Геотектоника с основами геодинамики - Хаин В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Но граница мантии и ядра - не единственный возможный уровень гравитационной дифференциации. Более глубинным уровнем может являться граница внешнего и внутреннего ядра, поскольку внутреннее ядро состоит скорее всего из "чистого" железа (с примесью никеля), а внешнее, вероятно, содержит заметный процент таких элементов, как кислород, сера, кремний. Соответственно рост внутреннего твердого ядра, связанный с вековым охлаждением Земли, должен сопровождаться "выталкиванием" этих легких примесей во внешнее ядро.
Другой уровень дифференциации - граница нижней и верхней мантии, если между ними существует различие в химическом составе (нижняя мантия, по-видимому, сильнее обогащена железом, чем верхняя).
Еще один уровень - граница астеносферы и литосферы. Здесь происходит выплавление базальтовой фракции из перидотитового мантийного вещества и наращивание за его счет земной корм. Но дифференциация продолжается и в самой коре - идет образование гранитных выплавок в нижней (или средней) коре и соответственный рост верхнего, гранитогнейсового, слоя коры. Все эти процессы должны вносить свой вклад в тепловой баланс Земли.
В последние годы справедливо обращено внимание еще на один источник тепла Земли, связанный уже с внешним по отношению к ней фактором - твердыми приливами, обусловленными гравитационным воздействием на Землю ее соседки - Луны и в значительно меньшей степени Солнца. Переход кинетической приливной энергии в тепло происходит вследствие внутреннего трения вещества в приливных горбах, вслед за Луной обегающих Землю и деформирующих ее тело (рис. 18.1). По расчетам О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова, в настоящее время доля приливной энергии, рассеиваемой в "твердой" Земле, не превышает 2% полной тепловой энергии, генерируемой в ее недрах, а основная часть этой энергии выделяется в мелководных морях и значительно меньше - в океанах и астеносфере. В данном случае речь идет о лунных приливах; эффект солнечных приливов оценивается теми же учеными в 20% от эффекта лунных.
Рис 18.1. Приливообразующие силы в плоскости экватора и схема, поясняющая отставание приливного выступа в твердом теле Земли вследствие приливного трения. По Р. Бострому, 1979
Обе эти предпосылки спорны (см. выше.).
Однако в геологическом прошлом, когда расстояние между Луной и Землей было меньше современного, роль приливного тепла в общем тепловом балансе Земли была соответственно более значительной. В особенности это касается наиболее ранней стадии развития Земли - до середины архея. Допуская почти одновременное образование Земли и Луны и отсутствие астеносферы на этой стадии1, О.Г. Сорохтин и С.А. Ушаков считают, что сразу после образования Луны скорость генерации приливной энергии в 13 тысяч раз превышала скорость генерации эндогенного тепла в современной Земле, а высота приливов превышала 1 км. Согласно тем же авторам, в интервале 4,6-4,0 млрд лет назад за счет лунных приливов Земля могла дополнительно прогреться приблизительно на 500 °С. Даже если эти цифры преувеличены, они все же свидетельствуют о том, что в раннем и среднем архее тепло, генерируемое лунными приливами, представляло существенную добавку к эндогенному теплу Земли. Положение изменилось в позднем архее, протерозое и фанерозое в связи с увеличением расстояния между Луной и Землей и появлением обширных континентальных морей, общий вклад приливного тепла в суммарный глубинный тепловой поток уже не превышал 1-2%.
Некоторые исследователи придают лунно-солнечным приливам еще большее значение, считая, что они могут непосредственно вызывать крупные тектонические деформации. Так, по мнению Ю.А. Косыгина и В.П. Маслова, с ними может быть связан западный дрейф земных оболочек, могущий трансформироваться в их вертикальные перемещения и даже образование шарьяжей. Ю.Н. Авсюком выдвинута интересная гипотеза, согласно которой расстояние от Луны до Земли и соответственно интенсивность лунных приливов испытывают долгопериодические изменения. В течение фанерозоя должно было смениться три цикла прихода - ухода Луны. В свою очередь эти периодические изменения сказываются и в изменениях скорости вращения Земли и могут вызывать перетекание вещества в мантии (астеносфере) и трещинообразование в коре (литосфере). Эти соображения представляют определенный интерес в связи с поисками объяснения периодичности тектонических процессов (см. ниже)1.
1 Автор данной гипотезы выводит из нее и другие следствия, пытаясь объяснить характер магнитного поля океанов, не прибегая к идее спрединга, но эти его построения представляются сомнительными.
Легко видеть, что все перечисленные выше источники внутреннего тепла Земли должны были проявляться с максимальной интенсивностью на самых ранних стадиях развития нашей планеты, во всяком случае в первые 2 млрд лет ее истории, т.е. до конца архея. На протяжении своей истории Земля должна была испытывать охлаждение и если в момент ее рождения средняя температура мантии могла быть порядка 2000°С, то в настоящее время она составляет 1350°С. Это охлаждение не может не продолжаться и дальше, и в перспективе нашей Земле суждено превратиться в такую же мертвую планету, как Меркурий и Марс. По расчетам О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова, это должно будет произойти через 1-1,5 млрд лет.
