Факторы развития Земли


 
Фото: NASA

Противоречие геологических систем и факторы их развития

Решение основного противоречия геологических систем кроется в ответе на вопрос: что определяет их самостоятельность и зависимость. В этом плане представляет интерес мысль, высказанная Б.М. Кедровым: "условия существования неорганического тела как такового является отсутствие обмена веществ между ними и окружающей его средой", которая достаточно четко указывает, что любая неорганическая система химически самостоятельна. Следует заметить, что несмотря на допущенную здесь категоричность, химическая самостоятельность неорганических систем скорее наступает в планетарный этап развития материи и не является абсолютной, мысль является верной для Земли в целом для всех планет солнечной системы.

Если система является химически самостоятельной и процессы, идущие в ней, имеют физико-химическую основу, то естественно возникает представление о зависимости ее развития от физических факторов, т.е. об ее физической зависимости. Действительно Земля как элемент солнечной системы, галактики и космоса связана с последними энергетическим обменом, выраженным в изменении ее температуры, гравитационного, магнитного и других  полей.

Из вышеизложенных соображений можно сделать заключение, что развитие Земли определяется ее основным противоречием - противоречием между ее химической самостоятельностью и физической зависимостью.

Установление основного противоречия оказывается недостаточным для более полного раскрытия индивидуальных особенностей развития материальных систем, в том числе планет, поэтому, как было сказано выше, наряду с основным противоречием системы необходимо устанавливать и определяющую форму ее движения. Эго утверждение возникает при сравнении пути развития, например. Земли и Луны. Оба тела имеют много сходных черт: шарообразная форма, оболочечное строение, полярную асимметрию, здесь и там проявлены вулканические и интрузивные процессы и т.д., и в то же время пути развития их отличаются весьма  разительно - на Луне нет осадочных пород, гранитоидов, нет жизни и т.д. То же самое можно сказать при сравнении Земли и астероида, Земли и отдельно взятого кристалла. Причину отличия в пути развития этих систем мы видим в различном наборе форм движения. На Земле, в силу ее особенного химического состава, наряду с механической и физической, возникла химическая форма движения, выраженная в химическом обмене веществ между ее сферами, в то время как на Луне обмен веществ осуществляется только механическими и физическими способами.

Такой "двухкоординатный" подход к развитию планет оказывается плодотворным для объяснения практически всех особенностей их развития. Он позволяет также ответить на вопрос, почему именно на Земле возникла жизнь, потому, что здесь происходил массовый химический обмен веществ, являющийся необходимой предпосылкой для возникновения жизни.

Факторы развития Земли

К решению поставленного вопроса можно подойти различными путями. Выше с точки зрения цикличности развития материальной системы было определено, что факторов развития должно быть не менее трех. Однако цикличность не объясняет ни индивидуальную особенность развития той или иной системы, ни ее устойчивость, т.е. еще минимум 1 - 2 фактора должна участвовать в развитии материальной системы.

Благодаря диалектике мы знаем, что в основе развития любой материальной системы лежат противоречия, обусловленные полярными противоположностями - силами отталкивания и притяжения.. Отсюда можно сделать вывод, что в основе развития систем лежат минимум два фактора, один из которых в целом вызывает силы отталкивания, другой - силы притяжения. При одних и тех же силах отталкивания и притяжения каждая система развивается различно, отсюда предполагаем, что содержание систем является еще одним (третьим) фактором их развития.

Третий подход к определению развития факторов Земли исходит, что она является термодинамической системой, поскольку достоверно установлено, что изменения состояния ее вещества происходит в результате химической реакции, изменения температуры и давления.

Как видим ниже, каждый из этих подходов дополняет друг друга и в конечном итоге позволяет определить количество основных факторов и законов развития геологических систем.

Как известно, общая формула термодинамических процессов может быть написана следующим равенством:

ΔГ=ƒ(ΔР, ΔТ, ΔС)х,у,z,t

Поскольку в земных условиях давление является функцией объемного веса (Δσ), ускорения (Δg) и мощности земных слоев (ΔR), формула может быть преобразована следующим образом

ΔГ=f (Δσ, Δg, ΔR, ΔТ, ΔС)х,у,z,t

В существующих тектонических гипотезах за определяющую основу геологических процессов принимается тот или иной фактор, поэтому полнота раскрытия причин их происхождения не достигается.

Роль и значение факторов в происхождении и развитии геологических систем (Δσ, ΔR - изостатический фактор; Δg - гравитационный фактор; ΔТ - температурный фактор; ΔС - химический фактор), будут раскрыты в последующих главах, ниже остановимся на некоторых общих вопросах.

Термический фактор

Термический фактор, как один из факторов изменения окружающей действительности, использовался еще в эпоху становления человеческого разума. Как фактор развития Земли он оформился в виде контракционной гипотезы, которая господствовала около века. Согласно ее положениям Земля представлялась остывающим, поэтому и уменьшающимся в объеме, телом. В свое время эта гипотеза объясняла многие геологические факты, как уменьшение во времени магматической активности того или иного региона, консолидация их, падение степени метаморфизма и т.д.

С открытием радиационных источников тепла, а также обнаружением участков Земли, развивавшихся и развивающихся в условиях действия сил растяжения, контракционная гипотеза потеряла прежнее господство в геологической науке, хотя и проводились попытки ее возрождения в совокупности с изостазией или иными другими последующими гипотезами.

В настоящее время о роли термического фактора в развитии Земли существуют взаимоисключающие мнения, ни одно из которых не является общепризнанным. Попытки количественной ее оценки оказались бесплодными в силу различных причин, в первую очередь, из-за недостаточной достоверности исходных параметров и всякого рода допущений, не всегда имеющих бесспорные геологические основы.

Проблема холодного или горячего начала Земли может быть решена как на основании геологического материала, так и на основании законов развития материи.

Из закона сохранения движения вытекает, что во вселенной постоянно должны сосуществовать центры сгущения и разряжения материи. Центры сгущения материи, где кинетическая энергия переходит в тепловую, атомную, должны характеризоваться огромной температурой и давлением, а центры разрежения - практическим отсутствием вещества и сверхнизкой температурой. Центры сгущения, достигнув некоторого предела, должны взрываться и превратится в центры разрежения, а старые центры разрежения - в новые центры сгущения.

В переходных областях должно было бы наблюдаться или увеличение или уменьшение температуры небесных тел в зависимости от того на каком расстоянии они находятся от старого центра к новому центру сгущения материи. Очевидно, что до половины пути (видимо несколько более) небесные тела должны охлаждаться, а в следующей половине - нагреваться.

По астрономическим данным мы находимся в первой половине пути.

Такой общий подход к развитию небесных тел позволяет ратовать за первоначальное горячее происхождение Земли и планет солнечной системы, отбросить такие представления, как происхождение Земли за счет первоначальной межзвездной пыли, за счет вещества Солнца и т.д.

Огромный фактический материал, накопленный ныне геологией по метаморфизму, магматизму,  металлогении и т.д. не противоречит этому выводу и указывает на снижение температуры Земли за геологический период ее развития, продолжающийся в настоящее время.

Признание снижения температуры за геологический период ее развития требует оценки доли контракционных движений в геологии, в первую очередь, величин контракционных деформаций. Считается, что жизнь на земле зародилась примерно 2,5 - 3,0 млрд. лет назад. Если примем температуру на поверхности Земли того времени равной даже 100° С, то получим примерно сокращение радиуса Земли за этот период около 6,4 км. или 0,003 мм в год. Эта деформация, очень низкая по величине, в силу более или менее равномерного сокращения радиуса Земли не играет существенной роли в планетарной геологии.

Контракционные деформации возможны лишь в том случае, если подкоровые массы в силу каких-то причин остывают быстрее, чем земная кора. Однако подобное явление практически неосуществимо, так как внутреннее тепло отводится через верхние горизонты Земли.

При сокращении радиуса и, соответственно, объема Земли возможно увеличение глубины мирового океана. Расчеты показывают, что при сокращении радиуса Земли на 6,4 км.  при прочих равных условиях, происходит увеличение средней глубины океанов лишь на 6 метров. Эти перемещения очень малы по сравнению с происходившими колебаниями уровня мирового океана и поэтому не могут быть приняты в разряд определяющих.

Вышеприведенные прикидки и соображения по контракции позволяют нам считать, что контракция не играет существенной роли в общепланетарном масштабе.

Иную оценку она получает в локальном плане, например, при остывании интрузивных тел. Так при остывании тела с начальной температурой около 1000° С, каждые 1000 метров его длины сократятся на 10 метров. Этого пространства вполне достаточно для дополнительной инъекции интрузивного материала, гидротермального раствора или локализации месторожденийминерального сырья.

Температурный цикл из-за своей большей, чем геологический период развития Земли, продолжительности в геологических процессах отражается как направленность, т.е. температурный фактор определяет направленную (необратимую) составляющую в развитии глобальных земных процессов.

Температура участков Земли подвержена большим временным вариациям. Температурный градиент их неоднократно изменялся то в сторону уменьшения, то в сторону увеличения в соответствии с законами термической полярности-неравномерности, вызывая термические деформации, автономную активизацию регионов, неоднократный метаморфизм толщ.

Роль и значение термического фактора в происхождении и развитии Земли будут раскрыты ниже, здесь же отметим, что для решения многих задач геологии температура Земли (см. выше "Законы") может быть принята постоянной.

Гравитационный фактор развития Земли

Для многих задач астрономии и физики Земля принимается как абсолютное твердое тело или материальная точка. Но Земля не является таковой - она достаточно податливая система, реагирующая изменениями своих параметров на ничтожно малые отклонения потенциала гравитационного поля. Достаточно по этому поводу вспомнить суточные приливные колебания атмосферы, гидросферы и твердой оболочки Земли, как следствие проявления силы, составляющей всего порядка 0,02% от средней орбитальной силы солнечного притяжения.

Вследствие обязательной злипсоидальной орбиты Земли вокруг Солнца происходит колебательные изменения величины гравитационного поля. Разница силы тяготения в перигелии и афелии составляет около 7% от среднеорбитальной силы притяжения, а период колебания равен году, т.е. колебание среднеорбитальной силы притяжения превышает приливообразующие колебания по интенсивности в сотни раз и 365 раз по продолжительности. Действуя по плоскости эклиптики эти колебания должны вызывать изменения параметров геоида. Приблизительно от точки осеннего равноденствия до точки весеннего равноденствия Земля должна испытывать силы растяжения по плоскости эклиптики, а в другой части орбиты - силы сжатия. Соответственно должны изменятся степень сжатия геоида: в первой части орбиты она должна увеличиваться, а во второй уменьшаться. Рассматриваемые колебания не изменяют момента вращения Земли, поэтому изменения параметров геоида, должна сопровождаться соответствующими изменениями угловой скорости вращения Земли: в первой части орбиты угловая скорость должна уменьшаться, поскольку при увеличении степени сжатия геоида увеличивается момент инерции Земли, а во второй - увеличиваться.

Явление изменения угловой скорости вращения Земли известно: самое медленное вращение наблюдается в феврале -марте, самое быстрое - в августе - сентябре. Если бы Земля состояла из идеальной жидкости, то самое медленное вращение наблюдалась бы в перигелии (3 января), а самое медленное в афелии (5 июля). Отклонение вполне объяснимы эффектом запаздывания вязких систем.

Годовое изменение сжатия геоида должно было бы найти отражение в изменении широт той или иной местности, т.е. широты местностей должны быть подвержены годовой пульсации. Это явление известное в астрономии - одинаковые по величине и знаку изменения широт обсерваторий, отстоящих на противоположных сторонах от полюса, еще не получившие должного объяснения, трактуется нами как подтверждение выдвигаемого нами положения.

Колебания угловой скорости вращения Земли рядом исследователей объясняются изменением направления перемещения атмосферы в целом по отношению к литосфере, при этом причины последнего не раскрываются. Этот факт не опровергает выдвигаемое нами объяснение, а, наоборот, вытекает из него как следствие, - атмосфера является сферой более податливой, поэтому она в своем развитии опережает развитие литосферы, гидросферы. Тут мы вышли в область метеорологии а раз так, то углубимся немного далее, но лишь с той целью, чтобы убедится в реальном значении описываемого эффекта. Всем известно так называемое "бабье лето", время затишья в атмосферных процессах. С только что указанной различной податливости атмосферы, гидросферы и литосферы к изменениям потенциала силы тяжести вытекает, что два раза в год атмосферные и литосферные деформации должны прийти в соответствие. Это время должно наступить где - то между январем и июлем, июлем и январем - в марте - апреле и сентябре-октябре. И действительно, они наблюдаются и имеют планетарное распространение.

Попробуем оценить величину тектонических деформаций, используя известные формулы момента инерции вращающегося тела (эллипсоиды) и закона сохранения момента количества движений, согласно современным данным. Продолжительность суток в течении года меняется на ± 0,002 секунды, что дает изменение экваториального радиуса Земли ± 0,064 метра в год. или ± 64 мм в год, или изменение длины окружности ± 0,4 м(400 мм) в год.

Много ли это или мало?

Если исходить, что все 400 мм будут реализованы в геологических движениях по одной зоне, сходной с зоной Беньофа -Заварицкого, то есть в надвиге, то за 106 лет получим 40 км. горизонтальных перемещений, такая же будет величина растяжения - в сумме за один миллион лет 80 км относительных горизонтальных перемещений. Эта величина очень большая, даже если ее раскидать на 5 - 10 самостоятельных, раскинутых более и менее равномерно по теле Земли, зон.

Вертикальные изменения каждой из точек Земли составляет 64 мм в год, и если бы не было горизонтальных перемещений, то суммарное движение было бы равно нулю. Однако, как мы знаем, такого чистого колебания быть не может, свидетельство тому постоянное проявление различной формы горизонтальных перемещений литосферы в современное и прошлое времена, поэтому, хотя и радиус Земли не претерпит в среднем никакого изменения в год, одни участки Земли будут возвышаться, а соседние опускаться. Средняя скорость вертикальных геологических движений даже в современных горных странах не превышает 2 - 5 мм в год, а за более длительный промежуток времени по историческим геологическим материалам 1-2 мм в год и менее.

(Для палеозоя и мезозоя Казахстана вертикальные движения составляют от 0.002 до 0,25 мм в год). Это говорит, что роль изменения потенциала силы тяжести, вызванная эксцентриситетом орбиты Земли вокруг Солнца, в геологии огромна.

Последнее высказывание было бы еще более правильным, если бы земная кора и Земля в целом постоянно находились в состоянии напряжения, близкого к критическому или если бы передача напряжения по всему телу Земли переходила без существенных потерь на упругие деформации. Предпосылки к такому допущению есть - это напряженное состояние земной коры, установленное во многих участках Земли, возрастание литостатического напряжения с глубиной, которое намного превышает пределы упругости и прочности.

Если бы мы достоверно знали законы изменения эксцентриситета орбиты Земли во времени, то на основании вышеустановленной взаимосвязи могли бы оценить величину деформации геоида в любое время его существования. Однако такими данными мы не владеем и можем лишь строить более или менее удачные модели, весьма приблизительные к действительности. При этом мы опираемся на известные и довольно достоверно установленные опыты по аналогам, проверяя их на исторических материалах по геологии и астрономии.

Поскольку изменение эксцентриситета вытекает из эллипсоидальности орбиты небесных тел, включая солнечную систему, правомерно предположить его в виде синусоиды. Тогда максимумы величины эксцентриситета (плюс и минус эксцентриситеты в рассматриваемом случае несут одинаковую нагрузку - усиливаются деформации геоида) будут повторятся два раза в один галактический год, также как и нулевое значение эксцентриситета.

По астрономическим данным галактический год длится порядка 180 - 200 млн. лет, поэтому максимумы деформации следует ожидать примерно через 90 - 100 млн. лет. Галактический год на этом же основании может быть разделен на четыре периода по 44-55 млн. лет каждый, два из которых являются временем затишья, два - периодом "бурь". Очевидно, что максимумы проявления деформаций совпадают с временем прохождения перигалактийной и апогалактийной участков орбиты, а затишья - по середине, между ними.

Изменение потенциала силы как годовое, так и галактическое из-за меньшей, чем геологическая жизнь планеты, продолжительности отражается как цикличность, т.е. определяет цикличную составляющую в развитии Земли и его регионов.

Выше мы показали, что по количеству движения солнечно-приливная цикличность по сравнению с орбитальной цикличностью играет несуществующую роль, но все же нельзя полностью отбрасывать ее как не имеющая геологического значения. Как предполагают многие исследователи, солнечно-приливные изменения потенциала силы тяжести могут играть роль "спускового крючка", к чему мы присоединимся. Такую же роль видимо играет лунная составляющая потенциала силы тяжести, примерно такое же по величине напряжение создается в теле Земли в результате прецессионных изменений ее оси вращения. Несколько меньшие по величине напряжения могут создаваться колебаниями силы притяжения других тел солнечной системы. Все эти изменения потенциала силы тяжести в геологии, вероятно, носят случайный, местный и эпизодический характер.

В настоящее время по вопросу развития Земли существуют две концепции. Сторонники одной признают, что Земля развивается циклически - направленно, сторонники другой считают, что ее развитие идет необратимо - направленно, т.е. одни признают цикличность, а другие (напр. Спижарский) - нет.

В чем причина разногласий среди исследователей?

Их несколько. Во-первых, абсолютизация цикличности в геологических процессах, заключающаяся в желании найти такую цикличность, которая бы проявилась повсеместно. По этому поводу можно сказать, что хотя и цикличные изменения в величине деформаций в общепланетарном масштабе и происходят, не обязательно существование такого же изменения в конкретном участке Земли. Наоборот (см. закон неравномерности развития), если в одном участке изменения будут проявлены сильнее, чем среднее по площади Земли, то в другом участке они будут проявлены настолько же слабее. Во-вторых, неправильная постановка вопроса о совпадении времени проявления циклических деформаций с временем завершения или заложения той или иной геосинклинали, т.е. отожествление деформации и геологического развития в целом, что в корне неверно. В-третьих, трудность выделения циклических деформации среди деформаций иных происхождений, оно возможно в широкомасштабных обобщениях на материале всех регионов Земли, чем мы в достаточной мере в настоящее время не владеем.

Резюмируя сказанное, я хотел бы еще раз подчеркнуть, что планетарное не есть региональное и не сумма региональных.  Что напряжения не есть деформации;  что деформация одной и той же величины в зависимости от состояния вещества Земли в том или другом участке во времени будут вызывать различные геологические явления и процессы; что стадии развития Земли не есть проявление лишь одной цикличности.

Земля, как вращающееся вокруг своей оси тело,  на неравномерное анизатропное изменения гравитационного поля,  отвечает соответствующим изменением ротационного режима. Раз так, то участки земной коры, литосферы вне зависимости от положения и времени образования должны быть рассечены единой системой ортогональных и диагональных разрывов, по которым происходит как необратимые, так и цикличные перемещения. Этот факты действительно имеют место и правильно истолкованы нашими предшественниками. Ими же было показано, что подобная система трещин свойственна всем планетам земной группы, включая Луну, что является неоспоримым доказательством того, что Земля и другие планеты в деформационном плане развивается идентично и что они являются весьма податливыми системами.

Изостатический фактор развития Земли

Податливость к изменениям потенциала силы тяжести позволяет считать Землю как гидростатически равновесное тело, где безукоризненно и постоянно соблюдаются законы изостазии, изостатического перераспределения земных масс. К этому выводу можно прийти и путем дедукции закона сохранения движения. Согласно его положений устойчивость развивающейся системы достигается компенсированным движением ее элементов - это для планет не что иное как изостазия. Поэтому нарушение изостазии было бы равносильно разрушению Земли.

Многие исследователи современности, занимающиеся проблемами изостазии, единодушно признают существование изостатического равновесия Земли научно обоснованным и подтвержденным практикой фактом, однако они же допускают, что есть на Земле участки, по ориентировочным подсчетам около 9% суши и 5% океанов, где изостазия нарушена.

Кратко остановимся на этом вопросе, так как он имеет принципиальное значение для решения многих задач геологии.

Приведу некоторые исторические справки. "Впервые на роль изостазии как возможного тектонического фактора обратил внимание в 1892 г. американский геолог Даттон, который отмечал, что снос с эродируемого приподнятого участка земной коры, облегчая материки, нарушает их изостатическое равновесие, вызывает поднятие данного участка. В это же время соседний пониженный участок, где накапливался сносимый материал, испытывая дополнительную нагрузку, погружается. При прогибании и поднятии коры следует предполагать горизонтальное перемещение вязкого подкорового материала, перемещение его из-под погружающегося участка в сторону поднимающегося, что по мнению Даттона, могло вызвать сжатие земной коры и складчатость.На роль нагрузки, как фактора погружения, значительно раньше Даттона указывал Холл, который считал, что причиной погружения геосинклиналей является давление на их дно накапливающихся осадков.

Русские геологи Лукашевич и Павлов, а позднее и другие исследователи привлекли механизм изостатического выравнивания в помощь гипотезе контракции, допуская, что подъем гор после складчатости происходит по законам изостазии - тяжелый подкоровый субстрат стремится вытолкнуть вверх слишком глубоко внедрившийся в него складчатые корни гор. Американский геофизик Боун (1963) сильно преувеличил значение изостазии, придав ей значение ведущего фактора в тектонических процессах.

Такая переоценка вызвала отрицательное отношение со стороны некоторых советских исследователей (Архангельский и др.) не только к идее сколько-нибудь существенного влияния изостазии на тектогенезис, но даже привела к почти к полному отрицанию самого явления изостазии.

Современные представления о роли изостазии в геологии сложились под влиянием работ Люстиха,  Магницкого, Артемьева и их последователей. Основные положения их сводятся к следующему: области, где современные тектонические движения характеризуются малой интенсивностью, находятся в состоянии, близком к изостатическому равновесию, а в областях с высокой тектонической активностью имеются заметные ее нарушения, причем современные вертикальные движения преобладающе направлены не в сторону ослабления аномалии, а в сторону ее усиления.

"Антиизостатичность" большинства современных вертикальных движений, близость к изостазии большей части земной коры с учетом быстрого восстановления равновесия в геологическом масштабе времени привели исследователей к выводу, что во-первых, изостазия может рассматриваться только как регулятор тектонических движений, разграничивающий их размах, во-вторых, изостатические аномалии могут быть использованы как показатель современной тектонической активности того или иного региона. Высказывались даже мнения об "отделении тектонических движений от изостатических".

Надо сказать, что многие из фактов, легших в основу приведенных выводов, подверглись сомнениям и справедливой критике. Эти работы носят частный и статейный характер, поэтому вероятно остаются в "тени" - только этим можно объяснить, почему ведущие отечественные тектонисты отдают предпочтение выводам первой группы исследователей. Немаловажную роль в этом, видимо, сыграли некоторые публикации, авторы которых заняли примиренческую позицию, например, признание за частью аномалий нарушение изостазии, за частью недоучет плотности компенсирующих масс.

Чтобы показать насколько современные данные о нарушении изостазии являются шаткими, приведу оценку изостатического состояния Байкальский рифтовой зоны: "находятся в состоянии изостатического равновесия", "Земная кора... гораздо ближе к состоянию равновесия, чем это считалось ранее", "Существенное нарушение изостазии в Прибайкалье, полная изостатическая компенсация в Забайкалье", "Нам кажется нет необходимости связывать современную тектоническую активность района., с весьма сомнительными данными о резком нарушении изостатического равновесия... равновесие в этом районе могло никогда существенно не нарушаться", "Байкальский рифт, характеризующий интенсивными изостатическими аномалиями практически полностью изостатически компенсирован".

Вот и договорились. Все сказанное выше позволяют констатировать, что в геологическом масштабе времени нарушений изостатического равновесия никогда не происходит. Неоднородности масс в цельнодвижущихся блоках не имеют никакого отношения к геологии, пока они не имеют возможности проявления. Как только создается обстановка дифференциального их движения, так сразу же проявляются в геологии, то есть мы можем говорить, что геология имеет дело только с изостатическим равновесным состоянием Земли.

Изостазия явление всеобщее для планет. Она является интегратором всех механических движений планетарных масс, поэтому через нее осуществляется связь всех происходящих в них движений, поэтому любой планетарный, в том числе геологический процесс не должен идти в противоречии с изостатическим равновесием т.е. быть изостатически обоснован.

В настоящее время различают две основные гипотезы о формах проявления изостазии.

Согласно гипотезе Эри, усовершенствованной Хейсконеном, блоки земной коры имеют одинаковую среднюю плотность и как бы плавают на более тяжелом подкоровом субстрате. Погружение блоков на разную глубину соответствует их вертикальным размерам: самые толстые блоки глубоко погружены и вместе с тем выше других выступают над уровнем моря. Гипотеза, обоснованная Праттом и Хайсфордом, исходит их того, что блоки, по-разному возвышающиеся над уровнем моря, обладают различной средней плотностью; при больших вертикальных размерах блоков плотность их оказывается меньшей.

По гипотезе Пратта-Хайсфорда нижняя граница блоков находится на одной глубине, принимаемой за глубину поверхности изостатимеской компенсации. Аналогичная поверхность по гипотезе Эри-Хайсконена касается подошвы наиболее погруженного блока.

Обе эти модели, метафизические по сути, не могут выдержать никакой критики, тем более удовлетворить современную геологию, поэтому назрела необходимость в разработке иной, диалектической, модели изостазии.

Как известно, под плоскостью изостатического равновесия или изостатической компенсации понимается некая горизонтальная плоскость, расположенная в пределах пластичного слоя, давление на поверхность которого повсеместно постоянно. В граничном случае плоскость превращается в точку-центр Земли, однако для целей геологии оказывается возможным ограничится некоторой Н-глубиной плоскости изостатической компенсации, изменчивой как в пространстве, так и во времени. Очевидно, следует в каждый конкретный отрезок времени в теле Земли нужно различать одну планетарную и множество региональных плоскостей изостатической компенсации.

Предпосылка о снижении температуры Земли ведет, к выводу, что глубина этой плоскости увеличивается с течением времени.

В изостатическом равновесии того или иного разреза наряду с жесткими слоями обязательно участвует пластичный слой, поэтому вместо понятия земная кора, земной блок в изостазии необходимо пользоваться терминами изостатическая кора, изостатическая оболочка, изостатический блок.

Установление равновесия по региональным плоскостям изостатической компенсации не изменяет положение планетарной плоскости, зависимой только от температуры Земли.

Высота блоков изостатической оболочки изменчива от места к месту, и, очевидно, существует блок с минимальной мощностью, его поверхностный уровень предлагается называть "изостатический нуль".

Общеизвестно, что математическая модель изостазии выражается формулой:

Σσihi=const

В зависимости от поставленных перед последователями задач на основе этой формулы могут построен двух-, трех-, четырех и т.д....-n - слойные модели, однако для целей геологии достаточны двух, трехслойные модели. Например: материковый, мантийный и новообразованный осадочный слои.

Планетарная поверхность изостатической компенсации для целей геологической практики можно считать находящимися в настоящее время в пределах астеносферного слоя на глубинах порядка 100 км.- этому не противоречат плотностные данные материков и океанов, гравиметрические наблюдения, данные сейсмики.

Общая формула изостазии для пятислойной модели выглядит следующим:

σ0h0гhг бhб мhм aha=const

где: О - осадочный слой Г - гранитный слой Б - базальтовый слой М - мантийный слой А - астеносферный слой

Объединив первые три и нижние два слоя как материковую и мантийную (обусловлено тем, что при погружении блоков нижние их части, сложенные из мантийного материала переходят в пластическое состояние, а при поднятии наращиваются материалом астеносферного слоя, т.е. связаны взаимопереходами), получим:

σt ht+ σmhm=const

Постараемся показать, каково отношение к предлагаемой модели моделей Эри и Пратта.

Заменив правую часть уравнения данными изостатически нуль-блока (σ0h0) м внеся некоторые преобразования (H=ht + Hm,  H-H0=Δh), получаем изостатическую абсолютную отметку рельефа

Δh= ht (σmt)/σm

Формула гласит, что абсолютная высота поверхности любого блока прямо пропорциональна разнице плотности мантийного и материкового слоев и мощности материкового слоя, обратно пропорциональна плотности мантийного слоя. Частный случай (плотности слоев постоянны)отвечает модели Эри, так как высота рельефа при этом становится прямопропорциональной только мощности материкового слоя. Но подобное допущение может быть реализовано в пределах однородных по строению областей Земли, не может быть использовано для планеты в целом и разнородных ее регионов, так как плотность материкового слоя изменчива от места к месту.

Преобразуя основную формулу можно получить и следующее равенство:  

Δh=hmср)/σср.

подтверждающее идею Пратта, которая в принципе является верной. Единственная ее ошибка заключается в том, что был поставлен знак тождества между корой земной и изостатической. В последующем под земной корой стали понимать домантийную оболочку Земли, в результате чего от модели Пратта пришлось отказаться как от несоответствующей геологической действительности.

Следует, видимо, различать два вида изостазии, один из которого изучает равновесие между коровыми блоками, а другой - равновесие между пластичным материалом и жесткими блоками. Первое мы называем литоизостатическим равновесием, второе • архимедовым.

Представьте себе, что все водная поверхность планеты занята плитами, между которыми нет свободного пространства. Очевидно в этом случае только часть плит в зависимости от их тяжести будут погружены в воду, но глубина погружения каждого из них будет намного меньшей, чем если бы они плавали отдельна друг от друга.

Этот же пример можно повторить с земными блоками. В первом случае, когда между блоками нет свободного пространства, мы можем говорить, что существует литоизостатимеское равновесие, а нет архимедового равновесия, а во втором - полное архимедозое равновесие. Первое равновесие является неустойчивым, так как достаточно появление некоторого свободного пространства между блоками, как оно будет заполнено пластичным материалом.

Условия устойчивого равновесия - это постоянное наличие пластичного материала между блоками. Это в земных условиях, где иньецированный с глубины материал попадает в более холодные горизонты и, остывая, переходит в состав жестких блоков, означает постоянную инъекцию пластичного материала. Очевидно, что точечные инъекции этому условию не отвечают, тогда приходится говорить о протяженных узких зонах, опоясывающих земной шар. Этим зонам, которые можно, называть изостатическими отдушинами или зонами изорегуляции, скорее всего соответствуют зона окраинных морей, рифтов.

Предложенная модель изостазии позволяет утверждать, что с увеличением высоты местности увеличивается мощность материкового слоя, уменьшается мощность мантийного слоя; при одной и той же высоте местности мощность материкового слоя больше там, где он сложен более плотными образованиями.

Зависимость мощности материковой коры от высоты местности изучалась различными исследователями, доказавшими существование корреляционной связи между этими величинами. Но в то же время эти работы показали, что существует значительный разброс точек - то и другое, как видим, вытекает из сущности предложенной модели.

Второй вывод дополнительно подтверждается работами Голиэдра, проведенными на Украинском щите. Здесь при близких отметках местности наблюдаются значительные вариации мощности земной коры, причем участки с наибольшими мощностями кор характеризуются высокой плотностью разреза.

Роль и значение изостатического фактора в геологии может быть расшифрована только на основании геологических материалов, поэтому хотелось бы обратить внимание исследователей на заведомую ложность суждений об изостазии на основании любых иных материалов.

Изостазия разрешает многие геологические задачи. Так возрастание расчлененности рельефа Земли, соответственно увеличение доли грубообломочных пород по мере омоложения их возраста объясняется увеличением мощности изостатической оболочки, а это явно указывает на падение температуры Земли; почему докембрийские разрезы буквально напичканы силами ультрабазитов и базитов - земная кора в то время имела большую плотность чем ныне; почему в разрезе коры ультрабазитовых тел гораздо меньше, чем гранитов - плотность первых больше, а плотность вторых близко к плотности верхов земной коры; почему рост земной коры происходит за счет интрузий и эффузивов мантийного материала и мн. другое.

Чисто изостатических сил и движений в природе не существует. Они являются производными от других тектонических сил, к числу которых относятся тангенциальные силы, эрозия, седиментация и внутренне тепло. С одними из них изостазия связана прямой и обратной связью, то есть она вызываясь ими, контролирует их же развитие: такова связь изостазии с зрозионно-аккумулятивными тектоническими факторами, которые становятся ими благодаря изостазии. С другими связь подчиненная, т.е. эти факторы вызывают изостатические движения, но не контролируются последними; эти тангенциальные движения и внутреннее тепло.

Изостазия является фактором, который действует постоянно при любом режиме развития той или иной области земной коры, поэтому еще раз отмечаем обязательность ее использования во всех геологических построениях.

Химический фактор

Если предыдущие факторы развития могут быть свойственны всем планетам, то химический фактор определяет присущее только тому или иному объекту элементы развития, в совокупности неповторимые на других объектах солнечной системы. Значение химического фактора в геологии столь огромно, что можно даваться диву, как могли рассчитывать на научность тектонические гипотезы современности, которые в своих построениях не учитывают химический фактор. По-видимому, как мы замечаем окружающий нас воздух, так и химическую сторону процессов и явлений, исследователи считали как нечто само собой разумеющееся.

Геологические процессы и явления становятся таковыми лишь благодаря участию химического фактора в них. Это утверждение становится очевидным при сравнении Земли и Луны, Земли и какой-нибудь другой планеты - об этом говорилось выше.

Содержание химических элементов на Земле в целом за геологический период ее развития не претерпело существенных изменений. Новообразованные элементы, которые своим происхождением обязаны распаду радиоактивных элементов в общем балансе вещества Земли играют ничтожную роль, появление их не создало самостоятельное геологическое явление, существенно не изменило ход геологических процессов.

В связи с тем, что содержание химических элементов относительно постоянно, возникновение качественно новых систем сопровождается изменением ранее существующих систем. Так, коренное изменение химизма геологических процессов произошло в связи с появлением и развитием жизни на Земле, вызвавшее перестройку химического состава атмосферы и литосферы.

Возникновение гидросферы коренным образом изменило состав атмосферы и литосферы как в результате распада протоатмосферного вещества, так и появление химической формы движения на Земле, приведших к образованию земной коры, биосферы.

Похожие статьи:
Появление океанской и континентальной коры, материков и океанов
Происхождение тектонических систем



Реклама