4.8. Геологическая активность Земли и глобальное потепление

По наиболее предпочитаемой гипотезе Земная кора образовалась при остывании расплавленного шара. Тогда на ранних стадиях формирования Земной поверхности, когда температура поверхности Земли превышала тысячу градусов, шел активный процесс горячей возгонки и выпаривания газов и газообразующих веществ. В результате к моменту затвердевания коры в ней должно было остаться газов и газообразующих продуктов минимальное количество. Далее за миллиарды лет остывания (если поверхность остыла на тысячу градусов, то и недра должны были остыть на такой же порядок) и расслоения по плотности стадия разложения и выделения газов и газообразующих веществ должна была смениться стадией их поглощения, а, следовательно, полной геологической пассивностью. А так как геологическая активность Земли не затухала (по крайней мере, на протяжении последнего миллиарда лет), то для поддержания ее должны генерироваться не только энергия, но и вещества, нарушающие стабильное расслоение по плотности в мантиях и ядре.

Строение структуры недр подтверждает, что такие вещества генерируются.

Верхняя мантия покрыта сетью глубинных разломов [1, 2, 3, 4] шириной от 10 до 20 км, с зарегистрированной глубиной до 700 км, протяженностью тысячи км, которые расположены в основном под срединно-океаническими разломами. Малая часть разломов проходит под материками, и там где они проходят, наблюдается рождение разломов коры и образование срединно-океанических хребтов (Восточно-африканский разлом, продолжающийся Красным морем). В стекловидной массе верхней мантии при стабильном объеме Земли за миллиарды лет, даже если они когда-то и зародились, эти разломы должны исчезать – затягиваться.

Образование и существование разломов может быть объяснено только наращиванием объема под мантией, что и может привести к разламыванию мантии на куски отделяемые друг от друга разломами (рис. 4.7.2, 4.7.3). Кроме того, толщина слоя астеносферы под материковой корой значительно меньше (а под древними платформами сходит на нет [1]), чем под корой океанической и эта разница не компенсируется разницей толщины между материковой и океанической корой. А это значит, что радиус сферы верхней мантии на участках между глубинными разломами (т.е. отдельные обломки мантии) меньше радиуса сферы Земли на этих же глубинах, т.е. верхняя мантия состоит из осколков от сферы меньшего диаметра расколотой за счет увеличения внутреннего объема – объема ядра. Плотность вещества астеносферы под материками более высокая и убывает до минимальной в районах срединно-океанических разломов [1]. Это также говорит о том, что более легкое и менее плотное вещество поднимается по глубинным разломам из земного ядра и заполняет объемы разломов и промежутки между корой и ядром, образованные разницей радиусов сфер. Происходит процесс спрямления сферы мантийного осколка и «затягивания» мантийных разломов за счет настывания поднимающейся массы. Вдоль мантийных разломов поднимающиеся горячие массы астеносферы подтаивают океаническую кору, отслаивают ее от мантии. Расплавленные массы имеют здесь сравнительно небольшую вязкость, энергия поднимающихся масс тратится на поднятие коры. Продвигаясь между корой и мантией от разлома к материку, астеносфера остывает, вязкость ее увеличивается, увеличивается и сила трения с корой. До максимальной эта сила вырастает под материками. За счет этого происходит сминание с горообразованием (по типу геосинклинального процесса) в областях материков. Так же этот процесс наращивает механическое напряжение в верхних областях мантии, что порождает глубинные очаги землетрясения. Такие глубинные очаги землетрясения могут возникать только под материковыми горными массивами, опирающимися на более твердую, кристаллическую мантию (по сравнению с астеносферой). И современная карта очагов землетрясения подтверждает это.

Описанные выше механизмы формирования Земной поверхности могут осуществляться только при генерации вещества в центральной области Земной сферы. Логическая схема подобного синтеза должна начинаться с рождения легких веществ с последующим синтезом на ядерном уровне в более тяжелые. Подобная логика разрушает существующие представления о распределении плотности вещества в Земной коре по глубине, т.к. при такой схеме ядро должно состоять из более легкого вещества и иметь меньшую плотность, чем мантия. Гравитационное поле в ядре ничтожно, по сравнению с полем в области верхней мантии и процессы расслоения по плотности в ядре происходят очень слабо. Поэтому логичнее считать, что большая скорость сейсмических волн и жидкое состояние ядра обусловлено более легким составом и, соответственно, меньшей плотностью.

Такое соотношение в составах, плотности и твердости между ядром и мантией порождает пульсации в объеме Земной коры, более сильные по амплитуде и более редкие во времени по сравнению с пульсациями, описанными в § 4.7. Генерация пульсаций происходит по следующей схеме. Параллельно с генерацией вещества в ядре идет медленное (из-за слабого гравитационного поля) расслоение его по плотности и накопление во внешних слоях ядра, под мантией (рис. 4.7.2, 4.7.3). Из-за увеличения объема ядра в нижней мантии образуются трещины, которые простираются через обе мантии и наблюдаются в виде мантийных разломов. По этим трещинам более легкое вещество из ядра поднимается вверх, при достижении верхних границ мантии с понижением давления происходит его разуплотнение и, за счет этого объем Земли начинает расти быстрее. Геологическая активность Земли возрастает и длится до тех пор, пока поднявшееся из ядра вещество разольется под корой в виде астеносферы и остынет, а более легкие фракции выйдут через разломы и вулканы на поверхность Земли, пополнив объем атмосферы и гидросферы. За счет такой активности температура на поверхности Земли повышается, заканчиваются эпохи оледенения. Конечная фаза этого периода может заканчиваться резким потеплением с глобальными катастрофами в виде вулканических извержений и всемирных потопов. Уровень воды в океанах сначала резко поднимается за счёт таяния ледников, а потом начинает опускаться сначала за счёт увеличения площади дна океана, а затем за счёт роста новых ледников. Далее за миллионы лет нарушенное равновесие в ядре и мантии восстанавливается, трещины затягиваются, геологическая активность снижается. И очередные десятки миллионов лет в ядре идет накопление новой порции вещества для следующего пика геологической активности.

Общего глобального оледенения на Земле быть не может, так как Земля отдаёт в космос энергии больше, чем получает от Солнца. При затемнении поверхности облачно-пылевым покровом увеличится альбедо Земли, увеличится и средняя температура поверхности. А локальные катастрофические оледенения возможны из-за резких вертикальных атмосферных перетоков, вызванных вулканическими извержениями.

На ранних стадиях развития планеты пики геологической активности более редки, но более катастрофичны. Реже катастрофы происходит потому, что скорость генерации вещества пропорциональна массе планеты. А более катастрофичны потому, что при меньшей гравитации разделение лёгких и тяжёлых фракций вещества происходит медленнее и для выхода на поверхность накапливается сравнительно больший объём.

Поднимающееся из ядра вещество имеет температуру более чем на 1000° выше, чем вещество верхней мантии. Поднимаясь в область верхней мантии, расплавленное вещество попадает в более мощное гравитационное поле и интенсивнее расслаивается по плотности. Наиболее плотные и тугоплавкие остывая, наращивают размеры мантийного осколка. Менее плотные наращивают астеносферу и кору Земли, выравнивая поверхность осколков коры со сферой Земли.

Генерация вещества, очевидно, происходит не только в земном ядре, но и в нижних слоях мантии, только с меньшей скоростью. Поэтому со временем за счет расширения нижних слоев в мантии нарастает механическое напряжение, ведущее к образованию очередного глубинного разлома и сопровождающееся глубинными землетрясениями. Образование новых разломов должно происходить на участках под наиболее старыми и большими материковыми плитами, под которыми мантийные осколки более крупные и старые. Именно поэтому старые, с возрастом за сотни миллионов лет, срединно-океанические разломы теряют свою активность (Уральские горы), а наибольшую активность имеют «молодые» (Атлантический разлом). На смену «молодым» идут совсем «юные» – восточноафриканский разлом.

Ориентировочно темпы роста Земли описываются графиком приведенным на рис. 2.8.1.

Рисунок 4.8.1.
Предполагаемые темпы роста массы Земли

Модель растущей изнутри Земной сферы дает реальное объяснение происхождения раздела Мохоровичича. Верхняя мантия представляет собой более старую и более плотную гипербазитовую структуру, сформировавшуюся на ранних стадия развития Земли. По сравнению с астеносферой она имеет высокую твердость и тугоплавкость. Астеносфера состоит из вновь образовавшегося в глубинах более легкого и легкоплавкого по сравнению с мантией, но более тяжелого и тугоплавкого по сравнению с корой вещества, и имеет более высокую температуру. Поднимаясь по разломам мантии это вещество начинает расслаиваться по плотности, наиболее легкая часть поднимается к срединно-океаническим разломам и образует новую океаническую кору. А более тяжелая масса за счет более высокой температуры подплавляет кору, отслаивает ее от мантии и заполняет пространство между литосферой и мантией. Разница в плотности с корковым веществом значительна, что препятствует смешиванию слоев. А большая разница в температуре порождает контраст и в структуре: нижний горячий слой – стеклообразная масса, монолит; верхний слой – твердый, дробленый, а затем спрессованный насыщенный легкими веществами, диффундирующими из астеносферы, и водой, просачивающейся с поверхности. Такая разница в структуре и дает разницу в скоростях сейсмических волн, и образует раздел Мохоровичича.

Предлагаемая модель развития Земли дает и новую модель глобального потепления, основанную на механизм пульсации Земной коры. В настоящее время Земля находится на подходе к вершине очередного пика геологической активности: закончилось оледенение северного полушария, идет медленное потепление на планете. Но вот в 20-м веке на естественные процессы потепления накладывается техногенная деятельность человека. Сжигание углей и т.п. виды человеческой деятельности оказывает какое-то воздействие на темпы потепления. Но, по мнению автора, главным фактором техногенного воздействия человека на потепление являются подземные атомные взрывы.

Поднимающиеся по глубинным разломам из ядра потоки горячей магмы разливаются под корой в виде очередного слоя астеносферы и подогревают Землю изнутри. Дополнительная энергия землетрясений от ядерных взрывов нарушила сложившееся природное термодинамическое равновесие, сыграла роль спускового механизма – курка, и ускорила скорость подъема горячих масс. За счет этого глобальное потепление пошло более быстрыми темпами. Теперь с запозданием на десятилетия результаты атомных взрывов проявляют себя в виде наращивания природных катаклизмов. И самый пик катастрофических последствий от этой деятельности человека еще впереди. Но в ускорении этого процесса есть свой плюс – чем раньше начнётся процесс, тем меньше разрушительной энергии накопится. Хотя эта разница будет столь малой, что вряд ли будет возможность оценить её.

Западносибирская низменность за последние десятилетия опустилась более чем на 7 см. Объяснить такое опускание за счет разработки нефтегазовых месторождений невозможно. Вернее всего Западносибирская низменность расположена на стыке плит, периферийные (относительно низменности) концы которых поднимаются на наращиваемой астеносфере, а центральные, соответственно, опускаются.


(1998 г.)
  1. Л.С.Юдасин. Путешествие в глубь Земли. Москва, «Просвещение», 1987 г. 6-с109
  2. С.А.Ушаков, Н.А.Ясаманов. Дрейф материков и климаты Земли. Москва, «Мысль», 1984 г.
  3. А.Е.Криволуцкий. Голубая планета. Москва, «Мысль», 1985 г.
  4. В.П.Гаврилов. Путешествие в прошлое земли. Москва, «Недра», 1986 г.