Физика.  5. Геофизика

Бугаевский Г.Н.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства (Симферополь)

Бугаевский А.Г.

Центр Службы геодинамических  наблюдений в энергетической отрасли, РАО «ЕС России» (Москва)

 

Альпийская складчатая зона - индикатор геодинамической истории развития Земли

                                             

Наибольшей геодинамической активностью Земли обладает глобальная Альпийская складчатая зона, проявившаяся около 200 млн. лет назад (Мезозойская эра, начало Юры) [1]. Согласно этой гипотезе [2], поверхность  Земли покрыта плитами литосферы, которые формируются в зонах рифтов, перемещаются по поверхности Земли и внедряются в мантию в зонах субдукции по краям Тихого океана. Эта гипотеза встречается с определенными трудностями в объяснении ряда известных фактов. Остановимся на тех из них, которые не рассмотрены в литературе [3-6].

1. Одним из основных положений тектоники плит является неизменность радиуса Земли во времени. Известно, что возраст пород дна мирового океана не превышает 190 млн. лет, а его площадь составляет 70% поверхности современной Земли. Поэтому согласно гипотезе за указанный срок 0.7 поверхности планеты, (т.е. слоя литосферы) должны были «поглотиться» в областях субдукции, т.е. в зоне Тихоокеанского кольца. Учитывая протяженность границ кольца (47000 км) [7], мощность слоя литосферы (~100 км), глубину погружения в зонах субдукции (~600 км), оценку давления на глубине 100 км (3∙109 Па [8]), получим оценку работы субдукции в виде значения 1∙1029 Дж. В этой оценке не учтена работа по преодолению сил трения скольжения плит и рассеяния соответствующей тепловой энергии. Достаточного источника энергии для субдукции океанической литосферы массой около 1% массы Земли не имеется.

2. Сторонники гипотезы утверждают, что спрединг всех литосферных плит Земли завершается в зонах континентальных окраин, островных дуг и глубоководных впадин по краям Тихого океана. Классическим является рифт Атлантического океана, по краям которого нет островных дуг и зон субдукции. Восточно-Тихоокеанский рифт не является срединно-океаническим, но имеет зоны субдукции. Следовательно, по логике гипотезы, литосфера, образующаяся в осевой зоне Атлантического рифта, для достижения тихоокеанских зон субдукции должна продвигаться в противоположных направлениях, пересекая встречные зоны субдукции собственно Тихого океана и поднятие материала в Тихоокеанском рифте. Это не только бессмысленно, но и противоречит распределению возраста пород на дне мирового океана.

3. Трудно построить физическую модель тихоокеанских кольцевых зон субдукции, якобы создаваемых коротким линейным нецентральным Восточно-Тихоокеанским рифтом.

4. Формы островных дуг, обращенных выпуклостью навстречу движения плит, противоречат смыслу спрединга.

5. Нельзя объяснить разделение потока литосферных плит на смежные зоны субдукции в точках смыкания островных дуг алеутской и курило-камчатской, этой последней и японской и т.д.

6. Тщательное определение координат гипоцентров землетрясений в фокальных зонах свидетельствует о толщине фокальных зон, близкой к 50 км (во всяком случае, менее 100 км). Вместе с тем, нет следов материала литосферы, мощность которой достигает 200 км, «сострагиваемой» при входе плиты в фокальную зону. Используемое в тектонике плит понятие астеносферы у разных ее авторов противоречиво.

7. Рассмотрим, наконец, карту С. Уеды распределения возраста пород дна мирового океана (рис. 1) [9].  По краям Атлантического океана этот возраст достигает 135 и даже 190 млн. лет. Этим  можно было бы объяснить  отсутствие

здесь зон субдукции - всё, что образовалось за этот срок, лежит на поверхности.  В Индийском  океане  между Австралией и Антарктидой  возраст

Рис.1. Распределение возрастов пород на дне мирового океана [9].

 

пород не превышает 65 млн. лет; следовательно, более 120 млн. лет литосфера должна была погружаться здесь в зоны субдукции. Однако именно здесь этих зон нет. По восточному краю Тихого океана возраст пород не превышает 50-60 млн. лет. Следовательно, зона субдукции должна существовать здесь около 130 млн. лет. С другой стороны, на западном краю Тихого океана возраст пород достигает 135-190 млн. лет, т.е. субдукция  здесь могла и не возникнуть. Но именно западный регион окраины океана характеризуется самыми глубокими и развитыми фокальными зонами – «зонами субдукции».

8. Результаты независимых палеогеографических исследований Н.М. Страхова, а также Термиеров (Termier H. & Termier G.), приведенные  в статье Эдьеда [10], свидетельствовали о росте радиуса (о расширении) Земли во времени, что никак не комментировалось авторами или сторонниками тектоники плит.

9. Не рассматривались сторонниками тектоники плит глобальные факты: близость возраста пород Альпийской зоны 200 млн. лет и максимального возраста  пород  дна  мирового  океана  – 190 млн. лет, которая  не  может  быть

б
 

а
 

Рис. 2. Результаты палеогеографических исследований изменения площади Земли, покрытой океаном [10]:  а - Н.М. Страхова,  б - Термиеров.

 

случайной, а также резкий контраст возрастов пород субширотной части Альпийской зоны и смежных территорий Евразии. 

 

Трудно представить, что отмеченные проблемы тектоники плит не были замечены ранее. Отсюда вытекает определенная предвзятость сторонников этой гипотезы. В течение примерно 30-40 последних лет против нее резко выступали некоторые геофизики (У. Кэри, А. и Г. Мейерхоффы, Ю.В. Чудинов). Один из ее основоположников - Холмс предостерегал от поспешных заключений.

Выделим два основных возражения: 

- субъективизм в отборе фактов, при котором игнорируются все факты,   противоречащие гипотезе,

-  непрерывная модификация гипотезы по мере получения новой информации.

 

Мы отрицаем постулат постоянства радиуса Земли и развиваем гипотезу расширения. Cформулируем основные положения нашей гипотезы [11-14].

1. В последние 500 миллионов лет развитие планеты Земля характеризовалось постепенным ее расширением. Назовем состояние Земли 200 млн. лет назад, до возникновения новых океанов  Начальной Землей (НЗ).

2. Площадь поверхности НЗ должна была равняться суммарной площади современных континентов, их склонов и подножий т.е. 2.22 ×108  км2.

3. Считая при этом, что масса Луны входила в состав массы НЗ (m1 + m2 = 6.05∙1024 кг), получим ее радиус равным 4300 км при ускорении силы тяжести на полюсах 21.8 м/с2  и средней плотности материала НЗ  18.1 т/м3.

4. Плотность ядра НЗ должна была превосходить 18-20 т/м3, т.е. быть близка к плотности внутреннего материала современного Солнца. Это состояние материала ядра Земли Эдьед называл астральным (звездным).

5. Граница мантии и ядра НЗ была границей динамического равновесия, под которой могли проходить реакции ядерного синтеза с образованием локальных взрывов. Один из таких взрывов привел к выбросу почти 1% массы без разрушения НЗ. Соответствующая энергия взрыва превосходила 6∙1028 Дж.

6. Время взрыва – 200 млн. лет назад (Мезозойская эра, начало Юрского периода). Очаг – современная зона наивысших значений теплового потока  (рис. 3)  в диапазоне 15÷45˚ южной широты и 90÷120˚ западной долготы – район пересечения Восточно-Тихоокеанского рифта и поднятий Лайн Туамоту и Западно-Чилийского.

7. Кинетический момент НЗ К0 равен сумме кинетических моментов современной системы Земля-Луна: 35.03×1033 кг∙м2/с. Отсюда  угловая скорость вращения НЗ:  7.83∙10-4 рад/с, т.е. почти в 11 раз больше современной.

        О                  40                 60               85                120              180               240              350

mW m-2

Рис. 3. Global heat flow map prepared from the database compiled by the International Heat Flow Commission (H. N. Pollack, S. J. Hurter, and J. R. Johnson, Reviews of Geophysics, Vol. 31, 1993.) (Courtesy Shaopeng Huang,

member, IHFC.)

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


8. Движение массы m2 удовлетворяет условию устойчивой орбиты: равенство гравитационного и центробежного ускорений строго при взаимном  расстоянии  масс   m1   и   m2, равном   384380 км. 

9. При отделении массы  m2  кинетический момент К0 разделяется на фиксированные кинетические моменты Земли, Луны и системы Земля-Луна. За счет различия сил притяжения к Земле отделившийся участок шлейфа остался обращенным одним концом к Земле. Зафиксированный кинетический момент массы будущей Луны не изменялся в процессе формирования тела Луны из отделившейся части шлейфа. Поэтому Луна сохранила постоянную обращенность одной стороной  к Земле  и  получила  крупные видимые масконы именно на этой стороне.

10. После отделения массы m2 остальная часть шлейфа была возвращена в тело Земли. Процесс возвращения сопровождался уменьшением момента инерции и увеличением  скорости  вращения Земли с разверткой шлейфа в виде

Тихоокеанское кольцо – восточная часть Альпийской зоны
 

Рис. 4. Альпийская складчатая зона, Восточно-Тихоокеанский рифт.

 

субширотной части Альпийской зоны. Основная часть возвращенной массы заняла современную территорию Прибайкалья, Монголии, Тибета, Гималаев.

11. Взрыв нарушил динамическое равновесие на границе ядра. Его восстановление привело к переходу материала ядра в состояние материала мантии с увеличением удельного объема, т.е. к расширению Земли. Поэтому зоны «субдукции» являются внешними краями зон выброса и опадания возвращенной части материала, которые разнесены по поверхности Земли ее расширением после взрыва.

12. Материалы палеогеографических исследований Страхова, и Термиеров,  сглаженные треугольным фильтром, свидетельствуют о росте  объема планеты,

Подпись: млн. кв. км
 

 

 

 


         а

        а

 

 

 

Подпись: млн. кв. км
 

 

 

 

 

 

 


б

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Результат сглаживания исходных данных рис. 2  с помощью треугольного фильтра по данным Страхова (a) и Термиеров (б). Длина вертикальных штрихов соответствует удвоенной погрешности осреднения.

согласованном по двум независимым источникам информации (рис. 5).

Согласованным является и обратный процесс в интервале 200 - 100  млн.  лет  –  наступление  океана   на   сушу,   что   является естественным следствием выброса массы m2. Потеря площади континентами по материалам этих авторов оценивается близкими числами: 11-13 млн. км2. Для планеты с радиусом 4300 км  потере площади в 11 млн. км2 отвечает потеря объема 2.4∙1019 м3. Известно, что объем Луны составляет 2.2∙1019 м3. 

             

В нашей гипотезе возраст пород становится прямым показателем истории их формирования. Так, вся альпийская складчатая зона 200 млн. лет назад возникла за короткий, почти мгновенный этап взрывного выделения массы, одна часть которой m2 в конце этого короткого этапа отделилась в будущее тело Луны, а другая вернулась в тело планеты, образовав субширотную часть Альпийской зоны. Непосредственным результатом этого явилось возникновение 190 млн. лет назад западной-северо-западной территории дна Тихого океана, а также узких западного и восточного краев будущего Атлантического океана. И то, и другое  – непосредственное следствие - «шрамы» от взрыва. После временного наступления океана, связанного с уменьшением массы НЗ на m2, началось ускоренное неравномерное расширение планеты, приведшее ее за последние 100 млн. лет к современному облику.

Основой нашей гипотезы являются допущения расширения планеты и существования на определенном этапе «Начальной Земли», а также возможности взрыва ядерной природы (это связано с задачами более высокого уровня) и выброса ориентировочно около 2% массы планеты с возвратом половины ее в тело Земли. Всё остальное - логические следствия механических законов сохранения, объясняющие особенности строения Земли и системы Земля-Луна.

Литература

1.     Геологический словарь, т.1. ВСЕГЕИ. М.: Гос. науч.-тех. изд. лит. по геологии и охране недр, 1960. 403 с.

2.     А. Кокс, Р. Харт. Тектоника плит. М.: «Мир», 1989. 422 с.

3.     А. Мейерхофф, Г. Мейерхофф. Возражения противников новой глобальной тектоники. // Сб. Новая глобальная тектоника (тектоника плит). М., Мир, 1974, с. 377-455.

4.     У. Кэри. В поисках закономерностей развития Земли и Вселенной. М.: «Мир», 1991. 448 с.

5.     Chudinov Ju.V. Global eduction tectonics of the expanding Earth. Utrecht: Ridderkerk, 1998. 201 p.

6.     Ю.В. Чудинов. Ключ к проблемам глобальной тектоники. В сб. Проблемы геофизики XXI века. Книга первая. М.: «Наука», 2003. С. 212-220.

7.     Ю.М. Пущаровский. Введение в тектонику тихоокеанского сегмента Земли. М.: «Наука», 1972. 222 с.

8.     А. Шейдеггер. Основы геодинамики. М.: «Недра», 1987. 384 с.

9.     С. Уеда. Новый взгляд на Землю. М.: Изд-во «Мир», 1980. 215 с.

10.  Egyed, L. The Change of the Earth’s Dimensions Determined From   Paleogeographycal Data // Geofis. Pura Appl.-1956.-Vol. 33.-P. 42-48.

11.  G.N. Bougaevsky, A.G. Bougaevsky. Model of Explosive Development of Geodynamic Process. Vernadsky-Brown microsymposium 22. October 1995. Moscow, 1995, p. 8-9.

12.  Г.Н.Бугаевский, А.Г.Бугаевский. Модель взрывного геодинамического процесса.  Ч.1.  Вопросы механики образования системы Земля-Луна. М., АО ИСГИ, 1997. 84 с.

13.  G.N.Bugaevsky, A.G.Bugaevsky. Nonlinear (Explosion) Model of Global  Geodynamic    Process. The 29th General Assembly of the International Association of Seismology and Physics of the Earth's Interior. Thessaloniki, Greece. August 18-28, 1997. Abstracts, p.170. 

14. Г.Н. Бугаевский, А.Г. Бугаевский. Модель взрывного образования системы Земля-Луна. // Проблемы геофизики XXI века. Сборник научных трудов в двух книгах. Книга первая. М., Наука, 2003, с. 264-299.