| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Земля и Луна
| |||||
 Планета Земля |
|||||
Тепловая энергия |
|
Весной 2001 года Александро Форте из университета 3ападного Онтарио и Джерри Митровица из университета Торонто в Канаде представили свою собственную модель,
согласно которой огромные потоки горячей породы
(плюмы) размером с континент, медленно поднимающиеся из глубоких земных недр, являются истинной движущей силой для
дрейфа континентов, землетрясений, извержений вулканов и даже изменений климата. Первым толчком для создания этой модели
послужили изображения внутренней структуры 3емли, полученные с помощью сейсмической томографии (многолучевого просвечивания
Земли сейсмическими волнами от большого числа землетрясений, принимаемых сетью сейсмостанций). Удивительные
изображение мантии, от подошвы земной коры до границы «мантия-ядро», показывали, что на окраинах Тихого
океана, глубоко под его дном, имеются две обширные дугообразные области, где скорости сейсмических волн
увеличиваются, а под центральной частью Атлантического океана и под Африкой имеются две такие же огромные струеобразные
области, в которых скорости сейсмических волн уменьшаются. Так как окраины Тихого океана являются
зонами, где холодные плотные части тектонических плит опускаются в 3емлю, «быстрые» зоны четко отметили эти
области, где плиты тяжелой материи опущены в 3емлю в направлении ее ядра. Согласно общепринятому мнению
«медленные» области являются просто огромными инертными вкраплениями, которые остались, по существу, неизменными с
момента формирования 3емли. Но Форте и Митровица доказали, что эти выделяющиеся особенности
в действительности поднимаются к поверхности, подобно баллонам с горячим воздухом. Для обоснования своей
модели они использовали результаты многочисленных исследований: от небольших вариаций вращении 3емли и гравитационного
поля до драматических прогибов континентальных областей, таких как Южная Африка, которая теперь находится на 1 000 м выше,
чем Северная. Согласно их гипотезе твёрдая 3емля «вспенивается» своеобразным 4-поршневым тепловым двигателем (с двумя
огромными опускающимися холодными плитами и с двумя такими же огромными поднимающимися горячими потоками), который,
собственно, и передвигает континенты, и «управляет» землетрясениями, и даже влияет на изменения климата.
И хотя ученым предстоит еще немало поработать, чтобы выведать все тайны земных недр, уже теперь мы знаем, что наша планета активна и динамична, что она изменялась и развивалась с момента своего образования и до сих пор не обнаруживает признаков спокойствия. С каждым годом 3емля изучается все более деталь но, с развитием науки меняются представления о нашей планете. Еще каких-нибудь 100 лет назад роль вертикально направленных тектонических движений и вулканизма в развитии земной коры считалась решающей. В середине ХХ века с открытием срединно-океанических хребтов произошла коренная перестройка в представлениях об эволюции 3емли. Создание теории литосферных плит стало настоящим прорывом в понимании многих явлений, касающихся внутреннего строения планеты. Однако, решив массу «вечных» геологических и геофизических проблем, тектоника литосферных плит породила не меньше новых вопросов, на которые не было ответа. Согласно теории литосферных плит Земля - это огромная тепловая машина, в которой мантия играет роль котла, а плиты - шатунов. Магма прорывается сквозь срединно-океанические хребты, застывая, раздвигает литосферные плиты, заставляя двигаться континенты. Взаимодействие плит и определяет характер земной коры. Считалось, что континенты не оказывают никакого влияния на движения литосферных плит. Вместе с тем было хорошо известно, что тепловой поток, идущий из мантии, над океанами в 3 раза больше, чем над континентами. То есть континенты можно сравнить с огромными крышками, которые задерживают тепло, перераспределяя тепловой поток, что должно очень существенно влиять на всю мантийную конвекцию.
Моделирование процессов, происходящих в нагреваемых жидкостях определённого объема и вязкости, проводилось неоднократно и ранее. Известно, что в нагреваемой жидкости, возникают конвективные потоки. Горячее вещество поднимается (восходящий поток), растекается в стороны, охлаждается и опускается вниз (нисходящий поток), то есть происходит своеобразный круговорот. Эти конвективные ячейки, образующиеся в наrреваемой жидкости, еще в начале прошлого века открыл Бинар, а математическую теорию процесса построил Рэлей, именно поэтому ячейки получили название Бинара-Рэлея. Подобные и гораздо более сложные модели неоднократно использовались в теории литосферных плит для описания происходящих с Землей процессов. Однако до сих пор никак не учитывалась роль континентов, перераспределяющих тепло. Компьютерное моделирование, где в качестве 3емли выступала вязкая оливиновая (оливин - широко распространенный минерал из семейства силикатов) сфера, нагреваемая до температуры, близкой к температуре плавления, с плавающими на ее поверхности континентами, дало поразительные, ошеломляющие результаты. На наших глазах развернулась реальная жизнь 3емли: зарождение и распад Пангеи (последнего суперматерика), образование современных океанов и материков, океанической и континентальной земной коры, срединно-океанических хребтов, зон субдукции - стали воочию видны механизмы, причины и физический смысл всех этих процессов и явлений. Главное же, что были осязаемые подтверждения того, что все эти математические построения - не плод фантазии, а вполне жизнеспособная, работающая теория. Так, теоретическая модель, просчитанная с помощью уравнений, в которых использовался минимум сейсмических данных, показала, например, почти полное совпадение плотности теплового потока в каждой точке 3емли, как виртуальной, так и реальной. Точно так же и гравитационное поле модели хорошо согласовалось с данными многочисленных измерений. А расчеты движения материков, полученные на математических моделях, были подтверждены материалами спутниковых наблюдений. Сейчас уже можно сказать, что моделирование процессов, идущих в литосфере с учетом влияния континентов, позволило создать новую теорию геологической эволюции 3емли. Оказалось, что континент, плавающий на поверхности вязкой, нагреваемой жидкости, затягивается на нисходящий холодный поток, словно в водоворот. Здесь он задерживает идущее из мантии тепло и создает таким образом условия для того, чтобы мантийное вещество под ним прогрелось и на месте нисходящего образовался горячий восходящий поток. Процесс этот длительный, занимающий порядка 200 млн. лет. За это время избыток тепла в мантии формирует восходящий поток, который в свою очередь приподнимает материк, сдвигает его, и континент дрейфует к другому нисходящему потоку, где все повторяется сначала. Если бы материк был один, то он бы так и перемещался от одного холодного потока к другому. Но на нашей планете 6 материков, поэтому мы получаем более сложную картину их взаимодействия. Происходит это следующим образом. Каждый из шести материков занимает свой нисходящий поток, однако потоки эти не равноценны, всегда существует какой-то более мощный, который, удерживая один континент, одновременно подтягивает к себе и другой, расположенный по соседству. Причем этот второй материк, перемещаясь, увлекает за собой и «свой» нисходящий поток, на котором он находится. В результате два континента объединяются, оба нисходящих потока сливаются в один, образуя еще более мощный «водоворот», в который вовлекаются все новые континенты, и процесс становится лавинообразным. Все 6 материков, стремящихся к одной точке, формируют единый суперконтинент. Эта гигантская суша становится преградой для мантийного тепла, которое по мере аккумуляции разогревает вещество мантии и создает под континентом мощный восходящий поток, или плюм. Именно плюм, образовавшийся в мантии от избытков тепла, и разрывает единый материк, заставляя его осколки дрейфовать в разные стороны. Итак, Земля - это тепловая машина, в которой тепло преобразуется в энергию движения. Для того чтобы движение этой машины состоялось, необходим поршень, «парораспределитель», направляющий «пар» то с одной стороны, то с другой. Таким регулятором и являются континенты, которые распределяют тепловой поток и заставляют литосферу 3емли все время меняться и находиться в постоянном движении, от объединения материков в единый континент до его распада и образования затем нового суперматерика. Именно благодаря материкам сформировались современный лик 3емли и ее литосфера. Можно уже говорить и о том, что новая теория эволюции 3емли объясняет физический смысл геологических периодов, выявляя связь между процессами, идущими в мантии, колебаниями уровня Мирового океана и сменой разнообразия и количества видов животных и растений. Математические модели показывают, что континенты в момент образования Пангеи подняты относительно уровни моря не очень высоко, они начинают «расти» по мере перегрева мантийного вещества - их поднимает плюм, то есть уровень Мирового океана понижается перед расколом Пангеи и в момент раскола, затем материки возвращаются в исходное положение и даже несколько погружаются, что разумеется, сопровождается подъемом океанских вод. Эти расчетные колебания уровня Мирового океана вполне согласуются с геологическими данными и находятся в тесной связи со сменой палеонтологических и геологических формаций. Таким образом, по одной только кривой изменений уровня Mирового океана можно говорить о том, что примерно 800 млн. лет назад существовал предыдущий суперконтинент - Родиния. Это подтверждается и другими исследованиями. Родиния, по всей вероятности, располагалась на месте нынешнего Тихого океана. Остатки плюма, уничтожившего Родинию, мы наблюдаем в мантии и сейчас - ведь время жизни этого гигантского образовании- 1 млрд. лет. А остатки плюма, расколовшего Пангею, ныне находятся под Африкой. Они тоже хорошо различимы в мантии. Именно по этой причине Африканский континент до сих пор поднят выше всех остальных материков. Тектоника литосферных плит многое объясняла хаотическими движениями в литосфере. Теперь становится понятным, что все перемещения, наблюдаемые в мантии и земной коре, - не хаотичны, а закономерны, они подчиняются строгим физическим законам, описываются уравнениями и но многом предсказуемы. Важно подчеркнуть, что созданная единая теория эволюции Земли, с которой в ближайшие десятилетии будет работать научное сообщество, не отрицает предыдущие теоретические наработки (и тектонику литосферных плит), а включает и обобщает их».
| ||||||||
 |
||||||||
|
|