Континенты Земли как следствие преобразования особых участков верхней мантии направленными флюидными пульсациями жидкого ядра планеты

НАУЧНЫЕ ГИПОТЕЗЫ

УДК 551.24

КОНТИНЕНТЫ ЗЕМЛИ КАК СЛЕДСТВИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОСОБЫХ УЧАСТКОВ ВЕРХНЕЙ МАНТИИ НАПРАВЛЕННЫМИ ФЛЮИДНЫМИ ПУЛЬСАЦИЯМИ ЖИДКОГО ЯДРА ПЛАНЕТЫ

А.М. Жирное

Научному сообществу следовало бы сосредоточиться на более активном и всестороннем изучении не только особенностей и закономерностей внутреннего развития Земли как таковой, но и эволюции Земли как планетного тела..."

Академик Е.Е. Милановский [1, с. 10]

Географическая проблема появления континентов Земли возникла в XVII в. (Ф. Бэкон), но не получила удовлетворительного решения. Позднее обнаружилось, что данная географическая проблема является и проблемой геолого-тектонической, поскольку континенты и остальная часть земного шара имеют принципиально различное геологическое строение и длительно формировались в разных геолого-тектонических условиях. Но и в конце XX в. - после длительного периода изучения региональной геологии континентов и "океанов", данная проблема оказалась неразрешимой: "следует признать, что мы пока еще толком не знаем, как сформировалась континентальная кора" [2, с. 11]. Эта проблема не была решена и в рамках новой геологической концепции - тектоники дрейфа континентов и плит: "происхождение тоналитовых гранито-гнейсов, представляющих кору, уже близкую, хотя и не тождественную современной континентальной, еще не решенная проблема" [3, с. 500].

Эта проблема получает решение только сейчас на основе синтеза достижений в гео-

Жирнов Анатолий Михайлович - доктор геолго-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Института комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН, 679016, Еврейская АО, г. Биробиджан, ул. Шолом-Алейхема, 4, e-mail: zhantmich@yandex.ru, т. 8(42622)61362.

графии, геологии, астрофизике, математике, астрономии. Накопленные обширные геологические материалы по геологическому строению и развитию континентальной и "океанической" земной коры свидетельствуют о принципиально разном геологическом строении данных планетарных геологических структур и принципиально разном геолого-тектоническом развитии их на протяжении всей геологической истории Земли [2-8]. По данным смежных наук стало возможным понять и причину зарождения и развития континентов в строго фиксированных местах планеты.

Географические данные 1. "Континентальность" северного полушария и " океаничность" южного. В северном полушарии Земли сосредоточена основная часть континентов, в южном - основная часть океанов, при соотношении суши на севере и юге, как 13:1. 2. Треугольные очертания многих материков: они расширяются к северу и сужаются к югу. 3. Антиподальность в строении полюсов планеты: наличие глубоководной впадины (Арктического океана) на северном полюсе - в центре Лавразийского

Anatoly Zhirnov - doctor of geology, chief scientific worker of the Complex Analysis Regional Problem's Institute, Far East Branch of RAS, 4, Sholom-Aleikhema Street, Birobidzhan, Jewish Autonomous Region, 679016, e-mail: zhantmich@yandex.ru, ph. +7(42622)61362.

мегаконтинента и, напротив, наличие континента Антарктиды на южном полюсе планеты, окруженного океанами. 4. Изгиб южных концов ряда материков к востоку (рис. 1) и наличие к востоку от них одного острова

или группы островов: острова Фолкленды у Южной Америки, Мадагаскар у Африки и крупная цепь островов Индонезии, изгибаю-шихся от Индостана в юго-восточном, а затем в широтном направлении [9].

Рис. 1. Изгибы к востоку южных концов Северо-Американского, Южно-Американского и Евразийского континентов, а также северного зауженного конца континента Антарктиды. Из [3] с дополнением: 1 - складчатые пояса; 2 - древние платформы; 3 - глубоководные желоба

Поскольку Северный океан образовался недавно, в период 300-20 млн лет назад, то изначально и почти всю геологическую историю (4 млрд лет) Лавразийский мегакон-тинент существовал как единое целое в виде своеобразной фигуры - типа "морковки" с несколькими корнями, однобоко приуроченными к западному полушарию (рис. 2).

Чем обусловлено появление такой оригинальной формы крупнейшего мегаконтинен-та Земли? Только современные данные разных наук позволяют определить природу данного феномена и исключить неудачное предположение зарубежных авторов о случайном столкновении планет.

Рис. 2. Континентальное (верх) и океаническое (низ) полушария Земли. По Ч. Лайлелю, из [9]: центр континентальной (северной) полусферы помещен в район Лондона, и почти вся суша оказывается сосредоточенной в этой половине Земли;

центр океанической полусферы располагается около Новой Зеландии - почти вся ее поверхность закрыта океаном

Геологические данные

Земная кора планетарных геологических структур, континентов и "океанов", резко различается: 1) по мощности, по строению и составу; 2) по истории геологического развития. Континенты - это изначально активные структуры, океаническая земная кора -изначально пассивная структура. Указанные различия были подмечены еще в начале ХХ века и подтверждены всеми последующими геолого-геофизическими исследованиями [2, 4-6, 10, 11]. В частности: "локализация материковых масс в одном из полушарий нашей планеты указывает на то, что процесс дифференциации мантии имел преимущественно одностороннюю направленность в пространстве... начался очень давно и имеет, хотя и неясное еще, но несомненное отношение к способу формирования первичных оболочек Земли" [6, с. 81]. Новые исследование земной коры с применением современных изотопно-геохимических методов, подтвердило предположения и выводы предшествующих исследователей: "своеобразие развития континентов и "океанов" во многом связано

Разная геологическая история и разные факторы эволюции планетарных структур

В основании континентов, в катархее (4,4-4,0 млрд лет назад) начались повсеместные и многократные излияния базальтов и коматиитов - выплавок из ультраосновной мантийной магмы, под воздействием избирательно поступавших в эти участки из ядра Земли эндогенных флюидов оксидно-водородного состава [2, 8, 10]. Базальты образовали мощный слой, позже преобразованный в гранулито-базитовый, составивший третий

с возникновением глобальных неоднородно-стей еще на ранних стадиях развития Земли. Механизм возникновения таких (протоокеани-ческих и протоконтинентальных) неоднород-ностей может быть различен, но скорее всего их заложение было крайне ранним, возможно, еще на стадии аккреции" [5, с. 128].

В континентальной коре имеется мощный (10-20 км) гранито-гнейсовый (сиали-ческий) слой, подстилаемый нижним, грану-лито-базитовым, слоем мощностью 8-10 км. Эти слои составляют консолидированный фундамент континентов. Под океанами они отсутствуют, и ультрабазитовая верхняя мантия залегает непосредственно близ поверхности днища океанов, будучи представленной габбро-перидотит-серпентинитовым слоем мощностью 5 км. Сверху этот слой перекрыт мощным слоем (1-2 км) молодых (М2-К2) толеитовых базальтов и слоем рыхлых осадков (табл.).

В осевой части срединно-океанических хребтов указанные покровы иногда отсутствуют и верхняя мантия непосредственно обнажается в стенках осевых рифтов.

(нижний) слой современной континентальной земной коры. Причина такого избирательного преобразования отдельных частей земного шара рассмотрена ниже.

В осевой части срединно-океанических хребтов указанные покровы иногда отсутствуют и верхняя мантия непосредственно обнажается в стенках осевых рифтов.

В архее (4-2,5 млрд лет назад) деструктивные участки низов континентов вновь стали ареной массового коробления и формирования специфических, овальных по форме, осадочных бассейнов большой глубины (до

Сравнительная характеристика континентальной и океанической земной коры [2-8, 10, 11]

Показатель Континентальная земная кора Океаническая земная кора

Мощность, км 30-40, до 50-70 в складчатых поясах 5-7

Строение коры Трехслойное Трехслойное

Состав слоев коры: (сверху - вниз) Осадочный, мощностью 5-10 км Гранито-гнейсовый, мощностью 15-20 км Гранулито-базитовый, мощностью 10-15 км (базальтовый метаморфизованный) Осадочный, мощностью 0,3-1 км Гранито-гнейсовый слой отсутствует. Корово -мантийный (габбро -перидотит-серпентинитовый) - 5 км

Геохимический тип Сиалический, с преобладанием О2, 81, А1, №, К, Са, Ва Фемический, с преобладанием Бе, Mg

20-25 км). Затем осадочные толщи были приподняты, смяты в складки и подверглись многократным и наимощнейшим в истории Земли воздействиям эндогенных флюидов ядра Земли - в процессе первой в геологической истории Земли панглобальной эпохи тектогенеза. В это время был сформирован второй (средний) слой - сиалического (грани-то-гнейсового) состава, включивший, наряду с нижним гранулито-базитовым слоем, 80 % объема современных континентов [3-5, 10].

В неогее стиль тектонического развития территорий континентов стал иным. Деструктивные зоны имели уже линейный характер и формировались главным образом по краям архейских ядер консолидации. Развитие их в полной мере осуществлялось по законам геосинклинально-складчатого процесса: прогибание вдоль разломов и осадконакопление, базит-ультрабазитовый магматизм, инверсия, складкообразование, гранитоидный магматизм, метаморфизм [4, 10]. В пределах самих платформ образовались крупные блоковые опускания территорий, заполненные горизон-

тальными отложениями протерозоя и фане-розоя. Эти отложения составили чехольный комплекс пород древних и молодых платформ, что предопределило современный облик континентов.

Участки горячей (но быстро остыва-юшей) планеты, соответствовавшие современной океанической земной коре, в катархее спокойно кристаллизовались и превратились в первичную перидотитовую кору. Эта кора просуществовала в первозданном виде 4 млрд лет, до начала мезозоя. И только в мезозой-кайнозойское время (200-20 млн лет назад) началась масштабная деструкция указанной первичной перидотитовой коры (но без гео-синклинально-магматогенного преобразования, подобного на континентах). Крупные территории перидотитовой коры были опущены на большую глубину, прорваны многочисленной серией габброидных даек, прикрыты сверху покровом толеитовых базальтов и маломощной толщей осадочных пород и появившимися водами Мирового океана (рис. 3).

Рис. 3. Геолого-геофизический разрез континентальной и океанической земной коры [2-12] 1 - морская вода; 2 - осадочный слой; 3 - базальтовый слой; 4 - гранито-гнейсовый слой; 5 - гранулито-базитовый слой; 6 - габбро-серпентиновый слой (третий слой океанической коры; первичная "океаническая" кора верхней мантии); 7 - верхняя мантия; 8 - скорости продольных сейсмических

волн; 9 - глубинные разломы

Приведенный алгоритм развития планетарных геологических структур подтвержден всей суммой накопленных геологических знаний [1-8, 9-12]. В частности: "только на догеологическом этапе Земля была однородной. Но уже при его завершении... обособились предокеанические и предконтинентальные области. В первых ранняя тонкая базитовая кора только в триасе... начала надстраиваться магматическим, а затем осадочным чехлом. В результате образовалась зрелая океаническая кора. В предконтинентальных областях с раннего архея за счет подъема глубинного вещества создавалась континентальная кора, которая к концу раннего протерозоя стала зрелой и составила 80 % объема современной' (Курсив мой. - А.Ж.) [11, с. 87].

Астрофизические данные

По современным данным, эволюция звездно-планетных систем совершается за счет ядерных процессов в звездах, вследствие чего происходят выбросы части звездного вещества на ранней или поздней стадии их развития (взрывы Сверхновых звезд). Соответственно, Протоземля вначале была раскаленным бы-стровращающимся газовым сгустком (циклоническим вихрем), в состоянии электромагнитной плазмы, выброшенным из массивного молодого Солнца как звезды второго поколения [1, с. 186]. При гравитационном сжатии вращающегося тела и кулоновском взаимодействии тяжелых элементов, облако быстро расслоилось на тяжелое плотное газовое ядро и более легкую, магниево-силикатную мантию. В газовом плотном ядре Протопланеты была сконцентрирована значительная часть газов и тяжелых элементов [12].

В холодном космосе Протопланета вступает в период последовательного длительного остывания, консолидации ее верхней оболочки и всего тела (перехода в газово-жидкое, а затем и жидкое состояние). Согласно закону А. Пуанкаре [13], газово-жидкое вращающееся тело приобретает удлиненную (до сига-ровидной или грушевидной) форму, резкую динамическую неустойчивость и неизбежно разделяется на части.

Взрывообразующие свойства газовых и газово-жидких потоков в жидком ядре обусловлены как резкими перепадами давления в разных частях ядра и большой энергией при газово-жидких превращениях, так и повышенной концентрацией особых летучих элементов - Н, С, О, СН4, К, представляющих

энергичную взрывчатую смесь [14]. Фрагментация газово-жидкого ядра Протопланеты доказана компъютерным моделированием американского астрофизика А. Босса [13].

Поскольку отрыв фрагментов мантии происходил от вращающегося с запада на восток протопланетного тела, то нижние зауженные концы отрывающихся мантийных тел приобретали изгиб на восток. Именно этим процессом объясняется изгиб южных концов континентов к востоку, наиболее сильный (Индонезийский) - у крупного Евразийского континента (см. рис. 1).

Математические данные В настоящее время получено математическое выражение для космохимического критерия разрыва Протопланеты [12, с. 314] и отделения от нее спутников (фрагментов мантии):

m ц2 = b = const, где m - критическая масса Протопланетного тела, в точке бифуркации; ц - среднее значение молекулярного веса; b - постоянная, учитывающая распределение плотности и средний химический состав Протопланетного тела (на стадии равенства сил гравитационного и кулоновского взаимодействия) и представленная сложной формулой.

При достижении Протопланетой точки бифуркации от нее произойдет отрыв фрагментов мантии и части ядра под действием кулоновских сил в центре газово-жидкого ядра Протопланеты [12].

Астрономические данные Последнее десятилетие - это великое десятилетие астрономии, в связи с получением ряда открытий. В период 1996-1997 гг. открыт новый класс небесных объектов - коричневые карлики, занимающие промежуточное положение между звездами и планетами (это весьма крупные планеты, типа Юпитера).

К маю 2007 г. в околосолнечной окрестности Галактики обнаружено около 200 планетных систем, содержащих в сумме 240 планет. В настоящее время открыто уже более 400 таких "экзопланет", но до последнего времени это были планеты-гиганты, подобные Юпитеру и Сатурну. Совсем недавно были открыты планеты "земного" типа [15].

Среди вновь открытых планет значительное число принадлежит к числу горячих планет с температурой на поверхности порядка 1 000 - 2 000 °С, а внутри с гораздо более высокой температурой, что позволило

именовать их "горячими юпитерами" [15]. Следовательно, многие из указанных крупных экзопланет близки, и по температуре и по размеру, к пра-родительской планете Земли -Протоземле [12].

Из вышеизложенного следует, что с момента охлаждения поверхности планеты до температуры 1000-700 °С и начала кристаллизации поверхностной части мантии, эволюция планетарных геологических структур определялась разными факторами и развитие их осуществлялось по диаметрально противоположным алгоритмам. Геодинамика всех последующих геологических процессов определялась периодическими возбуждениями газово-жидкого ядра и взрывными выбросами из его деструктивной части мощных эндогенных флюидов водородного и водород-оксидно-кремниевого состава [8, 10]. Эти выбросы всегда осуществлялись в строго избирательном направлении, определившемся еще в катастрофическую эпоху астрономического этапа - от деструктивной части газово-жид-кого ядра к деструктивным участкам на поверхности планеты, которые и стали местом длительного формирования континентов.

Следовательно, континентальная кора активно и постоянно развивалась под воздействием многократных тектоно-магматических процессов и превратилась в специфические мощные наросты сиаля на ультрабазитовом теле планеты - как своеобразные тектоно-гео-химические аномалии планетарного масштаба.

Поэтому наступило время вполне правомерно сформулировать первый геологический закон развития планеты Земли как "геологический закон автономного и активного развития континентальной земной коры, вследствие направленных флюидных пульсаций жидкого ядра Земли" (закон Барсукова - Во-йткевича - Блюмана - Летникова - Шлезингера).

ЛИТЕРАТУРА

1. Ротационные процессы в геологии и физике. М.: Изд-во КомКнига, 2007. 528 с.

2. Барсуков В.А. Ранняя история Земли // Природа. 1981. № 6. С. 30-38.

3. Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М.: Изд-во Мос. гос. ун-та, 2005. 560 с.

4. Белоусов В.В. Вещественные и структурные неоднородности в тектоносфере Земли // Неодно -родность тектоносферы и развитие земной коры. М.: Недра, 1986. 232 с. С. 5-14.

5. Блюман Б.А. Земная кора континентов и океанов (анализ геолого-геофизических и изотопно-геохимических данных). СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 1998. 152 с.

6. Войткевич Г. В. Основы теории образования Земли. М.: Недра, 1979. 136 с.

7. Жирнов А.М. Геологическое развитие континентов и "океанов" в аспекте космогеодинамики ядра Земли // Общие и региональные проблемы тектоники и геодинамики: Мат-лы ХЫ Тектонического совещания. Москва, 1-4 февраля 2008 г.: В 2 т. Т. 1. М.: Изд-во ГЕОС. 2008. С. 299-307.

8. Летников Ф.А. Сверхглубинные флюидные системы Земли и проблемы рудогенеза // Геология рудных месторождений. 2001. № 4. С. 291-307.

9. Шолпо В.Н. Структура Земли: упорядоченность или беспорядок? М.: Наука, 1986. 160 с.

10. Резанов И.А. Этапы эволюции Земли // Вестник РАН. 2006. № 10. С. 918-926.

11. Шлезингер А.Е. Океаническая и континентальная кора Земли: становление и эволюция // Изв. вузов. Геология и разведка. 2003. № 2. С. 84-88.

12. Ферронский В.И., Ферронский С.В. Динамика Земли. М.: Изд-во Научный Мир, 2007. 336 с.

13. Сурдин В.Г. Происхождение двойных звезд // Природа. 2004. № 3. С. 12-14.

14. Эргма Э.В. Барстеры, Новые, Сверхновые -термоядерные взрывы в космосе. М.: Знание, 1986. 64 с.

15. Рудницкий Г.М. Новые открытия внесолнечных планет // Земля и Вселенная. 2010. № 4. С. 94-107.

1 апреля 2011 г.