3. ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Тектонические процессы в виде разнообразных движений и деформаций проявляются практически во всём объёме Земли. Они обусловливаются механической, кинетической энергией, при этом основная её часть является продуктом преобразования тепловой энергии, генерируемой планетой, которая по существу является гигантской тепловой машиной [9]. Свидетельством генерации Землёй тепла является повсеместное увеличение температуры с глубиной и наличие постоянного теплового потока, проходящего через земную поверхность и рассеиваемого в атмосфере. Величина современного теплового потока составляет - (4,2-4,3)*10²⁰ эрг/с или (4,2-4,3)*10¹³ Вт [5, 9]. Для сравнения: мощность излучения Солнца - 4*10²⁶ Вт [8]; интенсивность солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, ~10¹⁷ Вт; мощность всех мировых энергоустановок (на конец 1990-х годов) - ~10¹⁰ Вт [2].

На природу внутренней тепловой энергии Земли существовали различные точки зрения. До начала XX в. она считалась остаточной от первоначально огненно-жидкого состояния планеты, что исходило из господствовавших в то время представлений "горячей" космогонии Канта-Лапласа (см. "Основные этапы развития геотектоники" во "Вводной части"). В таком случае время остывания Земли, т.е. её возраст, с учётом значений тепловых потоков, составляет всего ~100 млн. лет. Открытие в 1896 г. Беккерелем явления радиоактивности и обнаружение в породах коры значительных содержаний радиоактивных элементов привело к тому, что до 1980-1990-х гг. основным источником тепловой энергии Земли стали считать радиогенное тепло. В 1970-х гг. появились работы В.П. Кеонджяна, А.С. Монина, О.Г. Сорохтина, в которых доказывалось, что существует более мощный, в сравнении с радиоактивностью, источник разогрева Земли, а именно - тепло гравитационной дифференциации её вещества на плотное железное ядро и остаточную более лёгкую силикатную оболочку - мантию [5]. В это же время в тепловой эволюции планеты стали учитывать энергию приливного взаимодействия Земли с Луной и Солнцем. В 1990-2000-х гг. был предложен ещё один источник тепловой энергии Земли - тепло трения, выделяющееся за счёт дифференциального перемещения внутреннего ядра и, возможно, отдельных слоёв относительно друг друга во внешнем ядре [4, 9].

Основным источником тектоно-магматической активности Земли является её внутренняя тепловая энергия, но часть тектонических процессов и явлений может обусловливаться иными причинами. К ним относятся - действие силы тяжести, ротационный и космический факторы.

Действие силы тяжести проявляется при наличии гравитационной неустойчивости. В наиболее простой форме переход гравитационной энергии в кинетическую происходит при формировании, например, оползней. Такую же природу имеют крупные гравитационные шарьяжи и гравитационная складчатость (подводно-оползневые и другого типа складки, см. Часть 5 "Складчатость"). Гравитационная неустойчивость проявляется и при залегании малоплотных пород под более плотными (проявлении инверсии плотностей). Данная инверсия плотностей при определённых условиях (в первую очередь при снижении геостатического давления на отдельных участках) приводит к формированию разнотипных диапировых структур - астеносферный диапиризм, формирование гранито-гнейсовых куполов, солянокупольный диапиризм (см. Рис. 1.12) [9].

Рис. 1.12. Примеры двухслойных физических моделей

Ротационный фактор обусловлен вращением Земли вокруг своей оси, за счёт которого планета имеет сплюснутую вдоль полярных радиусов форму и характеризуется проявлением центробежных сил, способствующих восходящему движению глубинных масс к её поверхности в приэкваториальной зоне. С действием этих сил многие связывают повышенную контрастность рельефа и тектоно-магматическую активность Земли в области между 35⁰ северной и южной широты. Аналогичные особенности характерны и для Венеры и Марса [8, 9]. Вращение Земли и твёрдые приливы, обусловленные притяжением Луны и Солнца, могут приводить к тому, что литосфера в своём вращении может отставать от астеносферы и нижерасположенных оболочек. Этим объясняют смещения литосферных плит и включенных в них материков в западном направлении (с востока на запад, т.е. в направлении, противоположном направлению вращения Земли). Так по К. Ле Пишону все литосферные плиты испытывают смещение к западу относительно неподвижной Антарктической плиты со скоростью 5 см/год [9]. С дифференциальными перемещениями литосферы и астеносферы иногда связывают и асимметрию Тихого океана (Рис. 3.1).

Рис. 3.1. Асимметрия Тихого океана, предположительно обусловленная отставанием литосферы от астеносферы при вращении Земли вокруг своей оси

В последнее время процессам дифференциального перемещения земного вещества при вращении планеты уделяется всё большее внимание. Допускается смещение мантии относительно ядра, внутреннего ядра относительно внешнего, верхней мантии относительно нижней, отдельных слоёв внешнего ядра относительно других его слоёв. Это может сопровождаться выделением теплоты трения (Ф.А. Летников [4]); перераспределением масс внутри Земли, изменением её момента инерции, геопотенциала, скорости вращения планеты, отдалённым следствием чего являются тектонические движения, магматизм, колебания уровня Мирового океана (Ю.В. Баркин [9]); возмущением вращательного движения планеты и возникновением дополнительной силы инерции, воздействующей на литосферу преимущественно в приэкваториальной зоне (за счёт перемещения внутреннего ядра, Б.В. Левин [3]).

Определённые геодинамические следствия возникают не только при вращении планеты, но и при изменениях скорости этого вращения. Последние могут вызываться как внутренними (например, изменением объёма планеты), так и внешними (например, изменением расстояний до ближайших космических соседей) факторами. Изменения скорости вращения приводят к перестройке фигуры Земли. Чем выше скорость вращения, тем больше форма Земли отличается от шарообразной, и наоборот. Это, в свою очередь, приводит к возникновению напряжений в литосфере, которые обычно реализуются формированием или подновлением крупных разрывных нарушений (разломов). Именно с ротационными напряжениями, возникающими при изменениях скорости вращения Земли, связывают наличие регматической сети, представляющей глобальную сетку линеаментов, закономерно ориентированную относительно фигуры вращения планеты. Эта ориентировка включает две системы направлений разломов - ортогональную (широтно-меридиональная система) и диагональную (СЗ-ЮВ и СВ-ЮЗ) [8, 9]. Подобной ориентировкой разломов характеризуются и другие планеты земной группы [10].

Периодическому изменению подвержены и такие параметры ротационного режима Земли как:

Эти изменения определяют флуктуации солнечной инсоляции и, следовательно, вариации климата Земли. Впервые это было подчёркнуто М. Миланковичем в начале XX в. Он установил периодичность изменения указанных параметров - 20 тыс. лет для прецессии, 40 тыс. лет для наклона оси вращения и 100 тыс. лет для эксцентриситета орбиты [7, 8]. Цикличность изменения параметров вращения Земли, привлечённая Миланковичем для объяснения смены ледниковых и межледниковых эпох в плейстоцене, получила полное подтверждение и стала использоваться при объяснении периодичностей некоторых геологических процессов, в частности - ритмичности строения осадочных толщ любого возраста [9].

Внеземные факторы (космический фактор) могут влиять на форму, объём и скорость вращения Земли. При этом особое внимание уделяется процессам гравитационного взаимодействия Земли с Луной и Солнцем, а также Солнечной системы с центром Млечного Пути. В настоящее время представления об этих процессах ещё довольно гипотетичны, а наиболее ярко влияние космического фактора на формирование структурного облика земной коры, органического мира Земли проявляется в метеоритных бомбардировках. Сейчас достоверно установлено около сотни астроблем (метеоритных кратеров) размером до 100-200 км, имеющих возраст от раннепротерозойского до голоценового (Рис. 3.2).

Рис. 3.2. Метеоритные кратеры

Рис. 3.3. Расположение кратера Чиксулуб

Солнечная система располагается в 3/5 (10¹⁷ км или 10⁴ свет. лет) от центра Млечного Пути в пределах его главного диска и совершает один оборот вокруг этого центра за ~200 млн. лет, и этот период времени составляет галактический или сидерический год. Примерно такой же продолжительностью обладают и тектоно-магматические циклы (часто называемые еще по имени их первооткрывателя циклами Бертрана), выделяемые в фанерозойской истории Земли - каледонский, герцинский, альпийский. Совпадение продолжительностей галактического года и земных тектоно-магматических циклов было подмечено уже давно, поэтому некоторые исследователи считают, что "спусковым механизмом" для активизации процессов в земной коре и литосфере служат какие-то космические явления и процессы, наиболее вероятными из которых являются следующие. Орбита Солнца вокруг центра нашей Галактики сильно вытянутая - эллиптическая. Поэтому Земля в составе Солнечной системы периодически то приближается к центру Галактики (находится в перигалактии), то удаляется от него (апогалактий). В первом случае Земля испытывает большее притяжение масс, расположенных в центре Галактики, что может привести к некоторому её разуплотнению, уменьшению скорости вращения и степени сплюснутости. Земная кора при этом будет испытывать преимущественное растяжение, что благоприятно для интенсивного развития процессов рифтогенеза и спрединга, кроме этого вероятны бореальные трансгрессии и потепление климата (Рис. 3.4).

Рис. 3.4. Изменение положения Солнечной системы в Галактике в течение галактического года

В гравитационном взаимодействии Земли с Луной и Солнцем основная геодинамическая роль отводится взаимодействию в системе Земля-Луна, т.к. Луна является нашей ближайшей соседкой и её гравитационное воздействие превышает таковое Солнца. Гравитационное притяжение Луны, в меньшей степени Солнца, приводит к проявлению в Земле твёрдых приливов (аналогичных морским приливам), которые несколько деформируют форму Земли. В каждый момент времени на Земле формируются два вздутия (горба) и две впадины (депрессии), расположенные антиподально, при этом одно вздутие расположено на стороне, обращённой к Луне. В связи с обращением Луны вокруг Земли вслед за Луной перемещаются и земные приливные горбы (Рис. 3.5).

Рис. 3.5. Перемещения земного вещества при приливном взаимодействии в системе Земля - Луна

Некоторые исследователи (Ю.А. Косыгин, В.П. Маслов, Ю.Н. Авсюк и др.) придают лунно-солнечным приливам очень большое значение. С ними связывают западный дрейф земных оболочек, который может трансформироваться в их значительные вертикальные перемещения и даже привести к формированию шарьяжей. По Ю.Н. Авсюку периодичность земных тектоно-магматических циклов связана с циклами прихода-ухода Луны. Последние приводят к изменениям амплитуды твёрдых приливов, скорости вращения Земли (ускорение и замедление вращения, соответственно с уменьшением и увеличением расстояния в системе Земля-Луна), перетеканиям вещества в астеносфере, что определяет периодичность эндогенной активности Земли [1, 9].

Приливные силы Луны и Солнца могут приводить к перемещению земного внутреннего ядра на 100 м, которое как бы "плавает" во внешнем жидком ядре, в результате чего возможно изменение центра тяжести всей планеты, с его смещением на 3 м. При этом происходит, как ранее уже упоминалось, изменение в положении оси вращения Земли, что может сопровождаться деформациями земной поверхности до 2 см/год, вариациями силы тяжести до 13 мкгал, интенсификацией сейсмичности [1, 8].

Даже краткий обзор некоторых существующих представлений о влиянии ротационного и космического факторов на тектоно-магматические процессы в литосфере свидетельствует об их разноплановости и, в отдельных случаях, довольно значительной интенсивности. Но всё же, основным источником энергии разнообразных тектонических процессов на Земле является её глубинная тепловая энергия.