Еволюція надр Землі
Спробуємо з’ясувати, як змінювалася протягом історії Землі її внутрішня структура. Головним процесом в еволюції надр планети є гравітаційна диференціація речовин різної ваги, при якій більш важкі (тобто що мають при тому ж тиску велику щільність) речовини опускаються вниз, до центру планети, а більш легкі піднімаються наверх. В результаті цього процесу планета повинна расслоиться на оболонки так, щоб більш глибокі оболонки складалися з більш важких речовин.
У нижній мантії речовина знаходиться в особливо щільному кристалічному стані і має дуже високі температури плавлення. Як же здійснюються там вертикальні переміщення легких і важких речовин у процесі їх гравітаційної диференціації? Для відповіді на це питання треба врахувати, що речовина в мантії Землі веде себе як тверде тіло тільки при швидко мінливих навантаженнях, а при дуже довго діючих навантаженнях воно знаходить здатність текти як в’язка рідина. Тому, наприклад, під дією відцентрових сил, створюваних обертанням, Земля придбала форму стисненого по осі еліпсоїда обертання, майже в точності такого, як рівноважна фігура обертається самогравптнругощей рідини.
Крихітна різниця між фактичним стисненням Землі (0,0033528) і трохи меншим стисненням (0,0033370) фігури рівноваги рідини при сучасній швидкості обертання Землі пояснюється тим, що мантія тече як рідина з дуже великою в’язкістю, порядку 1026 пуаз, і тому через приливної тертя не цілком встигає пристосовуватися до вікового уповільнення обертання Землі, що становить близько 0,2 % за 107 років; внаслідок цього зараз фігура Землі збігається з фігурою рівноваги при більшій швидкості обертання – такий, як 107 років тому.
У цікавлять нас процесах довготривалими навантаженнями є архимедови сили плавучості, що діють на обсяги мантії, що втратили частину ” ядерного ” речовини при контакті з поверхнею ядра і тому володіють зниженою щільністю і позитивну плавучість, а також па обсяги, ущільнили в результаті виплавки з них у верхніх шарах землі деякої частки легені речовини земної кори і охолодження через тепловіддачі назовні, а тому володіють негативною плавучістю. Під дією архімедівських сил в мантії можуть розвиватися дуже повільні конвективні руху (зі швидкостями, мабуть, порядку всього лише декількох сантиметрів на рік).
Усталені (тобто не змінюються з часом) повільні конвективні руху в тому чи іншому шарі речовини організовуються по горизонталі в осередки. По краях так званих відкритих осередків відбувається підйом, а в центрах – опускання речовини; біля верхньої межі шару у відкритих осередках речовина рухається від їх країв до центрів, а у дна шару – від центрів до країв (можливі також закриті осередки з протилежним напрямком руху).
Конвективні рухи повинні, мабуть, пронизувати всю мантію від поверхні ядра до астеносфери. Рухи речовини мантії у верхньому шарі конвективних осередків повинні захоплювати літосферні плити разом зі ” упаяними ” в них континентами, змушуючи їх рухатися по горізопталі від областей підйому до областей опускання речовини маптіі. Таким чином, якщо спостерігаються горизонтальні переміщення літосферних плит, по них можна намагатися відновлювати обриси мантійних конвективних осередків.
Найпростішим випадком буде одна конвективна осередок, що охоплює всю мантію, з одним полюсом підйому речовини і одним полюсом опускання і з рухами літосферних плит від полюса підйому до полюса опускання, завдяки яким континенти повинні збиратися воєдино навколо полюса опускання, звільняючи океанське півкуля навколо полюса підйому. Таким могло бути, наприклад, походження гіпотетичної Мегагеи Г. Штілле наприкінці середнього протерозою і Паігеі А. Вегенера в палеозої.
Наступним по складності випадком буде пара конвективних осередків, наприклад відкритих, з двома приблизно протилежними полюсами опускання речовини і з зоною підйому приблизно за відповідним екватору між ними або але лінії, получающейся в результаті хвилеподібного згинання екватора з утворенням на ньому двох гребенів і двох улоговин, – так виглядає шов на поверхні тенісного м’яча, склеєного з двох клаптів. З цього шву повинна утворюватися глобальна зона розтягування з ланцюжком серединно – океанських хребтів, а континенти повинні збиратися в дві групи по осях клаптів. Щось схоже ми спостерігаємо на сучасній Землі, де одну групу континентів утворюють Африка, Євразія і Австралія, а іншу – Північна і Південна Америка і Аптарктіда, і ці два континентальних ” клаптя ” розділені глобальним ” швом ” серединно – океанських хребтів.
При одноячеістой конвекції в мантії утворюється застійна область, в якій речовина не втрачає заліза і тому поступово виявляється важче навколишнього середовища. Його осідання перетворює конвекцію в двух’ячеістую, поступове ослаблення якої призводить до зворотної перебудові в одноячеістую конвекцію. Такі перебудови можна зіставити з тектоно – магматичними епохами. Проміжки часу між ними повинні бути порівнянні з періодом повного перемішування мантійної речовини (тобто його проходження через шар активної диференціації у поверхні ядра), яке можна назвати конвективним циклом.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)