9 місяців тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Итак, сразу же после своего об­разования Земля должна была быть однородной по составу и, сле­довательно, лишенной ядра. Со­временная же Земля, как мы зна­ем, расслоена на земную кору, силикатную оболочку — мантию и тяжелое, скорее всего окисно-железное ядро. Следовательно, на планетной стадии развития Земли должен был действовать эффек­тивный механизм химико-плотностной дифференциации земно­го вещества.

Обычно тектоническую актив­ность современной Земли тради­ционно связывают с энергией рас­пада радиоактивных элементов в мантии, считая, что в этой геосфе­ре содержится ровно столько ра­диоактивных элементов, сколько необходимо для обеспечения на­блюдаемого на земной поверх­ности геотермического потока теп­ла. Однако независимые от этой идеи оценки показали, что в ман­тии содержится значительно мень­ше радиоактивных элементов, чем это предполагалось ранее, а глав­ным источником энергии в недрах современной Земли является про­цесс выделения земного ядра.

Главная трудность при выясне­нии механизма выделения земно­го ядра связана с высокой темпе­ратурой плавления силикатов в условиях высоких давлений недр Земли. Так, по разным оценкам, на подошве мантии, т. е. там, где должен развиваться сам процесс выделения расплавленного (жид­кого) вещества земного ядра, тем­пература плавления силикатов до­стигает 5000—6000° С, тогда как реальная температура мантии, охваченной конвективными течениями, на ее подошве близка к 2500° С. Такое соотношение темпе­ратур заставляет предполагать, что выделение окислов железа из си­ликатов мантии происходит не из-за их плавления, а благодаря рас­паду под влиянием высоких дав­лений твердых растворов и диффу­зии окислов железа из кристаллов и зерен силикатов в межгрануляр­ные пространства.

В первом приближении скорость выделения ядра оказывается про­порциональной концентрации тя­желой фракции (т. е. окислов же­леза) в мантии, площади поверх­ности ядра и ускорению силы тя­жести. Из этой зависимости, в част­ности, вытекает, что земное ядро не могло начать образовываться в самом центре Земли, поскольку ускорение силы тяжести там рав­но нулю. Отсюда следует, что вна­чале должен был образоваться за­родыш земного ядра. Но как этот процесс мог произойти?

Из теории образования планет за счет аккреции (слипания) холод­ного газопылевого облака, разра­ботанной советским ученым В. С. Сафроновым, следует, что температура первичной Земли не была высокой, и вполне вероятно, что окислы железа в ее недрах тогда еще не плавились. Поэтому можно ожидать, что первое время после своего рождения (т. е. в катархее) Земля была тектонически пассивной планетой без вулканов, землетрясений и настоящих гор. Однако диффузия окислов желе­за из силикатов в межгрануляр­ные пространства все равно проис­ходила. Это приводило к постепен­ному обособленнию будущего «ядерного» вещества от силикатов. Одновременно возрастала и тем­пература самой Земли за счет вы­деления радиогенной энергии и приливного взаимодействия Луны с Землей (в те далекие эпохи Луна располагалась значительно ближе к Земле, и приливное взаимодей­ствие было значительно более сильным). Как только температу­ра в земных недрах превысила температуру плавления окислов железа, частично уже выделивших­ся к этому времени из силикатов в межгранулярные пространства, сразу же должен был начаться ла­винообразный процесс «стекания» тяжелых окислов железа к центру Земли, т. е. сам процесс выделе­ния зародыша ядра.

Судя по возрастам наиболее древних пород, процесс выделе­ния зародыша ядра начался при­мерно через 600 млн. лет после образования самой Земли, т. е. где-то около 4 млрд. лет назад. По нашим оценкам, при образо­вании зародыша ядра должно бы­ло выделиться примерно 40% мас­сы современного земного ядра и около 4,7- 1030 Дж тепловой энер­гии. В результате этот процесс дол­жен был протекать довольно бур­но и сопровождаться значитель­ным перегревом мантии, в которой благодаря этому возникла интен­сивная конвекция, взломавшая и потопившая под собой первичную литосферную оболочку Земли с ее первозданной поверхностью. В то время на Земле буквально буше­вали вулканы, происходили гигант­ские излияния базальтов, анорто­зитов (пород, из которых сложены «континенты» на Луне) и коматиитов — высокотемпературных уль­траосновных лав, встречающихся только среди самых древних из земных пород. Одновременно в атмосферу стали выбрасываться огромные объемы газов и паров воды.

После образования зародыша ядра в раннем архее, дальнейшее выделение земного ядра стало бо­лее спокойным. Продолжается этот процесс и сегодня, хоть и с заметно меньшей интенсивностью (после архея скорость выделения ядра снизилась примерно в 2,5 ра­за).

Форма Земли близка к эллип­соиду вращения, т. е. к равновес­ной фигуре вращающейся жидко­сти. Это свидетельствует о том, что при действии длительных на­грузок вещество мантии под литосферными плитами по своим фи­зическим свойствам напоминает очень вязкую жидкость. Следова­тельно, в мантии могут возникать конвективные течения вещества всякий раз, когда в ее недрах воз­никают плотностные неоднородно­сти, а такие неоднородности по­стоянно генерируются на подошве нижней мантии за счет удаления из нее и перехода в ядро тяже­лых окислов железа. После такой дифференциации мантийное ве­щество, естественно, становится легче и по закону Архимеда на­чинает всплывать в гравитацион­ном поле Земли. На его место опускаются новые порции мантий­ного вещества, еще не успевшие сбросить с себя излишки выделив­шихся из силикатов окислов желе­за, и процесс замыкается в единый конвективный круговорот мантий­ного вещества, охватывающий со­бой всю мантию от поверхности ядра до подошвы литосферных плит включительно. Эти-то конвек­тивные течения и ломают лито­сферную оболочку Земли, приво­дят в движение литосферные пли­ты, вызывают дрейф континентов, питают своей энергией магматиче­ские процессы, землетрясения и вот уже на протяжении 4 млрд. лет поддерживают тектоническую активность Земли на довольно высо­ком уровне.

Обычно направления конвектив­ных течений в мантии определяют и направления дрейфа континен­тов. В связи с неустойчивостью кон­векции, генерируемой плотностной дифференциацией земного вещества, направления течений в мантии все время меняют свою конфигурацию. Поэтому на месте нисходящих конвективных потоков примерно через 200—300 млн. лет возникают восходящие потоки, и наоборот. Это приводит к перио­дическим изменениям местополо­жений континентов и расположен­ных между ними океанов. Так, в периоды возникновения в мантии одноячеистой конвективной струк­туры с одним восходящим и одним нисходящим потоком все конти­ненты перемещаются в область ни­сходящего мантийного потока и после столкновения образуют еди­ный суперконтинент типа позднепалеозойской «Пангеи» (сущест-вование «Пангеи» впервые предпо­ложил еще в начале нашего века талантливый немецкий геофизик А. Вегенер, в середине 50-х гг. существование этого суперконти­нента было подтверждено палеомагнитными данными). При воз­никновении в мантии двухъячеистых или более сложных конвектив­ных структур такие единые супер­континенты обычно раскалываются на отдельные блоки — материки, раздвигающиеся в стороны друг от друга. Именно такое событие про­изошло в раннем и среднем мезо­зое, когда позднепалеозойская «Пангея» оказалась разорванной на отдельные части — современ­ные материки. Такие события, по-видимому, неоднократно происхо­дили и ранее в истории Земли, и каждый раз на ее поверхности возникали новые распределения и очертания материков и океанов, время от времени сменявшие друг друга, как в гигантском калейдо­скопе.