Вопрос 29. Чем можно объяснить «сквозьмантийные каналы», обнаруженные топографическими исследованиями?

Вопрос 29. Чем можно объяснить «сквозьмантийные каналы», обнаруженные топографическими исследованиями?

Целенаправленные топографические исследования последних десятилетий показали, что в разрезе подастеносферной мантии имеются какие-то «прорезающие нижнюю мантию насквозь неоднородности», представленные своеобразными сквозьмантийными каналами.

О современном состоянии нашей планеты имеются три гипотезы – гипотезы расширяющейся Земли, сжимающейся Земли и пульсирующей Земли. Доводы в пользу гипотезы расширяющейся Земли превалируют перед двумя другими. По нашему мнению, расширение планеты во времени происходит на двух уровнях разреза Земли – на ядерном и астеносферно-литосферном уровнях.

Начнем со второго (верхнего) уровня расширения планеты, соответствующего астеносферному и литосферному слоям Земли.

Астеносферный слой Земли оказывается приобретением планеты, образованный за счет конвективных течений вверх энергии и вещества, «высвобожденных» в результате дегидридизации внутреннего первичного гидридного ядра и накопившийся под «своеобразной покрышкой», представленной жесткой литосферой.

Обособление этого слоя в качестве самостоятельной сферы Земли с течением геологического времени должно сопровождаться некоторым увеличением планеты, поскольку плотность вещества астеносферы намного меньше, чем плотность вещества «своих прародителей» – подастеносферной мантии и ядер Земли (жидкого внешнего ядра и твердого внутреннего ядра).

Что касается первого (нижнего) уровня расширения планеты, то суть этого процесса связана с разуплотнением исходного более плотного вещества и обособлением разуплотненных веществ в качестве самостоятельной сферы планеты. Это приводит к образованию жидкого чисто металлического внешнего ядра с плотностью вещества порядка 9,5 г/см³ за счет дегидридизации металлов твердого первично гидридного ядра (плотность – до 13,5 г/см³). Очевидно, что этот процесс сопровождается увеличением суммар­ного объема двух ядер сегодняшней планеты по сравнению с объемом первичного чисто гидридного ядра, поскольку удаление водо­рода из ядер не в состоянии компенсировать увеличение объема внеш­него ядра за счет «раскрепощения» металлов от гидридной связи, обла­дающего большими потенциальными возможностями для расширения. Такое увеличение объема суммарного ядра планеты непременно должно привести к «растрескиванию» плотно прилегающей к нему твердой подастеносферной мантии и образованию в ее разрезе радиально направленных зон и каналов повышенной теплопроводности. Таким образом, именно гидридная модель изначального ядра Земли и его дальнейшее расширение, на наш взгляд, не исключают существование в подастеносферной мантии сквозных каналов, связывающих ядро с астеносферой.

Вопрос 30. Напишите уравнение Рэлея. Какие свойства жидкости (в нашем случае, астеносферы) способствуют лучшему протеканию тепловой конвекции?

Природа конвекционного течения открыта в начале XX столе­тия французским ученым Бенаром. Смысл этого физического явле­ния предельно прост: любая жидкость при повышении температу­ры расширяется, становится легче и начинает подниматься вверх: остыв на поверхности, она становится снова тяжелее (плотнее) и опускается вниз. Эти движения жидкости, по существу, и есть конвекционное течение. Поскольку разность плотности противопо­ложных частей жидкости создается благодаря разности темпера­тур, данный тип конвекции называется тепловой конвекцией.

Теоретический анализ и обоснование физической сущности опытов Бенара осуществлены Рэлеем в 1916 г. Он установил, что не всякое количество тепла, поступающее в жидкость, вызывает конвекцию. Пока это тепло может передаваться через жидкость путем обычной теплопроводности, конвекция не протекает; как только тепло начинает поступать в слишком больших количествах и обычная теплопроводность не обеспечивает передачу всего коли­чества тепла через жидкость, у ее дна накапливается определенное количество высокотемпературных разуплотненных частиц этой жидкости, которые, поднимаясь вверх, создают конвекционное течение.

Рэлей обосновал конкретное условие протекания тепловой конвекции. По его представлению, конвекция начинает действовать только тогда, когда некоторая безразмерная функция достигает критической величины, равной примерно тысяче. Эта функция, как известно, называется числом Рэлея и выражается следующим уравнением:

R = α · β · g · h ⁴ / k · η,

где: R – число Рэлея; α – температурный коэффициент объемного расширения, т. е. приращение объема жидкости при повышении температуры на один градус; β –температурный градиент, т. е. скорость возрас­тания температуры с глубиной; g – ускорение силы тяжести; h – глубина (толщина) слоя жидкости, в которой протекает кон­векция; k – коэффициент температуропроводности; η – вязкость жидкости.

Как можно заметить из приведенной формулы, значение числа Рэлея в решающей степени зависит в основном от двух показа­телей – толщины слоя (h) и вязкости жидкости (η).

В ранней истории планеты астеносферный слой Земли имел толщину несравнимо меньшую, чем сейчас. Этот вывод предвещает большие перспективы в понимании особенностей исторической эволюции Земли как геологического объекта, поскольку толщина астеносферы, в которой протекает конвекционное течение, явля­ется самым главным показателем. В формуле Рэлея значение толщины жидко­сти (в нашем случае астеносферы), возведенное в четвертую степень (h), находится в числителе дроби уравнения. Это значит, что от уменьшения или увеличения толщины слоя в решающей степени зависит мощность конвекционных потоков; более того, при сравнительно низком значении h, число Рэлея может оказаться ниже своего критического значения (это критическое значение равняется примерно тысяче) и в таком слу­чае конвекционного течения не будет вообще.

Вопрос 31. Что вы знаете о плюмбовой тектонике? Возможно ли непосредственное воздействие сквозьмантийных плюмб на развитие структур литосферы (земной коры)?

Плюм – горячий мантийный поток, двигающийся независимо от конвективных течений в мантии.

Целенаправленные топографические исследования последних десятилетий показали, что в разрезе подастеносферной мантии имеются какие-то «прорезающие нижнюю мантию насквозь неоднородности», представленные своеобразными сквозьмантийными каналами, возникающие вследствие процесса увеличения объема ядра планеты, что приводит к «растрескиванию» плотно прилегающей к нему твердой подастеносферной мантии и образованию в ее разрезе радиально направленных зон и каналов повышенной теплопроводности. Гидридная модель изначального ядра Земли и его дальнейшее расширение, не исключают существование в подастеносферной мантии сквозных каналов, связывающих ядро с астеносферой.

Благодаря обнаружению таких каналов, по которым течение вверх энергии и вещества из глубоких горизонтов планеты осуществляется более интенсивно по сравнению с соседними участками подастеносферной мантии появилось много публикации о, так называемой, «плюмбной тектонике», где «деятельность» мантийных плюмб рассматривается в тесной связи с этими каналами.

Та­кие каналы в подастеносферной мантии, являются специ­фическими зонами разрыва, по которым шел интенсивный, по сравнению с соседствующими участками, поток вещества и энер­гии в вышележащую тектоносферу.

Принято считать, что основной движущей силой перемещаемых в пространстве и во времени континенталь­ных (да и океанических) литосферных блоков являются конвекционные течения в астеносфере, отношение к которым имеет «плюмбная тектоника».

Строение плюма

Вопрос 32. В чем заключается суть региональной тектоники малых плит применительно к неопротерозойско-палеозойскому этапу развития планеты?

О сновными действующими категориями плитной тектоники в преобразовании лика планеты являются литосферный и астеносферный слои Земли Проявления неопротерозойско-палеозой­ской плитной тектоники имела качественное отличие от сегодняшнего дня. Сущность плитной тектоники состоит в том что, океанические пространства могут оказаться «маломасштабными» только в том случае, если и сами континентальные литосферные блоки, вовлеченные в латерально направленные астеносферные течения и растаскиваю­щие усилия самих этих течений, будут несравнимо малыми по отношению к их сегодняшним аналогам. Данное условие, в свою очередь, может быть обеспечено, если главный и наиболее важный показатель этих слоев, а именно их толщина, будет намного меньше соответствующей толщины литосферы и астеносферы ме­зозой-кайнозойского времени. Признание направленного во време­ни увеличения толщины этих слоев равносильно признанию основ­ного положения гипотезы постепенно расширяющейся Земли. Главным является природа конвекционных течений в астеносфере и возможной зависимости мощности этих течений от толщины астеносферы, в которой эта конвекция протекает.

Поскольку принято считать, что основной движущей силой перемещаемых в пространстве и во времени континенталь­ных (да и океанических) литосферных блоков являются конвек­ционные течения в астеносфере, возможно природа этих течений поможет дать ответы на вопросы - почему же проявление плитной тектоники со временем неизмеримо возрастает, почему преобразование земной коры было подчинено законам плитной тектоники только в последние эпохи развития планеты, ограниченные 1 млрд. лет или какое качественное или количественное изменение могла претерпеть наша планета на пути своего долгого развития.

В астеносферном слое верхней мантии может протекать конвекционное течение ее вещества, и оно обеспечивает латеральную подвижность «мягко посаженных на нее» литосферных блоков на несколько тысяч километров.

Известно, что величины толщины астеносферы и литосферы сегодняшнего четвертич­ного периода кайнозойской эры заметно отличаются от толщин астеносферы и литосферы в неопротерозойско-палеозойскую эру.

Главно­е в аспекте рассматриваемого вопроса - в ранней истории планеты астеносферный слой Земли имел толщину несравнимо меньшую, чем сейчас. Этот вывод позволяет понять особенности исторической эволюции Земли как геологического объекта, поскольку толщина астеносферы, в которой протекает конвекционное течение, явля­ется, самым главным показателем.

История Земля есть история постепенного утолщения литосферы и астеносферы. В какую-то раннюю эпоху планеты толщина ее астеносферы была настолько мала, что она не смогла обеспечить конвекционное течение. Земля соответственно развивалась по какому-то другому механизму, отличному от механизма плитной тектоники. Заметим, что и тот механизм также «работал» в направлении утолщения литосферы и астеносферы, иначе никогда не наступила бы «эра господст­ва» конвекционных течений, а значит никогда не вступили бы в силу положения плитной тектоники. «Работа» же плитной тектоники началась в тот период, когда тол­щина астеносферы смогла обеспечить рождение первых конвек­ционных течений (число Рэлея достигло критического значения, равного примерно тысяче), «растаскивающих» литосферные блоки в горизонтальном направлений. Этот период действительно могла соответствовать началу неопротеро­зоя (позднего рифея). Как бы то ни было, проявление плитной тектоники этих начальных периодов не идет ни в какое сравнение с ее сегодняшним проявлением: вовлекались в движение небольшие блоки литосферы и масштабы этих движений, вероятно, были ограниченными. Вот почему в сравнительно раннюю (неопротерозойско-палеозойскую) эру развития Земли проявления плит­ной тектоники имели региональное значение, тогда как в мезозой-кайнозойское время они носят глобальный характер.

Дата добавления: 2015-08-29