Самый главный строитель земной коры

Самый главный строитель земной коры

Земная кора лежит на породах верхней мантии, между ними существует обмен глубинным веществом. От этой идеи геологи никак не могут отказаться, хотя многое против нее.

А за нее… не будем приводить все доводы, достаточно одного элементарного расчета.

Каждый год реки отбирают у континентов 12 куб. км твердого вещества. В виде суспензии всего они уносят 35,4 ? 10 в 9-й степени тонн. Через миллиард лет это составит полуторный объем всей земной коры! А для суши достаточно 10 миллионов лет, чтобы она смылась, растворилась и уплыла вместе с речной водой в океан.

Между тем материки существуют и существуют подолгу.

Может быть, раньше континенты были выше? Нет, предел прочности горного материала не допускает сооружений высотой более 10 километров. Таких гор и не имеется на Земле.

Говорят, что убыток, наносимый реками, компенсирует метеоритное вещество. Недостачу, так сказать, восполняет космос. Подсчитан размер компенсации: до 10 тысяч тонн за год – жалкая подачка по сравнению с тем, что забирает речной снос.

Есть и другие предположения о восполнении убытков, указывающие на верхнюю мантию как на источник компенсации.

Американец Даттон подошел к вопросу о компенсации с точки зрения теории изостазии, созданной им в конце позапрошлого века. Даттон писал, что «материки становятся легче вследствие смыва с них части вещества и поэтому… всплывают. Побережья океанов, наоборот, все время нагружаются и, следовательно, должен возникнуть настоящий приток вещества из областей, перегруженных осадками, к областям, облегченным эрозией».

Но такой круговорот невероятен. Легкое вещество, смываемое с материков, не может погрузиться в более плотное вещество мантии, которое резко отличается от материкового по составу и плотности.

Чтобы круговорот, по Даттону, стал возможен, необходим глубинный «сепаратор» (и достаточно мощный), который превращал бы плотное вещество верхней мантии в легкое – материковое и, наоборот, легкое вещество, находящееся на дне океанов, – в более плотное, способное проникать в вещество мантии.

Согласно гипотезе доктора технических наук С. Григорьева, в глубинах Земли обязательно должны быть слои с температурой 374,15 °C. Это критическая температура, выше которой вода превращается в пар, какой бы величины при этом ни достигало давление. Трудно, конечно, предположить, что в недрах свободно путешествует обычная вода. Скорее всего, она образует растворы, что существенно меняет дело. Скажем, критическая температура пятипроцентного раствора солей равна 410 °C. Поэтому вода превращается в пар не на том уровне, где господствует температура 314,15 °C, а ниже – там, где температура достигает 425–450 °C.

Попробуем представить, что происходит в земных слоях между интервалами с температурой 374 °C и 425–450 °C. Под действием сил гравитации атмосферная вода проникает вниз – по трещинам, порам, пустотам – сквозь толщу континентов. Количество спускающейся воды ежегодно составляет (100–200) ? 10 в 19-й степени тонн. Это не так много, как может показаться. Достаточно, чтобы за год через каждый квадратный метр суши просачивался всего только один литр воды. Для этого не требуется особой проницаемости пород. Предположим, что вся земная кора сложена из водоупорных глин. Но и тогда вода будет поступать в прежних количествах.

…Растворы минуют рубеж в 374,13 °C и у температурного рубежа в 425–450 °C переходят в парообразное состояние. Но для пара писаны свои – газовые законы. Пар стремится расшириться. В нашем случае он идет вверх, потому что вышележащие породы менее плотные, а значит, более проницаемые. Но, переступив верхнюю границу – 374,15 °C, пар вновь превращается в воду, а вода, образуя растворы, вновь начинает движение вниз.

Так водные растворы все время стремятся вниз, превращаются в пар, пар идет наверх, переходит в водные растворы и т. д. По С. Григорьеву, это извечный процесс, протекающий в земных недрах. Он, вкратце, и составляет суть гипотезы, на которой основаны все построения автора.

В круговорот воды вовлекается целый ряд химических элементов. Прежде всего это относится к соединениям магния, железа и кальция – наиболее легко растворимых элементов. Вода на пути вниз прихватывает их с собой. Попадая в зону критических температур, она от них освобождается. Происходит выпадение минералов, содержащих магний, железо и кальций.

Оставив груз, растворы вновь переходят в пары, устремляются наверх. Но и в этот путь они идут не порожняком – выносят кремнекислоту. Пройдя уровень с температурой 374,15 °C, пар обращается в воду, а кремнезем выпадает а осадок.

Итак, соединения магния, кальция, железа, легко растворяясь в жидких растворах, транспортируются к нижней границе, кремнезем доставляется к верхней. Словно гигантская расческа прочесывает недра. Это и есть сепаратор, сортирующий вещество на границе между земной корой и верхней мантией. Сортировка происходит повсеместно, в особой оболочке земного шара. С. Григорьев назвал ее дренажной. С помощью дренажной оболочки можно объяснить, как происходит обмен веществ между земной корой и верхней мантией.

Речной снос забрал свои 12 куб. км – материк стал легче и всплыл. Вслед за ним поднялись породы мантии. Они оказались в дренажной оболочке – в зоне действия «сепаратора» – и подверглись переработке. В конце концов, пришедшее из глубин вещество разделяется на более легкое, которое присоединяется к породам материковой коры, и более тяжелое, которое переходит в водные растворы дренажной оболочки.

Материал, снесенный с континентов речными водами, попадает на дно океанов – вблизи побережий. Сюда же доставляется вещество из дренажной оболочки. Почему так происходит? Да потому, что давление на растворы дренажной оболочки под материками больше, чем под океанами. Как-никак, материки… Из зоны высоких давлений водные растворы перемещаются по дренажной оболочке в зону более низких – под океаническую кору. Здесь растворы поднимаются вверх – сквозь земную кору, охлаждаются, и из них выпадает ряд элементов. Происходит цементация, уплотнение пород, лежащих на дне океана.

Побережья, непрерывно нагружаемые веществом, становятся тяжелее и начинают опускаться под тяжестью. На пути вещества – дренажная оболочка. Она преобразует его в породы типа базальтов. Однако путь вниз на этом не кончается – нагрузка сверху все время возрастает. Новое продвижение вглубь через нижнюю границу дренажной оболочки – и новая переделка. На этот раз в породы типа дунитов (оливинов).

Восходящая ветвь круговорота: вещество верхней мантии поступает в материковую кору.

Нисходящая ветвь: материал с континентов отлагается на дне океанов, а затем уходит в мантию.

Еще раз подтверждаются слова В.И. Вернадского: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов».

В основном гипотеза изложена. Теперь посмотрим, как она отвечает на некоторые вопросы, поставленные вначале. Похоже, что две наиболее известные и по-своему загадочные границы в земной коре образует дренажная оболочка. Речь идет о разделе Конрада и поверхности Мохоровичича. Плотность пород на этих рубежах возрастает скачком, что отмечают сейсмические волны. Например, пересекая поверхность Мохоровичича, они увеличивают скорость с 6 километров в сек до 8 километров в сек.

Поверхность Мохоровичича – нижняя граница дренажной оболочки. Выпадение в осадок веществ, состоящих из тяжелых элементов, уплотняет породы на этом уровне. У верхней границы дренажной оболочки накапливаются вещества, которые лучше переносятся паром, например кремнекислота. Так возникает граница Конрада.

Критические температуры есть у всех соединений. Это рубежи для них. Жидкие растворы тех или иных элементов не опускаются ниже, а переходят а парообразное состояние.

Критическая температура серы – 1040 °C. Предполагается, что так нагреты породы на глубине 100–200 километров. Именно здесь обнаружен волновод – слой, по которому сейсмические волны распространяются, не рассеиваясь. Может быть, волновод на этой глубине представлен слоем серы? Тем более что в земной коре ее мало – 0,1 %. А в каменных метеоритах (их считают сходными по составу с первоначальным веществом Земли) содержание серы достигает 2 %. Если серы в земном веществе также было 2 %, то она, собравшись в волноводе, могла образовать слой толщиной до 85 километров.

Ядро Земли непроницаемо для определенного типа сейсмических волн. Это свойство жидкостей; неудивительно, что есть предположение о существовании жидкого слоя на границе между мантией и ядром. Вероятнее всего, что это слой ртути, критическая температура которой 1450 градусов. Предполагается, что на глубине 3470 километров температура достигает этого уровня. Общее количество ртути в Земле достаточно для того, чтобы образовать на границе ядра и мантии слой мощностью до 55 метров. Распространенная гипотеза о железном ядре Земли согласуется с предположением С. Григорьева. Железо в центре земного шара находится в газовом состоянии. Сжатое газообразное ядро должно обладать одинаковыми свойствами по всем направлениям, что и подтверждают сейсмические наблюдения – продольные сейсмические волны пересекают центральную часть Земли с одинаковой скоростью.

Различные вещества накапливаются там, где господствуют критические для них температуры. Они могут играть роль флюсов, которые снижают температуру плавления вмещающих пород. Расплавленные породы – менее плотные, чем твердые. Они попадают под действие механизма так называемой зонной плавки – медленно, но верно поднимаются кверху.

Зонная плавка, по мнению академика А.П. Виноградова, привела к дифференциации вещества Земли. Она дает наибольший эффект, когда повторяется многократно. Именно флюсы способны раз за разом вызывать появление расплавленных зон: накопление вещества у рубежа с критическими температурами происходит непрерывно. С помощью дренажной оболочки можно объяснить различие материковой коры и океанической. Осадочные породы, слой гранитов, затем базальтов – таков разрез материковой коры. Под океанами граниты, как правило, отсутствуют, осадочные породы лежат прямо на базальтах. Поэтому когда на суше встречают необычно мощные толщи базальтов, то говорят об океанизации коры. Это наблюдается на Восточно-Сибирской низменности, где базальтовый покров занимает 1 млн кв. км, в Исландии, Индии, Америке.

Напротив, признаки гранитизации на дне морей и океанов указывают на континентизацию.

Граниты – кислые породы, в них много кремнезема и мало соединений кальция, железа, магния. Базальты – основные породы. Для того чтобы граниты превратились в базальты и наоборот, нужен обмен химическими элементами. Вспомним, что у верхнего рубежа дренажной оболочки – у раздела Конрада – концентрируется кремнезем. Здесь проходит подошва гранитного слоя. У нижней границы дренажной оболочки – у поверхности Мохоровичича – происходит накопление кальция, железа, магния. Здесь кончаются базальты, ниже залегают породы верхней мантии.

Обмен элементами действительно совершается – с помощью дренажной оболочки!

Раздел Конрада служит пограничной полосой – все, что попадает выше него, превращается в граниты, все, что ниже, – в базальты. Поверхность Мохоровичича – граница преобразования базальтов в породы верхней мантии и наоборот.

Отсюда следует, что расположение дренажной оболочки выше или ниже по отношению к поверхности Земли определяет мощность земной коры. Под материками она больше, потому что там происходит усиленный отбор тепла. Вода континентов просачивается вниз в большом количестве и под большим давлением, которое зависит от величины водяного столба. Вода охлаждает недра. Слои, где температура становится критической для воды и ее растворов, залегают довольно глубоко – на 40, 50 и даже 70 километров. Там же оказывается дренажная оболочка. Она формирует толщи базальтов и гранитов – ту материковую кору, которую мы встречаем под осадочным чехлом континентов.

Чем выше горные системы материков, тем больше напор уходящей вниз воды, тем толще здесь земная кора. Но если напор и проникновение воды уменьшаются, то кора становится тоньше. Дренажная оболочка поднимается ближе к поверхности. И совсем близко она подойдет к ней, когда в данное место придут из глубин горячие растворы. Поэтому гранитов нет в океанической коре – им просто негде возникнуть. Верхняя часть дренажной оболочки сузилась, ее нижняя граница поднялась до глубины 7–8 километров, а верхняя попросту отсутствует. Отсутствует раздел Конрада, минуя который вещество превращается в граниты или в базальты. И действительно, он под океанами нигде не встречен.

Для образования гранитов необходимы кремнезем, доставляемый восходящими водяными парами, и соединения, богатые кальцием, магнием и железом. Их выносят нисходящие водные растворы. Встречное движение происходит только в коре материков, в коре океанов пары и водные растворы движутся вверх.

Подведем итог: кора суши образовалась в результате взаимодействия литосферы с нисходящими нагревающимися растворами, кора океанов – с восходящими охлаждающимися растворами.

Дренажная оболочка, как мы видим, свободно перемещается вверх или вниз в недрах Земли – ее положение зависит от перераспределения тепла на глубине. Работа этой оболочки в течение миллиардов лет сформировала ту земную кору, историю которой мы сегодня стараемся выяснить. Но началась работа не сразу – молодая Земля, по-видимому, была одета в кору одинаковой мощности.

Предположим, что градиент температуры мало изменился за прошедшие миллиарды лет. Тогда, в далекие времена, до 450 °C нагревались слои на глубине 16 километров. Здесь пролегала граница Мохоровичича. Мощность первоначальной коры 16 километров. Сейчас она равна 37 километров на суше, 7 километров – под океанами. Выходит, что за прошедшие тысячелетия кора под континентами опустилась на 21 километр – это мощность охлажденных пород. Приведенный расчет – одно из многих подтверждений, убеждающих в существовании дренажной оболочки.

Гипотеза С. Григорьева по-своему решает проблему дрейфа континентов. О ней много спорят на страницах специальных и научно-популярных журналов. Даже неспециалисты знакомы с гипотезой Вегенера и ее толкованиями.

Наиболее трудно объяснить, как передвигаются континенты в жесткой земной коре. Приведем в пример айсберг: может ли он двигаться, вмерзнув в ледяное поле величиной с океан! Только превратившись в ледокол…

Континенты – это утолщения земной коры. Чтобы перемещаться, им необходимо обладать качествами ледокола.

Разрушать лед можно no-разному, например, нагревая его. Фантастический «теплый» айсберг мог бы так двигаться. Вокруг него – тонкая прослойка воды, впереди лед тает, сзади, так сказать, за кормой, намерзает новый.

Континенты окружены потоками горячих растворов. Континенты выжимают их к окраинам, в прибрежную часть. Континенты находятся как бы в «мешке», скроенном из слоев, в которых горячие растворы взаимодействуют с окружающими породами.

В этих «размягченных» слоях идет интенсивный обмен веществом. Кора океанов у континентов постоянно нагружается и прогибается – континенты наезжают на нее. Для их перемещения достаточно воздействия центробежных сил вращения Земли. Словом, материки могут путешествовать в земной коре в оболочке из более мягких, податливых пород. Земная кора океанов как бы «тает» перед ними, подобно льду перед «теплым» айсбергом.

Гораздо больше противодействует дрейфу верхняя мантия. Но как раз этот вопрос сегодня разработан лучше других. Многие геологи считают, что кора материков может плавать на верхней мантии. Ее породы более пластичны благодаря высоким давлениям и температурам, при которых водяные пары хорошо растворяют горные породы.

По-новому объясняет С. Григорьев происхождение срединно-океанических хребтов. Океаническая кора вблизи материков не только прогибается. Горячие растворы, поднимающиеся из дренажной оболочки, резко увеличивают ее объем.

Например, вода присоединяется к минералам. Кора вынуждена расширяться, но потеснить материк она не в силах, усилие в основном передается на соседние участки океанической коры. Они сдвигаются и сминаются в складки.

Тем временем происходит изменение маршрута восходящих растворов. Они натыкаются на непроницаемую полосу, которую сами же зацементировали. Растворы направляются дальше от береговой линии, встречают более проницаемые породы и опять увеличивают их в объеме. Полоса земной коры, попавшая в зону их действия, также расширяется. И опять усилие распространяется в сторону от берега – ведь в тылу лежит полоса прочных пород, зацементированных перед этим растворами.

В океанической коре и в осадочных породах, лежащих на ней, возникает «волна» – она движется медленно, миллионы лет. Навстречу ей, от другого берега океана катится другая волна. Они встречаются – возникает поднятие. Например, волны, пришедшие от берегов Северной и Южной Америки и от берегов Европы и Африки, образовали Срединно-Атлантический хребет.

Волны в океанической коре возникают непрерывно – с точки зрения геологической истории. Полоса плотных и тяжелых пород у берега нагружается осадками с континента, в конце концов прогибается и уходит вниз. Ее место занимают рыхлые осадочные породы. Растворы вновь проникают в них, цементируют – все повторяется. Застывшие волны ученые сейчас наблюдают в Атлантическом, Индийском и Тихом океанах.

Процесс образования срединных хребтов был проверен на моделях в лаборатории С. Григорьева. Кору представляла смесь гипса и прокаленных аммонийных квасцов. После уплотнения смесь смачивалась водой, поступавшей со стороны «материков». Хорошо было видно, как смоченная полоса увеличивалась в объеме и чуть сдвигала сухой порошок, образуя модель срединного хребта.

Во время последнего ташкентского землетрясения было зарегистрировано 700 толчков. Впечатление было такое, что на глубине происходили обвалы больших масс. Причем эти обвалы постепенно приближались к поверхности.

Во времена контракционной гипотезы обвалы в глубинных пустотах не вызывали сомнений. Под жесткой корой остывало и потому уменьшалось в объеме расплавленное вещество – вот откуда полости и обрушения в них. Но от самой гипотезы контракции отказались, отказались и от подземных обвалов. Правда, обрушение пород, вызывающих землетрясение, признается и сейчас, однако только для тех редких случаев, которые приводят к провалам суши.

Дренажная оболочка возрождает идею об обвальных процессах. Расчет показывает, что за год сквозь земную кору к дренажной оболочке просачивается 100–200 куб. км воды. У нее есть свои пути – по наиболее проницаемым породам. Скажем, с площади 30–40 млн кв. км она выносит 5 миллиардов тонн вещества в год. Чистая вода растворяет хлористые и сернокислые соли и карбонаты щелочных металлов; вода, содержащая двуокись углерода, – растворяет карбонаты и разлагает силикаты. Не может устоять даже гранит – от него остаются лишь зерна кварца. Вода способна создать на глубине более 10 километров области с менее плотным веществом, а в некоторых случаях и карстовые пещеры. Кровля таких пещер может слой за слоем обваливаться – тогда сейсмографы регистрируют на поверхности подземные толчки.

Энергия крупных землетрясений равна 10 в 24-й степени – 10 в 25-й степени эрг. Это значит, что с высоты в 1 километр должно упасть 4–40 куб. км пород с плотностью 2,5 г/куб. см. Падение происходит не в один момент, а последовательно. Именно поэтому часто регистрируют перемещение гипоцентра землетрясения вверх – первый толчок зарождается на глубине 10 километров, а последующие – в 5–7 километров от поверхности. Примерно так проходили многие землетрясения в Южной Италии, Средней Азии и Японии.

Но не все: землетрясения происходят в результате тектонической деятельности. Обвальные процессы – лишь один из ее видов.

Под Антарктидой не возникают пустоты. С этого материка не сносится вещество, в его толще нет нисходящих растворов – он закрыт льдом. Отсутствие глубинных вод отменяет круговорот твердого вещества на глубине. Поэтому в Антарктиде землетрясений почти не бывает.

Вулканы – дети дренажной оболочки. Разлом может связать ее с дневной поверхностью и превратиться в канал, по которому выплеснутся наверх высокотемпературный пар и водные, надкритические растворы. Ведь они находятся под высоким давлением.

В результате выброса давление и температура в дренажной оболочке уменьшаются, снижается и растворимость, происходит выпадение веществ. В устье канала и в нем самом появляются густые массы. При последующем выбросе они поднимаются наверх и выходят на поверхность в виде лавы, песка и пеплов.

Сегодня на суше насчитывается до полутысячи вулканов, проявляющих активность. Более трехсот из них составляют «огненное кольцо» – они расположены на берегах Тихого океана. Подводных вулканов – несравненно больше. Известный советский исследователь Г. Удинцев писал, что на дне Тихого океана их столько, сколько можно отразить на карте в соответствии с ее масштабом.

Это нетрудно объяснить, вспомнив, что материки выжимают по дренажной оболочке под океаны горячие растворы. Области под океанами начинают напоминать земные слои, из которых бьют артезианские скважины. В нашем случае – вулканы. Когда давление достигает полутысячи-тысячи атмосфер, тонкая океаническая кора кое-где поддается. По наиболее слабому месту ложится трещина – пары и растворы вырываются наверх. Срабатывает своего рода предохранительный клапан. На дне вырастает вулканический конус.

Район наибольшей активности дренажной оболочки – вблизи побережий. Видимо, «огненное кольцо» появилось неслучайно. Это целая предохранительная система разгрузки.

Вулканы могут затихать, потом пробуждаться, когда давление в дренажной оболочке поднимается. Новые порции пара и растворов прорываются через канал, закупоренный выпавшим в осадок веществом.

…Откуда берутся огромные количества воды, выходящей в виде паров во время извержений? Этот вопрос В.И. Вернадского также до сих пор не имеет ясного ответа. В самом деле, откуда взялось 1000 куб. км воды, выброшенной вулканом Тамбора (1815 г.)? Вулкан Шивелуч на Камчатке за последние 1700 лет поднял в атмосферу 4500 куб. км воды. Такой расход в состоянии выдержать лишь один источник – дренажная оболочка. Она же поставляет на поверхность тот богатый набор химических элементов, который находят в продуктах извержений. На другой – такой же неисчерпаемый и в то же время богатый – источник не указывает пока ни одна гипотеза.

Если дренажная оболочка существует, то она – практически неисчерпаемый резервуар горячих растворов. Они могут быть использованы в хозяйстве человека как источники энергии, сырье для химической и металлургической промышленности, в сельском хозяйстве. Уже сейчас до дренажной оболочки можно реально добраться, пробурив сверхглубокие скважины на океанских побережьях.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.