5.1. Биметаллический эффект.

© Фисунов Владимир Александрович. 2009.

    Теперь поговорим о силах, которые заставляют кору отгибаться. И начнем с биметаллического эффекта.

      Биметалл это материал из двух слоев разнородных металлов, например сталь и алюминий. Такой материал обладает рядом интересных свойств, но нас интересует его способность к деформации при нагревании. Вследствие  того, что металлы имеют различные коэффициенты теплового расширения, пластина из биметалла при нагревании начинает отгибаться в сторону металла, который имеет меньший коэффициент теплового расширения.

      Похожий эффект наблюдается и при неравномерном нагревании однородного материала, когда одна его сторона нагрета сильнее другой. В этом случае отгибание происходит в сторону более холодной стороны.

      Как говорилось ранее, при углублении примерно на 33 метра внутрь земной коры, температура повышается в среднем на 1 градус. Это так называемый геотермический градиент.  Верхний слой континентальной коры представлен гранитом, который имеет температурный коэффициент линейного расширения 0,000008 1/Со . В момент затвердевания гранита верхний и нижний края имели одинаковую температуру (это не значит, что они затвердели одновременно!). Если мы мысленно выделим гранитную плиту толщиной в 33 м, то с момента затвердевания ее верхний край остыл на 1 градус сильнее, чем нижний, в результате чего он стал короче нижнего на
dL = 1000 м * 0,000008 1/Со * 1 Со = 0,008 м.

      Такое, в общем-то, незначительное изменение длины гранитной плиты в процессе остывания неизбежно должно было привести к отгибанию гранитной плиты в сторону более холодного края, т.е. вверх, как это показано на рис. 5.1.

51

Рис 5.1. Деформация земной коры в результате биметаллического эффекта.

     В природе есть примеры похожего отгибания вверх. Когда высыхают водоемы, глина на дне трескается и выгибается аналогичным образом. Там, правда, несколько иная причина, обусловленная не разностью температур, а различной степенью усыхания, но принцип остается тем же самым — деформация за счет неравномерного изменения размеров различных сторон объекта.

      Для оценки деформации плиты найдем радиус ее кривизны, условно считая, что до деформации она была абсолютно ровной.

      Из подобия треугольников ABC и BDO следует, что AB/BD = AC/OD.  Откуда

R = OD = AC * BD / AB = 33 * 500 / 0,004 = 4 125 000 м = 4 000 км.

      Таким образом, с момента образования земной коры до момента установления геотермического градиента в 1 градус на 33 метра континентальная кора должна постоянно изменять свою кривизну, загибаясь вверх.

      До определенного момента времени силы сцепления будут удерживать кору от деформации, но при появлении трещин начнется «быстрое» отгибание коры. Таким образом, если по каким-то причинам континентальная кора в конце Юры треснула в том месте, где сейчас находится центр треугольных структур, то образовавшиеся три плиты начали достаточно «быстро» отгибаться вверх.

      Учитывая то, что от центра треугольных структур до их края около 2 000 км легко найти высоту, на которую должен был отогнуться край плиты. Это около 600 км.

52

Рис. 5.2. Отгибание плиты длиной в 2000 км.

     Земная кора это, конечно же, не ровная плита, поскольку поверхность земли представляет собой сферу радиусом в 6400 км, но край плиты отогнется от поверхности Земли примерно на те же 600 км, как это показано на рис. 5.3.

53

Рис. 5.3. Отгибание коры длиной в 2000 км от поверхности Земли.

     Естественно, что в условиях современной силы тяжести отгибание коры на такую высоту в принципе невозможно, поскольку она просто растрескается под действием собственного веса. Но в Юре, когда происходило такое отгибание коры, сила тяжести на экваторе была раз в 10 меньше, чем сейчас, а, кроме того, она уменьшалась с увеличением высоты. Выше 50-100 км сила тяжести и вовсе была направлена вверх! Верхушка отогнутой коры тянула оставшуюся кору вверх, что в значительной степени уменьшало изгибающую силу и ускоряло процесс отгибания коры. На карте с изображением изохронных линий, хорошо видно, что их толщина увеличивается по мере удаления от центра треугольных структур.

      Естественно, что верхушки тянут отгибаемую кору вверх, когда окажутся выше уровня с нулевой силой тяжести, но возникает закономерный вопрос — а как они туда могли добраться и при этом не обломиться? И тут на помощь приходят древние мифы – ведь в них прямо говорится, что в мутовку превратилась очень высокая гора. Т.е. на ранних этапах у нас растет гора, которая снизу подпирается давлением магмы, что не позволяет отгибающейся коре обламываться. В какой-то момент вершина горы оказывается выше уровня с нулевой силой тяжести, после чего она раскалывается на три лепестка, вершины которых тянут вверх, не давая коре обломиться.

      Но могла ли гора на Земле вырасти до необходимой высоты в 50-100 км? Посмотрим, как сила тяжести влияет на максимальную высоту гор. Для примера возьмем Марс, где сила тяжести в 3 раза меньше, чем на Земле. Там есть четыре гигантских потухших вулкана, возвышаются над окружающей местностью на высоту до 26 км. Самый крупный из них — гора Олимп, расположенный на западной окраине гор Фарсида, имеет основание диаметром 600 км и кальдеру на вершине поперечником 60 км. Три других вулкана: гора Аскрийская, гора Павлина и гора Арсия расположены на одной прямой на вершине гор Фарсида, высотой около 9 км. Сами вулканы возвышаются над Фарсидой еще на 17 км. Т.е. каждый из четырех марсианских вулканов почти в три раза выше самых высоких гор на Земле.

      На Земле сила тяжести на экваторе в Юре была раз в 10 меньше современной, причем с увеличением высоты сила тяжести уменьшалась! Получается, что высота вулканов в Юре могла превышать сто км, а описанный выше процесс отрыва коры вполне реален!

      А что будет с такой горой, если сила тяжести увеличится в несколько раз, скажем до современного уровня. Давление магмы уже не сможет противодействовать увеличившемуся весу лепестков и их края обломятся, образовав провалы между лепестками.

      Нечто похожее мы можем видеть в  треугольнике Афар, где раскалываются и   расходятся Африка на север, Аравия на северо-восток, а Сомалийский блок на   восток. Причем каждая из этих плит в месте сочленения загнута вверх, как и должно быть в начале образования треугольных структур. Учитывая, что в настоящее время сила тяжести значительно больше той, что была в Мезозое, плиты не могут отогнуться вверх более, чем на несколько километров. Но, если они начали отгибаться еще тогда, когда сила тяжести была пониженная, то их вершины могли отогнуться на значительную высоту, а когда сила тяжести увеличилась, их вершины обломились, образовав два провала в виде Красного моря и Аденского залива. Причем произошло это относительно недавно – около 5 млн лет тому назад.


<< НАЗАД
ВПЕРЕД >>

Один комментарий: 5.1. Биметаллический эффект.

  1. danashop.ru говорит:

    в случае биметаллической проволоки — волочением трубы со вложенным внутрь стержнем из другого металла.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>