Геотектоника с основами геодинамики - Хаин В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Намечаются некоторые закономерности и в общем структурном плане Земли, в частности возрастание амплитуды смещений по транаформным разломам от полюсов к экватору, некоторая тенденция левостороннего смещения Северного полушария относительно Южного и др.
В заключение надо подчеркнуть, что изложенное в данной главе, особенно в п. 17.2, и прежде всего касающееся ранних стадий развития Земли во многом проблематично и составляет предмет дальнейших исследований.
ГЛАВА 18
ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И ГЛУБИННЫЕ МЕХАНИЗМЫ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В этой, заключительной, главе настоящей книги будут рассмотрены коренные вопросы геотектоники и одновременно геодинамики, касающиеся энергетических источников тектогенеза (а также сейсмичности, магматизма и метаморфизма), реологии коры и мантии, литосферы и астеносферы, роли конвекции в мантии Земли в движениях и деформациях литосферы. Кратко будут затронуты процессы в коре и, в частности, в ее осадочном слое, обусловленные действием других факторов (гравитация, ротация и др.).
18.1. Источники энергии глубинных геологических процессов
Тектонические движения и деформации непосредственно обусловлены механической, кинетической энергией, но эта энергия представляет собой продукт преобразования тепловой энергии, порождающей явления разуплотнения или уплотнения, растяжения или сжатия вещества верхних твердых оболочек Земли. Отсюда крылатое выражение: "Земля - это тепловая машина". То обстоятельство, что тепло, приводящее в действие эту машину, поступает из глубоких недр, подтверждается возрастанием температуры с глубиной и непрерывным выделением через поверхность твердой Земли в окружающее пространство теплового потока, оцениваемого в современную эпоху в 4,2?1013W. Возникает естественный вопрос: что порождает этот тепловой поток?
До открытия радиоактивности на рубеже XIX-XX вв. внутреннее тепло Земли считалось остаточным от ее первоначального огненно-жидкого состояния, согласно космогонической гипотезе Канта-Лапласа. Но при этом требовалось допустить, что время остывания Земли, т.е. ее возраст, не превышало 100 млн лет. Открытие явления радиоактивности и содержания естественно-радиоактивных элементов в земной коре опрокинуло эти представления, и с тех пор подавляющее большинство исследователей считают основным источником внутреннего тепла Земли распад радиоактивных элементов, прежде всего урана, тория и калия, содержащихся в коре и мантии. Между тем еще в 1971 г. справедливость этого заключения была поставлена под сомнение О.Г. Сорохтиным, высказавшим мысль, что не радиоактивный распад, а гравитационная дифференциация на границе мантии и ядра является главным источником разогрева Земли. В настоящее время правота этого взгляда находит подтверждение в том факте, что реальный тепловой поток, оценка величины которого значительно возросла после открытия интенсивного тепловыделения в осевых зонах срединно-океанских хребтов, т.е. вдоль осей спрединга, намного превышает тепловой поток, генерируемый распадом естественно-радиоактивных элементов.
По подсчетам американского геофизика В. Вакье, радиогенное тепло может обеспечить лишь около одной четверти наблюдаемого теплового потока, а именно 1,14?1013 из 4,2?l013W. Основной запас естественно-радиоактивных элементов (около 90%) сконцентрирован в верхнем слое континентальной коры, что независимо подтверждается очень низким выделением гелия - другого продукта радиоактивного распада в океанах, составляющим всего 5% того количества, которое должно было бы наблюдаться, если бы тепловой поток был порожден здесь радиоактивным распадом. К тому же если основная масса радиоактивных элементов сосредоточена в верхах континентальной коры, выделяемое ими тепло не может играть сколько-нибудь существенной роли в более глубинных тектонических процессах.
Таким образом, радиогенное тепло не является основной компонентой той тепловой энергии, которая затрачивается на поддержание тектонической активности Земли. Очевидно, существуют другие, более важные и более глубинные ее источники.
Одним из них служит тепло, приобретенное Землей в период ее аккреции и частично унаследованное от протопланетного диска, который, вопреки прежним представлениям, уже успел подвергнуться некоторому разогреву - до 1000-1200 К - в области будущего образования Земли. В процессе самой аккреции, как отмечалось в предыдущей главе, благодаря соударению планетезималей Земля испытала существенный разогрев, вероятно, приведший к образованию "магматического океана" на ее поверхности или на небольшой глубине. Однако трудно рассчитать, какая доля этого аккреционного тепла сохранилась до современной эпохи и, следовательно, какова его роль в энергетическом балансе планеты.
Следующий, более мощный и, очевидно, важнейший источник внутреннего тепла Земли - это энергия глубинной гравитационной дифференциации, т.е. выделение тепла при перераспределении вещества Земли по плотности при его химических и фазовых превращениях. Главным здесь является процесс разделения вещества на силикатную и металлическую или, точнее, металлизированную (скорее всего Fe2O или FeO) часть на границе мантии и ядра, в слое Д". Впервые на ведущую роль этого процесса в глубинной дифференциации Земли указали О.Г. Сорохтин еще в 1971 г., а также В.А. Дубровский и В.Л. Панькин в 1972 г., а в настоящее время она стала практически общепризнанной. Причем начало этой дифференциации, по современным представлениям, относится уже ко времени завершения аккреции, если даже не совпадает с ним, т.е. аккреционный разогрев Земли непосредственно сменяется дифференциационным. Вместе с тем признается, что наиболее энергично эта дифференциация протекала в раннем докембрии, а точнее в архее, до рубежа 2,8-2,5 млрд лет назад, когда могло произойти ее резкое усиление, а затем ее интенсивность заметно снизилась и продолжала снижаться, хотя не монотонно, а с некоторыми временными остановками и даже обратными повышениями, вплоть до современной эпохи. Обо всем этом можно косвенно судить по темпам роста континентальной коры.
