© Copyright - Karim A. Khaidarov, October 8, 2007
Светлой памяти моей дочери Анастасии посвящаю
Дан критический анализ современной земной планетологии. На основании исследований автора в области сейсмологии, космологии и физики атомного ядра
с позиций эфирной парадигмы систематизирован взгляд на эволюцию Земли, ее внутреннего устройства и внутренней динамики.
…"
щит и ограждение Истина Его ".Опираясь на кантовскую концепцию эволюции Вселенной [1], расширенную автором с позиций эфирной парадигмы, приводящей к кардинально иному, нежели современный, взгляду на происхождение и эволюцию Солнечной системы и Земли [2], попробуем уточнить структуру и внутреннюю динамику Земли, опираясь на результаты сейсмологических исследований, проведенных в Боровом [3,4] и новых общефизических исследований автора [5-14].
К сожалению, несмотря на достаточность накопленного фактического материала, разработку “новой глобальной тектоники” в 1960-х годах [15], бурение сверхглубоких скважин, современная наука о внутреннем строении Земли, ее эволюции и динамике далека от адекватности. С целью прояснения причин такого положения и обоснования предлагаемого подхода в начале статьи предложим свою критику взглядов, сложившихся в физике Земли и земной планетологии.
Читатели, не желающие утомлять себя этой критикой, могут перейти сразу к конструктивной части статьи.
Мифы физики Земли и планетарной сейсмологии
“Факт не соответствует теории? – Тем хуже для факта!”
Альберт Эйнштейн
Корни планетной мифологии. Первопричина заблуждений современной физики Земли лежит в недоступности земных глубин для каких-либо наблюдений кроме сейсмометрических, гравиметрических и магнитометрических, принятии за истину многих умозрительных построений эволюции Земли, берущих начало от “усовершенствований” кантовской космогонической концепции математиками Лапласом, Лагранжем и их последователями, и ограничением срока существования Земли 4,56 миллиардами лет.
Как показано автором в [2] реальный возраст Земли составляет триллионы лет, из которых только последние 4,56 миллиарда - в качестве “внутренней” планеты, то есть твердого ядра планеты юпитерианского типа, оставшегося после взрыва Солнца по типу “новой” звезды. Выяснение этого обстоятельства сразу исключает быстрое формирование Земли из мифического протопланетного облака, так называемый “горячий вариант” эволюции. Мифичность плотного протопланетного облака следует также из отсутствия подобных облаков в современной наблюдаемой Вселенной и мифичности короткого срока существования последней, отводимой ей релятивистской физикой. Реально Вселенная звезд и галактик существует, как минимум, многие триллионы лет, из чего следует существенная стационарность процесса образования и гибели звездных систем. Реальный процесс образования планет занимает триллионы лет аккреции кометного вещества с образованием планет юпитерианского типа, по составу идентичных звездам населения I, кометам и межзвездному веществу в целом.
Как установлено автором, планеты земного типа есть центральные, тугоплавкие части планет юпитерианского типа, катастрофически потерявшие атмосферы при взрыве их звезды как “новой”. К таким планетам относятся все “внутренние” планеты Солнечной системы, ныне имеющие массу много меньше планет - гигантов, занимающих периферийную часть Солнечной системы, где излучение “новой” не смогло удалить их атмосферы.
Как показано исследованиями кометного вещества, (см., например, [16]), планеты земного типа имеют аналогичный химический и относительный изотопный состав, идентичный твердой составляющей комет [17, 27, 28] и межзвездной пыли, что подтверждает происхождение планет именно путем аккреции кометного вещества и космической пыли, являющейся продуктом взрывов сверхновых. Средний химический состав комет, межзвездной пыли соответствует земным и лунным базальтам.
Миф радиационной природы земного тепла возник из умозрительной гипотезы о возникновении Земли 4,56 миллиарда лет назад из протопланетного облака, содержащего радиоактивные изотопы. Наблюдаемые факты, однако, противоречат этой гипотезе.
Во-первых, радиоактивные элементы содержатся в основном в земной гранитной коре, а океаническая базальтовая кора и мантийная магма практически лишены радиоактивных элементов.
Во-вторых, выделение внутреннего тепла Земли практически равномерно по площади независимо от того, океаническая это кора или континентальная, и составляет величину порядка 80 мВт/м2. Исключение составляют срединно-океанические хребты, континентальные рифты и “горячие точки”, где выделение тепла порядка 1 Вт/м2.
По мнению автора, образование радиоактивных изотопов было следствием облучения Земли нейтронами “новой” в течение очень короткого, порядка 200 дней периода 4,56 миллиарда лет назад. Поэтому эти изотопы содержатся в основном в коре, и отсчет всех радиоактивных распадов начинается именно с момента взрыва “новой”.
Миф химического характера сейсмических границ внутри Земли возник из необходимости объяснения различных плотностей, упругостей и вязкостей земных недр, обнаруженных при анализе сейсмограмм. Однако, как будет показано ниже, слои Земли ниже коры, не имеют химической индивидуальности, что напрямую следует из ее “холодного” аккреционно-осадочного происхождения из кометного вещества. Кроме того, отраженные сейсмические волны возникают даже там, где нет разницы в физико-химических свойствах пород, но имеется просто какая-то неоднородность, например, разлом, срыв, расслоение пород.
Миф железного ядра Земли вплотную примыкает к предыдущему мифу, и возник из двух ложных аналогий:
- представлении о железо-никелевых метеоритах, как об осколках других планет;
- высокой плотности земного ядра.
По мнению автора, железо-никелевые метеориты не являются осколками планет. Как показано автором в [2], это скорее осколки звездного ядра, разрушившегося при катастрофической потере атмосферы и быстром переходе вещества ядра из сверхсжатого состояния в обычное с трансмутацией преимущественно в атомы железа. Подобное явление обнаружено киевскими физиками в лабораторных условиях [18]. Высокая плотность вещества в центре Земли объясняется автором совсем другой причиной – разрушением валентной оболочки атомов и переходом обычного вещества под воздействием гипердавления в сверхсжатое фазовое состояние.
Миф базальтового слоя в земной коре возник из неверной интерпретации данных сейсмического зондирования, местами обнаруживающего на глубинах 12 – 20 км отражающую границу (границу Конрада) с повышением скоростей сейсмических волн ниже нее. Этот миф был развеян Кольской сверхглубокой скважиной еще в 1990-х годах, показавшей, что при прохождении границы Конрада ни химический, ни минералогический состав пород не меняется. Однако мышление геофизиков настолько инертно, что за прошедшие годы в существующие мифические модели земной коры так и не было внесено соответствующих изменений.
Миф латеральной однородности (сферической симметрии) мантии возник из неверной экстраполяции увеличения однородности верхних слоев земной коры с глубиной до глубин мантии. Он возник из, казалось бы, естественного предположения, что основные возмущающие горизонтальные силы исчезают с глубиной. Однако это не так. Ниже автор покажет, что существенная латеральная неоднородность и блочная структура мантии есть необходимое условие объяснимости тектонических процессов и подтверждается данными сейсмологии.
Миф общей объемной конвекции мантии
родился как ответ на необходимость объяснения движения литосферных плит. Были предложены вихревые модели циркуляции в мантии, см., например, [19].Реально, хорошее прохождение поперечных волн через мантию и измеренная по данным сейсмологии средняя вязкость порядка 1027 Пуаз исключают возможность ее общей конвекции [20]. Иными словами, мантия является существенно твердой в основном своем объеме.
Миф о касательных силах контакта литосфера - астеносфера родился в процессе попытки объяснения миграции очагов землетрясений, впервые обнаруженной Чарльзом Рихтером в 1958 году, наличием сдвиговых напряжений и деформаций на границе литосферы и астеносферы.
Математические модели, объясняющие так называемые “волны деформации”, обнаруженные многими авторами при обработке каталогов землетрясений, имеющие низкие скорости (10 - 100 км/год), касательными силами на контакте литосфера – астеносфера [26], на самом деле не стыкуются с данными по вязкости астеносферы.
Реально, астеносфера, а особенно ее верхний слой, не обладают необходимой величиной вязкости для создания путем трения местных касательных напряжений, достаточных для возникновения землетрясений. Касательные напряжения, создаваемые астеносферой в литосферных плитах сказываются только на больших площадях и распространяются практически со скоростью сдвиговых волн.
Миф чисто сдвигового механизма землетрясений возник из упрощенной и во многом неверной модели разрушения горного массива в результате квазигоризонтальных напряжений в твердой земной коре. Эта модель завела в тупик как прогноз землетрясений, существенно не продвинувшийся за столетие после князя Б. Б. Голицына, так и собственно физику Земли. Факты последних индонезийских землетрясений, когда энергия землетрясения превысила теоретический предел в 3 – 6 раз (землетрясение у о-ва Суматра, 26 декабря 2004 г., Ms = 9.4±0.1), дезавуировали данную модель вместе с порожденным ею мифом о многолетней (более 10 лет) подготовке сильных землетрясений путем накопления напряжений в земной коре.
Миф длительной деформационно-напряженной подготовки землетрясений возник из той же неверной модели землетрясения, предполагающей медленное накопление потенциальной энергии в массиве “зоны подготовки” землетрясения, которая высвобождается при разрыве сплошности земной коры. Этот миф был развеян серией сильнейших землетрясений в Индонезии в последнее время, когда произошло несколько землетрясений на одном и том же месте без требуемого деформационной моделью длительного накопления энергии, например, в следующих парах землетрясений:
16 нояб. 2000 г. 4.0ºS 152.2ºE Ms=8.2 и 17 нояб. 2000 г. 5.5ºS 151.8ºE Ms=8.2;
15 нояб. 2006 г. 46.6ºN 153.3ºE Ms=8.3 и 13 янв. 2007 г. 46.3ºN 154.5ºE Ms=8.2.
Пытаясь совместить наблюдаемые факты с принятой моделью землетрясения, сейсмологи занизили магнитуду Суматранского землетрясения 26/12/2004, приняв ее равной 9.0. Благо, это было сделать не трудно при точности шкалы магнитуд “плюс-минус лапоть”. В связи с последним необходимо упомянуть и о метрологических мифах сейсмологии.
Иррациональность магнитудных шкал родилась из позитивистской парадигмы, когда подразумевается зависимость природного явления от процесса измерения.
В 1935 году классик сейсмологии Чарльз Рихтер определил магнитуду как десятичный логарифм наибольшей амплитуды сейсмических волн в микронах, записанных стандартным сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения [21]. Уже изначально определение магнитуды зависело от способа наблюдения и прибора, так как было привязано не к энергии землетрясения, а к поведению датчика. Затем, такая неверная постановка была закреплена в методологии, что может увидеть непредвзятый взгляд практически в любом определении магнитуды. Например, у маститых сейсмологов читаем [22, стр.37]:
“Магнитуда m, определяемая по объемным волнам, зависит от периода
P-волн, а следовательно от типа аппаратуры, регистрирующей эти волны"
В таком случае магнитуда не есть объективная мера энергии землетрясения, но нечто другое, непригодное для объективной оценки.
Иное дело введенная в 1964 году живым классиком сейсмологии Татьяной Глебовной Раутиан мера сейсмической энергии землетрясения, названная впоследствии “энергетическим классом Раутиан” [23]. Она определяется как десятичный логарифм сейсмической энергии землетрясения в Джоулях, определенной любым доступным способом.
Только такой объективный подход позволяет достичь реальных успехов в сейсмометрии, что и продемонстрировала советская школа военной сейсмологии, где энергетический подход Т. Г. Раутиан позволил увеличить точность определения сейсмической энергии ядерных взрывов и землетрясений на порядок в сравнении с гражданской сейсмологией, где до сих пор царят магнитудные шкалы.
Абсурдность сложения землетрясений разных магнитуд при построении всякого рода карт, диаграмм, гистограмм, часто встречающихся в сейсмологических исследованиях, порождает различные артефакты и ложные выводы. Имеется в виду то, что исследователи часто незаконно сваливают в одну кучу, в один массив землетрясения разных магнитуд, забывая, что отличие на единицу магнитуды означает различие в энергии землетрясения в 32 раза (для шкалы Ms). Для наглядности на рисунке 1 приводится аналогия шкалы энергии землетрясений и шкалы масс животных. Ясно, что при сложении мышей и слонов, как равных единиц, мы получим бессмыслицу.
Рис.1. Аналогия шкалы магнитуд и масс животных.
Прецизионные измерения в сейсмологии
“Наука начинается там, где начинаются измерения”
Дмитрий Иванович Менделеев
Открытие дыхания Земли в Боровом.
Два десятилетия назад в Госкомизобретений СССР поступила заявка на открытие, сделанное сотрудниками Спецсектора ИФЗ. Суть открытия, наибольшая заслуга в котором принадлежит известным сейсмологам Вадиму Александровичу Анну и Елене Ивановне Люкэ, заключается в том, что было обнаружено явление микровариации скоростей p-волн, проходящих через мантию Земли [3]. Вариация была небольшой. Ее амплитуда давала 200 миллисекунд задержки или опережения на 13 минутной трассе Невада – Боровое с периодом в 6 – 7 лет. Для обнаружения этого факта В. А. Аном с сотрудниками была проведена чудовищно кропотливая работа, включающая анализ различных аппаратурных невязок и труднодоступных данных о точном месте и времени каждого невадского взрыва, использованного в качестве прецизионного источника p-волн.Много это или мало?
Для обнаружения средствами гражданской сейсмологии – вообще недостижимо, как, в прочем, и для западных коллег до 1978 года, когда они только начали использовать цифровую сейсмометрию. В Боровом, тогда закрытой геофизической обсерватории, цифровая регистрация велась с 1965 года, включая прецизионную службу времени, обеспечивающую возможность измерения таких малых вариаций скорости сейсмических волн.
С другой стороны, обнаруженная вариация скоростей является сверхбольшой. Почему?
Дело в том, что скорость сейсмической волны, как и любой другой физической волны, однозначно определяется упругостью и плотностью среды прохождения. А плотность и упругость недр Земли считается строго постоянной по следующим причинам.
Так как через мантию и кору свободно проходят поперечные волны, то эта среда является твердой. Вблизи земной поверхности мы это наблюдаем воочию. Следовательно, здесь нет объемной конвекции тепла, но только теплопроводность. Теплопроводность коры (гранита) и мантии (базальта) известна. Она такова, что внутри Земли температура не может измениться и на тысячную долю градуса за 3 года, полупериод обнаруженной вариации.
Если так, то ±200 милисекунд при средней скорости около 10 км/с составляют ±2 км. В этом случае при 90º расстояния Невада – Боровое и учете угла выхода сейсмических волн Земля должна менять свой радиус с периодом около 6 лет на ±2,4 км. Однако этого не происходит.
В чем дело? Тогда, 20 лет назад, это не было известно. Последнее послужило поводом для отказа в регистрации открытия, хотя открытие доселе неизвестного природного явления было сделано.
Причина вариации стала известна автору данных строк позже, после того, как он провел прецизионные статистические исследования вариаций углов и амплитуд объемных волн, приходящих в Боровое со всего Земного Шара.
Рис. 2. Распределение 190 самых больших землетрясений (Ms=8.X) за последние 120 лет и их тренд с периодичностью, совпадающей с периодом вариаций скоростей p-волн, проходящих основной путь через мантию Земли по трассе Невада - Боровое.
Открытие блочной структуры мантии.
Обычно, исследователям, работающим с вторичной (параметрической) информацией о сейсмических сигналах, доступны лишь времена прихода волн на станцию и их амплитуды. Другие важные параметры, такие, как угол подхода волны, точная невязка магнитуды, то есть отличие магнитудной оценки от истинной энергетической, неизвестны. Однако, мне, работавшему на прецизионной цифровой аппаратуре Борового, в этом повезло.В 1990 году автором с помощью работавшей в то время в Боровом автоматической системы регистрации землетрясений, которая выдавала параметры обнаруженных сейсмических волн, было проведено исследование вариаций углов подхода и амплитуд p-волн в зависимости от координат очагов, известных из оперативного каталога (PDE).
Результаты исследований были изложены в открытом отчете 1990 года [4]. Важные для рассматриваемого вопроса два параграфа из него приведены как приложение к настоящей статье.
В результате проведенной работы было выяснено, что сейсмические волны претерпевают преломление в глубинах мантии, на стыке тектонических плит, точнее в местах субдукций, континентальных рифтов и срединно-океанических хребтов. На рис. 3 и 4 приведены результаты обработки данных из отчета 1990 года в виде карт поправок углов и магнитуд.
Обнаруженное явление явилось одним из ключевых для дальнейших исследований и восстановления истинного строения мантии.
Рис. 3. Отклонения углов подхода p-волн в Боровом из разных районов Земного Шара от азимутов подхода при сферически симметричной мантии [4].
Рис. 4. Усредненные отклонения магнитуд по p-волнам в Боровом для землетрясений в разных районах Земного Шара от средней сетевой магнитуды глобальной сейсмической сети [4].
Рождение и раннее формирование Земли. В отличие от точки зрения современной планетологии автор, в результате исследования особенностей планет Солнечной системы, пришел к выводу о том, что истинный возраст Земли составляет триллионы лет, из которых только последние 4.56 миллиарда она является планетой “земного типа”.
До этого времени Земля имела мощную атмосферу подобную той, которую имеют планеты юпитерианского типа. Но уже тогда масса тугоплавкой части (недр) Земли была приобретена путем длительной аккреции межзвездного вещества. Как было показано в [2] 4.56 миллиарда лет назад Солнце взорвалось новой звездой, в результате чего ближайшие к нему планеты лишились своих водородно-гелиевых атмосфер.
Недра планет юпитерианского типа формируются осаждением твердой части аккрецируемого планетой кометного вещества. Такая аккреция, хоть и медленно, происходит на наших глазах. Только недавно мы наблюдали захват кометы Шумейкер-Леви Юпитером. Сатурн в недавнее по космическим меркам время захватил еще большую комету, распавшиеся и пока не упавшие части которой, образовали всем известные кольца. Столетие назад на Землю упала комета, называемая “Тунгусским метеоритом”. Русский планетолог Е. В. Дмитриев нашел следы множества выпавших на Землю комет и определил их химический состав, который оказался близок к земным базальтам [17].
Учитывая единство происхождения (продукты взрывов сверхновых), стационарность внутригалактических процессов в течение многих миллиардов лет, и выравненность химического состава в результате стохастического движения межзвездного вещества (космической пыли, микрокомет и комет), можно утверждать, что, кроме поверхностного слоя (коры), практически весь объем планеты, включая ядро, состоит из сравнительно однородного по химическому составу вещества типа базальтов.
Метатвердое фазовое состояние вещества.
Особенностью планет юпитерианского типа является то, что их тугоплавкая часть составляет 1-2% от их общей массы и, следовательно, находится под высоким давлением атмосферы и гидросферы. Это определяет их иное фазовое состояние, нежели у вещества, не находящегося под таким давлением.Как было установлено автором [9], при давлении
pm = 2mp· Km / VH = 1.5·1011 [kg/ms2], [Pa],
где
mp – масса протона, VH ≈ 1.1·4πR3H/3 – “водородный” объем с учетом додекаэдрической упаковки, RH – радиус первой электронной оболочки атома водорода, Km = B/ρ [m2/s2] – модуль массовой упругости, являющийся фундаментальной константой, ρ – массовая плотность вещества [kg/m3]. B – модуль объемной упругости атомов вещества,происходит слом “ригидности” валентной электронной оболочки атома практически вне зависимости от номера химического элемента.
Это приводит к переходу вещества в новое фазовое состояние – “метажидкое”, характеризующееся высокой текучестью. Именно такое фазовое состояние мы наблюдаем средствами сейсмологии в недрах Земли на глубинах 2890 – 4980 км. Там скорость поперечных s-волн практически равна нулю, а их поглощение - максимально.
На глубине 4980 км давление удваивается и становится равным 3.0·1011 Па. Это то давление, при котором валентные оболочки атомов вовсе разрушаются. С ними исчезает свойство текучести и все химические свойства веществ. Возникает новое фазовое состояние – метатвердое типа I. Именно такое состояние наблюдается средствами планетарной сейсмологии, когда во внутреннем ядре земли мы регистрируем поперечные волны, образующиеся при преломлении p-волн на границе внутреннего ядра.
Отметим, что наличие метатвердых ядер характерно не только для Земли, но и для всех небесных тел, имеющих давление в недрах выше 3.0·1011 Па. Метатвердое ядро имеют все крупные планеты, звезды главной последовательности и квазары. Последние характеризуются наличием метатвердых фаз высших типов II – VI, то есть гипердавлением в их недрах раздавлены внутренние электронные оболочки атомов вещества [13].
Наблюдаемое средствами сейсмологии и гравиметрии двукратное увеличение плотности в ядре Земли связано, таким образом, не с химическими особенностями (миф железного ядра), а с потерей объема атома в результате разрушения валентной электронной оболочки.
Именно поэтому справедлива гипотеза О. К. Хильгенберга, 1933 [31], Л. Эдьеда, 1956 [32], Б. Хизена [24] о двукратном расширении Земли за последние 4,56 миллиарда лет.
Взрыв “новой” и новая эволюция Земли. 4,56 миллиарда лет назад на Солнце, имевшее метатвердое ядро, выпали обломки планет и, вероятно, метатвердого ядра другой звезды, вызвав катастрофический переход вещества из метатвердого состояния в газообразное. Солнце на сотни дней стало “новой”. Излучение и газовая волна заставили улетучиться первичные атмосферы ближайших планет, в том числе Земли.
От первичной Земли осталось только тугоплавкое ядро. Его плотность была вдвое выше сегодняшней плотности Земли. Начался переход метатвердого вещества в обычные фазовые состояния. Так как в отличие от недр Солнца давление внутри Земли формировало лишь метатвердое состояние типа I (разрушены только валентные оболочки), то переход не был взрывным. Однако, верхние слои Земли сразу перешли в метажидкое фазовое состояние, а затем, в обычные фазовые состояния вещества. Естественно, что выделение тепла при этом переходе было столь значительным, что верхние слои Земли находились в расплавленном состоянии некоторое время. В результате свободного излучения тепла с поверхности в кратчайшие сроки произошло образование первичной земной коры из легких и тугоплавких веществ.
С тех пор, экспоненциально спадая, происходил переход метатвердого состояния ядра Земли в обычное состояние вещества. Спад интенсивности перехода обусловлен нарастающим давлением вещества мантии, образующегося при этом переходе. Отметим, что как в ядре, так и мантии элементный состав вещества один и тот же.
За прошедшие 4,56 миллиарда лет диаметр земли увеличился примерно в 1,4 раза, площадь в 2 раза, а объем - в 2,8 раза. В настоящее время скорость этого перехода столь незначительна, что выделяемая ядром мощность составляет величину порядка 5.0·1014 Вт или 0.1 Вт/м2.
Таким образом, становится понятным истинный источник земного тепла. Распад радиоактивных элементов, образованных при взрыве “новой” 4,56 миллиарда лет назад, по мнению автора, вносит не более 5% от этого значения. Становится ясным, что подогрев мантии осуществляется с ее нижней границы, где она отбирает тепло фазового перехода из метажидкого и метатвердого состояния вещества в обычное.
Как мы видим, в дополнение к мобилизму континентов Альфреда Вегенера в течение эволюции Земли происходило раздвижение океанического дна за счет увеличения объема Земли с понижением ее плотности. Масса Земли и площадь континентальной коры при этом практически не изменялись, хотя континенты по данным автора могли перетасовываться до 20 раз за счет периодического изменения направления тектонических течений.
Дилемма фазовых состояний мантии
“Не знаю, верю ли я в Бога, но зато я точно знаю, что я верю в тектонику плит”
Питер Молнар
В XX веке планетологи разделились на два противоположных лагеря: фиксистов и мобилистов. Первые отрицали движение континентов, а вторые поддерживали гипотезу Альфреда Вегенера о движении континентов. С новыми и новыми открытиями аргументы лагеря мобилистов усиливались. Были найдены множественные факты объединения и распада материков в прошлом, и, наконец, с помощью прямых спутниковых измерений детектировано текущее движение континентов.
У фиксистов остался лишь один козырь – мантия есть твердое образование, через которое проходят поперечные волны. Таким образом, у мобилистов выбивается абсолютно необходимый элемент – замкнутость движения для выполнения закона сохранения массы.
Все имеющиеся на сегодня модели движения мантии, необходимые для осуществления наблюдаемого движения тектонических плит не удовлетворяют либо необходимым количественным, либо необходимым качественным условиям.
Вариант общего мантийного вихря не дает либо наблюдаемой скорости движения тектонических плит в связи с необходимо высокой вязкостью мантии по условию прохождения s-волн, либо не обеспечивает выполнения последнего условия.
Вариант циркуляции только верхней мантии не оправдывается по причине отсутствия сейсмических данных, подтверждающих существование нижнего жидкого слоя в средней мантии (верхним слоем подразумевается астеносфера).
И главное, современная геофизика не знает истинного источника тектонической энергии. Радиоактивный распад является явно нереальным источником в связи с тем, что мантия бедна радиоактивными элементами, а нагрев коры не дает циркуляции, так как она вне мантийной циркуляции и к тому же тверда.
Твердые блоки и тонкие магматические слои
“Скажите, как, и я сделаю…”
Анализируя полученные в 1990 году данные в свете обнаруженных свойств земного ядра, автор пришел к выводу о существовании блочной структуры мантии, где ее блоки имеют узкие вертикальные границы, проходящие под срединно-океаническими хребтами, континентальными рифтами и как продолжение зон субдукции к ядру Земли. По первым нагретая ядром магма поступает к коре, а по последним – опускается к ядру. Верхней границей блоков является верхняя астеносфера, а нижней – переходный слой у ядра.
Такое движение естественно, так как нагретое вещество обладает пониженной плотностью, а остывшее – повышенной. Такая модель согласуется с данными о наличии избыточного давления под срединно-океаническими хребтами и отрицательными гравитационными аномалиями и механизмом глубоких субдукционных землетрясений.
По уровню затухания s-волн, проходящих через границы мантийных блоков, можно определить их толщину, а такое затухание и многократное дифференцирование s-волн наблюдается на сейсмических записях.
s-волны, прошедшие через мантию имеют вид почти синусоидальных волновых пакетов уменьшенным отношением амплитуды к амплитуде p-волн. Заметим, что период s-волн ограничивается сверху постоянной времени релаксации (реально ~3 сек), то есть, определяется вязкостью магмы. Снизу, то есть со стороны высоких частот, период s-волн ограничивается толщиной вязкого (жидкого) слоя [29]. Для реальных периодов s-волн эта величина составляет 5 - 20 км.Так как мы имеем недифференцированный образец колебаний в очаге в виде p-волн, то интегрирующей деконволюцией s-волн можно определить толщину магматической границы мантийных блоков для каждого случая точно.
Независимость “горячих точек” по отношению к движению тектонических плит и их источник тепла в данной модели тоже легко объяснимы. “Горячие точки” есть выход перегретой магмы из куполов - ловушек на границе мантии и ядра (см. рис. 5).
Рис. 5. Мантийные блоки и движение магмы по их границам.
1-
континентальная литосфера, 2 – океаническая литосфера, мантийные блоки, 4 – верхняя астеносфера, 5 – жидкое ядро Земли, 6 – магматические границы блоков мантии, 7 - толеитовые вулканы срединно-океанических поднятий, 8 – купол проплавления мантии под “горячей точкой”, 9 – вулкан “горячей точки”, 10 – переходный слой мантии, 11 – андезитовые вулканы островных дуг, 12 - континентальное поднятие.
Вариации скорости p-волн, обнаруженные В. А. Аном и Е. И. Люкэ есть горизонтальные перемещения мантийных блоков на сотни метров относительно друг друга. И эти смещения (вариация толщины магматических границ) могут быть однозначно вычислены как разница скоростей p-волн в твердой мантии и магме. Становится ясной и тесная связь крупной сейсмичности и обнаруженных вариаций (см. рис. 2).
Иногда мантийные блоки прижимаются друг к другу и циркуляция по границе между ними прекращается. Так случилось в меловой период на границе Северо-тихоокеанского и Южно-тихоокеанского блоков, где до этого был срединно-океанический хребет.
В настоящее время наибольший напор горячей магмы наблюдается под Восточно-тихоокеанским поднятием, что совершенно естественно, так как тепло собирается с громадной площади Тихого океана. Атлантика в настоящее время находится в стадии угасания поступления горячей магмы от ядра, особенно в последние 15±5 миллионов лет, в течение которых образовалась рифтовая долина. Ясно, что высота срединно-океанического хребта пропорциональна подпору магмы, а его поперечный профиль может служить уточнением хронологии тектоники в дополнение к палеомагнетизму и радиационной хронологии.
Вместо Атлантики, где мантийные блоки все теснее прижимаются друг к другу, горячая магма с подошвы мантии пытается найти выход через африканские “горячие точки” и восточноафриканский рифт.
Природа слоя Конрада и сейсмические артефакты
“Истинное знание есть знание причин”
Френсис Бэкон
Как уже отмечалось выше, Кольская сверхглубокая скважина развеяла миф о базальтовом слое земной коры. В связи с этим встает другой вопрос: почему сейсмические наблюдения регистрируют некую фантомную границу? Какова ее природа?
Здесь следует вспомнить, что граница Конрада наблюдается не везде. Она исчезает в сухих районах. Кроме того, граница Конрада может менять свое положение год от года, что сразу исключает ее привязку к химическому составу коры, то есть к конкретным массам горной породы. Кроме того, эта граница проходит там, где расчетная температура недр близка к 374ºC. В месте бурения Кольской сверхглубокой считается, что граница Конрада проходит на глубине 5 км, однако там нет никаких минералогических изменений. В то же время с повышением температуры изменяются условия образования гидратов [30].
По мнению автора этих условий достаточно для утверждения того, что граница Конрада на самом деле есть граница критического состояния воды. При температуре выше критической невозможно жидкое состояние и образование гидратов.
Таким образом, выше слоя Конрада при наличии влаги существуют гидраты, а ниже – нет. Дегидратрованные породы естественным образом имеют другие плотность и упругость нежели гидратированные.
Отсюда, с учетом данных Кольской сверхглубокой, можно сделать вывод, что земная континентальна кора существенно гранитная во всей своей толще.
Вдумываясь в то, что нам дает сейсмология, можно увидеть, что чаще всего отражающими поверхностями для сейсмических волн являются просто неоднородности в среде, например, связанные с плоскостью движения (когда-то) или срыва одного слоя пород относительно другого, где образуются каверны и расслоения породы. Поэтому, наличие сейсмической границы еще не факт физико-химической границы.
Происхождение континентальной коры
“И сказал Бог: да будет твердь посреди воды, и да отделяет она воду от воды”
В отличие от дна океанов, являющегося застывшим базальтом магмы, поднявшейся по срединно-океаническим межблочным щелям и в “горячих точках”, континентальная кора является результатом эвтектического многократного переплавления той же магматической массы.
Дело в том, как мы выяснили, вся континентальная кора существенно гранитная. Если в ней и есть включения базальтов и других не гранитных компонентов, то это захваченные элементы или порожденные вторичными процессами. Общей особенностью континентальной коры является плавный переход от гранитов в верхней части к андезитам в нижней. Это показывает состав лавы вулканов над склонами субдукции, выносящими расплавленную породу нижней литосферы.
Андезиты представляют собой переходные породы от базальтов к гранитам, в которых процесс гранитизации не завершился.
Физические свойства гранита и базальта таковы, что при температуре плавления базальта гранит еще находится в твердом состоянии, а массовая плотность гранита ниже плотности базальта. Этих двух условий достаточно для устойчивости раздела гранит (андезит) – базальт. Третье свойство этого раздела, более низкая теплопроводность твердого гранита и андезитов по сравнению астеносферным базальтом, сохраняет ликвидность астеносферы.
Физико-химические свойства этого раздела (подошвы литосферы) таковы, что в нем постоянно происходит образование микрокристаллов основных составляющих гранита из базальтового расплава. В связи со сложным движением астеносферного вещества этот процесс идет волнообразно, с многократной переплавкой и перекристаллизацией пограничного слоя. При благоприятных условиях на эту границу постепенно нарастают тонкие гнейсоподобные слои гранитного вещества. Процесс идет до тех пор, пока не приходит к балансу между растворением гранита в астеносферной магме обратным процессом выплавления гранита из базальта.
Механизм выплавления гранита из базальтового расплава определяется свойствами эвтектических расплавов, когда более легкоплавкая эвтектика избирательно растворяет легкоплавкие вещества, а тугоплавкие переходят из эвтектического раствора в кристаллические включения [25].
Особенности циркуляции по мантийным щелям
Скорость движения магматического расплава по жидкому слою астеносферы и границам мантийных блоков весьма высока. Она должна как минимум на 7 порядков превышать скорость тектонических движений коры для обеспечения тектонической “тяги”. Кроме того, отношение скорости миграции землетрясений к скорости движения плит = 10-100 км в год / 1-10 см в год = 107. Причина этого скоростного движения ясна – подогрев мантии со стороны ядра и разница плотностей столба нагретой магмы срединно-океанических границ мантийных блоков и остывшей магмы, опускающейся в зоне субдукций. Именно эта тепловая машина, превращающая тепло земного ядра в тектоническое движение, является причиной землетрясений и медленных движений литосферы. Кстати сказать, на долю первых приходится только 1% этой энергии, а остальное – на крипы и другие медленные движения.
Кроме того, автором замечена тесная сезонная связь крупной сейсмичности с вариациями солнечных суток (см. рис. 6). Такая связь может иметь место только в одном случае, если вязкость жидкого слоя астеносферы и мантийных щелей очень низка, и сейсмогенные напряжения возникают в результате перетекания магмы от блока к блоку.
Неравномерное движение Земли по орбите и приливные силы порождают изменение давления на фазовых переходах от твердого ядра к жидкому и от жидкого к мантии, что ведет к фазовым переходам с выделением тепла.
Показанное синей линией на рис. 6 “уравнение времени” есть отклонение реального полудня (кульминации Солнца) от теоретических 24-часовых суток в течение года. Интегральная амплитуда этой вариации составляет ±15 минут и определяется тем, что Солнце движется не в плоскости экватора, а в плоскости эклиптики, а также тем, что Земля, двигаясь по эллипсу своей орбиты, меняет скорость от максимума 2 января до июльского минимума. Сама угловая скорость вращения Земли вокруг своей оси остается практически постоянной.
Рис. 6. Сезонная гистограмма крупной (Мs=8.X) сейсмической активности Земли (красные столбики) за последние 120 лет и сезонная вариация солнечных суток (уравнение времени).
Кроме суточных колебаний приливных сил имеется фактор свободного движения твердого ядра в жидком ядре Земли, что вызывает изменение интенсивности его растворения. По всей видимости, острые пики сезонной активности в январе и июле объясняются максимальным отличием орбиты ядра от орбиты остальной Земли, когда Земля находится в перигелии и афелии.
Силы, вызывающие крупные землетрясения
“Когда изберу время, произведу суд по правде, поколеблется
Земля и все живущие на ней, и Я утвержу столпы ея”
В отличие от принятого в настоящее время чисто сдвигового механизма землетрясений, подразумевающего действие лишь горизонтальных сил, автор считает, что для землетрясений большой магнитуды основным фактором является наличие вертикальных сгибающих кору сил, создаваемых перетеканием астеносферной магмы.
Такие перетекания создают прогибающие силы в местах убытия магмы и поднимающие силы в местах ее прибытия. В связи с высокой скоростью течения магмы подготовка землетрясения может занимать очень короткое время и, кроме того, на одном и том же месте может произойти следующее землетрясение через короткий промежуток времени, если знак прогиба изменится (см. рис.7).
Рис.7 Схема влияния неравномерности движения астеносферы на возникновение землетрясений. 1 - литосфера, 2 – верхняя астеносфера, 3 – мантия, 4 – места возникновения землетрясений.
Для возникновения сильных землетрясений недостаточно одного движения астеносферной магмы, необходимо наличие неравномерности этого движения. Предпосылкой для неравномерности движения астеносферной магмы является сложная топология астеносферы, наблюдаемая сейсмическими средствами. Жидкая верхняя астеносфера под континентами представляет собой сложную сеть подземных магматических рек, заводей и стариц.
Временная неравномерность движения астеносферных масс создается, как минимум, следующими факторами:
- солнечными приливами и неравномерностью движения Земли по орбите, и вследствие этого неравномерностью суточных волн солнечных приливов (см. уравнение времени на рис.6);
- лунными приливами и несовпадением плоскости орбиты Луны с плоскостью эклиптики и плоскостью вращения Земли;
- спорадическими процессами изменения топологии движения астеносферной магмы в результате проплавления новых проходов и закупорки старых;
- изменением активности фазового перехода на жидкой и твердой поверхностях земного ядра, то есть изменением мощности теплового потока из ядра Земли.
Выводы
В результате применения развиваемого автором эфирного подхода к проблемам космогонии, космологии и планетологии, анализа фактического материала, полученного сейсмологическими методами, в области физики Земли выяснено следующее:
Благодарности
Автор считает своим долгом
- отдать дань памяти организатору атомной науки СССР Павлу Васильевичу Кевлишвили, начальнику Спецсектора ИФЗ, создателю Обсерватории “Боровое”, принявшему и поддержавшему научные начинания автора в период работы в Экспедиции N4;
- выразить благодарность Виталию Васильевичу Адушкину, директору Института динамики геосфер АН СССР/ РАН, дававшему “зеленый свет” всем инициативам автора в период его работы в ИДГ;
- выразить признательность Вадиму Александровичу Ану, научному руководителю Экспедиции N4, фактически сделавшему из меня сейсмолога.
Автор считает себя обязанным
- отдать дань памяти так недавно и безвременно ушедшему от нас интеллигентнейшему из известных ему людей Виталию Ивановичу Халтурину, всемирно известному сейсмологу, общение с которым неоценимо обогатило его;
- выразить благодарность за науку живому классику сейсмологии Татьяне Глебовне Раутиан, с которой ему посчастливилось общаться, чей тонкий ум и четкая логика оставляют далеко позади “сильную” часть сейсмологов, чей научный подход к измерению энергии землетрясений использовался автором в течение 20 лет.
Автор считает себя обязанным признать, что только тесная работа, профессиональное общение со многими высококлассными учеными – сейсмологами и физиками Спецсектора ИФЗ / ИДГ АН СССР, их доброжелательное и по-отечески заботливое отношение, сделало возможным ему чего-то достичь в науке о Земле, о чем и о ком он никогда не забудет.
Автору приятно выразить свою искреннюю и теплую благодарность д.т.н. Феликсу Феликсовичу Горбацевичу (Кольский научный центр, Апатиты), работы в области физики эфира и постоянная научная и моральная поддержка которого, вдохновляли меня на исследования, и Валерию Владимировичу Петрову (г. Николаев, Украина) за ценное замечание по тексту.
Карим Хайдаров
Алматы, 8 октября 2007г.
Ссылки
|
|
 |
