Первичное образование земной коры. Разломы и движения


 

 

Земля сначала представляла собой одну из «капель» раскаленного вещества Галактики. После протекания ядерных и других реакций вещество Земли стабилизировалось и стало остывать. Процесс остывания Земли довольно сложный. Рассмотрим его в два этапа. Сначала выделим основные моменты, а затем рассмотрим подробно весь процесс. При этом обращаем внимание, что рассматривать будем только чисто физический процесс остывания Земли (как и всякого другого небесного тела), не касаясь геологических преобразований при ее остывании. Рассмотрение геологических преобразований не входит в задачу данной работы.

Из школьного курса физики известно, что практически все вещества при нагревании расширяются (увеличиваются в размерах), а при остывании сжимаются (уменьшаются в размерах). Исключением являются только некоторые вещества, например лед.

При остывании на поверхности Земли образовался наиболее остывший и затвердевший слой – кора. Здесь и в дальнейшем, в отличие от геологического деления Земли на слои, будем рассматривать только две ее фазы – твердую, которую будем называть корой, и жидкую, которую будем называть расплавленной массой. При дальнейшем остывании расплавленная масса уменьшалась в объеме и ее поверхность уменьшалась в большей степени, чем поверхность коры. Это объясняется тем, что кора более остывшая, чем расплавленная масса, и температура её меняется медленнее. Вследствие этого под корой образовалась полость, в которой отсутствовало и твердое и жидкое вещество. Такие полости образовываются, например, в чугунных отливках при ускоренном остывании отливки, когда поверхностный слой остывает и затвердевает значительно быстрее, чем внутренние слои.

Тонкая земная кора таких больших размеров не могла долго удерживаться, разрушалась и падала на расплавленную массу. Вызванные этим обвалом землетрясения еще в большей степени способствовали разрушению коры. Процесс нарастал лавинообразно. После этого снова образовывалась кора, уже более толстая, из обвалившихся обломков и вновь остывшей расплавленной массы. Под корой снова образовывалась полость, снова разрушалась кора, и процесс повторялся. Обвалы стали более катастрофичными, когда на поверхности Земли стала конденсироваться вода. Протекая в проломы коры, вода попадала на раскаленную поверхность расплавленной массы, взрывалась и вызывала разрушительные землетрясения.

Обвалы земной коры повторялись неоднократно и будут повторяться до тех пор, пока земная кора станет настолько толстой и прочной, что перестанет разрушаться. Каждый обвал в наше время представляет собой всемирный потоп, катастрофу необычайной разрушительной силы. Известия о последнем потопе дошли и до нас из разных источников.

Внутренние слои земли

Изображение: внутренние слои земли (Источник: BBC)

Теперь рассмотрим более подробно процесс остывания Земли, начиная с того времени, когда Земля стала жидкой, расплавленной массой. Поверхностный слой Земли остывал быстрее потому, что излучал много тепла непосредственно в холодное пространство. Внутренние же слои были прикрыты внешними слоями как одеялом, к тому же еще и горячим. Поэтому тепло от внутренних слоев не могло свободно уходить в пространство, и они остывали медленнее. Пока поверхностный слой был жидким, ничего особенного не происходило.

При снижении температуры поверхностного слоя до определенного значения, он затвердел, появилась земная кора. Однако температура коры еще оставалась довольно высокой, и кора, как и до затвердения, продолжала остывать более интенсивно, чем оставшаяся расплавленная масса. Вследствие этого, поверхность коры уменьшалась быстрее, чем поверхность расплавленной массы. В этих условиях кора испытывала растяжение, появились разломы, вызывающие землетрясения. В местах разломов кора раздвигалась, и трещины заполнялись расплавленной массой. Разумеется, разрыв коры в местах разлома, как и всякий разрыв твердого тела, происходит не по четко очерченной прямой и сопровождается множеством более мелких трещин вблизи разлома.

Расплавленная масса в трещинах застывала и скрепляла расколовшиеся части коры. Кора дальше остывала и снова разрывалась. Процесс повторялся. Так было до установления равновесия, при котором скорости уменьшения поверхностей земной коры и расплавленной массы стали одинаковыми. Это наступило вследствие снижения температуры коры и, следовательно, уменьшения ее теплоотдачи.

В дальнейшем кора продолжала остывать, и ее теплоотдача продолжала уменьшаться. Следовательно, скорость остывания коры становилась меньше и меньше, тогда как скорость остывания расплавленной массы оставалась практически неизменной. В результате наступило время, когда скорость остывания коры стала меньше скорости остывания расплавленной массы. Это привело к тому, что поверхность коры стала уменьшаться медленнее, чем поверхность расплавленной массы, и под корой появилась полость. Поскольку кора не находилась больше в контакте с расплавленной массой, то со временем их температуры стали отличаться в большей степени, чем тогда, когда кора лежала на расплавленной массе и подогревалась этой массой.

Как и было указано выше, через некоторое время кора разрушалась и падала на расплавленную массу. В дальнейшем, подобно чайнику поставленному на горячую плиту, кора стала нагреваться теплом, поступающим из расплавленной массы, и от нагрева расширяться. Этот процесс длился до выравнивания температур на стыке коры и расплавленной массы, после чего расширение прекращалось. Земля, таким образом, приходила в исходное состояние, но только при более низкой температуре, меньшем диаметре земного шара и более толстой земной коре.

При дальнейшем остывании процесс повторялся, как было описано выше. Поверхность коры сначала уменьшалась быстрее, чем поверхность расплавленной массы, появлялись разломы. Затем устанавливалось равновесие в уменьшении поверхностей. Затем поверхность коры уменьшалась медленнее, чем поверхность расплавленной массы, появлялась полость, разрушалась кора и т. д.

Все это повторялось много раз, повторяется сейчас и будет повторяться до тех пор, пока земная кора станет настолько толстой и прочной, что перестанет разрушаться.

Процесс следует понимать так, что отношение температур коры и расплавленной массы все время колеблется около среднего значения. Температура расплавленной массы монотонно убывает примерно равномерно. Температура же коры значительно меняется. После катастрофы кора нагревается, температура ее выше средней (также монотонно убывающей), затем падает до средней и дальше ниже средней. И так до катастрофы.

Следует учесть, что в результате остывания Земли ее кора становится все толще и толще. Поэтому описанные выше процессы протекают все медленнее и медленнее, а катастрофы при этом становятся все грандиознее. Более толстая кора дольше нагревается, дольше остывает и имеет большую прочность, вследствие чего является более устойчивой и дольше сохраняется не разрушаясь после появления полости под ней. Следовательно, и полость образовывается побольше. Таким образом, со временем катастрофы становятся более разрушительными и повторяются все реже и реже, и так до полного их прекращения.

Рассмотрим подробно фазы цикла: разрушение коры, нагрев и расширение коры, остывание и сжатие коры, образование полости под корой.

В фазе, когда появилась полость между корой и расплавленной массой, т. е. перед разрушением коры, поверхность коры заметно больше поверхности шара, образованного расплавленной массой Земли. Поэтому при разрушении кора не может разместиться на расплавленной массе в один слой. Края одних обломков коры ложатся на края других. Под тяжестью верхних обломков нижние вдавливаются в расплавленную массу, а верхние возвышаются над нижними и над поверхностью Земли. Образованные таким образом впадины заполняет вода. Так образовались некоторые горы и моря. Если внимательно посмотреть на строение некоторых гор, например на Кавказе, то нетрудно убедиться в том, что это – нагромождение одних участков коры на другие. Отчетливо видны слои коры, которые расположены, как правило, не горизонтально. Когда кора раскололась, эти слои обнажились и видны до сих пор. В районе Багамских островов группой исследователей под руководством Ж. Кусто были обнаружены подводные пещеры, в которых сталактиты отклонены на 15 градусов от вертикального положения. Это означает, что один край обломка коры, в котором находится пещера, был вдавлен в расплавленную массу, и обломок перекосился на 15 градусов и опустился в воду.

Разрушение коры можно представить примерно так. Началом служит локальная катастрофа. В каком-нибудь месте обваливается земная кора. Это может быть вызвано взрывом вследствие локальной ядерной реакции в расплавленной массе Земли, падением метеорита или другой причиной. В образовавшуюся брешь хлынут огромные массы воды, например Тихий океан. При воздействии высокой температуры расплавленной массы вода взрывается. Под действием взрыва земная кора раскалывается на части и падает на расплавленную массу. Вода затекает в новые трещины, возникают новые взрывы, новые разрушения.

Расположение обломков коры и воды после катастрофы

На рисунке 1 упрощенно показано как могут располагаться обломки коры и вода после катастрофы.

Следует понимать, что рисунок выполнен не в масштабе. Масштаб нарушен, чтобы рисунок был удобочитаем. Большие обломки не всем основанием ложатся на расплавленную массу. Края таких обломков приподняты (см. рис. 1 слева). Это обусловлено тем, что радиус шара расплавленной массы меньше, чем радиус сферы коры. Под действием силы тяжести и при воздействии взрывов такие обломки раскалываются в местах опоры на расплавленную массу (см. рис. 1 справа). Образовавшиеся трещины заполняются водой, образовываются средиземные моря, такие как Средиземное, Красное, Японское, Атлантический океан и др. Образовываются также и новые материки, и новые моря. На рис. 1 слева показано как соберется вода, которая находилась на поверхности коры (см. пунктирную линию). После того, как большой обломок расколется, вода уйдет в другие места (см. рис. 1 справа). Также в воду может погружаться то один, то другой край обломка, в зависимости от того, какие силы на него будут действовать. Например, на один край, приподнятый над водой, обрушился другой обломок и утопил этот край в расплавленную массу. Тогда противоположный край обломка приподнимется и выйдет из воды, если он был погружен в воду. Или наоборот, утопленный край обломка коры откалывается и обломок, освободившись, выравнивается. Поэтому при всемирном потопе не везде была вода и не везде она удержалась там, где была.

Кроме материков образовывается также много островов. Это и частично утонувшие образованные ранее горы и открошившиеся от больших обломков (материков) небольшие обломки (острова). Если основания у отколовшихся островов узкие и материал их легко размывается водой, то такие острова со временем теряют твердое основание под собой и тонут в образовавшейся из них грязи. Надо полагать, что так утонула Атлантида.

Катастрофа представляет собой грандиозное явление. Сейчас известно, что температура внутри Земли 6000°. Температурный коэффициент расширения той смеси веществ, с которой состоит земная кора, приблизительно равен в нормальных условиях 14.·10–6/град. Допустим, что через много лет после образования коры толщиной 5...10 км температура расплавленной массы уменьшилась на 200°. И также допустим, что температурный коэффициент расширения остаётся всё тем же и при высокой температуре. Тогда радиус шара расплавленной массы уменьшится на

6000 · 200 · 14 · 10–6  17 км.

Таким образом, при разрушении кора и все, что находится на ней, будет падать на глубину 17 км. Если в этих расчётах мы ошиблись даже в десять раз, то и тогда глубина будет около 2 км.

При катастрофе после обвала земной коры радиус Земли уменьшается. Это приводит к тому, что она начинает быстрее вращаться вокруг оси, может даже изменить свое положение относительно оси. Атмосферное давление увеличивается. Из-под земной коры выходит огромное количество газа и пара, из поверхности поднимается много пыли. Пар конденсируется, и льют непрерывно ливневые дожди.

В книге А. А. Горбовского «Загадки истории» собраны из некоторых источников сведения о последней такой катастрофе на Земле – всемирном потопе. Чтобы у читателя было лучшее представление о грандиозности этой катастрофы, ниже приведены выдержки из этой книги.

Наиболее известный источник – Библия не является первоисточником. Она сама почерпнула сведения о потопе из древних источников. О потопе рассказывается в глиняных табличках ассирийского царя, в священной книге персов «Зенд-Авеста», в религийных текстах древней Индии и древнего Египта. Наиболее ярко описано это явление на американском континенте. В рукописях майя говорится, что небо приблизилось к земле и в один день все погибло. Даже горы скрылись под водой. Лава кипела и бурлила с громким шумом. Поднимались горы красного цвета. В преданиях индейцев киче с Гватемалы говорится: «Был большой потоп, который сопровождался дождем из раскаленной смолы. Люди бежали охваченные отчаянием и безумием. В ужасе они пытались залезть на крыши домов, которые разрушались и сбрасывали их на землю. Они пытались залезть на деревья, но ветки стряхивали их, люди искали спасения в пещерах, и они хоронили людей. Свет помрачнел, днем и ночью лил дождь. Так была закончена гибель человечества, обреченного на уничтожение». В преданиях индейцев бассейна реки Амазонки говорится, что послышался страшный рев и грохот. Все утонуло во тьме, а затем на землю хлынул ливень, который смыл все и затопил весь мир. Во многих источниках говорится о резком похолодании после катастрофы. Согласно с китайским преданием, небо в то мгновение стало падать на север. (Здесь надо понимать, что не небо падало, а материк подвинулся на юг).

В преданиях Вавилона и Индии указано, что катастрофы повторяются периодически, циклично. Египетские жрецы говорили, что человечество потрясали в прошлом и еще постигнут в будущем многочисленные катастрофы. Майя постоянно ожидали повторения бедствия. Библия тоже указывает на катастрофу в будущем – конец света.

Так описывается в древних источниках последняя катастрофа, последний всемирный потоп.

Похоже, что такая катастрофа недавно случилась на Венере. Поднятые в ее атмосферу пыль и дым уже несколько столетий наблюдаются в верхних слоях ее атмосферы. Надо полагать, что в нижних слоях атмосферы пыль и дым уже выловлены парами воды и выпали в виде осадков. В верхних слоях паров воды мало, поэтому пыль и дым сохраняются долго. О таком состоянии Венеры свидетельствует ее так называемый «пепельный свет». Когда смотреть на Венеру с неосвещенной стороны, то видно, что она светится слабым пепельным светом. Это означает, что лучи Солнца проникают через оболочку из пыли и дыма и подсвечивают эту оболочку изнутри. Освещенная изнутри оболочка светится довольно ярко. Отраженные от освещенных участков оболочки лучи рассеиваются по всей оболочке, и она светится слабым светом.

Надо полагать, что катастрофы являются причиной возникновения льдов вблизи полюсов в ледниковый период. Действительно, во время катастрофы в атмосферу выбрасывается огромное количество пыли и дыма. Солнце закрывается сплошной завесой из пыли и дыма на долгие годы, и лучи Солнца не доходят до поверхности Земли. Поступившее из недр Земли тепло вскоре рассеивается, и на Земле наступает похолодание. В результате вблизи полюсов и в умеренных широтах скопляются льды. После того, как значительная часть пыли и дыма, образованных при катастрофе, выпадет в осадки, лучи Солнца станут достигать поверхности Земли и обогревать ее. Излучению тепла из поверхности Земли будут препятствовать оставшиеся в атмосфере пыль и дым, и в определенный период наступает так называемый парниковый эффект. Льды тают и под действием центробежной силы и силы тяготения сползают по направлению к экватору.

Катастрофа на многие годы меняет условия на Земле, а изменение атмосферного давления и связанные с ним изменения остаются навсегда. Живые организмы и растения, не сумевшие приспособиться к новым условиям, вымирают. Выживают только физически сильные особи.

В силу тяжелых условий и тяжелой борьбы за жизнь основная масса человечества вымирает, а оставшиеся деградируют. После выживания человечество снова начинает развиваться, причем, потерянные навыки и знания в потомстве восстанавливаются. Вот почему человечество в своем развитии идет гигантскими шагами. Оно просто восстанавливает то, что раньше было потеряно по той или иной причине.

Следует заметить, что перед катастрофой человечество имеет очень высокий уровень цивилизации, высокий уровень знаний и технологий. Мы с удивлением смотрим на грандиозные древние сооружения, не находим ответа на вопрос о том, как в древности строители передвигали и укладывали огромные каменные блоки весом до 200 тонн и даже больше. Значит умели. И не кололи на части эти блоки потому, что умели передвигать. Может быть для этой цели использовали воздушные шары. Есть много и других свидетельств о высоком уровне знаний в древности, это и медицинские знания, и астрономические знания, и летательные аппараты в Индии, и города с домами со всеми современными удобствами (водопровод, канализация, ванная и пр.), найденные в раскопках в Индии. Этот перечень можно продолжать еще долго.

После катастрофы для оставшихся в живых главной заботой является добыть пищу, спрятаться от ненастья, перебороть болезни. Изменившийся состав воздуха угнетает организм. Поэтому все остальное забывается и человек деградирует, приближаясь все время в потомстве к первобытному человеку. И только приспособившись и окрепнув физически человек снова становится на путь развития.

Вследствие катастроф образовались современные материки. Америка откололась от Африки и Европы, Европа и Азия также откололись от Африки. Причем, это произошло сравнительно недавно. Австралия и Антарктида, очевидно, образовались в глубокой древности. Сразу после катастрофы материки плавают на расплавленной массе и могут перемещаться друг относительно друга довольно быстро и на значительные расстояния. В дальнейшем расплавленная масса между материками затвердевает, и скорость передвижения их уменьшается, или же они совсем останавливаются.

Не все материки и другие обломки коры лежат на расплавленной массе всем своим основанием (см. рис. 1). В большинстве своем они одним краем, или в нескольких местах лежат на других обломках. Тогда они провисают, как мост на сваях. В местах провисания кора имеет напряжения и рано или поздно дает трещину. Это сопровождается землетрясением. Чаще всего землетрясения наблюдаются в горах, где как раз и взгромоздились одни обломки коры на другие, и, следовательно, кора имеет наибольше напряжений.

Перед катастрофой кора не только сверху, но и в основании имеет температуру значительно меньше, чем температура расплавленной массы. Это обусловлено наличием полости между корой и расплавленной массой. Теплопроводность земной коры и расплавленной массы выше, чем теплопроводность газов, заполняющих полость. Поэтому верхние слои расплавленной массы получают больше тепла от внутренних слоев, чем передают через газ коре. Нижние слои коры передают через толщу коры верхним ее слоям также больше тепла, чем получают его через газ от расплавленной массы. Это и приводит к значительной разности температур.

После катастрофы кора находится в соприкосновении с расплавленной массой. В связи с тем, что расплавленная масса более горячая, чем кора, кора начинает нагреваться и, следовательно, расширяться. Кроме того, расплавленная масса продолжает остывать, и ее объем и поверхность уменьшаются.      

Что же происходит при этом?

В тех местах, где края одних обломков лежат на краях других, обломки наползают друг на друга, или подползают друг под друга. А в тех местах, где обломки лежат встык друг с другом, т. е. находятся на одном уровне, они начинают упираться друг в друга и деформировать друг друга. Кора в этих местах сжимается в складки или края обломков выпучиваются вверх (см. рис. 2). Многие горы образовались таким образом. Как сейчас принято говорить, «выросли».

Образование гор

Поскольку нагреваются и расширяются в большей степени нижние слои коры, то верхние слои испытывают растяжение и на поверхности коры появляются трещины (поверхностные разломы). На изгибах коры также появляются разломы как поверхностные, так и глубинные, в зависимости от того, куда направлен изгиб. Например, у подножья гор растяжение испытывают нижние слои и там происходят глубинные разломы.

Описанный процесс длится до тех пор, пока кора нагревается расплавленной массой. Как только нагрев закончится, так и прекратится расширение коры. Но горы и складки, описанные выше (см. рис. 2), будут еще расти некоторое время. Это объясняется тем, что сразу после нагрева кора еще не сжимается, а поверхность расплавленной массы продолжает уменьшаться.

В связи с тем, что после разогрева коры ее температура стала выше средней, теплоотдача коры стала больше, и остывать она стала быстрее. В итоге скорости уменьшения поверхностей коры и расплавленной массы выравниваются и горообразование прекращается.

Следует иметь в виду, что средней температурой здесь считается не постоянная какая-то температура, а постоянно убывающая при остывании Земли. На рис. 3 показано как меняется во времени средняя температура коры и температура коры в текущий момент времени. На рисунке не выдержаны ни масштаб, ни взаимное расположение кривых. Это сделано для большей удобочитаемости рисунка. Разумеется, температура коры не одинакова по толщине коры. Учесть все процессы, происходящие в разных слоях коры, довольно сложно и в данной работе нет смысла это делать. Поэтому в данной работе рассматривается только некоторая усредненная по толщине коры температура коры.

Изменение средней температуры коры со временем

После окончания нагрева коры Земля пришла как бы в исходное состояние, описанное выше, только при более низкой температуре и более толстой коре. Следовательно, процесс остывания Земли будет повторяться, как было описано выше.

После катастрофы происходит не только нагрев коры расплавленной массой, а и охлаждение поверхности расплавленной массы корой. В результате этого, а также вследствие общего остывания Земли у основания коры образовывается новый слой коры (слой затвердевшей расплавленной массы). Разумеется, этот слой вначале имеет очень высокую температуру и при дальнейшем остывании сжимается более интенсивно, чем оставшаяся жидкой расплавленная масса. Верхние слои коры, как указано выше, также нагреты до температуры выше средней, поэтому остывают и сжимаются  также быстрее, чем поверхность расплавленной массы. Следовательно, кора уменьшается в размерах быстрее, чем поверхность расплавленной массы. В результате поверхность коры становится меньше, чем поверхность расплавленной массы, и кора испытывает растяжение. В этих условиях появляются разломы коры. Как правило, это происходит в наиболее слабых местах, где обломки были в соприкосновении торцами друг с другом, или там, где торцы обломков не касались друг друга. Мало вероятно, что обломки, лежащие друг на друге, будут сползать друг из друга, так как удерживать их будет сила трения. Еще менее вероятно, что обломки будут крошиться на более мелкие, так как силы, необходимые для этого, практически отсутствуют – обломки плавают на жидкой массе.

Таким образом, основные процессы при остывании коры происходят или на равнинном дне морском, где обломки не приходили  в соприкосновение, или же в горах образованных выпучиванием коры, как в море, так и на суше. Трещина появляется в месте соприкосновения двух обломков и постепенно расширяется. Горный хребет делится вдоль на два хребта, которые постепенно удаляются друг от друга. Образовавшаяся трещина постоянно заполняется расплавленной массой, которая застывает и образовывает кору в трещине. Так образовались срединно-океанские хребты и рифты. Они должны быть и на материках, где в древние эпохи были крупные разломы.

Если разломы коры при катастрофах совпадают два или несколько paз, то хребты и рифты могут иметь сложное строение. Например, первичные два хребта и рифт между ними, в рифте вторичные два хребта и рифт между ними, во вторичном рифте третичные два хребта и рифт и т.д. Но если разломы при катастрофах получаются на новом месте каждый раз, то хребты и рифты могут располагаться рядом друг с другом, под углом друг к другу, пересекаться и т.д.

Сжимаются при остывании в большей степени нижние слои коры. Это объясняется тем, что нижние слои имеют более высокую температуру и, следовательно, больше расширены, чем верхние слои. При остывании температура слоев несколько выравнивается, т. е. нижние слои остывают интенсивнее и сжимаются в большей степени. Это приводит к тому, что нижние слои коры испытывают растяжение, а верхние – сжатие. В результате в нижних слоях появляются  трещины (глубинные разломы), сопровождаемые землетрясениями, а верхние слои сжимаются и выпучиваются, образуя на поверхности Земли сопки, плоскогорья, долины и другие неровности.

По мере дальнейшего остывания Земли, температура земной коры становится ниже средней (см. рис. 3) и теплоотдача коры уменьшается. В связи с уменьшением теплоотдачи, скорость остывания и уменьшения поверхности коры уменьшается и выравнивается со скоростью уменьшения поверхности расплавленной массы. В таком равновесном состоянии Земля находится довольно долго. За это время расплавленная масса в рифтах и разломах успевает значительно остыть, образовать достаточно мощную кору, которая как бы склеивает отдельные обломки коры в сплошную поверхность шара. В таком состоянии кора имеет значительную устойчивость.

При дальнейшем остывании Земли кора сжимается все медленнее и медленнее, тогда как скорость сжатия расплавленной массы остается практически неизменной в пределах рассматриваемого промежутка времени. Наступает время, когда скорость уменьшения поверхности коры становится меньше скорости уменьшения поверхности расплавленной массы. В результате под корой образовывается полость.

В заключение следует сказать, что на формирование земной коры воздействует не только остывание Земли, а и процессы преобразования пород, и осадки космической пыли.

Литература: А. М. Гулый.  Вселенная,  авторское  издание,  Сумы, 1996 г.

 


 

Реклама