Окенический рифтогенез - Дубинин Е.П.
ISBN 5-89118-198-3
Скачать (прямая ссылка):
Сильная отрицательная обратная связь возникает за счет теплопотерь Земли. Так, с увеличением скорости конвективного массообмена возрастают тепловые потоки через океанское дно, увеличиваются общие потери тепла Землей, благодаря этому уменьшается температура мантии, повышается вязкость ее вещества, что, в свою очередь приводит к снижению конвективного массообмена в мантии. Другой механизм отрицательной обратной связи заложен в самом процессе бародиффузионной дифференциации мантийного вещества. Действительно, диффузия окислов железа из кристаллов силикатов в межгранулярные пространства происходит только в нижней мантии на глубинах превышающих 2000 км. Поэтому чем выше скорость конвекции, тем меньшее время мантийное вещество будет пребывать в деятельном слое нижней мантии, тем меньше за это время “ядерного” вещества успеет диффундировать из кристаллов силикатов и перетечь в земное ядро, а замедление процесса дифференциации неизбежно приведет к снижению скорости и самой конвекции.
Таким образом, тепловая машина Земли представляет собой открытую, нелинейную, диссипативную систему с обратными связями. Но в таких системах возможна самоорганизация геодинамиче-ских процессов с возникновением устойчивых ос-реднениых состояний системы. Однако, химико-плотностная конвекция в мантии по своей природе -нестационарный процесс с постоянно видоизменяющейся структурой конвективных ячеек. Поэтому следует ожидать, что самоорганизация конвективных течений в мантии постоянно будет нарушаться нестационарностью процесса. Тем не менее такие равновесные состояния, соответствующие минимальным значениям рассеиваемой в мантии энергии (при заданной скорости генерации эндогенной энергии), время от времени все-таки должны возникать.
К таким квазиустойчивым состояниям относятся последовательно возникающие друг за другом одноячеистые и двухъячеистые конвективные структуры. Проведенное затем численное моделирование химико-плотностной конвекции подтвер-
дило это предположение.
Согласно глобальной модели Сорохти-на-Ушакова следует также важный геодинамиче-ский закон: энергетический баланс Земли в среднем стабилизирует развитие- конвективных процессов в мантии, при этом периоды конвективных циклов пропорциональны массе мантии. Масса мантии после образования земного ядра в конце архея постепенно уменьшалась за счет выделения из нее “ядерного” вещества и роста самого ядра. Это обстоятельство могло приводить к постепенному сокращению со временем продолжительности конвективных, а, следовательно, и тектонических циклов. Как происходило в действительности и какой из факторов (остывание мантии или уменьшение ее массы) оказывался определяющим можно установить только по геологической летописи Земли. Так, моменты формирования суперконтинентов Моногея, Мегагея, Мезогея н Пангея можно сопоставлять с временами завершения кеноранской, све-кофеннской, гренвильской н герцинской тектонических эр (орогений), соответственно 2600 ±100; 1800 ±100; 1000 ±70 и 230 ±10 млн лет назад. Если это так, то периодичность формирования суперконтинентов в докембрии была равна 800 ±100, а на рубеже с палеозоем 770 ±70 млн лет. Как видно, периодичность мегациклов в послеархейское время с точностью до определения возрастов орогений сохранялась приблизительно постоянной.
Следовательно, эффект остывания мантии в реальных условиях почти полностью компенсировался уменьшением ее массы, стабилизируя тем самым периодичность тектонических событий на Земле. Однако в будущем благодаря истощению энергетических запасов Земли и замедлению процесса дифференциации мантийного вещества фактор остывания мантии начнет играть более важную роль, в результате чего существенно замедлится конвективный массообмен в мантии и значительно увеличатся периоды тектонических мегациклов.
С постепенным угасанием бародиффузионного механизма дифференциации мантийного вещества, за счет исчерпания запасов “ядерного” вещества в мантии должно происходить постепенное снижение интенсивности и мантийной конвекции. Согласно расчетам [121], активность конвективного массообмена, определяемая рассеиваемой в мантии энергией, в настоящее время по сравнению с пиком в раннем архее уменьшилась приблизительно в 12 раз, а по сравнению с позднеархейским пиком - в 7 раз. Начиная с раннего протерозоя, удельное значение рассеиваемой в мантии энергии уменьшилось еще приблизительно в 2,5-3 раза. Снижение скорости будет происходить и в дальнейшем.
Как уже отмечалось, архейская история завершилась формированием у Земди настоящего плотного ядра и возникновением в ее мантии мощнейшей одноячеистой конвективной структуры и, как следствие, единой рифтовой системы на дне молодого океана. Поэтому за начало отсчета послеар-хейской геологической истории, отвечающей глав-
ной последовательности развития Земли, удобно принять именно этот естественный рубеж - момент окончательного формирования в недрах нашей планеты тяжелого ядра около 2,6-109 лет назад.
Путем сопоставления численных расчетов для архейского и послеархейского интервала времени можно оценить, что, начиная с 3, 8Т09 до 2,6-109 лет назад в архейской мантии должно было существовать около 16 полных конвективных циклов. При этом периоды таких циклов те, менялись от 20-50 млн лет в начале архея до 200 млн лет в конце архея.
