энергетика мезозойско-кайнозойского вулканизма океанов

ЭНЕРГЕТИКА МЕЗОЗОЙСКО-КАЙНОЗОЙСКОГО ВУЛКАНИЗМА ОКЕАНОВ
Б. А. Казанский
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток,
[email protected]
Энергетика беспрецедентного по масштабам мезозойско-кайнозойского вулканизма в процессе
эволюции современных океанов не получила сколько-нибудь серьезного объяснения. Констатируется
лишь сам факт «асимметричного вторичного разогрева верхней мантии» [Яно и др., 2005],
произошедшего на фоне длительного периода прогрессивного остывания недр Земли (и др. планет
земной группы), приведшего к глобальному покровному оледенению в период 900-650 млн. лет назад
[Ушаков, Ясаманов, 1984, Чумаков, 2001], следы которого известны на всех континентах. Механизм
же «вторичного разогрева» практически целого полушария объясняет, помимо альтернативной
интерпретации геодинамики и структур Тихого океана, и специфику климата Земли в период
«океанизации», самый длительный период, когда на Земле не было оледенений [Чумаков, 2001], когда
до конца третичного периода «почти вплоть до параллели 80° развивалась древесная флора»
[Фурмарье, 1971, с. 126], а температура придонных вод существенно превышала современную
[Богданов и др., 1978].
Некоторые особенности «вторичного разогрева мантии» можно выявить, признавая
«геотермический поток первопричиной всей геодинамики» [Голицын, 2003, с. 7] и учитывая
результаты расчетов топографической энергии океанов (потенциальной энергии рельефа дна в поле
силы тяжести, которая оказывается прямо пропорциональной площади) [Казанский, 2005, 2006] при
анализе распределения площадей океанической коры по возрасту. На рис.1 приведен один из
многочисленных примеров графиков таких распределений, обычно используемых не сторонниками
плитовой тектоники (ПТ), которой графики обязаны своим происхождением, а сторонниками гипотез
расширения Земли (ГРЗ), называющие эти кривые как «графики динамики прироста площади земного
шара в процессе формирования современных океанов» [Никольский, 2002, с. 130] или «эмпирическая
кумулятивная площадь поверхности океанической литосферы» [Maxlow, 1998]. Эти графики
однозначно (и физически обосновано) аппроксимируются экспонентой ехр(-λT), причем с общим для
всех океанов коэффициентом λ [Казанский, 2005, 2006] для 170 млн. лет и легко экстраполируются в
будущее на основе ГРЗ (хотя и приводят, в конечном счете, к абсурду), но не могут быть
экстраполированы с позиций ПТ даже в прошлое (это, возможно, одна из причин непопулярности этих
графиков у сторонников ПТ). Дело в том, что графики для Атлантического (АО), Индийского (ИО) и
Северного Ледовитого (СЛО) океанов действительно показывают реальную (документируемую)
динамику прироста площади океанической коры в этих океана, тогда как график для Тихого океана
(ТО) – только современное распределение площади коры Тихого океана по возрасту, а динамика
изменения площади Тихого океана совершенно иная – она показана на рис. 2 пунктирной линией.
Примечательно, что современная площадь Тихого океана равна суммарной площади остальных
океанов. Расширение площади АО, ИО и СЛО происходило за счет сокращения площади ТО, а
пунктирная кривая на рис. 2 зеркальна суммарной кривой АИС (суммарной кривой площади
остальных океанов для случая постоянства радиуса Земли), и экстраполяция этих кривых уже не
представляет проблем даже с позиций ПТ, как не вызывает проблем логический финал этого процесса.
Другое дело с экстраполяцией распределений в прошлое, но опять-таки для Тихого океана.
Если принять, что в прошлом сохранялось такое же экспоненциальное распределение площади
океанической коры по возрасту во всех океанах, то для Тихого океана 50 и 100 млн. лет назад оно
должно было иметь вид типа кривых ТО-50 и ТО-100, показанных на рис. 2 (такая же экспонента, но с
увеличенным в несколько раз коэффициентом λ: в 17/12 раза 50 млн. лет назад и в17/7 раза 100 млн.
лет назад. В пределе, 170 млн. лет назад, λ→ ∞ ).
Постоянство λ для всех графиков на рис. 1 свидетельствует о скорости приращения площади
коры во всех океанах пропорциональной площади океанов, а не площади литосферных плит, не
скорости спрединга, не длине осей спрединга [Казанский, 2006], т.е. океаны служили как бы
«отдушинами», через которые происходил сброс избыточной тепловой энергии мантии. Континенты
же являются хорошими изоляторам и не влияли на скорость расширения океанов (континенты
оставались инертными, хотя прогрев континентальной коры снизу способствовал базальтовым
излияниям, предшествовавшим расколу суперконтинента, и альпийской складчатости). Многократное
же увеличение λ (т.е. скорости новообразования коры) в Тихом океане в прошлом (по рис.2) означает,
что выделение энергии в Тихом океане происходило в несколько раз интенсивнее, чем в других
океанах, что согласуется с идеей теплового суперплюма [Яно и др., 2005], при том, что и площадь
Тихого океана в те времена была много больше суммарной площади остальных океанов. Тихий океан,
таким образом, служил для остальных океанов донором не только площади, но и энергии. При этом за
период 100-50 млн. лет назад площадь древней коры Тихого океана должна была сократиться
примерно в 5 раз (5 раз обновиться) и еще в 2.5 раза за следующие 50 млн. лет. А всего за 170-180 млн.
лет эволюции океанов кора в Тихом океане должна была обновиться более 10 раз, и никакая
субдукция тут не справилась бы. Невозможна в таких условиях и сохранность юрской и меловой коры
на значительной площади. На плиттектонической реконструкции для 100 млн. лет назад (рис.3) Тихий
океан представляет собой гигантское белое пятно с небольшим участком сохранившейся до наших
дней древней коры, лишь несколько переместившейся (по палеомагнитным данным) за 100 млн. лет к
северу.
Но есть еще один вариант, не противоречащий, как и предыдущий, идее вторичного разогрева
мантии или идее теплового суперплюма в Тихоокеанском полушарии [Яно и др., 2005]: изначально вся
поверхность древнего Тихого океана была нагрета выше точки Кюри, а затем 170 млн. лет постепенно
остывала (концентрически от начального центра), обретая возраст по палеомагнитным данным.
Современное распределение площади коры Тихого океана по возрасту (кривые ТО на рис. 1 и 2), стало
быть, отражает реальную картину остывания (кривые распределений ТО-50 и ТО-100 на рис. 2 при
этом становятся ненужными и вместо них можно нарисовать изотермы ложа Тихого океана в виде
кривых, параллельных кривой ТО), а мы оказались свидетелями момента, когда этот процесс
практически завершился и тепловой поток во всех океанах стал одинаковым. Никакого спрединга в
Тихом океане, как и субдукции, в этом случае вообще не нужно, а выравнивание теплового потока
(стремление к тепловому равновесию – нормальное явление для тепловых процессов) во всех океанах
и является конечной (финальной) стадией эволюции океанов. Остается открытым лишь вопрос о
природе (причине) неравномерного (асимметричного) вторичного разогрева мантии. Ответить на
вопрос о природе этого разогрева мантии можно только, признав уникальность этого события не
только для Земли, но и для всей Солнечной системы, а эту уникальность – следствием уникальности
происхождения Земли [Казанский, 2002, 2006].
Как бы то ни было, полученный результат позволяет обобщить на всю земную кору выводы
Г.Штилле, изучавшего в первой половине прошлого века тектонику континентов, о том, что
«современную тектонику мы должны рассматривать как последнюю и даже окончательную главу
истории непрерывного, последовательного развития.... Современое состояние земной коры
представляет полную или почти полную консолидацию» [Штилле, 1957, с. 205]. Далее Г. Штилле
пишет, что «сжатие альпийского типа более невозможно в условиях такой консолидации» [там же],
нам же следует добавить, что масштабный спрединг в океанах более невозможен при достигнутом
тепловом балансе, когда снова стали возможными оледенения. Экстраполяция же всех распределений
на рис. 2 в будущее, при данной точке зрения, должна представлять собой горизонтальную прямую от
современной точки пересечения графиков.
Список литературы
Богданов Ю. А., Каплин П. А., Николаев С. Д. Происхождение и развитие океана. М.: Мысль, 1978, 160
с.
Голицын Г. С. Статистическое описание рельефа поверхности планеты и его эволюции // Физика Земли,
2003, №7. С.3-8.
Казанский Б. А. Палеореконструкции в моделировании эволюции Земли. Владивосток: Дальнаука, 2002,
108 с.
Казанский Б. А. Прямой расчет потенциальной энергии рельефа поверхности Земли по цифровым
данным // Физика Земли, 2005, №12. С. 72-75.
Казанский Б. А. Путь построения непротиворечивой теории глобальной эволюции // Области активного
тектогенеза в современной и древней истории (Материалы XXXIX Тектонического совещания). Т.1. М.: ГЕОС,
2006. С. 292-295.
Казанский Б. А. Энергетический анализ глобального рельефа // Геотектоника, 2006, №2. С. 83-93.
Никольский Ю. И. Генетический ряд современных океанов и их континентальных окраин по
геофизическим данным // Российский геофизический журнал, 2002, №27-28. С.109-132.
Фурмарье П. Проблемы дрейфа континентов. М.: Мир, 1971, 256 с.
Чумаков Н. М. Общая направленность климатических изменений на Земле за последние 3 миллиарда лет
// Докл. РАН, 2001, Т.381, №5. С.652-655.
Яно Т., Матсумото И., Гениао Бу. Происхождение Тихого океана как следствие повторного нагрева
верхней мантии в фанерозое // Геологическое строение и происхождение Тихого океана. Владивосток:
Дальнаука, 2005. С.151-167.
Штилле Г. Современные деформации земной коры в свете изучения деформаций, происходивших в более
ранние эпохи / Земная кора. М.: ИЛ, 1957. С. 187-208.
Maxlow J. Global expansion tectonics: empirical small Earth modeling of an exponentially expanding Earth //
Proc. Int. Symposium on NCGT <’98 TSUKUBA>. Tsukuba, 1998. P. 159-164.
Рис. 1. Распределение площади океанической коры по возрасту из [Никольский, 2002] и
аппроксимирующая их экспонента: ТО – Тихий океан, АО – Атлантический океан, ИО – Индийский океан, СЛО
– Северный Ледовитый океан. В начальные площади океанов (170 млн. лет назад) включены подводные окраины
континентов.
Рис. 2. Модифицированные графики распределения площади океанической коры по возрасту для Земли
постоянного радиуса: АИС – для суммарной площади Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого
океанов, ТО – для современного Тихого океана, ТО-50 и ТО-100 – для Тихого океана 50 и 100 млн. лет назад
соответственно. Пунктирная кривая – график изменения площади Тихого океана со временем.
Рис. 3. Плиттектоническая реконструкция для 100 млн. лет назад, построенная с помощью онлайновой
программы “Paleomap” сайта www.odsn.de. Точками обозначены скважины DSDP и ODP, вскрывшие базальты с
возрастом 100 млн. лет и древнее.