Студопедия — Геология
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Геология






Научные проблемы геологии имеют несколько уровней от гипотез по поводу происхождения Земли до вопросов связанных с происхождением и поиском полезных ископаемых. Первая группа проблем, не имея непосредственного отношения к экологии и природопользованию, важна с точки зрения эволюции Земли как планеты и её биосферы. Решение запутанных вопросов истории эволюции, в свою очередь, может помочь решить проблемы глобальной устойчивости биосферы и сделать выбор в пользу той или иной гипотезы нашего будущего.

Ответы на вопросы связанные с происхождением Земли и её развитием позволяют решить и ряд проблем глобальной тектоники. А отсюда выводы о региональных и локальных тектонических процессах, прогнозе сейсмичности и вулканизма, условиях формирования и распределения полезных ископаемых, т.е. о темах, волнующих непосредственно природопользователей.

Далее обзор фундаментальных проблем геологии даётся по В.Е. Хаину — одному из ведущих российских специалистов в этой области.[10]

 

Глубинная геодинамика. Вторая половина прошлого века характеризовалась последовательным освоением всё более глубоких недр Земли. Этот прогресс был обязан в основном успехам сейсмологии, которые обеспечивались непрерывным совершенствованием компьютерной технологии. 50-60-е годы стали определяющими в изучении земной коры, когда в СССР был разработан метод глубинного сейсмического зондирования и подтверждено существование астеносферного слоя, в 60-е годы появился международный проект верхней мантии, родилась наука о тектонике литосферных плит, а в конце 70-х годов с появлением сейсмотомографии, открывшей возможность более детального изучения не только верхней, но и нижней мантии, возникла глубинная геодинамика. И, наконец, к исходу столетия учёные заинтересовались внутренним, твёрдым ядром Земли. Оно оказалось анизотропным и вращающимся быстрее остальной планеты.

В настоящее время проблемой номер один в области глубинной геодинамики является строение и процессы, происходящие в пограничном между мантией и ядром слое D", играющие исключительно важную роль в тектономагматической активности всех вышележащих геосфер. Существуют три подхода к изучению слоя D": сейсмотомографический, по которому устанавливаются границы слоя, физические свойства слагающего его вещества в вертикальном и латеральном разрезе; минералогический, по которому экспериментально определяют его минеральный состав, зная температуру и давление, господствующие в нём; изотопногеохимический, предназначенный для определения химического состава выносимых из него восходящими мантийными течениями магматических продуктов. Что же удалось узнать об этом примечательном слое?

Слой D" имеет мощность порядка 200 км. Его верхняя граница лежит на глубине ~2700 км и является неровной. Недавно установлено, что его минералогический состав отличается от состава остальной нижней мантии, сложенной метасиликатом магния и кальция перовскитом. Этот характерный только для D" минерал назван постперовскитом и обладает весьма своеобразной внутренней структурой. Очень важно, что фазовый переход постперовскита в перовскит с понижением давления является экзотермическим. Не менее важно, что в самом основании D" выявлен прерывистый слой резко пониженных скоростей сейсмических волн, в котором французские учёные усматривают присутствие магматических камер, остаточных от первичного "магматического океана". Другой примечательной особенностью слоя D" является его резкая латеральная неоднородность, которая не может быть объяснена только разностью температур, но заставляет думать и об изменчивости химического состава. Имеются серьёзные основания полагать, что холодные высокоскоростные участки D" отвечают "могильникам слэбов", то есть местам конечного захоронения литосферных пластин, испытавших глубокую субдукцию; это подтверждается данными томографии: они свидетельствуют о том, что первоначально слэбы задерживаются и скапливаются в переходном между верхней и нижней мантией слое, лежащем на глубине 410660 км, а затем периодически лавинообразно обрушиваются в более глубокую мантию, достигая слоя D". Горячие, низкоскоростные участки D" рассматриваются как отвечающие корням мантийных струй плюмов, поднимающихся из мантии и достигающих поверхности Земли, где наиболее крупные из них суперплюмы создают огромные поля основных лав траппов, подобных Тунгусской трапповой провинции, возникшей на рубеже перми и триаса. Напомним, что концепция плюмов (их проекция на поверхности Земли именуется "горячими точками") была выдвинута Дж.Т. Виконом в 1963 г. и развита В. Дж. Морганом в 1971 г. для объяснения внутриплитного магматизма океанов.

Следует оговориться, что не все геологи и геофизики признают концепцию плюмов пригодной для объяснения внутриплитного магматизма. В России к таким скептикам относятся С.А. Ушаков и О.Г. Сорохтин, в США Д. Андерсон и У. Гамильтон, которые усматривают источник магматизма в верхней мантии, в астеносфере, то есть ненамного глубже, чем источник магматизма срединноокеанских хребтов. Однако последний питается очагами в деплетированной мантии, истощённой в отношении литофильных элементов, а внутриплитный требует участия расплавов, близких, если не тождественных по составу к примитивной мантии Земли, чем и вызваны поиски в глубинах современной мантии резервуара такого вещества. Первоначально в качестве хранилища рассматривалась вся нижняя мантия, начиная с глубины 660 км, но теперь выяснили, что деплетированной является не только верхняя, но и значительная часть нижней мантии до глубины ~1700 км, так что резервуар надо искать гораздо глубже: некоторые учёные доходят в его поисках до слоя в основании D". Но в последнее время, после открытия в лавах вулканов Гавайских островов материала корового происхождения, приобрела популярность гипотеза его "рециклинга", то есть участия в плюмовом магматизме вещества океанской или даже континентальной коры, субдуцированных до слоя D" слэбов такой коры. Эта гипотеза только что "материализовалась" благодаря уникальному исследованию, проведённому международным коллективом учёных из 10 стран под руководством членакорреспондента РАН А.В. Соболева.

Очевидно, плюмы питаются не только рециклированной океанской корой. Присутствие в их составе повышенного содержания металлов платиновой группы и нерадиогенного 3Не трактуется некоторыми исследователями как признак их поступления из внешнего ядра. Вообще определённый обмен веществом, видимо, путём диффузии на границе мантия/ядро весьма вероятен. Таким образом, питательный материал плюмов может иметь три источника: собственно вещество слоя D", в особенности его базального горизонта ULVZ; рециклированная кора, в основном океанская; некоторый приток вещества из внешнего ядра.

Отсутствие рециклированного корового материала в лавах некоторых вулканов океанических островов указывает на то, что далеко не все плюмы имеют корни, достигающие основания мантии. Они могут лежать выше, а одним из уровней их генерации может быть кровля нижней (по другой терминологии средней) мантии. Именно там предполагаются скопления слэбов, приводящие в дальнейшем к их обрушению в нижнюю мантию и к смене раздельной верхне и нижнемантийной конвекции общемантийной, ведущей в конечном счёте к формированию суперконтинентов. Эта достаточно логичная концепция, полностью прошедшая математическое моделирование Л.И. Лобковского и В.М. Котёлкина (ИО РАН), недавно подверглась сомнению в связи с получением и обобщением В.П. Трубицыным данных о гораздо меньшем контрасте реологических свойств мантии на границе 660 км. Однако новейшие данные сейсмической томографии, в частности, касающиеся западнотихоокеанской зоны субдукции, погружающейся под Восточный Китай, свидетельствуют об обнаружении следов океанской коры, "застрявших" в переходной зоне от нижней к верхней мантии. Можно констатировать, что, несмотря на достигнутые, порой впечатляющие успехи, многие стороны глубинной геодинамики остаются предметом дискуссии. Хотя повышенное внимание к вопросам глубинной геодинамики и является вполне оправданным, оно не может заслонить интерес к процессам, происходящим в вышележащих геосферах твёрдой Земли. В связи с этим заслуживает обсуждения предложенная Р. Пильгером модель трёхплитной делимости литосферы более вязкого и крупного слоя в основании собственно верхней мантии, подстилающего астеносферу. Также нельзя не отметить, что важная проблема взаимодействия поднимающихся из глубины плюмов с конвектирующей астеносферой пока не получила убедительного разъяснения. В заключении раздела не могу не упомянуть о появившейся на страницах журнала Nature работе квартета французских и американских геофизиков. В ней обосновывается динамическое взаимодействие практически всех оболочек твёрдой Земли. Установлено, что внутреннее ядро характеризуется разными сейсмическими скоростями в восточном и западном полушариях. Авторы это объясняют разными скоростями наращивания внутреннего ядра за счёт внешнего жидкого благодаря особенностям распределения течений в веществе последнего. В свою очередь это связывается с термохимической конвекцией в мантии, носящей циклонический характер, наиболее ярко проявленный под Азиатским континентом.

Ранняя история Земли. Анализ её должен начинаться с рассмотрения условий зарождения нашей планеты в составе Солнечной системы. В отношении образования последней в настоящее время среди специалистов достигнут довольно широкий консенсус. Согласно ему, становление Солнечной системы протекало в три стадии: образование газопылевого диска вокруг новорождённого Солнца; гравитационное стягивание материала этого диска в относительно крупные тела планетезимали, подобные современным астероидам; формирование под влиянием гравитации вокруг наиболее крупных из планетезималей зародышей планет. Этот сценарий подтверждается открытием в последние полтора десятилетия планетных систем, подобных нашей Солнечной. Ныне известно более 270 таких "экзопланет", но до последнего времени это были планетыгиганты, подобные Юпитеру и Сатурну, и только совсем недавно была открыта планета "земного" размера. Наша Земля образовалась, по современным данным, 4.567 млрд. лет назад. Аккреция слагающего её материала продолжалась и после этой даты, и к 100 млн. лет после рождения её размеры достигли 99% современных. Первая глава истории планеты, продолжительностью порядка 500 млн. лет, остаётся наименее расшифрованной из-за отсутствия на поверхности Земли пород возрастом более 4 млрд. лет. Единственным и поэтому исключительно ценным фактическим свидетельством событий того периода служат обломочные цирконы, обнаруженные в архейских кварцитах Западной Австралии. Другими, более косвенными показателями условий можно считать породы, сохранившиеся на Луне, с возрастом до 4,35 млрд. лет. Данные ныне интенсивно используются для восстановления событий этого периода, названного американским учёным П. Клаудом "хадея".

Судя по весьма неполной информации, на Земле в это время произошли события, во многом определившие её дальнейшую судьбу - образование жёсткого ядра, расплавленного слоя толщиной до 1000 км в мантии, названного "магматическим океаном", первичной, очевидно базальтовой, коры и первичной же атмосферы, но, самое главное, возникновение рядом с Землёй Луны. Практически всеобщее признание получила выдвинутая в 1971 г. американскими учёными Хартманом и Дэвисом гипотеза "гигантского импакта" образования Луны за счёт вещества, выброшенного в околоземное пространство при падении на молодую Землю тела размером с Марс. Время этого события, возможно, спровоцировавшего формирование ядра и появление магматического океана, определялось с использованием Hf-W геохронометра по лунным породам в 4.5 млрд. лет. Получалось, что перечисленные выше события произошли в первые 100 млн. лет существования нашей планеты. Однако в 2007 г. появилась работа, доказывающая ошибочность первоначальной оценки возраста Луны в связи с недоучётом влияния на сохранность Hf-W системы облучения лунных пород космическим излучением. Авторы работы пришли к выводу, что Луна не могла возникнуть ранее 4.6 млрд. лет и образовалась, возможно, значительно позже, примерно 4.25 млрд. лет назад, что совпало с более ранними данными, полученными по Sm-Nd хронометру (две пары изотопов). Оказалось, что соотношение изотопов W, как и ранее определённое соотношение изотопов О в лунных породах, сходно с таковыми в древнейших земных породах, что указывает на более близкое родство Земли и Луны, чем допускает гипотеза гигантского импакта. Эти данные подтверждают взгляды А.А. Маракушева и Э.М. Галимова, считающих образование побочным эффектом становления Земли, подобно спутникам Юпитера или Сатурна.

С другой стороны, изучение древнейших австралийских обломочных цирконов с определением изотопии кислорода и состава редких и рассеянных элементов привело к неожиданным выводам о том, что уже 4.4-4.3 млрд. лет назад поверхность Земли охладилась до возможности появления жидкой воды, что могло способствовать появлению магматических пород кислого состава гранитоидов, то есть коры континентального типа. Эти выводы встретили довольно серьёзные возражения, но опять-таки в 2007 г. было сделано новое сенсационное открытие в зерне циркона с возрастом 4.3 млрд. лет был обнаружен кристалл алмаза. Как известно, алмазы образуются при высоких давлениях, господствующих в низах континентальной литосферы. Поэтому, если только не допустить маловероятное более позднее попадание алмаза в циркон, налицо ещё одно свидетельство очень ранней дифференциации Земли и её расслоения на оболочки — геосферы.

К концу хадея первичная атмосфера (образованная за счёт выделения газов из планетезималей при их соударении и с некоторой добавкой вещества солнечного происхождения) должна была заместиться атмосферой, возможно сильно обогащенной метаном, являвшейся уже продуктом дегазации мантии в процессе вулканической деятельности. Это изменение также связывают с "гигантским импактом". Завершающим же событием хадея должна была явиться интенсивная бомбардировка Земли, которая, по аналогии с Луной, должна была достигнуть максимума 3.9-3.8 млрд. лет назад. Но была ли эта бомбардировка ответственна за исчезновение с лица Земли пород древнее 4 млрд. лет? Скорее всего, нет. Более вероятно предположение об их переплавлении в результате "переворота" пород в магматическом океане. Любопытно, что нечто подобное должно было произойти и на Венере примерно 500 млн. лет назад, где породы древнее этой даты также отсутствуют.

На рубеже ~4 млрд. лет Земля вступила в новый архейский этап эволюции, нашедший своё отражение в её "каменной летописи". Однако, хотя породы с раннеархейским возрастом 4.0-3.5 млрд. лет найдены на всех континентах, они практически повсеместно представлены гранитогнейсами ювенильного происхождения, первоначально прозванными "серыми гнейсами". Счастливым исключением является юго-западная Гренландия, где на поверхности обнажаются супракрустальные (возникшие на поверхности Земли) осадочно-вулканогенные породы возрастом 3.9-3.8 млрд. лет кремни граувакки, железистые кварциты, базальты. Они образовались в водной среде, то есть являются свидетельством существования гидросферы. Если учесть, что среди пород возрастом 3.5 млрд. лет известны карбонаты биогенного происхождения, а также породы, обладающие первичной намагниченностью, можно констатировать, что к началу среднего архея - 3.5 млрд. лет - оболочечное строение Земли в основном было сформировано. По некоторым данным, к этому же времени обособилось и внутреннее, твёрдое ядро планеты.

Особую проблему составляет происхождение протоконтинентальной, точнее, тоналит-трондьемито-гранодиоритовой (ТТГ) коры. Дело в том, что прямое выплавление такой коры из мантии перидотитового состава невозможно. Сначала должна выплавиться магма основного базальтового состава, преобразуемая в амфиболит, а уже из него, с добавлением воды, может образоваться порода типа ТТГ. Вопрос в том, в каких геодинамических условиях это происходит. Исследователи предлагают разные модели. Наиболее вероятно, что первоначально в результате подъёма мантийного плюма формируется линза утолщённой океанской коры, проявленная на поверхности в виде вулканического плато, а затем в основании этой линзы начинается плавление её материала при участии воды из пододвигающейся под неё дегидратированной коры. Подобный протоконтинент, как предполагают некоторые наши исследователи, образовался в экваториальной зоне, где этому способствовала центробежная сила, связанная с осевым вращением Земли. Затем протоконтинент мог расколоться и его фрагменты могли войти в состав будущих континентов. Возможно, что этот процесс повторялся дважды, на рубежах 3.5 и 3.0 млрд. лет, но всё это пока только догадки.

В течение среднего и позднего архея, то есть между 3.5 и 2.5 млрд. лет, произошёл переход от господства тектоники плюмов к тектонике плит. Недавно появившиеся данные свидетельствуют о явном проявлении тектоники плит в позднем архее. Об этом говорит обнаружение в Карелии и Китае офиолитов с типичным для зон спрединга комплексом параллельных даек, а также обнаружение сейсмических зон пологих разломов, наклонённых под древние вулканические дуги - вероятных зон палеосубдукции. Найдены также характерные для зон палеосубдукции вулканиты бониниты. Конечно, архейская тектоника плит должна была отличаться от неопротерозойскофанерозойской: крупных плит не было, зоны субдукции были пологими, слэбы не только выделяли флюиды, но и подвергались полному плавлению. Мощность коры, выплавляемой в зонах спрединга, была гораздо выше мощности современной коры из-за более высокой температуры мантии.

К концу архея, благодаря аккреции вулканических дуг и океанских плато к обломкам протоконтинента, образуются крупные гранит-зеленокаменные блоки - эократоны, в пределах которых мощность коры и литосферы достигает современных величин. Плавление нижней коры порождает новое поколение "нормальных" калинатровых гранитов. Затем появляются щелочные интрузии. Они свидетельствуют о вовлечении в конвекцию недеплетированных низов мантии и о переходе к общемантийной конвекции. Именно это могло повлечь за собой образование на рубеже архея и протерозоя первого настоящего суперконтинента - Пангеи 0. На поверхности в первую половину палеопротерозоя накапливались в основном континентальные осадки и вулканиты, а его литосфера стала достаточно "жёсткой" для образования рифтов и дайковых роёв. Во второй половине данного эона, видимо, в процессе перехода к двухярусной конвекции, произошло раздробление суперконтинента. Между его сиалическими обломками возникли линейные бассейны с океанской корой, подобные тем, которые в доплейттектонической терминологии было принято называть геосинклиналями. В конце эона, на рубежах 1.9 и 1.7 млрд. лет, в ходе двухфазной коллизии, очевидно, под действием общемантийной конвекции эти бассейны замкнулись и установились орогены, вновь спаявшие обломки Пангеи 0 в новый суперконтинент Пангею I (Мегагею, или Колумбию).

Литосфера Колумбии оказалась ещё более жёсткой и хрупкой, чем у её предшественницы, и поднимающаяся к её основанию магма суперплюма вызывала частичное плавление коры с образованием плутонов гранитов - рапакиви. Начиная с 1400 млн. лет литосфера пронизывалась трубками алмазоносных кимберлитов. На рубеже середины мезопротерозоя Колумбия подверглась раздроблению, видимо, частичному, а к рубежу мезо и неопротерозоя, к 1.0 млрд. лет возродился суперконтинент, получивший название Родиния.

С этого времени тектоника плит "заработала" по современному образцу. Дальнейшая история Земли включает: распад Родинии и образование Тихого океана и океана Тетис (~750 млн. лет назад); становление мегаконтинента Гондвана и, может быть, суперконтинента Паннотия (~540 млн. лет назад); океана Япетус и его замыкания; образование мегаконтинента Лаврусия (~400 млн. лет назад); объединение Лаврусии и заместившей её Лавразии с Гондваной в последний суперконтинент - классическую вегенеровскую Пангею (320 млн. лет назад); распад и образование современных океанов Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого. Эта история в своих основных чертах довольно хорошо освещена в литературе. Современные исследования, в основном палеомагнитные и радиогеохрометрические, направлены на её уточнение.

Взаимодействие внутренних и внешних оболочек Земли. Участвуя в общем осевом вращении Земли, отдельные её оболочки испытывают латеральные перемещения вдоль своих границ. Атмосфера перемещается относительно литосферы и гидросферы, криосфера литосферы, внутреннее ядро - внешнего, нижняя мантия (переходная зона) - верхней мантии. Причина этих смещений усматривается в гравитационном влиянии внешних по отношению к Земле небесных тел, а следствием является выделение тепла.

Исторически сложилось так, что изучением внутренних и внешних геосфер занимались различные группы специалистов, их взаимодействию не уделялось достаточно внимания. Действительно, реологические свойства, энергетика и динамика внешних оболочек резко отличается от таковых твёрдой Земли. Находясь в жидкой, газовой или плазменной фазах, они обладают несравненно большей подвижностью, процессы конвекции и адвекции в них идут со скоростью, на несколько порядков превышающей скорость аналогичных процессов в твёрдой Земле, не считая внешнего ядра. Движущей силой процессов служит не внутреннее тепло, а солнечное излучение, кстати сказать, в 3 раза превышающее по величине тепловой поток, поступающий из недр Земли. В учебниках общей геологии и геоморфологии подчёркивается, что роль эндогенных процессов при преобразовании поверхности Земли является ведущей, что тектонические движения и деформации создают рельеф Земли, распределение континентов и океанов, образование горных хребтов, которые и контролируют распределение океанских течений и циркуляцию атмосферы циклоны, муссоны и т.д. Однако существует обратная связь, менее заметная, но всё же заслуживающая внимания. Установлено, что возникновение, уменьшение или исчезновение ледовой нагрузки стимулируют усиление процессов вулканизма и сейсмичности. Это показано на примерах Исландии, Байкальского региона и Скандинавии. Активизация приведённых выше процессов объясняется декомпрессией астеносферы. Аналогичную роль играет речная эрозия. В Гималаях с прорезающими их глубокими долинами могучих рек Инда и Брахмапутры связано поднятие по их краям таких вершин, как Нанга-Парбат, на 8 км и более.

Климатические условия могут влиять на функционирование зон субдукции и через них на развитие рельефа. Образование Анд более 40 млн. лет назад, а также возникновение примерно тогда же холодного течения вдоль побережья Южной Америки повлекло за собой образование вдоль побережья безводной пустыни Атакама, лишило поступления осадков глубоководный жёлоб и протягивающуюся вдоль него зону субдукции. А лишившись обводнённых осадков, субдукция приобрела более "жёсткий" характер с увеличением тангенциального стресса, что и обусловило, по мнению некоторых исследователей, дополнительный подъём Центральных Анд на 2 км.

Вместе с тем некоторые данные показывают, что влияние эндогенных процессов распространяется на все внешние оболочки Земли. Так, оказалось, что во время сильных землетрясений, в частности вдоль разлома Денали в Североамериканских Кордильерах или цунамигенного Суматринского землетрясения, наблюдалась повышенная, достигающая ионосферы, эмиссия радона вдоль сейсмогенных разломов.

Порождаемое геодинамо внешнего ядра Земли магнитное поле охватывает всю планету, и колебания его интенсивности постоянно ощущает каждый из нас. Но, если верить расчётам Б.В. Левина, даже неравномерность вращения внутреннего, твёрдого ядра, вызываемая внешними причинами, проявляется в рельефе и сейсмичности Земли.

Самое активное воздействие на внешние оболочки - атмосферу, гидросферу, литосферу - оказывает биосфера. Со времени её появления 3.5 млрд. лет назад (возможно, и значительно раньше) - её влияние на окружающую среду всё возрастало и достигло кульминации с появлением человека. Происхождение биосферы представляет одну из двух величайших загадок естествознания, наряду с происхождением Вселенной. Обе версии, ныне оживлённо дискутируемые, - возникновение жизни на Земле или её занос из Космоса - наталкиваются на принципиальные противоречия. Первая не может ответить на вопрос: каковы же были те неповторимые условия, в которых из неживого вещества возникло живое? Перед второй версией, казалось бы, подкрепляемой находками сложных органических соединений в метеоритах и кометах и даже следов живых организмов в метеоритах, встаёт тот же вопрос, но относящийся к Космосу. Как бы то ни было, дальнейшая эволюция земной биоты ставит перед наукой немало вопросов, которые нельзя решить без участия геологов. Почему в течение более 2 млрд. лет совокупность живых организмов на Земле ограничивалась прокариотами, затем спустя 2.5 млрд. лет появились эвкариоты, далее Metazoa, а затем около 600 млн. лет назад произошла вспышка жизни: появилась эдиакарская фауна мягкотелых беспозвоночных, а ещё через 0.5 млн. лет новая вспышка, приведшая к возникновению всего разнообразия фауны фанерозоя? Да и в течение самого фанерозоя происходили неоднократные, порой весьма резкие обновления состава биоты, причины которых трактуются весьма неоднозначно: то ли это следствие внезапного оживления вулканической деятельности, вызванного подъёмом мантийных плюмов, то ли следствие падения на Землю крупных метеоритов и даже астероидов, то ли и то и другое вместе. Не вполне ясен и механизм эволюции биоты, приведшей от бактерии к человеку. Классический дарвинизм, даже подправленный генетикой и элементами ламаркизма, не удовлетворяет учёных.

Геолога интересуют не столько причины появления и развития биосферы, сколько их результаты, а они весьма значительны. По существу, не только осадочный, но и гранито-метаморфический слой земной коры, составляющий основу континентов, сформирован в основном благодаря деятельности живых организмов. Им же принадлежит огромная роль в изменениях климата. Согласно теории британского учёного Дж. Лавлока, биота не только испытывает влияние климата, но и выступает его регулятором, не допуская резких колебаний температуры или содержания кислорода в атмосфере. По его мнению, благоприятные условия для развития жизни на Земле созданы не оптимальным её расстоянием от Солнца, а во многом ею самой. С этой точки зрения, Киотский протокол это лишь наглядная попытка человечества участвовать в подобном процессе.

Нельзя не коснуться ещё одной проблемы, связанной с Землёй в целом, - это роль её осевого вращения и обращения по околосолнечной орбите. Роль этого фактора в геодинамике в прошлом недооценивалась, хотя, с другой стороны, отдельные учёные неправомерно, на мой взгляд, пытаются придать ему решающее значение. Прежде всего очевидно, что вращение Земли порождает западный, а в сочетании с конвекцией и северный дрейф материков, а также сказывается в асимметрии окраин Тихого океана и меридиональных отрезков срединноокеанских хребтов. Неравномерность этого вращения приводит к изменению формы геоида, которое сказывается на водной оболочке, вызывая противоположные по знаку в полярной и экваториальной областях трансгрессии и регрессии моря. Они же порождают напряжения в коре и литосфере, создающие так называемую регматическую сеть разломов и трещин, ориентированных ортогонально или диагонально по отношению к оси координат.

Периодические изменения параметров вращения Земли наклона её оси, прецессии, эксцентриситета орбиты приводят к циклическим изменениям климата. Это впервые предположил сербский учёный М. Миланкович, объясняя чередования ледниковых и межледниковых эпох в четвертичном периоде, а много лет спустя его гипотеза нашла полное подтверждение и дальнейшее развитие. Оказалось, что цикличность Миланковича с периодами в 20, 40, 100, 400 и даже 1.2 млн. лет проявляется в осадочных толщах не только ледниковых и четвертичных, но самого различного генезиса угленосных, соленосных, флишевых с возрастом вплоть до позднедокембрийского.

Земля и окружающий Космос. Земля не изолирована от окружающего Космоса - ближнего, включающего соседей по Солнечной системе и само Солнце, и дальнего нашу Галактику и всё за её пределами. Естественно, что наибольшее влияние на Землю оказывают её ближайшие соседи, в первую очередь Луна, составляющая с ней как бы двойную планету. Это воздействие выражается в твёрдых приливах, которые были наиболее интенсивны на ранних этапах развития, когда Луна находилась на более близком расстоянии от нашей планеты. Однако, вопреки недавно господствовавшим представлениям, влияние продолжалось и позднее. Твёрдые приливы не рассеиваются в литосфере, как происходит с морскими приливами, а вызываемые ими напряжения накапливаются и приводят к деформациям литосферы. К тому же, как показал Ю.Н. Авсюк, удаление Луны от Земли не монотонно, а периодически сменяется некоторым сближением планет, и это может служить объяснением цикличности тектогенеза (циклы Штиле и Бертрана).

Гравитационное воздействие Солнца также является одной из причин твёрдых приливов, хотя и меньшего масштаба, чем лунные. Колебания в интенсивности поступающего на Землю солнечного излучения играют весьма существенную роль в климатических изменениях. В отличие от лунных приливов, его интенсивность нарастала в истории Земли. По некоторым данным, в современную эпоху оно на 30% превосходит первоначальную величину.

Весьма примечательна обнаруженная А.Л. Чижевским корреляция между 11 и 22летними циклами солнечной активности и изменениями климата Земли, к которой следует добавить её распространение на сейсмическую и вулканическую активность. При этом установлено (Э.Н. Халилов, В.Е. Хаин), что пики активности вулканов противоположных геодинамических обстановок зон растяжения литосферы (рифтинга, спрединга) и зон её сжатия (субдукции, коллизии) находятся в противофазе. Это может указывать на пульсацию объёма Земли, чередование её сжатия и расширения.

Наиболее яркое проявление воздействия на нашу планету окружающей космической среды представляют метеоритно-астероидно-кометные бомбардировки. Следы последних - импактные кратеры (астроблемы) - во всё большем числе (сейчас их более 100) открываются не только на суше, но и под водой. Источником метеоритов и астероидов в основном является пояс астероидов между Марсом и Юпитером, а комет - пояс Койпера на внешней границе Солнечной системы, но, возможно, не только он. Многие исследователи считают именно эти бомбардировки и вызываемые ими изменения среды обитания биоты ответственными за её периодические массовые вымирания, а американки Д. Эббот и Э. Ислей выдвинули смелую гипотезу, согласно которой импакты провоцируют подъём суперплюмов и образование платобазальтовых полей - трапповых провинций, что в сочетании приводит к резким и губительным для живых организмов климатическим изменениям. Однако эта гипотеза не нашла геохроногического подтверждения. За рамками перечисленных важных, но относительно частных проблем остаётся одна большая нерешённая проблема: какова причина многопорядковой цикличности всех геологических процессов? Она не находит объяснения в эндогенной динамике Земли, тем более что пример 22летних циклов показывает общность земной цикличности с солнечной. Это касается и циклов Миланковича, причина которых, казалось бы, известна изменения параметров вращения Земли, но какова же первопричина их циклического изменения? Всё это заставляет некоторых исследователей рассматривать внешние факторы.

Уже давно было обращено внимание на близкое совпадение продолжительности тектонических циклов (циклы Бертрана) с продолжительностью обращения Земли в составе Солнечной системы по галактической орбите - с так называемым галактическим годом, продолжающимся около 220 млн. лет. Действительно, перемещаясь по этой орбите, то удаляясь, то приближаясь к центру Галактики, наша планета испытывает различное по величине гравитационное воздействие, что не может не отражаться на её динамике. Согласно А.А. Баренбауму, Земля не только испытывает разномасштабное гравитационное воздействие, но и пересекает исходящие из центральной области Галактики спиральные газопылевые облака, что также оказывает определённое воздействие. Это представление, разумеется, гипотетическое, как и развиваемая тем же исследователем концепция бомбардировки Земли кометами галактического происхождения.

Не менее гипотетичны мысли о существовании и воздействии на Землю длинных гравитационных волн космического происхождения, высказанные украинским учёным И.В. Карпенко и азербайджанским Э.Н. Халиловым. Существование подобных волн, предсказанное ещё А. Эйнштейном, связывается в настоящее время со столкновением галактик или исчезновением их в чёрных дырах. На подтверждение этой гипотезы сейчас направлены усилия астрофизиков. Недавно американские астрономы обнаружили квадрупольную деформацию Земли, которая может быть вызвана именно такими волнами. С их помощью И.В. Клименко объяснил происхождение крупномасштабных тектонических циклов Вилсона, Бертрана и Штилле.

 







Дата добавления: 2015-09-04; просмотров: 416. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

ПУНКЦИЯ И КАТЕТЕРИЗАЦИЯ ПОДКЛЮЧИЧНОЙ ВЕНЫ   Пункцию и катетеризацию подключичной вены обычно производит хирург или анестезиолог, иногда — специально обученный терапевт...

Ситуация 26. ПРОВЕРЕНО МИНЗДРАВОМ   Станислав Свердлов закончил российско-американский факультет менеджмента Томского государственного университета...

Различия в философии античности, средневековья и Возрождения ♦Венцом античной философии было: Единое Благо, Мировой Ум, Мировая Душа, Космос...

ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ. 1. Особенности термодинамического метода изучения биологических систем. Основные понятия термодинамики. Термодинамикой называется раздел физики...

Травматическая окклюзия и ее клинические признаки При пародонтите и парадонтозе резистентность тканей пародонта падает...

Подкожное введение сывороток по методу Безредки. С целью предупреждения развития анафилактического шока и других аллергических реак­ций при введении иммунных сывороток используют метод Безредки для определения реакции больного на введение сыворотки...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия