ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ФОРМИРОВАНИЕ И РАННИЙ (ДОРИФТОВЫЙ) ЭТАП РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ из "Океанический рифтогенез" По приведенным причинам, очевидно, механические перемещения вещества в Земле нельзя отрывать от развивающихся в ее недрах физикохимических и энергетических процессов, приводящих к изменениям состава, плотности, объема и температуры вещества. Кроме того, следует учитывать и постоянно происходящие в геосферах Земли трансформации вертикальных движений в горизонтальные, и наоборот. Все это требует рассмотрения развития всех геологических процессов, в том числе и тектонической активности Земли, в пространстве и времени. Поэтому следует до конца использовать возможности актуалистического подхода в исторической геологии, правда, внося в такой подход соответствующие эволюционные поправки на необратимость тектонического развития Земли и ее отдельных геосфер. [c.242] Лишь такой всесторонний и комплексный подход к отдельным геологическим явлениям и процессам, как к частным формам проявления наиболее общего процесса развития Земли, позволяет выяснить, например, происхождение и развитие гидросферы и атмосферы на Земле, причины принципиального отличия тектоники архея от последующих эпох, основные закономерности роста массы континентальной коры, причины возникновения уникальной металлогенической эпохи раннего протерозоя и т, д. Стержневой характеристикой всех этих проблем является тектоническая активность Земли. Но для выяснения этой ваиснейшей характеристики развития нашей планеты необходимо рассматривать фундаментальные и разноплановые вопросы происхождения Земли, включая химическую дифференциацию вещества в прото-планетном газопылевом облаке, из которого образовалась Земля, историю развития системы Земля-Луна, состав земного ядра и природу его выделения из мантии, эволюцию химического состава мантии и конвективный массообмен в ней. [c.242] Судя по составу и сравнительно небольшой массе атмосферы и гидросферы Земли, в сумме не превышающих 2,4-10 массы планеты. Земля, как и другие планеты земной группы формировались из вещества, почти полностью потерявшего все газовые составляющие (в земной атмосфере практически нет даже тяжелых первичных благородных газов), резко обедненного гидросиликатами, карбонатами, серой и ее соединениями и заметно обедненного щелочными и другими легкоплавкими металлами. [c.243] Расчеты B. .Сафронова [109], одного из создателей современной теории планетообразования, показывают, что рост Земли продолжался около 100 миллионов лет и вначале происходил во все ускоряющемся режиме аккреции, но затем, в связи с исчерпанием запасов твердого вещества в околоземном рое планетезималей протопланетного облака, вновь замедлился. Всего при аккреции Земли выделилось гигантское количество гравитационной энергии - около 23,3-Ю эрг. Этой энергии более чем достаточно не только для расплавления всего земного вещества, но и для его полного испарения при температуре выше 30 000° С. Однако большая часть этой энергии аккреции выделялась в самых приповерхностных частях растущей Протоземли и вновь терялась с ее тепловым излучением. Естественно, что потери тепла оказывались тем большими, чем медленнее происходил рост самой Земли. [c.243] Этот важный для нас результат показывает, что Земля в процессе ее роста не только разогревалась от ударов падавших на нее планетезималей, но успевала также и остывать, излучая через свою поверхность большую часть тепловой энергии аккреции. В результате за время роста Земли (около 10 лет) температура в ее недрах была ниже температуры плавления первичного недифференцированного земного вещества, а следовательно, и сама Земля в то время оставалась еще недифференцированной планетой, лишенной ядра и земной коры. [c.243] В связи с тем, что угловая скорость вращения современной Земли совершающей один оборот вокруг своей оси за 24 часа, существенно превышает орбитальную угловую скорость движения Луны, один оборот которой происходит за 27,32 сут = 655,7 ч, приливные горбы как бы бегут по земной поверхности вместе с видимым движением Луны по небосводу. Но вещество Земли, не является идеально упругим телом и обладает свойствами вязкой жидкости. Это приводит к тому, что деформации в приливных горбах не успевают рассасываться после прохождения ими точек кульминации с Луной и увлекаются земным вращением вперед, заметно опережая (примерно на 2,16°) движение самой Луны. При этом земному наблюдателю, наоборот, кажется, что максимальнью приливы Земли всегда запаздывают и наступают на ее поверхности несколько позже момента кульминации Луны (см. рис. 8.1). [c.243] Дополнительные притяжения избыточных масс приливных горбов оказывают влияние на движение самих планет. Так, притяжения обоих приливных вздутий Земли создают пару сил, действующих как на саму Землю, так и на Луну. Однако влияние ближнего, обращенного к Луне вздутия несколько сильнее, чем дальнего. Абсолютные значения сил приливного взаимодействия между Луной и Землей сейчас малы, но, накапливаясь в течение длительного времени их воздействия, приводят к заметному торможению вращения Земли и, наоборот, к ускорению орбитального движения Луны и к ее удалению от Земли. [c.243] Из приведенных закономерностей вытекает важное следствие. Если спутник Земли при своем образовании или захвате обладал собственным вращением с угловой скоростью, не равной скорости его обращения вокруг массивной центральной планеты, то на такой спутник обязательно должна была действовать пара приливных сил, тормозящих его осевое вращение. В результате такой спутник быстро переходил на синхронное вращение, при котором его угловые скорости осевого и орбитального вращения становились равными друг другу и он оказывался повернутым к центральной планете (Земле) всегда одной и той же стороной, как это сейчас и наблюдается у Луны (один оборот вокруг своей оси Луна совершает за время ее полного оборота вокруг Земли). [c.244] Существенное влияние на приливное взаимодействие планет оказывает эффективная механическая добротность Q центральной планеты. Напомним, что под фактором добротности понимается степень приближения реологических свойств реальных тел к идеальной упругости чем выше механическая добротность тела, тем его свойства ближе к идеально упругим материалам, и, наоборот, чем ниже фактор добротности, тем это тело больше проявляет свои вязкие свойства. Численно безразмерный фактор добротности равен отношению общей энергии, затрачиваемой на деформацию тела (например, за счет приливных взаимодействий планет), к той ее части, которая благодаря процессам внутреннего трения в материале этого тела превращается в тепло. [c.244] Для оценки эволюции системы Земля-Луна и определения зависимости расстояния между планетами за геологическое время необходимо оценить как менялась эффективная механическая добротность Земли Q за всю историю ее развития. [c.244] Молодая Земля сразу же после своего образования была холодным космическим телом, и в ее недрах температура еще нигде не превышала температуру плавления вещества. Об этом, в частности, свидетельствует полное отсутствие на Земле очень древних изверженных (да и любых других) пород с возрастом старше 4 млрд лет, а таклсе изотопно-свинцовые отношения, показывающие, что процессы дифференциации земного вещества начались заметно позже времени образования самой Земли и протекали без существенного плавления. Кроме того, на земной поверхности тогда не было ни океанов, ни атмосферы. Поэтому эффективная механическая добротность Земли в тот ранний период ее развития, который мы в дальнейшем будем называть катархейским, была сравнительно высокой. По сейсмическим данным, в развитой океанической литосфере, т.е. в холодном земном веществе мантийного состава, фактор добротности находится в пределах от 1000 до 2000, тогда как в частично расплавленной астеносфере под вулканами его значение снилсается до 100. [c.244] В отличие от современных условий молодая Земля, как уже отмечалось, была существенно более холодной, лишенной астеносферы и ядра, а также характеризовалась отрицательным градиентом температуры в нижней мантии. Поэтому в те далекие времена механическая добротность Земли в ее глубинных недрах скорее всего существенно превышала фактор добротности современной литосферы. Однако следует учитывать, что на приливное взаимодействие планет в основном влияют слои с наименьшими значениями фактора добротности. Учитывая это для определенности расчетов, принималось, что в течение всего катархея, т.е. периода от момента образования Земли приблизительно 4,6 млрд лет назад и вплоть до начала развития в ней геологических процессов в самом начале архея, около 4 млрд. лет назад, значение приливного фактора добротности Земли равнялось 1500 [120]. [c.244] Приведенная оценка фактора добротности Земли в катархее позволила определить, что за этот период Луна благодаря приливным взаимодействиям с Землей оказалась отброшенной от нее на расстояние до 160 тыс. км (рис. 8.2). При этом отодвигание Луны от Земли было весьма неравномерным вначале очень быстрым, а затем - более спокойным. [c.244] Зная современное расстояние Луны от Земли (384,4 тыс. км), удалось рассчитать среднее значение фактора добротности в фанерозое, т.е. за последние 550-600 млн лет. Оно оказалось приблизительно равным 12. Полученная оценка очень неплохо совпала с независимым определением приливного фактора добротности Земли =13, выполненным Г.Макдональдом [80] на основании обработки данных по современным приливам в океанах и морях. Низкие значения приливного фактора добротности в фанерозое объясняются широким развитием в эту геологическую эпоху мелководных эпиконтинеитальных морей, покрывающих сейчас на шельфах около 30% континентальной коры. Но именно в мелководных морях и происходит основное рассеивание энергии приливов за счет трения приливных течений о дно мелководных бассейнов. [c.245] В архее приливная добротность Земли, как и в фанерозое, должна была быть достаточно низкой по двум причинам. Во-первых тогда сами океаны еще были мелкими и в них рассеивалась значительная часть приливной энергии и, во-вторых, в архее уже происходило расплавление нижней мантии (во всяком случае иа низких широтах) с существенным ее перегревом. Учитьшая теперь неразрывность процесса отодвигания Луны от Земли, и связывая его воедино в катархее, архее, протерозое и фанерозое, найдем, что в архее фактор приливной добротности Земли в среднем равнялся 26. [c.245] В связи с неидеальной упругостью Земли и Луны приливные взаимодействия между этими планетами приводят к рассеиванию части приливной энергии, постепенно переходящей в тепло. Напомним, что переход в тепло и рассеивание приливной энергии в теле Земли происходит в результате внутреннего трения вещества при его деформациях в приливных горбах, вслед за Луной обегающих и деформирующих тело Земли. В мелководных морях приливная энергия к тому же диссипирует за счет возникновения интенсивных приливных течений и их трения о морское дно. [c.246] Генерируемое приливами тепло, в конце концов, излучается в космическое пространство, в результате чего общая энергия системы Земля-Луна меняется, но момент количества движения при этом сохраняется неизменным, хотя и происходит его перераспределение между планетами. Это обстоятельство приводит к постепенному уменьшению скорости собственного вращения Земли и к последовательному удалению Луны от нашей планеты. [c.246] В настоящее время лунно-земные приливные взаимодействия сравнительно слабые, по оценкам Г. Макдональда [80], сейчас в Земле рассеивается около 2,5-1 о эрг/с приливной энергии, причем большая ее часть рассеивается в мелководных морях, тогда как в теле твердой Земли диссипирует не более 4-10 эрг/с [120]. Поскольку современный суммарный тепловой поток через поверхность Земли достигает (4,2-4,3)-10 эрг/с, а его глубинная составляющая, идущая из мантии, приблизительно равна 3,3-10 ° эрг/с, то оказывается, что в настоящее время доля приливной энергии, рассеиваемой в глубинах Земли, лишь немногим превышает 1% от полной тепловой энергии, генерируемой в земных недрах [120]. Таким же незначительным оказывается и современный энергетический вклад приливов в тектоническую активность Земли, хотя сами приливные деформации литосферной оболочки, достигающие по амплитуде нескольких десятков сантиметров, в некоторых случаях, по-видимому, все же могут выступать в качестве спусковых механизмов землетрясений и связанных с ними конечных деформаций. Тем более незначительны влияния иа тектонику Земли солнечных приливов, эффект которых не превышает 20% от воздействия лунных приливов (галактическими приливами вообще следует полностью пренебрегать, так как их влияние еще на много порядков слабее солнечных приливов). [c.246] Как известно, вьщеляемое при диссипации приливной энергии тепло черпается из кинетической энергии вращения Земли. В настоящий момент эта энергия сравнительно невелика и равна 2,12-10 эрг, но в начале эволюционного пути системы Земля-Луна около 4,6-10 лет назад она была значительно большей и достигала =4,05-10 эрг. Часть этой энергии, выделяющейся в процессе замедления вращения Земли, тратится на увеличение энергии орбитального движения Луны, остальная же часть диссипирует в самой Земле. [c.246] Однако такие экстремальные условия на Земле продолжались очень недолго. Уже через один миллион лет приливная теплогенерация в Земле снизилась приблизительно в 100 раз, а еще через 10 лет достигала уровня 7-10 эрг/с, т.е. уже менее чем в 2 раза превышала современную теплогенерацию в Земле (4,3-10 ° эрг/с). В дальнейшем диссипация приливной энергии продолжала плавно снижаться приблизительно до уровня 1,2-10 эрг/с в конце катархея. Всего в катархее за первые 600 млн лет существования Земли выделилось около 2,1-10 эрг/с тепловой энергии приливного происхождения. [c.247] Вернуться к основной статье