Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Гипотезы о расширении Земли

ЭВОЛЮЦИЯ ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ РАСШИРЯЮЩЕЙСЯ ЗЕМЛИ И НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ ДОКЕМБРИЯ

 

Смотрите также:

 

Гипотеза расширяющейся Земли...

 

науки о земле 

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

 

ГЕОЛОГИЯ

 

Палеонтология

 

Палеогеография 

 

космический вулканизм планет

 

Вегенер. Происхождение континентов и океанов

 

Океан Тетис и гипотеза дрейфа материков

 

метеориты и кометы

 

СЛЕДЫ КОСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ЗЕМЛЮ

 

Камни и геология

 

ПРИЧИНЫ ГОРО-ОБРАЗОВАНИЯ. Гипотеза Вегенера

 

Плейт-тектоника - новая глобальная тектоника

 

Причины вымирания организмов

 

Метеоритная и вулканическая гипотезы вымирания организмов ...

 

 

 

Э.Н. Лишневский

 

Количественные оценки, несомненно, способствуют повышению достоверности различных построений в геологии. Особенно важными они являются в обосновании представлений о наиболее ранних этапах развития Земли, поскольку непосредственное наблюдение процессов, происходивших в далеком геологическом прошлом, представляет собой непреодолимые трудности.

 

Для решения подобного рода вопросов перспективным, на наш взгляд, является установление аналитических зависимостей, связывающих различные физические параметры земного шара, которые можно измерить в настоящее время с аналогичными параметрами геологического прошлого.

 

В данной работе, исходя из гипотезы расширяющейся Земли (Carey, 1976; Hilgen- berg, 1966 и др.1, исследуется изменение трех параметров: радиуса Земли R, силы тяжести д, геотермических градиентов Г. На этой основе устанавливаются некоторые следствия, позволяющие, по мнению автора, наиболее естественным образом объяснить ряд особенностей геологии докембрия.

 

Если принимать в принципе гипотезу расширения Земли, то, полагая, что масса Земли М и гравитационная постоянная /существенно не изменялись в течение геологического времени, из известной формулы д ~ f  М  R : нетрудно получить выражение

д,/д<, - (R„/R,)2,        Ш

где д, и д„ — средние величины ускорения силы тяжести в прошлом и в современную эпоху, a R, и /?„ — соответственно средние радиусы Земли. Следовательно, определение д, для любого момента геологического прошлого сводится к установлению закона измерения радиуса расширяющейся Земли, для чего необходимы данные о величинах палеорадиусов-Земли в отдельные моменты ее истории. Среди разрозненных значений палеорадиусов, вычисленных отдельными исследователями, к настоящему времени наиболее достоверными и последовательными представляются 11 дискретных значений радиусов расширяющейся Земли в отдельные моменты фанерозоя (0,6—0,0 млрд. лет), определенных О.Х. Хильгенбергом (Hilgenberg, 1966) по палеомагнитным данным. После расположения их в шкале абсолютного геологического времени изменение радиуса Земли определяется как экспоненциальное, которое можно представить выражением

R,~-Rt)           (2)

Подставляя из (2) в (1), получаем также экспоненту, характеризующую изменение силы тяжести:

д,^д„ (RJR,)' е00*4*^            (3)

где t — геологическое время, отсчитываемое назад от настоящего момента, в млн. лет.

 

Предлагаемые выражения применимы как для непрерывного, так и прерывистого характера расширения Земли. Экстраполяция, проведенная по формулам (2) и (3) для более отдаленных геологических эпох (до 4 млрд. лет), показывает, что темп расширения земного шара в докембрии был значительно медленнее, чем в палеозое и особенно в мезозое—кайнозое.

 

Радиус Земли в раннем архее (4 млрд. лет) составлял около 1/3, а в середине позднего протерозоя (1,2 млрд. лет) — 1/2 /?„. За 3,4 млрд. лет докембрийского времени он увеличился всего в 2 раза и настолько же возрос за последние 0,6 млрд. лет.

 

В более обобщенном виде средний темп изменения радиуса земного шара представлен на 2. В архее и раннем протерозое он составлял 0,06-0,07 R() за миллиард лет, в последующее протерозойское время повысился до 0,13 и в фанерозое достиг максимальной величины — 0,6 /?„ за миллиард лет.

 

Что касается силы тяжести, то в более ранние эпохи она существенно превосходила современную. Так, в начале мезозоя (0,2 млрд. лет) она составляла 2 gtt, в начале палеозоя (0,6 млрд. лет) была близка к 3 д„, на границе архея и протерозоя (2,6 млрд. лет) достигала 7 д() (см. 1). Возможное уменьшение в течение геологического времени гравитационной постоянной, как это предполагают физики П. Дирак, П. Иордан и другие, принципиально не изменит характера кривой д//д„ и лишь увеличит ее крутизну.

 

Одним из важных следствий, вытекающих из данных о повышенных значениях силы тяжести, которые были свойственны расширяющейся Земле на более древних этапах ее развития, является новая трактовка глубинности образования регионально метаморфизованных пород фаций высокого давления.

 

Как известно, такие породы специфичны как по распространенности их в земной коре, так и по условиям образования. Породы гранулитовой фации развиты исключительно среди докембрийских образований. Они известны на всех материках, занимают громадные площади в пределах древних платформ и имеют преимущественно архейский возраст [Гранулитовая..., 1972; Добрецов и др., 1964). В пределах отдельных щитов, например на Алданском [Кицул, 1971), устанавливается прямое соответствие между фациями метаморфизма и стратиграфическими подразделениями докембрия: в раннем архее — гранулитовая, в позднем — амфиболитовая, в раннем протерозое — эпидот-ам- фиболитовая и низкотемпературная часть амфиболитовой фации. Породы эклогитовой фации также входят в состав докембрийских комплексов, тесно ассоциируясь с вмещающими гнейсами гранулитовой или амфиболитовой фаций. В пределах гранулитовой фации, в частности, общее давление (Р,,Гмц) колеблется от 5 • 10я до (12—13) • 10* Па (кбар) при температуре 750—1100 С (Гранулитовая..., 1972; Карсаков, 1978; Мара- кушев, 1965).

 

Давление (Р) при региональном метаморфизме обычно связывается с литосгатичес- кими нагрузками, измеряемыми мощностями перекрывающих толщ (Л), и определяется по формуле Р - pgh, где р — плотность пород до глубины h, а д — сила тяжести.

AMr//?0)

 

В связи с этим возникло даже понятие о фациях глубинности гранулитовых комплексов — ханкайской, алданской, сутамской, чогарской [Карсаков, 1978; Маракушев, 1965). Пересчеты давления в глубины, как правило, проводятся исходя из современной величины силы тяжести <70. Так, например, Яобщ = (5—13) 10к Па, необходимому для образования пород гранулитовой фации (при д = д0 и р = 2,8 г/см1), должны отвечать глубины 18—46 км. Поскольку выходы глубокометаморфизованных комплексов, для которых определяется общее давление метаморфизма, находятся на современной земной поверхности, приходится допускать, что величина эрозионного среза залегавших выше пород, создававших литостатическую нагрузку, оценивается таким же значением — порядка 20—45 км. Однако геологическая позиция гранулитовых толщ среди вмещающих образований не позволяет считать их столь глубоко эродированными.

 

Так, например, чогарские гранулиты нижнего архея Становой складчатой системы залегают среди пород станового комплекса верхнего архея, метаморфизованных в амфиболитовой фации. В связи с этим изучавший их Л.П. Карсаков отмечает: "...это значит, что еще до начала отложений станового комплекса надо допускать размыв до уровня гранулитовой фации примерно на глубину 35—40 км, что не подтверждается геологическими данными и маловероятно [Карсаков, 1978, с. 126]. Анализ особенностей залегания архейских пород кольско-беломорской серии архея—нижнего протерозоя на юго-западном обрамлении Печенгской структуры (Кольский полуостров) и реставрация разрезов также показывают, что максимальная глубина их эрозионного среза не превышает 5—8 км, тогда как величина общего давления при метаморфизме этих пород определяется в (7—13) • 10* Па, т. е. соответствует глубинам (при0 = <7о) порядка 25-45 км [Лишневский, Кременецкий, 1975].

 

Д.С. Коржинский [1940], B.C. Соболев [1964], Ю.М. Шейнманн [1976] и другие исследователи, исходя из геологических наблюдений, также отмечали, что древние метаморфические породы, образовавшиеся при давлениях в (10—15) 108 Па, формировались на небольших глубинах — около 5—10 км.

 

Изложенное со всей очевидностью показывает, что имеет место резкое несоответствие между высокими давлениями регионального метаморфизма архейских толщ, определенными по геобарометрам, и сравнительно небольшими глубинами их первоначального (при метаморфизме) залегания, устанавливаемыми по геологическим данным.

 

Это противоречие, которое можно назвать "парадоксом архейского метаморфизма", до сих пор вызывает серьезные дискуссии среди геологов и геофизиков. В поисках выхода из него многие исследователи вынуждены были искать причину высоких давлений вне связи с мощностями пород. Например, некоторые ученые причину высоких давлений, превышающих литостатические нагрузки, видят в избыточном давлении, создаваемом "тектоническими перегрузками" [Backlund, 1936]. Возникновение таких "перегрузок" одни исследователи объясняют локальным и очень быстрым погружением соответствующих зон [Essene е. а., 1965; Miyashiro, 1961), другие — флюидным сверхдавлением [Добрецов, 1964; Scheidegger, 1963]. Однако, по свидетельству самих же авторов, причины и механизм "тектонических перегрузок" до сих пор остаются неясными и во многом дискуссионными. Кроме того, петроструктурные данные, полученные Р. Рутландом [1967], опровергают любую гипотезу об избыточных давлениях.

 

По нашему мнению, "парадокс архейского метаморфизма" легко разрешается с позиций гипотезы расширяющейся Земли, с необходимостью предполагающей высокие значения силы тяжести в геологическом прошлом. Так, в частности, в приведенном примере с кольско-беломорской серией, ее гранулитовым комплексам с возрастом 3 млрд. лет соответствует д, = 9 д0 (см. 1). Поэтому метаморфизованные при Р0ъш = (7—13) • 10к Па, они должны были формироваться на глубинах примерно 3— 6 км. Этот результат находится в удовлетворительном соответствии с данными реконструкции геологических разрезов — 5—8 км [Лишневский, Кременецкий, 1975]. Таким образом, существенно меньшие размеры земного шара в докембрии обусловливали то, что литостатические нагрузки, усиленные повышенной гравитацией, должны были приводить к формированию метаморфических пород высоких давлений на сравнительно малых глубинах.

 

Полученные количественные выражения изменения радиуса и силы тяжести позволяют рассмотреть и возможную эволюцию значений палеогеотермического градиента в поверхностных слоях земной коры в прошедшие геологические эпохи. По общепринятым ныне представлениям значительная часть внутреннего тепла Земли имеет радиогенную природу. С учетом периода полураспада главнейших долгоживуших изотопов все авторы принимают, что общий поток радиоактивного тепла Земли в прошлом (Qt) превосходил его современное значение (Q0) [Войткевич, 1961; Любимова, 1968; Хлестов, 1970]. Данные Г.В. Войткевича [1961, с. 308] позволяют, пренебрегая другими возможными источниками тепла, определить величину отношения Qr/Q0 = К, > 1 для любого момента геологического времени.

 

На основе гипотезы расширяющейся Земли намечаются также некоторые связи между тектономагматической активностью в верхних горизонтах литосферы и интенсивностью изменения фундаментальных характеристик земного шара (Rt.9t» Гг). Для определения времени между эпохами гранитообразования (фазами складчатости) нами использованы результаты исследований Л.Н. Овчинникова с соавторами [1976] по радиогеохронологии гранитных пегматитов (более 800 определений) как наиболее достоверные данные, характеризующие моменты завершения тектоно-магматических циклов. Анализ этих данных показывает, что тектоно-магматические циклы, определенные как интервалы времени между кульминациями пегматитообразования, могут быть объединены в четыре этапа, каждый из которых характеризуется близкими значениями продолжительности циклов. Эти этапы различаются между собой разным темпом изменения радиуса Земли, силы тяжести и геотермических градиентов (см. таблицу и 2).

 

Прежде чем переходить к анализу таблицы, необходимо отметить численное равенство темпов изменения gt и Г, в пределах выделенных этапов. Это обусловлено тождественностью уравнения (3), характеризующего изменение силы тяжести, и (8) — геотермических градиентов в варианте со стабильным потоком радиоактивного тепла (Rt < R0; Kr- 1). Последнее сделано с целью выделения в возможно более "чистом виде" зависимости изменения палеогеотермических градиентов от процесса расширения Земли.

 

С учетом сделанных замечаний можно отметить следующее.

I           этап — 4,0—3,3 млрд. лет (катархей). Увеличение R, минимально —0,06 /?0 в млрд. лет. Уменьшение д, и Г,, наоборот, максимально и достигает 3,7 ед. млрд. лет. В этом этапе известен лишь саамский диастрофизм (3488 млн. лет) и поэтому соотношения между характером тектоно магматической активности и изменениями фундаментальных параметров остаются неопределенными (см. 2). Можно лишь высказать предположение, что чрезвычайной высокие значения силы тяжести и геотермических градиентов в этот период препятствовали четко выраженным процессам дифференциации вещества и гранитообразованию.

II         этап — 3,3—2,2 млрд. лет (большая часть архея и ранний протерозой). Темп увеличения радиуса незначительно возрастает — до 0,07R0 в млрд. лет, темп уменьшения силы тяжести и геотермических градиентов несколько снижается, но все еще остается высоким — 3,1 ед./млрд. лет. Этот период отмечен тремя тектоно-магматическими циклами [Овчинников и др., 1976] со средней продолжительностью около 240 млн. лет. Более удобная для сравнения величина — частота тектоно-магматических циклов здесь определяется в 4,2 цикла в млрд. лет.

III        этап — 2,2-0,65 млрд. лет — наиболее длительный (вторая половина раннего, средний и поздний протерозой). Темп увеличения радиуса Земли в это время возрастает все еще незначительно — 0,13/?о/млрд. лет- Темп падения силы тяжести и геотермических градиентов самый наименьший за всю геологическую историю — 2,4 ед./млрд. лет. В этот период происходит четыре цикла диастрофизма (Овчинников и др., 1976] с минимальной частотой — 2,4 в млрд. лет. Соответственно средняя продолжительность циклов самая значительная — 411 млн. лет.

IV        этап — 0,65-0,0 млрд. лет (фанерозой). До максимальной величины (0,6/?о/млрд. лет) в этот период возрастает темп изменения радиуса земного шара (образование океанов) и вновь увеличиваются темпы снижения д, и Г, — до 2,7 ед./млрд. лет.

 

Рассматривая три последних этапа, можно видеть, что больший темп падения силы тяжести и геотермических градиентов, характерных для II и IV этапов, сопровождается и возрастанием тектоно-магматической активности — увеличением частоты циклов диа- строфизма и сокращением их продолжительности. В противоположность этому ослабление темпов падения силы тяжести и геотермических градиентов, более медленное их изменение, свойственное III этапу, сопровождается ослаблением тектоно-магматической активности, уменьшением частоты циклов диастрофизма и большей их длительностью.

 

Последнее в определенной степени согласуется с данными А. Гликсона [Glikson, 1979, 1980] об отсутствии или минимальном проявлении в течение большей части протерозоя офиолитового магматизма и осадков типа меланжа, о преобладании в это время коро- вых, энсиалических процессов. Это приводит нас к заключению, что обусловленное расширением Земли более интенсивное изменение таких ее фундаментальных характеристик, как сила тяжести и геотермические градиенты, имеет своим следствием возрастание частоты тектоно-магматических циклов, тогда как умеренное изменение этих параметров ослабляет тектоно-магматическую активность.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

Войткевич Г.В. Проблемы радиогеологии. М.: Госгеолтехиздат, 1961. 352 с.

Гранулитовая фация метаморфизма/ Г.М. Друго- ва, В.А. Глебовицкий, Л.П. Никитина и др. Л.. Наука, 1972. 256 с.

Добрецов Н.П. Жадеитовые породы как индикатор высоких давлений в земной коре. — В кн.: Междунар. геол. конгр. 22 сес. М.: Недра, 1964, с. 137-150.

Добрецов Н.Л.. Соболев B.C.. Хлестов В.В. Фации регионального метаморфизма умеренных давлений. М.: Недра, 1972. 286 с.

Карсаков Л.П. Глубинные гранулиты. М.: Наука, 1978. 152 с.

Кицул В.И. Минеральные фации докембрийских метаморфических пород Алданского щита. — В кн.: Метаморфические пояса СССР. Л.: Наука, 1971, с. 71-91.

Коржинский Д.С. Факторы минеральных равновесий и минералогические фации глубинности. М.: Изд-во АН СССР, 1940. 99 с.

Лишневский Э.Н., Кременецкий А.А. О природе высоких давлений и значениях геотермических градиентов в геологической истории докембрийских щитов. — Докл. АН СССР, 1975, т. 223, N" 2, с. 434-437.

Любимова Е.А. Термика Земли и Луны. М.: Наука. 1968. 280 с.

Маракушев А.А. Проблема минеральных фаций метаморфических и метасоматических горных пород. М.: Наука, 1965. 327 с.

Овчинников Л.Н., Вороновский С.Н., Овчинникова Л.В. Радиогеохронология гранитных пегматитов. — В кн.: Очерки геологической петрологии. M.: Наука, с. 319— 326.

Ругланд Р.У. Избыточное тектоническое давление. — В кн.: Природа метаморфизма. M.: Мир, 1967, с. 125-146.

Соболев B.C. Физико-химические условия мине- ралообразования в земной коре и мантии. — Геология и геофизика, 1964, № 1, с. 7—22.

Хлестов В.В. Об особенностях метаморфических процессов в раннем докембрии. — Геология и геофизика, 1970, № 8, с. 81-85.

Шейнманн Ю.М. Тектоника и магматизм. М.: Наука, 1976. 392 с.

Backlund H.G. Zur genetischen Deutung der Eclogi- te. - Geol. Rdsch., 1936, Bd. 27, H. 1, S. 47- 61.

Carey S.l/V. The expanding Earth. Amsterdam, 1976. 488 p.

Essene E.J., Fyfe W.S., Turner F.J. Pedogenesis of Franciseun Glaucophane Schists and associated metamorphic rocks, California. — Beitr. Miner. Petrol., 1965, Bd. 11, S. 695 - 704.

Glikson A. Y. The missing Precambrian crust. — Geology. 1979, vol.7 N 9. p. 449-454.

Glikson A. Y. Precambrian sial-sima relations: Evidence for Earth expansion. — Tectonophysics, 1980, vol. 63, p. 193-234.

Hilgenberg O.C. Die Palaogeographife der expandie- renden Erde vom Karbon bis zum Tertiar nach palaomagnetischen Messungen. — Geol. Rdsch., 1966, Bd. 55, H. 3, S. 878-924.

Miyashiro A. Evolution of metamorphic belts — J. Petrol., 1961, vol. 2, N 3, p. 277-311.

Scheidegger A.E. Principles of geodynamics. 2nd ed. B. etc., 1963. 362 p.

 

 

 

К содержанию книги: Проблемы расширения и пульсаций Земли

 

 

Последние добавления:

 

ВЛАДИМИРО-СУЗДАЛЬСКАЯ РУСЬ

 

ВНЕШНЯЯ ПОЛИТИКА ДРЕВНЕЙ РУСИ

 

Владимир Мономах

 

Летописи Древней и Средневековой Руси

 

Бояре и служилые люди Московской Руси 14—17 веков