» » Структура и недра Земли

Структура и недра Земли

b]Взгляд из космоса[/b]
Большой вклад в изучение структуры земной коры внесла в последние годы съемка земной поверхности из космоса. Были не только уточнены положение и протяженность отдельных структурных элементов, но и выявлены принципиально новые черты ее глобальной структуры — линеаменты и кольцевые структуры. Линеаменты — это не просто зоны крупных разломов, обычно легко обнаруживаемых при геологической съемке, широкие полосы повышенной трещи-новатости и проницаемости коры, разнообразно проявленные в ее структуре и рельефе. Повсеместно фиксируемые кольцевые структуры разного масштаба имеют различное происхождение, которое для части из них устанавливается сравнительно легко — гранито-гнейсовые купола, вулканические кальдеры, астроблемы и некоторые другие. Но значительное число таких структур не поддается столь простой идентификации и отражает какие-то скрытые от наземных наблюдений неоднородности. Предполагается, что в областях древних платформ крупные кольцевые структуры могут иметь чрезвычайно древнее заложение, восходя к великой метеоритной бомбардировке догеологического этапа истории нашей планеты.

Наступление на земные глубины
Успехи последних десятилетий в изучении геологии земной поверхности существенно дополняются достижениями в исследованиях глубоких недр Земли. Правда, идея Жюля Верна о путешествии к центру Земли все еще остается и долго останется не осуществленной, в отличие от других его предвидений. Но если понимать эту идею не буквально, а в образном смысле, то можно констатировать, что мы далеко продвинулись в этом направлении. Это, прежде всего, бурение Кольской сверхглубокой скважины, впервые превзошедшей глубину в 12 км (другая, Саатлинская скважина в Азербайджане, приближается к 9-километровой отметке). Полученные на Кольской скважине данные существенно расширили наши представления о физических условиях подобных глубин и во многом оказались неожиданными (циркуляция флюидов на больших глубинах и т. п.). По нашему примеру к глубокому континентальному бурению приступают в Западной Европе и Северной Америке. Весьма впечатляющими являются достижения сейсморазведки методом отраженных волн с многоканальной регистрацией в изучении строения осадочных толщ акваторий и осадочных бассейнов суши. Получаемые профили с глубиной исследования до 10—12 км превосходят по точности геологические профили, строящиеся по данным бурения и изучения естественных обнажений горных пород. На них вырисовываются все детали стратиграфических соотношений свит — выклинивание, несогласия, литологические замещения, в частности рифовые. постройки, древние врезы речных долин и т. п. Этот метод исследования получил название сейсмост-ратиграфии, но фактически он шире такого названия, это скорее сейсмогеология, а в общем — один из самых ярких примеров проявления научно-технической революции в науках о Земле. Существенно продвинулись вперед и наши знания о строении земной коры и литосферы в целом. Этому способствовало широкое применение разработанного у нас метода глубинного сейсмического зондирования, основанного на использовании преломленных волн, в нашей стране, особенно на Украине, и в социалистических странах Восточной Европы, и исследований методом отраженных волн в США, а затем и в Западной Европе. В результате были получены не только более точные сведения о мощности коры. Сравнивая их с данными сверхглубоких скважин, пришлось пересмотреть традиционную модель строения консолидированной коры с ее разделением на «гранитный» и «базальтовый» слои по поверхности Конрада. Выяснилось, что эта модель выдерживается лишь на ограниченных площадях, да и то вместо одной поверхности Конрада обнаруживается несколько". В других случаях, например на Северо-Американской платформе, никаких четких поверхностей раздела внутри коры не фиксируется, а нижняя часть коры оказывается настолько расслоенной, что возникают даже подозрения о ее первично осадочном составе. Иногда в средней части коры обнаруживается слой с пониженными скоростями сейсмических волн. К этому надо добавить, что очень сложными оказались и соотношения между литосферой и астеносферой, а сами эти понятия, ставшие фундаментальными для современной геологии (напомним о международной программе «Литосфера»), в известной степени спорными. Дело в том, что астеносфера «прощупывается» на разных глубинах и с разной степенью уверенности, в зависимости от метода исследований. По данным сейсмики и магнитотеллурического зондирования (МТЗ), астеносфера характеризуется не сплошным, а прерывистым распространением, что порождает серьезные сомнения в возможности глобальных перемещений литосферных плит. По данным же изостазии, астеносфера должна присутствовать повсеместно. Противоречие это разрешается таким образом, что сейсмика и МТЗ «реагируют» на астеносферу лишь существенно пониженной вязкости, благодаря частичному плавлению ее вещества, что наблюдается лишь в океанах и подвижных поясах Земли. А для установления изостатического равновесия достаточно лишь некоторого «размягчения» соответствующего слоя мантии, некоторого повышения ее пластичности. Таким образом, вязкость астеносферы варьирует в значительных пределах; то же относится к ее мощности и глубине залегания, изменяющихся от нескольких километров в осевых зонах срединно-океанических хребтов, десятков километров под океаническими плитами и горными сооружениями до нескольких сотен километров под стабильными участками континентов. Кроме того, выше кровли главного астеносферного слоя в мантии и коре в подвижных поясах выявляются «астенолинзы»— ослабленные зоны, вдоль которых преимущественно и происходят внутрилитосферные горизонтальные перемещения. Вообще обнаружение широкомасштабной расслоенности литосферы — одно из ярких достижений современной геологии и геофизики; ее большое значение было впервые показано в работах Геологического института АН. О подобной расслоенности наглядно свидетельствуют и результаты глубоких сейсмических исследований методом отраженных волн в США, Шотландии и Франции, показавшие, что поверхности пологих надвигов (шарьяжей) на внешних границах складчатых систем (Аппалачи, Скалистые горы, Британские каледониды, герциниды Северной Франции) уходят на сотни километров в глубь этих систем и на многие десятки километров в глубь коры. Подобные данные получены у нас на Южном Урале. Но интересы геологов давно уже не ограничиваются литосферой и астеносферой, т. е. верхами мантии. Геологи теперь убеждены, что кору и литосферу преобразуют процессы, охватывающие мантию в целом. В той или иной форме это должны быть конвективные процессы, способствующие переносу и выделению на поверхность глубинного тепла и не дающие ему полностью расплавить какую-то часть мантии. Их характер, однако, остро дискуссионен в связи с тем, что непосредственно наблюдаться они не могут. Положение, тем не менее, не безнадежно: косвенным свидетельством их протекания могут служить плотностные, химические или другие неоднородности мантийного вещества на разных глубинах. В последнее время появилась возможность фиксировать эти неоднородности с помощью двух методов. Один из них — сейсмическая томография, названная по аналогии с рентгеновской томографией человеческого тела. Этот метод уже позволил выявить мантийные неоднородности, в частности, у нас в Сибири и Средней Азии до глубины более 250 км. Другой метод основан на спутниковых измерениях высоты поверхности геоида, коррелируемой с гравитационными аномалиями, и их пересчетах на разные глубины. При этом оказывается, что чем глубже, тем больше распределение мантийных неоднородностей отклоняется от распределения континентов и океанов и литосферных плит. Различия, обнаруживаемые на разных глубинах, свидетельствуют в пользу представлений тех геофизиков, которые являются сторонниками не общемантийной, а двуступенчатой конвекции в мантии, т. е. считают, что существуют самостоятельные системы конвекции в верхней и нижней мантии — более мелкоячеистая в верхней, более крупноячеистая в нижней. Существуют, однако, и аргументы противоположного характера — хорошая корреляция неровностей поверхности геоида и границы мантии и ядра. Хотелось бы надеяться, что геофизики в будущем смогут настолько повысить точность своих наблюдений, что окажутся в состоянии выявить временные вариации геофизических полей на глубине, т. е. фиксировать не только статику, но и кинематику внутримантийных процессов. Это существенно приблизит нас к пониманию движущих сил тектоники литосферных плит, определяющей развитие коры и литосферы.
В поисках механизма движения литосферы
Кинематическая картина движения плит в современную эпоху, впервые намеченная французом 3. Ле Пишоном еще в 1968 г. и впоследствии уточненная Дж. Минстером и Т. Джорданом (США) в 1978 г. и в нашей стране С. А. Ушаковым, в последние годы начала находить свое непосредственное подтверждение в данных космической геодезии. В 1983 г. были опубликованы первые результаты наблюдений с использованием доплеровского эффекта, в 1985 г.— лазерных измерений (спутник «Лагеосат») . Лазерные измерения дали по сравнению со схемой Минстера — Джордана коэффициент корреляции 0,61, а с исключением сомнительных результатов наблюдений на станции Арекипа в Южной Америке — 0,8. Определенный прогресс достигнут и в восстановлении истории дрейфа литосферных плит в доюрское время, когда основным источником информации становятся данные палеомагнетизма. В частности, в нашей стране недавно опубликованы схемы Л. П. Зоненшаина с сотрудниками для палеозоя и позднего протерозоя. При всей гипотетичности подобных реконструкций на них все ярче начинает выступать некая упорядоченность в ходе литосферного дрейфа: периодическое объединение континентальных глыб в единый суперконтинент (Пангею), противостоящий суперокеану, который постоянно находился в районе современного Тихого океана; тенденция распада Пангеи примерно вдоль одних и тех же ослабленных зон с раскрытием океанов и их последующим закрытием вдоль тех же направлений. Добавим к этому устойчивую ориентировку глобальной сетки разломов в соответствии с фигурой вращения Земли на протяжении 2,5 млрд лет, с конца архея, и распространение той же закономерности на складчатые системы самого различного возраста. Все это объясняет сочетание в истории Земли явления структурной унаследованности с явлением неоднократных структурных перестроек и новообразований. И, наконец, все больше осознается, что простая геометрическая модель тектоники плит может рассматриваться лишь как весьма упрощенная схематизация действительности. Литосфера далеко не является столь жесткой, монолитной в пределах плит, а деформации далеко не ограничиваются границами плит, как это постулируется данной теорией. Между главными глыбами протягиваются широкие (нередко более тысячи километров) зоны межплитных деформаций, зоны торошения, буферные зоны, наиболее ярким примером которых служит грандиозный Центрально-Азиатский горный пояс. Движение плит, деформации континентальной коры протекают неравномерно; эпохи наиболее интенсивных деформаций на окраинах и внутри континентов обнаруживают совпадение с фазами перестройки осей спрединга в океанах. И все это, вероятно, коррелирует с изменениями скорости вращения Земли, с некоторой пульсацией ее объема, с инверсиями магнитного поля, в свою очередь, как отмечалось выше, имеющими возможную связь с «поведением» Земли в космосе. Здесь были затронуты далеко не все достижения и проблемы современной геологии. Но сказанного должно быть достаточно, по мнению автора, чтобы показать, что эта древняя наука переживает в современную эпоху вторую молодость, находится в поре быстрого развития и подъема на новую ступень познания.
Назад к катастрофизму!
Подобные события в какой-то мере возвращают нас к безоговорочно осужденной одно время концепции катастрофизма. К тому же склоняют и такие факты, как подтверждение одновременности мировых трансгрессий и регрессий моря и синхронности стратиграфических подразделений, оледенений, установление периодичности в проявлениях тектонической активности и магматизма, и вулканизма в частности. Все это не укладывается в противоположную катастрофизму концепцию Ляйеля о постепенности и медленности геологических изменений, которую теперь обозначают как градуализм. Очевидно, в катастрофизме было определенное рациональное зерно, учет которого может способствовать дальнейшему прогрессу геологии; укажем, в частности, на возникновение «событийной» стратиграфии. Но Земля и земная кора развиваются не только направленно и неравномерно, но и циклически, с определенной периодичностью. Установление этой цикличности очень помогает при расчленении разрезов осадочных толщ нефтегазоносных бассейнов и в некоторых других случаях. Но в чем причина такой периодичности? Очевидно, в глубинных процессах, ибо подобную периодичность обнаруживают все эндогенные процессы — тектонические движения, сейсмичность, магматизм, магнитное поле Земли (его инверсии), скорость ее осевого вращения. Напрашивается вывод, что существует определенный механизм, обеспечивающий синхронизацию всех этих явлений, задающий им определенный ритм. Этот механизм не обязательно лежит внутри нашей Земли; им могут быть, как на то давно указывалось представителями «астрогеологического» направления, космические факторы — обращение Солнечной системы в Галактике, прохождение ее через облака космической пыли, изменение наклона оси вращения Земли и т. п. Подтверждается, в частности, роль астрокосмического фактора в короткопе-риодической смене ледниковых и межледниковых эпох в периоды крупных планетарных оледенений (гипотеза, выдвинутая в свое время югославским ученым М. Миланковичем). Вместе с тем само наступление таких оледенений связывается с установлением на Земле определенной физико-географической обстановки. Так, недавно выяснилось, что палеозойские оледенения Гондваны, существовавшие почти непрерывно от позднего ордовика до ранней перми, достигали наибольшего развития в те эпохи, когда центральная часть этого суперконтинента оказалась в районе Южного полюса. Но загадкой остаются оледенения конца докембрия — венда, охватывающие почти всю площадь современных материков, независимо от того, на каких широтах они находились. Возможно, что в это время имело место особенно быстрое их перемещение, создававшее впечатление синхронности оледенения далеко отстоящих друг от друга регионов. В целом же оледенения играли большую роль в истории Земли, проявляясь в последние два или даже два с половиной миллиарда лет.

Комментарии к статье:

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем




Новое на сайте


Леса юга Сибири и современное изменение климата


По данным информационной системы «Биам» построена ординация зональных категорий растительного покрова юга Сибири на осях теплообеспеченности и континентальности. Оценено изменение климата, произошедшее с конца 1960-х по 2007 г. Показано, что оно может вести к трансформации состава потенциальной лесной растительности в ряде регионов. Обсуждаются прогнозируемые и наблюдаемые варианты долговременных сукцессии в разных секторно-зональных классах подтайги и лесостепи.


Каждая популяция существует в определенном месте, где сочетаются те или иные абиотические и биотические факторы. Если она известна, то существует вероятность найти в данном биотопе именно такую популяцию. Но каждая популяция может быть охарактеризована еще и ее экологической нишей. Экологическая ниша характеризует степень биологической специализации данного вида. Термин "экологическая ниша" был впервые употреблен американцем Д. Гриндель в 1917 г.


Экосистемы являются основными структурными единицами, составляющих биосферу. Поэтому понятие о экосистемы чрезвычайно важно для анализа всего многообразия экологических явлений. Изучение экосистем позволило ответить на вопрос о единстве и целостности живого на нашей планете. Выявления энергетических взаимосвязей, которые происходят в экосистеме, позволяющие оценить ее производительность в целом и отдельных компонентов, что особенно актуально при конструировании искусственных систем.


В 1884 г. французский химик А. Ле Шателье сформулировал принцип (впоследствии он получил имя ученого), согласно которому любые внешние воздействия, выводящие систему из состояния равновесия, вызывают в этой системе процессы, пытаются ослабить внешнее воздействие и вернуть систему в исходное равновесное состояние. Сначала считалось, что принцип Ле Шателье можно применять к простым физических и химических систем. Дальнейшие исследования показали возможность применения принципа Ле Шателье и в таких крупных систем, как популяции, экосистемы, а также к биосфере.


Тундры


Экосистемы тундр размещаются главным образом в Северном полушарии, на Евро-Азиатском и Северо-Американском континентах в районах, граничащих с Северным Ледовитым океаном. Общая площадь, занимаемая экосистемы тундр и лесотундры в мире, равно 7 млн ​​км2 (4,7% площади суши). Средняя суточная температура выше 0 ° С наблюдается в течение 55-118 суток в год. Вегетационный период начинается в июне и заканчивается в сентябре.


Тайгой называют булавочные леса, широкой полосой простираются на Евро-Азиатском и Северо-Американской континентах югу от лесотундры. Экосистемы тайги занимают 13400000 км2, что составляет 10% поверхности суши или 1 / 3 всей лесопокрытой территории Земного шара.
Для экосистем тайги характерна холодная зима, хотя лето достаточно теплое и продолжительное. Сумма активных температур в тайге составляет 1200-2200. Зимние морозы достигают до -30 ° -40 °С.


Экосистемы этого вида распространены на юге от зоны тайги. Они охватывают почти всю Европу, простираются более или менее широкой полосой в Евразии, хорошо выраженные в Китае. Есть леса такого типа и в Америке. Климатические условия в зоне лиственных лесов более мягкие, чем в зоне тайги. Зимний период длится не более 4-6 месяцев, лето теплое. В год выпадает 700-1500 мм осадков. Почвы подзолистые. Листовой опад достигает 2-10 тонн / га в год. Он активно вовлекается в гумификации и минерализации.


Тропические дождевые леса - джунгли - формируются в условиях достаточно влажного и жаркого климата. Сезонность здесь не выражена и времени года распознаются по дождливым и относительно сухим периодами. Среднемесячная температура круглогодично держится на уровне 24 ° - 26 ° С и не опускается ниже плюс восемнадцатого С. Осадков выпадает в пределах 1800-2000 мм в год. Относительная влажность воздуха обычно превышает 90%. Тропические дождевые леса занимают площадь, равную 10 млн. кв. км.