25757-1 (707531), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Вильсон считал движение крупных жестких плит земной коры упорядоченным.

Вот одна из них — Тихоокеанская. Она грандиозна. С юга и востока ограничена срединным хребтом. Он упирается в Североамериканский континент близ Калифорнийского залива и сочленяется здесь с подводной поперечной трещиной, которая продолжается на суше по трассе хорошо известной системы разломов Сан-Андреас (между Лос-Анджелесом и Сан-Франциско) и дальше снова ныряет в океан. Там, у острова Ванкувер, она трансформируется (потому-то Вильсон и назвал такие разломы трансформными) в последний короткий отрезок срединного хребта. Он тоже ограничен подводной трещиной. Но трещина проходит уже ближе к канадскому побережью. И в конце концов опять-таки трансформируется в другой разлом—огибающий Алеутскую островную дугу. Иначе говоря, соединяется с глубоководным желобом. Вся западная граница плиты совпадает с сильно вытянутой системой таких желобов — от Камчатки и Курил до акватории, лежащей южнее Новой Зеландии. Плита зарождается в зоне осевых рифтов, перемещается на северо-запад и поддвигается под островные дуги тихоокеанской окраины. Сколько нарождается из мантии, столько и уходит обратно в нее в зонах поддвига,

Но это только один из вариантов перемещения. Плиты могут и поворачиваться или, сталкиваясь, сминать передовые фронты друг друга. Так Вильсон представлял себе, в частности, образование молодой горной системы, включающей в себя Альпы, хребты Балкан, Турции, Кавказа, Средней, Центральной и Юго-Восточной Азии.

Позже удалось подтвердить, что смещения по транс-формным разломам происходят именно в тех направлениях, которые указал канадский геофизик.

Идея Вильсона стала существенным дополнением не-омобилизма. Весь этот теоретический комплекс позже назвали глобальной тектоникой литосферных плит, имея в виду непрерывное обновление океанского дна и перемещение крупных сегментов литосферы под действием мантийных потоков в масштабе всей планеты.

В течение нескольких лет идеи новой глобальной тектоники (неомобилизм называют и так) завладели умами многих ученых в большинстве стран. О них заговорили как о революционных.

Вскоре появилось и интересное усовершенствование представлений о механизме мантийных течений. Это был как бы побочный результат при разработке совсем другой научной проблемы.

...С именем академика Отто Юльевича Шмидта прежде всего связаны блистательные прорывы советской науки в области полярных исследований. Но он был также и космогонист, автор гипотезы о происхождении планет. В ее основе давняя идея сгущения околосолнечного га-зово-пылевого облака. О том говорили еще мыслители XVIII в. Иммануил Кант и Пьер Лаплас. Но в отличие от них Шмидт предпочел «холодный» вариант.

Да, Земля, считал он, как и все тела Солнечной системы, сформировалась холодной. Лишь по прошествии времени в ней начала расти внутренняя теплота — от сдавливания недр (неизбежного при увеличении объема планеты) и радиоактивного распада. Земля — плохой проводник тепла, и потому оно накапливается внутри нее. Разогрев же делает ее недра пластичнее. И тогда материал планеты (до того более или менее однородный) начинает расслаиваться: тяжелые массы, заключающие в себе много железа, опускаются, легкие всплывают к поверхности. Так в центре планеты формируется железное ядро. А соединения других металлов и кремния (менее плотные) образуют ее внешнюю оболочку.

Эти перемещения, начавшиеся несколько миллиардов лет назад, происходят поныне и далеко еще не завершены. Продолжается радиоактивный нагрев. Пластичными остаются глубинные недра Земли. И медленно-медленно расслаивается она на сферы разной плотности...

Такова гипотеза Шмидта. Аналогичную предложил и англичанин Фред Хойл. Он исходил из того, что низкая температура — обязательное условие для образования планет, в частности Земли, поскольку разогрев газово-пылевой туманности, вызывая ее расширение, разрушил бы ее.

Расчеты показали: вначале радиоактивные элементы равномерно распределялись по всему объему Земли, и их расщепление вполне могло в последующем обеспечить нужный разогрев планеты. К тому же выделявшееся тепло должно было задерживаться в недрах по причине плохой теплопроводности каменной оболочки.

Больше того, обнаружился еще один источник тепла. Сам процесс расслоения внутри планеты (прежде всего перемещение тяжелых железных масс к ее центру) тоже сопровождался выделением тепла. Этот источник в продолжение большей части развития Земли действовал с неменьшей мощью, чем радиоактивное расщепление.

Идею плотностного расслоения Земли развил советский геофизик Олег Георгиевич Сорохтин из Института океанологии АН СССР. Он увлекся тектоникой плит уже зрелым ученым, исследователем Антарктики. Отдавая должное универсальности и последовательности этой системы взглядов, он не мог не заметить ее пробелов. Начал он в 70-х гг. с ревизии представлений о ядре Земли.

Обнаружилось, что оно не может быть ни чисто железным, ни тем более железно-никелевым — эти материалы для него слишком плотны и тугоплавки: в ядре набирается избыток веса чуть ли не в 15%. Из чего же тогда ему состоять?

Сорохтин был далек от мысли, будто теория здесь зашла в тупик. У железа, путешествующего к центру Земли, заключил он, по-видимому, все-таки есть спутники — легкие элементы.

Попробовал серу. О ядре из сернистого железа говорили и прежде. Увы, этого соединения было совсем мало в древнейших изверженных породах. Невероятно, чтобы из него оказалось построенным ядро, включающее в себя ныне примерно треть массы всей планеты.

Добавка из чистого кремния или чистого алюминия не подошла. Так же, как кремнезем, глинозем, окиси магния и кальция. Одни при высоком давлении были несовместимы с окисью железа, другие в тех же условиях очень плохо растворялись в железе.

Водород? В связи с ним уместно вспомнить следующее. Тогда же, в начале 70-х гг., попытка связать космогоническое и геологическое развитие Земли в единое целое привела советского ученого В. Н. Ларина вот к какой версии. Известно, что преобладающими в протопланетном диске на стадии его отделения от протосолнца должны были быть гидриды — соединения металлов с водородом (именно этого элемента больше всего в атмосфере звезд). Хотя водород сам по себе легчайший из элементов, он, вступая в химическую связь с металлами, нисколько не уменьшает их плотности. Таково его природное свойство.

Это соображение и легло в основу принципиально новой модели современной Земли, Ее внутреннее твердое ядро состоит из гидридов металлов (исключительно плотных), внешнее жидкое ядро — из металлов с растворенным в них водородом, нижняя мантия — только из металлов, а верхняя мантия и кора — из силикатов (соединения кремния) и окислов (соединения кислорода). В ходе геологического развития нашей планеты гидриды переходят в металлы, а водород при этом выделяется из ее недр. Такая дегазация ведет к расширению Земли, к увеличению ее объема, так как исходные металлы менее плотны, чем гидриды.

Иными словами, это измененный вариант давно известной гипотезы расширяющейся Земли. Но и в нем не удалось преодолеть вот какого главного противоречия. Если бы Земля действительно разбухала и, так сказать, трескалась по швам, то материки на ней должны были бы находиться на равном расстоянии от «швов». Однако такому условию отвечает ситуация только в современной Атлантике. В Тихом и Индийском океанах — все совсем иначе. Следовательно, здесь надо хотя бы частично допустить либо дрейф континентов, либо фиксизм с его исчезновением материков в океане, не внося при этом ничего нового в механизм действия ни того ни другого, Нет, гидридная гипотеза не прибавила ясности в представление об эволюции нашей планеты. Хотя она несомненно ценна стремлением поставить развитие всех оболочек Земли в зависимость от того, что происходит в ее ядре. В общем, по мнению Сорохтина, водород тоже не годился в постоянные спутники путешествующему железу.

Что же оставалось? Кислород. С него, наверное, и следовало начать поиск легкой добавки. Он же — самый распространенный на Земле элемент!

Увы, эксперименты в лаборатории доказали: окись железа для ядра слишком уж легка. Но и это не обескуражило Сорохтина. У железа есть вот какая особенность. Оно относится к так называемым переходным металлам. Некоторые внутренние электронные оболочки его атомов как бы не заполнены. При высоких давлениях и температуре в нем перестраиваются электронные порядки, отчего даже меняются химические свойства: оно становится одновалентным.

В этих превращениях, способных, казалось бы, вызвать у геофизи-ка лишь академический интерес, Сорох-тин увидел решение трудной задачи.

В принципе железо очень благосклонно к агрессивности кислорода. Кто не знает, с какой жадностью ржавчина пожирает все сотворенное из этого металла—от гвоздей до корабельных корпусов! Ржавчина — это гидроокись железа (заметьте, на поверхности Земли она буквально вездесуща), в ней каждый атом металла удерживает атом кислорода (а то и больше).

Но такая связь, как выяснилось, прочна только в обычных условиях. При сильнейшем сжатии и нагреве уже нужны усилия Двух атомов железа (сделавшегося одновалентным), чтобы удержать атом кислорода.

А коль скоро теперь на два атома железа приходится лишь один атом кислорода, плотность окиси возрастает, причем точно на ту величину, которой не хватало для модели ядра. Таким образом, идея земной сердцевины, состоящей из окиси железа, получила убедительное теоретическое обоснование.

На нижней границе мантии окись одновалентного железа вполне может расплавиться и, следовательно, образовать жидкое ядро.

Как известно, недра Земли состоят главным образом из сложных минералов, а отнюдь не из парных соединений элементов. Не создает ли это обстоятельство непреодолимого препятствия модели Сорохтина? Вовсе нет. Достаточно вспомнить о другом, вполне доказанном превращении вещества в нижней мантии — о расщеплении минералов (в основном силикатных) на простые окислы, среди которых есть и окислы железа.

Сорохтина интересовала и чисто химическая сторона дела. Поскольку часть кислорода в момент фазового превращения освобождается, он отправляется на поиски другой «жертвы», в том числе и не связанного железа (при образовании Земли в ее состав входило и оно). И отправляется не куда-нибудь, а вверх, так как он элемент сравнительно легкий. Со временем, нагрузившись этим железом, кислород снова в составе простой окиси (или минерала) совершит очередное путешествие к центру Земли.

В своей модели Сорохтин прослеживает и дальнейшую судьбу вещества, оказавшегося в ядре. Убывающая способность железа к химическим связям рано или поздно должна привести к распаду окислов с выделением чистого металла. А значит, и с еще одним этапом высвобождения кислорода и последующего подъема его вверх. На этот раз с границы между жидким ядром и находящимся внутри него твердым ядром. Твердым потому, что изменившееся вещество уже требует для своего плавления более высокой температуры, чем существующая на сегодня в самой земной сердцевине.

Поверхность же жидкого ядра — это место, где первичная смесь веществ освобождается от тяжелой фракции. Но не полностью. Большая ее часть еще остается химически связанной. Однако и сравнительно малой потери железа достаточно, чтобы возникла та разность в плотностях веществ, благодаря которой более легкое поднимается.

В верхней мантии оно растекается в стороны, растягивая кору и растаскивая ее плиты. Так шютностная конвекция становится движущей силой дрейфа континентов. Они, увлекаемые мантийными течениями, стремятся расположиться вблизи нисходящих потоков.

Характерен результат химического анализа базальтов разных возрастов: чем они старше, тем больше в них железа.

Сегодня справедливость теории тектоники плит при-1н«на во всем мире. Перемещение материков подтверждено наблюдениями с космических аппаратов. Наро-ждмие океанской коры исследователи увидели своими глазами, когда побывали в рифтах Атлантики, Красного моря, на дне Тихого и Индийского океанов. Советские, американские и французские акванавты едины в своих рассказах о том, как трескается растягиваемое дно, и о молодых вулканчиках, которые поднимаются из таких щелей.

А вот еще одно косвенное подтверждение справедливости той же неомобилистской модели. Довольно неожиданное.

Возраст Луны, как известно, близок к возрасту Земли (4,6 млрд. лет). Сейчас ночное светило находится от нас на расстоянии 60,3 земного радиуса и медленно удаляется на 3,8 см в год (установлено лазерной локацией). Ученые более или менее единодушны в том, что в самом начале Луна была раза в три ближе. Однако скорость ее убегания не оставалась постоянной, иначе, чтобы выйти на нынешнюю орбиту, ей потребовалось бы 6,3 млрд. лет. В Институте физики Земли АН СССР сделали расчет изменений лунной орбиты и установили, что своими метаморфозами она немало обязана столкновениям и расколам континентов.

Как в наши дни, так и в далеком прошлом в Мировом океане под действием лунного притяжения происходили приливы и отливы. При этом запаздывание приливных волн океана оказывается тем большим, чем сильнее они рассеиваются в мелководных бассейнах, то есть чем щедрее разбросаны по поверхности планеты краевые моря. И наоборот, меньшее запаздывание земных приливов говорит о том, что территории шельфовых вод невелики. Определение таких запаздываний позволяет судить о расположении континентов в давние геологические эпохи. На древнейшей Земле во времена, отстоящие От нас на 2,4—1,6 млрд. лет, формировались разрозненные протоматерики, что сопровождалось заметным ростом площади краевых мелководных бассейнов. Оттого и Луна отодвигалась от Земли сравнительно быстро.

Такая картина особенно убедительно выглядит рядом с другими расчетами ученых из Института геохимии и аналитической химии АН СССР. Здесь удалось проследить — от эпохи к эпохе — постепенное увеличение площади земной суши. Примерно 2,6 млрд. лет назад ее было раз в 10 меньше, чем сейчас. А спустя миллиард лет — уже лишь в 3 раза меньше. К началу же палеозоя (600 млн. лет назад) эта разница сократилась до 28 процентов.

Характеристики

Список файлов реферата