Читать книгу Электрические токи в эволюционном преобразовании Земли - Эдуард Гавеля - Страница 5

Высказанная в начале XX в. Ф. Тейлором, а затем более наглядно обоснованная А. Вегенером [30, 112] гипотеза «возникновения материков и океанов» постепенно нашла многочисленных сторонников во всём мире. В дальнейшем она получила название гипотезы мобильной литосферы. В трудах зарубежных исследователей Г. Джеффриса, П. Айзекса, К. Ле Пишона, А. Дю-Тойта, Э. Крауса, Ф. Вайта, Д. Мэтьюза, Л. Сайкса, Г. Хесса, Р. Дитца, У. Моргана, а также российских ученых Е.В. Быханова, П.Н. Кропоткина, А.В. Пейве, В.Е. Хайна, Л.П. Зоненшайна, А.А. Ковалева, А.С. Монина, О.Г. Сорохтина и многих других учёных эта гипотеза получила убедительные доказательства правомерности её применения к эволюционному развитию Земли. К настоящему времени она вошла в учебники по геодинамике [42, 56, 77, 86, 96, 112, 128, 131 и др.] под названием «Теория тектоники литосферных плит». Эта новая парадигма довольно просто и элегантно объяснила широкий круг проблем о движении, деформациях и сейсмической активности верхней оболочки Земли1. Тектоника плит в буквальном смысле во всем мире вызвала переворот в представлениях о строении Земли. Под её влиянием начался процесс пересмотра принципа интерпретации наблюдаемых геологических явлений. Одновременно активизировались исследования геодинамической направленности, чаще стали появляться новые концепции об образовании и эволюции планет Солнечной системы [49, 59, 60, 64, 81, 105, 114, 119, 125 и др.].

Большое внимание этой тематике уделяется и в нашей стране. Так в Москве в 1991 г. с 21 по 24 марта прошла Всесоюзная конференция «Глобальные изменения в геологической истории Земли». С совместным вступительным докладом «Глобальные изменения в геологической истории Земли – приоритетное направление научных исследований» [58] выступили А.И. Кривцов и Н.В. Межеловский. В их докладе было отмечено, что в настоящий период перечисленным вопросам уделяется «обострённое внимание человечества». Поэтому в число приоритетных направлений НИР страны входят работы, нацеленные на разрешение данных проблем. В связи с этим были сформулированы следующие основные задачи:

«– разработать модели глобальных изменений в геологической истории на основе современных концепций развития Земли;

– разработать геологические, геофизические, геохимические и другие критерии выявления глобальных катастрофических событий, включая воздействие внеземных факторов;

– обосновать структурные и вещественные характеристики крупнейших геодинамических перестроек Земли с целью выявления экстремальных палеоэкологических обстановок;

– разработать модели цикличности историко-геологических процессов и периодичности глобальных критических эпох;

– выявить закономерности глобальных изменений геологической среды под влиянием природных и техногенных факторов, разработать прогноз этих проявлений».

Эти задачи возникли не от праздного любопытства, а от насущной необходимости. Истощение запасов полезных ископаемых в приповерхностной части земной коры за счёт их интенсивного извлечения требует затрат на изучение нашей планеты в третьем измерении, вынуждает исследователей искать новые месторождения на всё бóльших и бóльших глубинах. При этом геологических познаний, основанных на многовековых эмпирических обобщениях, становится недостаточно. На современном этапе необходимы знания о глубинных, региональных, планетарных геологических и эволюционных процессах. Нужны новые подходы, основанные на дедуктивном способе познания, с обязательным привлечением законов физики, механики, других точных наук.

Для дальнейших глубинных поисков невозможно выработать обоснованного рационального поискового комплекса методов и, соответственно, методики работ без понимания природы геологического образования, без представлений об источниках вещества, физико-химических и геологических условиях его миграции и концентрации, т. е. необходимы знания о динамических процессах, происходивших в области изучаемого объекта. В свою очередь для понимания динамики такого развития очень важны исходные теоретические концепции об образовании и эволюции планет Солнечной системы. Из всего этого вытекает, что нужна новая, современная, основанная на последних фактических данных доктрина о происхождении Земли и планет. Необходима такая теория, которая могла бы объяснить протекание геологических процессов на всех планетах с единой позиции.

Так случилось, что автор данной работы понял это уже с начала 1980-х гг., занимаясь проблемой глубинных поисков медно-никелевых руд в Норильском регионе. Контуры такой теории вырисовывались постепенно, и к началу 1991 г. разработка её основных положений была закончена. Разрабатываемая автором концепция получила название «Теория электромагнитного происхождения, эволюции космических образований (ТЭМПЭКО) и протекания геологических процессов (ПГП) на них». Изложению основ этой теории и посвящена данная работа.

По мнению автора, с помощью ТЭМПЭКО и ПГП появилась возможность дать исчерпывающие ответы на большинство крупных ещё не решённых или противоречивых вопросов из области физики Земли и планет [1, 2], эволюционного преобразования и протекания геологических процессов на них. Таких проблем к настоящему времени накопилось значительное количество.

Во введении будут названы только некоторые из них. Сначала будет сформулирована проблема, кратко показана её масштабность, представлены существующие варианты её разрешения или сделаны ссылки на источник, а затем – как решается она по ТЭМПЭКО и ПГП с указанием соответствующего подраздела, где можно найти расширенные ответы.

Удивительное и неразгаданное до сих пор явление во Вселенной – то, что почти все объекты в ней вращаются. Планеты вращаются вокруг своих осей и одновременно обращаются по своим орбитам. Вращаются звёзды и галактики. Квазары вращаются примерно с суточным периодом, пульсары – значительно интенсивнее. Кроме того, космические образования обладают и магнитными полями. Так, Э. Казимировский в книге «Мы живём в короне Солнца» [52], высказываясь относительно Солнечной системы, пишет: «…экспериментально установлено, что межпланетное магнитное поле, во-первых, существует, а во-вторых, имеет сложную структуру. Оно как бы разделено на несколько секторов. Как правило, их четыре. В двух из них магнитное поле направлено к Солнцу, а в двух – от Солнца. Открытие секторной структуры межпланетного поля произошло совсем недавно, но к этому интересному явлению приковано внимание геофизической науки».

Каков механизм такого движения? Что заставляет вращаться космические образования? Что первично: их вращение или наличие магнитного поля? Существует ли связь вращения с магнитным полем? Где источник магнитного поля космических образований? Почему географические полюса могут не совпадать с магнитными?

Множество гипотез высказывалось по этому поводу. Французский философ и математик П. Лаплас, например, предполагал, что вращательное движение – неотъемлемое свойство материи. Изобретатель астатического магнитометра англичанин П. Блэкетт пытался доказать, что у всех тел при вращении должны возникать и магнитные свойства. Наибольшее внимание уделялось вращению Земли и её связи с магнетизмом. На заседании Парижской академии наук А. Ампер отмечал: «Простая мысль, которая могла естественно возникнуть у того, кто хотел бы объяснить постоянное направление магнитной стрелки с юга на север, – это предположить в Земле электрические токи».

К настоящему времени сложилось устойчивое мнение, что основным источником магнитного поля следует считать земные токи, порождаемые динамо-эффектом (гидромагнитным динамо). Проявление динамо-эффекта у Земли связывают с конвективным движением проводящего вещества её жидкого ядра и с всплыванием в этой среде более лёгких примесей под действием архимедовой силы [124, 125]. Проблемой развития этой теории занимались: англичанин Э. Буллард, советские исследователи Я. Френкель, С. Брагинский, Я. Зельдович и другие.

Существует целый ряд и других гипотез, в которых за основу объяснения возникновения геомагнитного поля считают вращение Земли или дифференциацию скорости вращения её недр. Наиболее полно, с позиции современных знаний, обзор магнитогидродинамических теорий происхождения магнитного поля Земли дан в работе сотрудников Института геофизики АН УССР А. Третяка, Л. Вигилянской, М. Макаренко и В. Дудкина [113], где приведён довольно обширный список опубликованных работ по этой проблеме. Однако существующие теории, и теория динамо в том числе, объясняя возникновение магнитного поля за счёт вращения Земли, при этом не вносит ясности в причины её вращения.

На том же принципе – взаимодействии магнитного поля и электрических токов (амперовых сил) – построена рассматриваемая в подразделе 1.1 гипотеза токовой циркуляции (ТЦ). Гипотеза ТЦ предполагает первичным не вращение, за счёт которого якобы появилось магнитное поле Земли, а наоборот – вначале возникает циркуляция токов, с которыми и связано магнитное поле. Только после этого развивается вторичный эффект – вращение. Гипотеза ТЦ имеет универсальный характер, поэтому в указанном подразделе описывается предполагаемое распределение токов в недрах Солнца и то, каким образом это сказывается на окружающем пространстве.

Изложенная далее концепция о природе возникновения электромагнитного поля на планетах и Солнце, об их вращении подходит и для других объектов Вселенной.

В последние годы ведутся дискуссии по проблеме дрейфа магнитного поля Земли, так как анализ данных, полученных в обсерваториях мира, показывает, что в магнитном поле наблюдается дрейф (относительно поверхности Земли) в западном направлении со скоростью 20 в столетие [42, 68]. Этот дрейф в подразделе 1.1 объясняется дифференциацией скорости вращения недр Земли относительно её поверхности.

Важное место отводится так называемым «инверсиям» магнитного поля в тектонике плит [56, 105, 109 и др.], ибо на основе инверсий построена гипотеза, по которой литосфера разбита на ряд плит, постоянно движущихся друг относительно друга. По поводу инверсий в работе [113] отмечается: «По вопросу полярности поля в момент его обращения есть две альтернативные точки зрения. В. Хиллоуз и А. Кокс установили, что во время инверсии преимущественно дипольное поле остаётся только в районе экватора, причём во время инверсионного перехода оно постоянно относительно мантии… С другой стороны, Г. Гурарием на основе анализа всего имеющегося материала для последних 243 млн лет утверждается, что во время всех инверсионных переходов упомянутого временного интервала поле имело мультипольный характер» [113].

В отличие от этих и других существующих сегодня доводов в подразделе 1.1 сделан принципиальный вывод о том, что как таковых полных «инверсий» магнитного поля не происходит. Инверсии могут наблюдаться только в некоторых частях земного шара, и связано это, возможно, с прекращением токовых циркуляций в одном из токовых поясов.

В связи со значительным потоком новой информации о Земле, получаемой со спутников, в середине 1970-х гг. возник усиливающийся интерес к кольцевым структурам [53, 133]. До настоящего времени в отношении кольцевых структур существует масса нерешённых вопросов, начиная от механизма и возраста их образования, их связи с другими структурами Земли и кончая приуроченностью к ним полезных ископаемых. Лик Земли непрерывно изменяется: возникают горы и впадины, повышается или понижается уровень моря, происходят разрывы в земной коре и т. д. и т. п.

Какие силы ответственны за эти деформации? Каков механизм формирования различных тектонических образований: островных дуг, океанических жёлобов, складчатых горных хребтов? Чем обусловлены непрерывные, продолжающиеся миллионы лет куполообразные поднятия одного района при одновременном погружении соседних районов? Во всём этом «повинна» дифференциация скорости движения вещества в недрах. Об этом сначала говорится в подразделе 1.2, где подробно рассматривается процесс образования кольцевых структур. Затем – в подразделе 1.3, когда высказывается гипотеза о местоположениях «горячих поясов» (ГП) и разбирается проблема внутреннего строения Земли. Ответам на перечисленные вопросы посвящён и подраздел 1.6 о геодинамике взаимодействия структур.

В теории тектоники литосферных плит [56, 106, 109, 114] основным механизмом, движущим плиты друг относительно друга, является тепловая конвекция. Эта важнейшая для данной теории гипотеза была выдвинута в 1968 г. У. Морганом [112]. В соответствии с этой теорией «движения литосферы выражаются в перемещении отдельных её участков в вертикальном (поднятия, опускания) или горизонтальном направлении» [128]. Однако если в качестве движущей силы принять дифференциацию скорости вращения мантийного вещества относительно коры Земли, тогда должны происходить не прямолинейные сдвиговые движения, а вращательные. Результатом же вращательных движений станет образование кольцевых структур, по периметру которых образуются крупные разрывы. Движение кольцевых структур осуществляется путём ступенчатого дискретного проскальзывания. Из излагаемого в подразделе 1.2 материала становится понятно, что кольцевые структуры не имеют прямой зависимости от океанов или континентов, как это связывается в тектонике плит с плитами. Одна кольцевая структура может принадлежать одновременно и континентальным, и океаническим участкам литосферы. Попеременное вращение двух сопряжённых ортогонально (когда проекции краёв таких структур пересекаются друг с другом под углами, близкими к 90^о) структур объясняет ступенчатость, наблюдаемую у трансформных разломов.

Важным свидетельством того, что для литосферы характерны вращательные движения, а не раздвиговые, служит то, что «…согласно конвекционным теориям, растяжение должно было охватывать примерно такую же площадь земной коры, как и сжатие, т. е. около половины поверхности Земли. Фактически же растяжение наблюдается только в рифтах и вблизи них, т. е. на площади, которая составляет не более 5 % поверхности Земли. На остальной площади доминируют горизонтальные сжатия» [59, 62].

С помощью концепции вращательных движений, свойственных структурам Земли, находят простое объяснение такие неясные до сих пор процессы в истории нашей планеты, как образование островных дуг и окраинных морей (см. подраздел 1.2).

Внутриконтинентальный магматизм существующими теориями связывается с «горячими точками» и «горячими полями» мантии Земли. Считается, что при прохождении литосферных плит над «горячими точками» на поверхности Земли остаются следы в виде линейных вулканических цепей в океане или более рассеянных поясов магматизма на континентах [46]. Любопытное предположение, получившее к настоящему времени широкое распространение, высказал по этому поводу Дж. Уилсон. Он считает, что своему существованию «горячие пятна» обязаны подъёму с больших глубин восходящих сравнительно узких (диаметром несколько сотен километров) горячих струй. Эти струи рассматриваются как часть крупномасштабных конвективных движений в мантии [109].

Излагаемая в подразделе 1.3 гипотеза образования «горячих поясов» (ГП) позволяет в несколько ином свете подходить к проблеме образования «горячих точек». Без специальных экспериментальных исследований невозможно определить состав и охарактеризовать строение ГП, однако можно предположить, что чем бóльшей температурой испарения обладают составляющие его элементы (или их соединения), тем глубже или дальше отстоят они от внешней области этого пояса. Исходя из анализа процессов, связанных с глубинными явлениями, в подразделе 1.3 перечисляется ряд элементов, участвующих в строении этого гипотетического пояса.