957–58) учеными 67 стран.
   На основе измерений с помощью спутников была изучена структура магнитосферы, а также выявлено наличие радиационных поясов вокруг Земли. В конце 1970-х гг. с помощью геодезических спутников (GEOS-3) удалось достичь существенного прогресса в изучении геоида (точной формы Земли). Наряду со спутниковой геодезией широкое развитие получила спутниковая метеорология, что значительно повысило точность метеорологических прогнозов. С 1968 ведется международная программа глубоководного бурения в Мировом океане, что позволило существенно продвинуться в понимании тектонического строения Земли (непосредственному исследованию посредством глубинного бурения доступны сегодня только внешние 12–14 км. (максимальная глубина, достигнутая бурением, составляет немногим более 14 км (скважина Вредефорд в Южной Африке); российская сверхглубокая скважина СГ-3 на Кольском п-ве достигла глубины 12 км), но иногда в эти скважины попадаются «гости» из более глубоких слоев Земли (геосфер)). Большую информацию о недрах дают обломки сверхглубинных пород (ксенолиты) выведенных на поверхность лавой вулканов.
   С началом применения мощных компьютеров появилась возможность резкого ускорения и уточнения получаемой геофизической информации. С их помощью с 1980— 90-х гг. развивается геофизическая томография, с помощью которой построены сейсмические разрезы нижней и верхней мантии (рис. 12.1).
   Большое значение приобрели данные экспериментальной минералогии, после того как с помощью алмазных наковален удалось добиться получения давлений, отвечаемых предполагаемым, на различных глубинах в мантии, вплоть до ее границы с ядром.
   Для изучения максимальных глубин океана стали использоваться обитаемые глубоководные аппараты. В 1960 швейцарец Ж. Пиккар и американец Д. Уолш в батискафе «Триест» достигли дна Марианского желоба – самого глубокого места Мирового океана (11022 м). С 1980— 90-х гг. подводные аппараты с человеком на борту широко используются для выполнения геологических, гидрологических и биологических наблюдений в глубинах океана.
   Запуски межпланетных космических аппаратов к Меркурию, Марсу, Венере, а также к более отдаленным планетам позволили также углубить знания о строении и эволюции Земли на основе сравнительного изучения планет (сравнительная планетология). Полученные данные вместе со сведениями о структуре земной коры и глубинных недр планеты послужили основой для разработки моделей развития Земли.
   Итак, естественная история Земли выявила особый предмет исследования для основных естественных наук – физики и химии, а применение современных физических и химических инструментов исследования в сочетании с построением физических моделей, породили геофизику (включившую в себя значительную часть геохимии), ставшую ведущей естественной наукой о Земле, использующую первичные идеальные объекты физики (главным образом гидродинамики вязких сред) и химии, что породило два связанных направления: теорию внутреннего строения планеты и теорию тектоники литосферных плит.

12.2. Гипотезы о происхождении Земли и внутреннем источнике ее тепловой энергии1

   В соответствии с современными представлениями Земля сформировалась в результате аккреции (процесса падения различных фрагментов вещества в направлении центра тяжести образующейся планеты, ср. п. 6.3 Части 1) газово-пылевых частиц протопланетного облака (модель «холодного» происхождения Земли, первый вариант которой принадлежит Лапласу). В результате этого постепенно увеличивалась её масса и росла сила тяготения, а следовательно, и скорости частиц и космических тел, падавших на формировавшуюся планету. Кинетическая энергия частиц и тел превращалась в тепло, и Земля всё сильнее разогревалась. Чем крупнее были падавшие тела, тем сильнее они нагревали Землю в эпоху великой бомбардировки (около 4 млрд. лет назад), когда Земля, как и Луна, подвергалась ударам довольно многочисленных и очень крупных (сотни километров в поперечнике) метеоритов. На Луне и сегодня можно увидеть свидетельства метеоритной бомбардировки – многочисленные кратеры и моря (области, заполненные излившейся магмой). На нашей планете активные тектонические процессы и воздействие атмосферы и гидросферы практически стёрли следы этого. Энергия удара этих метеоритов освобождалась не на поверхности, а на глубине, равной примерно двум поперечникам внедрившегося тела, т.е. эта энергия выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Этот механизм образовал первый гравитационный источник нагревания Земли.
   Энергия, выделявшаяся в ударных процессах в период аккреции планет, была, вероятно, достаточна для частичного проплавления планеты. Поскольку температура плавления железа и его сплавов ниже, чем силикатов, тяжелый расплавленный металл мог отделяться от окружающего материала и опускаться к центру планеты, формируя ядро. При этом потенциальная гравитационная энергия преобразовывалась в тепловую2. Этот механизм «гравитационной дифференциации недр» образовал второй гравитационный источник нагревания Земли, который сегодня является главным. Суть его состоит в следующем.
   В начальной стадии образования Земли «тяжелые» и «легкие» элементы и их соединения были перемешаны. Рассчитывая тепловой баланс Земли за всю ее историю, геофизики пришли к выводу, что наша планета никогда не была полностью расплавленной и на протяжении всей своей истории представляла собой твердое тело. Но при характерных временах в сотни миллионов лет Земля ведет себя как вязкая жидкость (этим объясняется и ее форма: «эллипсоид с чуть выпяченным Северным полюсом и чуть вдавленным Южным – идеально соответствует той, что должна принимать жидкость в состоянии равновесия»). И в этой вязкой жидкости постепенно тяжелые элементы (в первую очередь железо) опускаются к центру Земли, а легкие поднимаются на поверхность. Выделяющаяся при этом гравитационная энергия (типа энергии падающего тяжелого тела) по расчетам геофизиков составляет «чудовищную величину 4•1030 калорий (или 1030 Дж. – А.Л.) (что эквивалентно триллиону суммарных ядерных боезапасов всех стран мира)… В толще этой «жидкости» постоянно происходят чрезвычайно медленные, но немыслимо мощные движения колоссальных масс вещества, с которыми связаны вулканизм, горообразование, горизонтальные перемещения континентов и т. д… Источником энергии для всех этих процессов является в конечном счете… гравитационная дифференциация вещества в недрах планеты. Соответственно, когда этот процесс завершится полностью, наша планета станет геологически неактивной, «мертвой» – подобно Луне. Согласно расчетам геофизиков, к настоящему моменту уже 85 % имеющегося на Земле железа опустилось в ее ядро, а на «оседание» оставшихся 15 % потребуется еще около 1,5 млрд. лет» [Еськов, с. 30— 31]
   Еще одним источником внутренней тепловой энергии является радиогенное тепло, связанное с распадом радиоактивных долгоживущих элементов 238U, 235U, 232Th, 40K, 87Rb (по современным оценкам он дает не более 15 % энергии разогрева). Периоды полураспада этих изотопов соизмеримы с возрастом Земли, поэтому до сих пор они остаются важным источником тепловой энергии. В начальные этапы развития Земли могли быть поставщиками тепла и короткоживущие радиоактивные изотопы, такие, как 26Al, 38Cl и др.
   Дополнительным источником внутреннего тепла может быть приливное трение, возникающее при замедлении вращения Земли из-за приливного взаимодействия с Луной и в меньшей степени с Солнцем.

12.3. Внутреннее строение Земли

   Внутреннее строение Земли, как и других планет солнечной системы, представляет собой последовательность сферических слоев или геосфер (рис. 12.1). Сферическая форма является следствием действия гравитационных сил, которые в достаточно массивных космических телах являются определяющими. Поэтому астероиды могут иметь любую форму, а планеты – только сферическую (при характерных временах порядка сотен миллионов лет граниты, базальты и прочие твердые породы под действием колоссальных сил гравитации во многих отношениях ведут себя как вязкие жидкости).
   Формирование различных внутренних геосфер происходит в результате указанной выше гравитационной дифференциации недр планеты, которые оказываются разделенными на три основных слоя: «тяжелый» (ядро), «промежуточный» (мантия) и «легкий» (кора). Средняя плотность земной коры в целом – 2,8 г/см3 (при этом средняя плотность трех основных составляющих ее слоев: осадочного – 2,4–2,5 г/см3, «гранитного» – 2,7 г/см3, «базальтового» – 2,9 г/см3). На границе земной коры и мантии (поверхность Мохоровичича) плотность увеличивается скачком от значений 2,9– 3,0 г/см3 до 3,1–3,5 г/см3. Далее она плавно растет, достигая у границы ядра 5,6 г/см3. В ядре плотность скачком поднимается до 10,0 г/см3, а далее плавно возрастает до 12,5 г/см3 в центре Земли [Люстих].
Ядро
   «Уже в 1896 г. Е. Вихертом на основе данных по каменным и железным метеоритам было высказано предположение, что Земля состоит из внешней оболочки (мантии), окружающей более плотное металлическое ядро. В 1906 г. Р. Олдхэм привел первое сейсмологическое доказательство существования центрального ядра и дал грубую оценку его радиуса ~ 1600 км. Позднее крупнейшие геофизики ХХ в. Б. Гутенберг и Х. Джеффрис подтвердили наличие центрального ядра и довольно точно оценили его размеры. По современным геофизическим данным радиус ядра Земли оценивается равным 3480— 3485 км… Было установлено, что на границе между мантией и ядром происходит скачкообразное увеличение плотности (с 5.55 до 9.9 г/см3), сопровождающееся резким уменьшением скорости распространения продольных волн (с 13.7 км/с в подошве мантии до 8 км/с в кровле ядра), и показано, что эта поверхность раздела не пропускает поперечные волны. По этой причине внешнее ядро считается жидким» [Кадик, Кусков].
   Согласно большинству физических моделей, подтвержденных данными геофизических исследований, Земля обладает внутренним ядром радиусом около 1221 км, состоящим из нескольких твердых слоев железа с различной степенью ориентации кристаллов, окруженным внешним жидким ядром толщиной 2225 км. Предполагается, что оно состоит, в первую очередь, из сплавов железа, никеля, сульфида железа FeS (4 %) и других металлов и тяжелых химических элементов и соответствует по составу железным метеоритам. Оценки температура в центре Земли порядка 5000 oC (они колеблются в диапазоне от 4000 до 6000 oC).
   Проблема происхождения магнитного поля Земли (Земля действует как гигантский магнит) до настоящего времени не может считаться окончательно решенной, общепринятым является представление, что магнитное поле Земли генерируется вращением насыщенной железом жидкости внешнего ядра. «Почти общепризнанной является гипотеза магнитного гидродинамо. Тепловая конвекция, то есть перемешивание вещества во внешнем ядре, способствует образованию кольцевых электрических токов. Скорость перемещения вещества в верхней части жидкого ядра будет несколько меньше, а нижних слоев – больше относительно мантии в первом случае и твердого ядра – во втором. Подобные медленные течения вызывают формирование кольцеобразных (тороидальных) замкнутых по форме электрических полей, не выходящих за пределы ядра.

   1. Кора. 2. Часть верхней мантии выше астеносферы, входящей в состав литосферы. 3. Часть верхней мантии ниже астеносферы. 4. Мантия нижняя. 5. Внешнее ядро. 6. Внутреннее ядро. 7. Мантийный плюм

   Благодаря взаимодействию тороидальных электрических полей с конвективными течениями во внешнем ядре возникает суммарное магнитное поле дипольного характера, ось которого примерно совпадает с осью вращения Земли… В рамках этой картины можно построить модель инверсий магнитного поля. Токовая, а следовательно, и магнитная переменная колеблются сначала около некоторого стационарного состояния, а затем, увеличивая амплитуду, внезапно начинают испытывать колебания уже вокруг другого стационарного состояния (по Т. Рикитаки, 1968)… В реальном магнитном поле Земли время, в течение которого происходит изменение знака полярности, может быть как коротким, вплоть до тысячи лет, так и составлять миллионы лет» [Кадик, Кусков].
   Внешняя «каменная» оболочка Земли называется литосферой. Она включает земную кору и верхний слой мантии (субстрат), находящийся над астеносферой, о которой речь пойдет ниже (до 60-х гг. XX в. литосфера понималась как синоним земной коры).
   Земная кора (и литосфера в целом) – это, во- первых, продукт дифференциации вещества мантии, т.е. разделения этого вещества по плотности. Более легкоплавкое и менее плотное вещество, в соответствии с законом Архимеда, всплывало сквозь толщу мантии и сформировало первичные, изверженные горные породы, образовавшиеся при охлаждении и затвердевании магмы, (из нее формируются граниты и базальты). Вторичные, осадочные горные породы образовывались в результате эрозии и накопления осадков на дне водоемов. Осадочные породы почти полностью покрывают поверхность суши, формируя (в числе прочего) значительную часть высочайших горных систем. Это означает, что порода, из которой слагаются ныне вершины Альп и Гималаев, когда-то формировались под водой, ниже уровня моря» [Еськов, с. 35].
   Плотность литосферы 2,8 г/см3 Земная кора почти наполовину состоит из кислорода и более чем на четверть из кремния. Значительная доля принадлежит также алюминию, магнию, кальцию, натрию и калию. Кислород, кремний, алюминий дают наиболее распространённые в коре соединения – кремнезём (SiO2) и глинозём (A12O3). Мантия состоит преимущественно из тяжёлых минералов, богатых магнием и железом. Они образуют соединения с SiO2 (силикаты). В общем случае в строении коры Земли выделяют 3 слоя: осадочных горных пород, гранитов под материками (в океанической коре этот слой отсутствует) и, под ними, плотных базальтов (разделение на слои с таким названием не означает, что породы действительно имеют состав гранитов или базальтов, это только значит, что по сейсмическим характеристикам, т.е. по скоростям прохождения сейсмических волн через этот слой они сходны с соответствующими породами).
   Земная кора имеет сложный рельеф. Она имеет толщину 4–6 км под океанами и 30— 70 км под материками. В рельефе суши различают горные системы, плоскогорья и равнины, а также подчиненные им формы. При этом, под горами находится приблизительно симметричная часть горы (эффект «зеркального отражения»), что объясняется теорией изостазии, говорящей, что горы, подобно плавающим айсбергам, должны иметь соответствующую подземную часть: по закону Архимеда вес погруженного тела (коры) равен весу вытесненной им жидкости – мантийного вещества (как уже было сказано, на больших временах (сотни миллионов лет) вещество Земли ведет себя как вязкая жидкость), при этом плотность пород высоких гор ниже плотности равнинных пород.
   Область между корой и ядром называется мантией. В мантии температура везде ниже температуры полного расплавления слагающего её материала. Под материковой корой она предполагается близкой к 600— 700 oС. В астеносфере температура, по-видимому, близка к точке плавления (1500— 1800 oС). В более глубоких слоях мантии из-за повышения давления ее температура оказывается опять выше ее температуры плавления и она становится более твердой (как стекло, т.е. ее вязкость возрастает на много порядков): материал мантии был бы расплавлен, если бы не высокое давление, вследствие которого вся мантия находится в твёрдом кристаллическом состоянии, за исключением, вероятно, астеносферы (агрегатное состояние вещества земных недр обусловлено наличием высоких температур и давлений).

12.4. Тектоника литосферных плит

   Рассмотрев общую структуру Земли обратимся к наиболее важным для обитателей Земли представлениям теории тектоники литосферных плит – крупных, до многих миллионов км2, глыб земной литосферы, фундамент которых образуют сильно смятые в складки магматические, метаморфизированные и гранитные породы, прикрытые сверху 3–4 километровым «чехлом» осадочных пород. Рельеф платформы составляют обширные равнины и отдельные горные хребты. Ядром каждого материка является одна или несколько древних платформ, окаймленных горными хребтами.
   Начало XX в. ознаменовалось появлением гипотезы, которой в дальнейшем было суждено сыграть ключевую роль в науках о Земле. Ф. Тейлор (1910), а вслед за ним А. Вегенер (1912) высказали идею о горизонтальных перемещениях материков на большие расстояния (дрейфе материков), но «В 30-е годы XX в. в тектонике утвердилось течение, считавшее ведущим типом движений земной коры вертикальные движения, в основе которых лежали процессы дифференциации вещества мантии Земли. Оно получило название фиксизма, ибо признавало постоянно фиксированным положение блоков коры относительно подстилающей мантии» [Геология… с. 43, 33–34]. Однако в 1960-х гг. после открытия в океанах глобальной системы срединно-океанических хребтов, опоясывающих весь земной шар и местами выходящих на сушу, и ряда других результатов происходит возврат к идеям начала XX в. о дрейфе континентов, но уже в новой форме – тектоники плит, которая остается ведущей теорией в науках о Земле. Она вытеснила господствовавшее в середине XX века представление о ведущей роли в смещениях и деформациях земной коры вертикальных движений и вывела на первое место горизонтальные перемещения литосферных плит, включавших не только кору, но и верхи мантии [Хаин 2002].
   «Основные положения тектоники плит сводятся к следующему. Литосфера подстилается менее вязкой астеносферой. Литосфера разделена на ограниченное число больших (7) и малых плит, границы которых проводятся по сгущению очагов землетрясений. К числу крупных плит принадлежат: Тихоокеанская, Евразиатская, Северо-Американская, Южно-Американская, Африканская, Индо-Австралийская, Антарктическая. Литосферные плиты, движущиеся по астеносфере, обладают жёсткостью и монолитностью. При этом «континенты не прокладывают себе путь сквозь океаническое дно под воздействием какой-то невидимой силы (что предполагалось в первоначальной версии «дрейфа материков»), а пассивно плывут по мантийному материалу, который поднимается вверх под гребнем хребта и затем распространяется от него в обе стороны». В этой модели океаническое дно «представляется гигантской конвейерной лентой, выходящей на поверхность в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов и затем скрывающихся в глубоководных желобах»: расширение (спрединг) ложа океанов в связи с расхождением плит вдоль осей срединных хребтов и рождение новой океанской коры компенсируется её поглощением в зонах поддвига (субдукции) океанской коры в глубоководных желобах, благодаря чему объём Земли остаётся постоянным. Этот процесс сопровождается «многочисленными мелкофокусными землятресениями (с эпицентрами на глубине нескольких десятков километров) в рифтовых зонах и глубокофокусными землятресениями в районе глубоководных желобов (рис. 12.2, 12.3) [Еськов, с. 43, 44].

   Рис. 12.2. Схема конвекционного течения в мантии, вызываемого разностью плотностей (по Рингвуду и Грину (из [Стейси, с. 80]). На этой схеме указаны предполагаемые фазовые и химические превращения, сопровождающие конвекционные перемещения вещества мантии из-за изменения давления и температуры на разных глубинах

   Рис. 12.3. Схематический разрез Земли на основе гипотезы разрастания (спрединга) океанического дна – б; район глубоководного желоба – в: литосферная плита погружается в астеносферу (А), упирается в ее днище (Б и В) и разламывается – отламывается часть («слэб») (Г) –. В зоне «трения» плит – мелкофокусные землетрясения (черные кружки), в зоне «упора» и «разлома» плиты – глубокофокусные землетрясения (белые кружки) (по Уеда, 1980) (из [Еськов])

   «Данные сейсмической томографии свидетельствуют о погружении глубоко в мантию наклонных зон повышенных сейсмических скоростей – пластин-слэбов океанской литосферы. Эти данные совпадают с давно установленными по гипоцентрам землетрясений сейсмофокальными поверхностями, достигающими кровли нижней мантии. Впервые было обнаружено, что в ряде случаев слэбы опускаются и на большие глубины, проникая в нижнюю мантию. Поведение погружающихся слэбов оказывается неоднозначным: одни из них, достигая нижней мантии, не пересекают ее, а отклоняются вдоль поверхности, принимая практически горизонтальное положение; другие – пересекают кровлю нижней мантии, но затем образуют раздув и не погружаются глубже; третьи же уходят на большие глубины, в некоторых районах достигая ядра… Важный, результат новейших сейсмотомографических исследований – открытие отрыва нижней части погружающегося слэба. Это явление также не было полной неожиданностью. Сейсмологи констатировали в отдельных регионах исчезновение на некоторой глубине очагов землетрясений, а затем их возникновение вновь еще глубже» [Хаин 2002].
   Причина перемещения литосферных плит – тепловая конвекция в мантии Земли. Над восходящими ветвями конвективных течений литосфера испытывает подъём и растяжение, приводящее к раздвигу плит в возникающих рифтовых зонах. С удалением от срединно-океанических рифтов литосфера уплотняется, тяжелеет, поверхность её опускается, что объясняет увеличение глубины океана, и в конечном счёте погружается в глубоководных желобах. В континентальных рифтах затухание восходящих потоков разогретой мантии ведёт к охлаждению и погружению литосферы с образованием бассейнов, заполняемых осадками. В зонах схождения и столкновения плит кора и литосфера испытывают сжатие, мощность коры возрастает и начинаются интенсивные восходящие движения, ведущие к горообразованию. Все эти процессы, включая движение литосферных плит и слэбов, имеют непосредственное отношение к механизмам формирования полезных ископаемых.
   Современные тектонические движения изучаются геодезическими методами, показывающими, что они происходят непрерывно и повсеместно. Скорость вертикальных движений составляет от долей до первых десятков мм, горизонтальных на порядок выше – от долей до первых десятков см в год (Скандинавский п-ов за 25 тыс. лет поднялся на 250 м, Санкт-Петербург за время своего существования поднялся на 1 м [Куликов, с. 174–175]). Т.е. причиной землетрясений, извержений вулканов, медленных вертикальных (горы высотой в тысячи метров образуются за миллионы лет) и горизонтальных перемещений (за сотни миллионов лет это приводит к смещениям в тысячи километров (рис. 12.4)) являются медленные, но чрезвычайно мощные перемещения вещества мантии.
   «Положения теории тектоники плит прошли экспериментальную проверку в ходе начатого в 1968 г. глубоководного бурения с американского научно- исследовательского судна «Гломар Челленджер», подтвердившего образование океанов в процессе спрединга, в результате исследований рифтовых долин срединных хребтов, дна Красного моря и Аденского залива со спускаемых подводных аппаратов, также установивших реальность спрединга и существование пересекающих срединные хребты трансформных разломов, и, наконец, в изучении современных движений плит различными методами космической геодезии.

   Рис. 12.4. Два предполагаемых расположения суши современное (внизу) и несколько сот миллионов лет назад (<http://wsyachina.narod.ru/earth_sciences /earth_ genesis_1/continents_driving.html>; аннимацию тектоники плит можно найти на сайте <http://sbmg.geol.msu.ru/sbor/scotese/movies/movie1.htm>)

   С позиций тектоники плит находят объяснение многие геологические явления, но вместе с тем выяснилась большая, чем предусматривалась исходной теорией, сложность процессов взаимных перемещений плит… Не получило объяснения в тектонике плит периодическое изменение интенсивности тектонических движений и деформаций, существование устойчивой глобальной сети глубоких разломов и некоторые др. Остаётся открытым вопрос о начале действия тектоники плит в истории Земли, поскольку прямые признаки плитно-тектонических процессов … известны лишь с позднего протерозоя. Тем не менее некоторые исследователи признают проявление тектоники плит начиная с архея или раннего протерозоя4. Из др. планет Солнечной системы некоторые признаки тектоники плит усматриваются на Венере» [Хаин 2001].
   «Тектоника плит, первоначально встреченная со скепсисом, особенно в нашей стране, – пишет академик В.Е. Хаин, получила убедительное подтверждение в ходе глубоководного бурения и наблюдений с подводных спускаемых аппаратов в океанах, в непосредственных измерениях перемещений литосферных плит методами космической геодезии, в данных палеомагнетизма и других материалах и превратилась в первую действительно научную теорию в истории геологии.
   Вместе с тем за истекшие четверть века, по мере накопления нового и все более разнообразного фактического материала, добытого с помощью новых инструментов и методов, становилось все более очевидным, что тектоника плит не может претендовать на значение всеобъемлющей, подлинно глобальной модели развития Земли» (Геология… с. 43). Поэтому «довольно скоро после своего оформления тектоника плит стала превращаться в основу других наук о твердой Земле» …Очень большое взаимовлияние… обнаружилось между геотектоникой и геофизикой с одной стороны, и петрологией (наука о горных породах) и геохимией – с другой. Синтез этих наук уже к началу 70-х годов породил новую, комплексную науку – геодинамику, изучающую всю совокупность глубинных, эндогенных (внутренних) процессов, изменяющих литосферу и определяющих эволюцию ее структуры» [Хаин 1997, 156–157], изучающей физические процессы, которые обусловливают развитие твердой Земли в целом, и силы, их вызывающие. «Данные сейсмического «просвечивания» Земли, получившего название «сейсмотомография», показали, что активные процессы, приводящие в конечном счете к изменениям структуры земной коры и рельефа, зарождаются значительно глубже – в нижней мантии и даже на ее границе с ядром. Да и само ядро, как совсем недавно выяснилось, участвует в этих процессах…
   Появление сейсмической томографии определило переход геодинамики на следующий уровень, и в середине 80-х годов она породила глубинную геодинамику, ставшую самым молодым и перспективным направлением в науках о Земле. В решении новых задач на помощь, кроме сейсмотомографии, пришли и некоторые другие науки: экспериментальная минералогия, благодаря новой аппаратуре имеющая теперь возможность исследовать поведение минерального вещества при давлениях и температурах, отвечающих максимальным глубинам мантии; изотопная геохимия, изучающая, в частности, баланс изотопов редких элементов и благородных газов в разных оболочках Земли и сравнивающая его с метеоритными данными; геомагнетизм, пытающийся раскрыть механизм и причины инверсий магнитного поля Земли; геодезия, уточняющая фигуру геоида (а также, что не менее важно, горизонтальные и вертикальные перемещения земной коры), и некоторые другие ветви наших знаний о Земле…
   Уже первые результаты сейсмотомографических исследований показали, что современная кинематика литосферных плит вполне адекватна лишь до глубин 300— 400 км, а ниже картина перемещений мантийного вещества становится существенно иной…
   (Однако) теория тектоники литосферных плит продолжает удовлетворительно объяснять развитие земной коры континентов и океанов на протяжении по крайней мере последних 3 млрд лет, а спутниковые измерения перемещения литосферных плит подтвердили наличие перемещений для современной эпохи.
   В настоящее время вырисовывается следующая картина. В поперечном сечении земного шара существуют три наиболее активных слоя, каждый мощностью в несколько сотен километров: астеносфера и слой D'' в основании мантии. По-видимому, им принадлежит ведущая роль в глобальной геодинамике, превращающейся в нелинейную геодинамику Земли как открытой системы [Геология…], т.е. синергетические эффекты типа эффекта Бенара (см. Часть 1, гл. 9), могут иметь место в мантии и жидком ядре.
   Для объяснения непонятного в рамках теории тектоники литосферных плит явления внутриплитного магматизма, и в особенности образования линейных вулканических цепей, в которых возраст построек закономерно увеличивается по мере удаления от современных активных вулканов, была выдвинута в 1963 г. Дж. Вилсоном и обоснована в 1972 г. В. Морганом Гипотеза восходящих мантийных струй (рис. 12.1, 12.5), выступающих на поверхность в «горячих точках»5 (размещение «горячих точек» на поверхности контролируется ослабленными, проницаемыми зонами в коре и литосфере, классический пример современной «горячей точки» – о. Исландия. ). «Эта плюм-тектоника с каждым годом все более популярна [Геология…].
   Она становится… почти равноправным партнером плейт-тектоники (тектоники литосферных плит). Доказывается, в частности, что глобальный масштаб выноса глубинного тепла через «горячие точки» превосходит тепловыделение в зонах спрединга срединно-океанских хребтов… Имеются серьезные основания предполагать, что корни суперплюмов достигают самых низов мантии… Главная проблема – соотношение конвекции, управляющей кинематикой литосферных плит, с адвекцией (горизонтальным перемещением), вызывающей подъем плюмов.

   Рис. 12. 5. Модель основной материальной и тепловой конвекции в современной Земле (по Маруяме С., 1994). [Геология… с. 44]

   Они уже в принципе не могут быть независимыми процессами. Однако поскольку каналы, по которым поднимаются мантийные струи, более узкие, пока нет сейсмотомографических признаков его подъема из нижней мантии.
   Очень важен вопрос о стационарности плюмов. Краеугольным камнем гипотезы Вилсона-Моргана было представление о фиксированном положении корней плюмов в подлитосферной мантии и о том, что образование вулканических цепей, с закономерным увеличением возраста построек по мере удаления от современных центров извержений, обязано «прошиванию» движущихся над ними литосферных плит горячими мантийными струями… Однако совершенно бесспорных примеров вулканических цепей гавайского типа не так уж много… Таким образом, в проблеме плюмов остается еще много неясного» [Хаин 2002].

12.5. Геодинамика Е. В. Артюшкова

   В геодинамике рассматривается взаимодействие сложных процессов, идущих в коре и мантии. Один из вариантов геодинамики, дающий более сложную картину движения мантии, чем описанная выше (рис. 12.2), разрабатывается членом-корреспондентом РАН Е.В. Артюшковым в его книге «Геодинамика» (М., Наука, 1979). На этом примере видно как переплетаются различные физические и химические модели в реальном геодинамическом описании.
   Согласно изложенной в этой книге концепции основным источником энергии, для всех тектонических процессов является процесс гравитационной дифференциации вещества, который происходит в нижней мантии. После отделения от породы нижней мантии тяжелой компоненты (железа и пр.), которая опускается в ядро, «остается смесь твердых веществ, более легкая, чем вышележащая нижняя мантия… Расположение слоя легкого материала под более тяжелым веществом неустойчиво… Поэтому накапливающийся под нижней мантией легкий материал периодически собирается в крупные блоки размером порядка 100 км и всплывает в верхние слои планеты. Из этого материала за время жизни Земли сформировалась верхняя мантия.
   Нижняя мантия скорее всего представляет собой первичное, еще не продифференцированное вещество Земли. В процессе эволюции планеты происходит рост ядра и верхней мантии за счет нижней мантии.
   Наиболее вероятно, что подъем блоков легкого материала в нижней мантии происходит вдоль каналов6 (см. рис. 12.6), в которых температура вещества сильно повышена, а вязкость резко понижена. Повышение температуры связано с выделением большого количества потенциальной энергии при подъеме легкого материала в поле силы тяжести на расстояние ~2000 км. Пройдя через такой канал, легкий материал также сильно нагревается, на величину ~1000°. Поэтому в верхнюю мантию он поступает аномально нагретым и более легким по отношению к окружающим областям.

   Рис. 12.6

   Благодаря пониженной плотности легкий материал всплывает в верхние слои верхней мантии, вплоть до глубин в 100–200 км и менее. Температура плавления составляющих его веществ с понижением давления сильно падает. Поэтому на небольших глубинах происходит частичное плавление легкого материала и вторичная дифференциация по плотности, после первичной дифференциации на границе ядро – мантия. Выделяющиеся при дифференциации более плотные вещества погружаются в нижние части верхней мантии, а наиболее легкие – всплывают наверх. Совокупность движений вещества в мантии, связанных с перераспределением в ней веществ с различной плотностью в результате дифференциации, можно назвать химической конвекцией.
   Подъем легкого материала по каналам в нижней мантии происходит периодически с интервалами примерно в 200 млн. лет. В эпоху его подъема за время в несколько десятков миллионов лет и менее в верхние слои Земли с границы ядро – мантия поступают крупные массы сильно нагретого легкого материала, соответствующие по объему слою верхней мантии мощностью в несколько десятков километров и более. Однако внедрение легкого материала в верхнюю мантию происходит не повсеместно. Каналы в нижней мантии расположены на больших расстояниях друг от друга, порядка нескольких тысяч километров. Они могут образовывать и линейные системы, где каналы располагаются ближе друг к другу, но сами системы также будут сильно удалены друг от друга. Прошедший через каналы легкий материал в верхней мантии всплывает в основном вертикально и заполняет области, расположенные над каналами (см. рис. 12.6), не распространяясь на большие расстояния в горизонтальном направлении. В верхних частях мантии недавно внедрившиеся крупные объемы легкого материала образуют сильно выраженные высокотемпературные неоднородности с повышенной электропроводностью, пониженными скоростями упругих волн и их повышенным затуханием. Горизонтальный масштаб неоднородностей в поперечном направлении ~1000 км…
   В верхних слоях верхней мантии происходит резкое понижение вязкости ее вещества. Благодаря этому на глубинах в среднем от 100 до 200 км образуется слой пониженной вязкости – астеносфера. Ее вязкость в областях сравнительно холодной мантии η ~ 1019– 1020 пуаз.
   Там, где в астеносфере расположены недавно поднявшиеся с границы ядро-мантия крупные массы легкого нагретого материала, вязкость этого слоя падает еще сильнее, а мощность увеличивается. Над астеносферой находится много более вязкий слой – литосфера, которая в общем случае включает кору и верхние, наиболее холодные и вязкие слои верхней мантии. Мощность литосферы в стабильных областях ~100 км и достигает несколько сотен км. Значительное повышение вязкости, по крайней мере на три порядка величины, происходит и в мантии под астеносферой.
   Химическая конвекция связана с большими перемещениями крупных масс вещества в верхней мантии. Однако течения в мантии сами по себе не приводят к значительным вертикальным или горизонтальным смещениям литосферы. Это связано с резким понижением вязкости в астеносфере, играющей роль смазочного слоя между литосферой и основной частью мантии, расположенной под астеносферой. Из-за существования астеносферы вязкое взаимодействие литосферы с течениями в подстилающей мантии, даже при их большой интенсивности, оказывается слабым. Поэтому тектонические движения земной коры и литосферы не связаны непосредственно с этими течениями» [Артюшков, с. 288–291] и механизмы вертикального и горизонтального движения литосферы требуют особого рассмотрения.

12.5.1. Вертикальные движения литосферы

   «В областях внедрения в астеносферу крупных масс сильно нагретого легкого материала происходит его частичное плавление и дифференциация. Выделившиеся при дифференциации наиболее легкие компоненты легкого материала, всплывая наверх, быстро проходят через астеносферу и достигают подошвы литосферы, где скорость их всплывания резко падает. Это вещество в ряде областей образует скопления так называемой аномальной мантии в верхних слоях Земли. По составу она примерно соответствует нормальной мантии под корой в стабильных областях, но отличается гораздо более высокой температурой, до 1300— 1500°, и пониженными скоростями продольных упругих волн. Из-за повышенной температуры плотность аномальной мантии оказывается ниже плотности нормальной мантии. Ее поступление под литосферу приводит к изостатическому поднятию последней (по закону Архимеда – А.Л.).
   … Благодаря высокой температуре вязкость аномальной мантии очень низка. Поэтому поступая к литосфере, она быстро растекается вдоль ее подошвы, вытесняя ранее располагавшееся здесь менее сильно нагретое и более плотное вещество астеносферы. При своем движении аномальная мантия заполняет те области, где подошва литосферы приподнята, – ловушки, и обтекает глубоко погруженные участки подошвы литосферы – антиловушки. В результате кора над ловушками испытывает изостатическое поднятие, а над антиловушками в первом приближении остается стабильной.
   Охлаждение коры и верхнего слоя мантии до глубины ~100 км происходит очень медленно и занимает несколько сотен миллионов лет. Поэтому неоднородности мощности литосферы, обусловленные горизонтальными температурными вариациями, обладают большой инерционностью.
   … Если ловушка расположена вблизи от восходящего потока аномальной мантии из глубины, то она захватывает ее в большом количестве и сильно нагретой. В результате над ловушкой образуется крупное горное сооружение… По этой схеме возникают высокие поднятия в области эпиплатформенного орогенеза (горообразования) в складчатых поясах на месте бывших невысоких горных сооружений, а также на островных дугах.
   … Слой аномальной мантии в ловушке под бывшим щитом при охлаждении сжимается на 1— 2 км. При этом расположенная над ним кора испытывает погружение, а в образующемся прогибе накапливаются осадки (см. рис. IV. 11). Под их тяжестью литосфера дополнительно погружается. Конечная глубина сформировавшегося таким образом осадочного бассейна может достигать 5— 8 км.
   Одновременно с уплотнением мантии в ловушке в нижней части базальтового слоя коры может происходить фазовое превращение базальта в более плотные гранатовый гранулит и эклогит. Оно также способно обеспечить сжатие литосферы на величину до 1— 2 км и погружение до 5— 8 км при заполнении прогиба осадками.
   Описанные процессы сжатия в литосфере развиваются медленно, за времена ≥ 102 млн. лет. Они приводят к образованию осадочных бассейнов на платформах. Их глубина определяется интенсивностью уплотнения мантии в ловушке и вещества коры в базальтовом слое и может достигать 15— 16 км.
   … Тепловой поток, идущий из аномальной мантии, прогревает вышележащую мантию в литосфере и понижает ее вязкость. Поэтому аномальная мантия постепенно вытесняет расположенную в литосфере более плотную нормальную мантию и поступает на ее место к коре, значительно охладившись. При контакте аномальной мантии имеющей температуру Τ– 800— 900 °C, с базальтовым слоем коры в этом слое за время ~ 1— 10 млн. лет развивается фазовый переход в эклогит. Плотность эклогита выше плотности мантии. Поэтому он отрывается от коры и погружается в расположенную ниже астеносферу. Сильно утоненная кора изостатически погружается (см. рис. 12.6), и при этом возникает глубокая впадина, вначале заполняющаяся водой, а впоследствии–мощной толщей осадков. По описанной схеме образуются депрессии внутренних морей с консолидированной корой сильно пониженной мощности. Примерами могут служить Черноморская впадина и глубоководные впадины западного Средиземноморья.
   Над областями подъема материала из мантии обычно развиваются как восходящие, так и нисходящие движения. Высокие горные сооружения образуются при заполнении высокотемпературной аномальной мантией (T≥1000 °C) ловушек под щитами и невысокими горами. Внутренние моря возникают на месте соседних осадочных бассейнов при проникновении к коре охладившейся аномальной мантии с Τ– 800— 900 °C. Сочетание образовавшихся на новейшем этапе высоких гор и глубоких впадин в настоящее время характерно для Альпийского геосинклинального пояса Евразии.
   …Подъем аномальной мантии из глубины происходит в различных областях Земли. Если ловушки оказываются поблизости от таких областей, то они вновь захватывают аномальную мантию, а расположенная над ними территория снова испытывает поднятия. Антиловушки в большинстве случаев обтекаются аномальной мантией, и кора под ними продолжает погружаться» [Артюшков, с. 291–293].

12.5.2. Горизонтальные движения литосферы

   «Образование поднятий при поступлении к коре аномальной мантии на океанах и континентах увеличивает потенциальную энергию, запасенную в верхних слоях Земли. Кора и аномальная мантия стремятся растечься в стороны, чтобы сбросить этот излишек энергии. В результате в литосфере возникают большие добавочные напряжения, от нескольких сотен бар до нескольких килобар. С этими напряжениями связаны различные типы тектонических движений земной коры.
   Разрастание дна океана и дрейф материков происходят вследствие одновременного расширения срединно-океанических хребтов и погружения в мантию плит океанической литосферы. Под срединными хребтами расположены крупные массы сильно нагретой аномальной мантии (см. рис. 12.6). В осевой части хребтов они находятся непосредственно под корой мощностью не более 5— 7 км. Мощность литосферы здесь резко сокращена и не превышает мощности коры. Аномальная мантия растекается из области повышенного давления – из-под гребня хребта в стороны. При этом она легко разрывает тонкую океаническую кору, после чего в окружающих хребет океанических областях в литосфере возникает сжимающая сила ΣХР – 109 бар•см. Под действием этой силы возможно перемещение плит океанической литосферы в стороны от оси хребта. Разрыв, образующийся в коре на оси хребта, заполняется базальтовой магмой, выплавляющейся из аномальной мантии. Застывая, она образует новую океаническую кору. Таким образом происходит разрастание дна океана.
   

notes

1

2

3

4

   Архей – самая древняя геологическая эра, выделяемая в геохронологии Земли. Начало – около 3500 млн. лет, конец – 2500— 2700 млн. лет назад. Для архея характерна активная вулканическая деятельность. Органическая жизнь в архее представлена микроорганизмами прокариотами, существовавшими в бескислородной среде. Протерозой – геологическая эра, следующая за археем. Начало – 2500— 2700 млн. лет, конец – 630— 700 млн. лет назад. Для протерозоя характерны активные процессы осадкообразования. В протерозое появляются сине-зеленые водоросли, простейшие организмы, возникают многоклеточные организмы.

5

6

комментариев нет  

Отпишись
Ваш лимит — 2000 букв

Включите отображение картинок в браузере  →