6.4. Почему не обламывались лепестки длиной в несколько тысяч км?

© Фисунов Владимир Александрович. 2009.

    Еще один достаточно интересный вопрос касается того, могут ли отогнувшиеся вверх лепестки земной коры иметь высоту в сотни и даже тысячи км. И один из основных аргументов здесь такой:

   «Разве  сила тяготения не приведет к растрескиванию коры во многих местах, так что целиком она не отогнется? Ни земная кора, ни литосфера не являются монолитной железобетонной конструкцией. Трещины, межпластовые границы, разломы и др. Опять же — прочность пород на разрыв. Соответственно, «потянув» за верхнюю часть, можно оторвать кусок, и не более. Воздымающая сила без существенного разрушения может поднимать блоки земной коры только снизу».

   Действительно процесс отгибания коры должен приводить к ее растрескиванию, поскольку при этом происходит значительное изменение кривизны поверхности. Но тут необходимо учитывать, что такое изменение кривизны отогнутой коры происходит в основном не в результате внешнего воздействия, которое, конечно же, имеется (тянущая вверх вершина коры), а за счет температурного градиента. Чтобы было понятнее — представим себе биметаллическую пластину, которую можно изогнуть двумя способами — либо изменив ее температуру, либо приложив к ней внешнее усилие. В первом случае количество образующихся микротрещин в пластине будет на порядок меньше, чем во втором.

   Кроме того, в процессе отгибания на нижней части отгибаемой плиты нарастал подслой застывающей на ней магмы. Поскольку подслой застывал на уже деформированной коре, то он не испытал после своего застывания значительных деформаций. На этом подслое должно было быть значительно меньше трещин, и он мало чем отличался от железобетона по прочности. В условиях же, когда  базальтовая плита весит меньше, чем такая же плита из пенопласта, этого более, чем достаточно для вытаскивания коры сверху.

   На что следует контраргумент:

   «Как только каменный расплав застывает, в нём появляются компенсационные трещины сжатия. Примером могут служить любая интрузия или поток лавы»

   Так может или нет вершина, отогнутая вверх, тянуть за собой тысячи километров прилегающей к ней коры? Можно приводить различные расчеты подтверждающие или опровергающие такую возможность, можно поставить ряд экспериментов с целью исследования этого вопроса, но есть очень простой и достаточно наглядный пример, который убедительно доказывает такую возможность. Этот пример, отгибаемой почти на тысячу км плиты, описан в любом учебнике по тектонике, поэтому даже у отъявленных скептиков не может возникнуть никаких сомнений по этому вопросу.

   Итак открываем «Лекции по геодинамике», автор Аплонов С.В.  Глава «2.5. Мантийная конвекция и движущий механизм тектоники плит»:

    «На конвергентных границах плит, где тяжелые и холодные края литосферных плит (слэбы) погружаются в мантию, их отрицательная плавучесть создает силу FNB (индекс в обозначении силы – от английского negative buoyance). Действие последней приводит к тому, что субдуцирующая часть плиты тонет в астеносфере и ТЯНЕТ за собой всю плиту, увеличивая тем самым скорость ее движения».  (стр. 156 внизу)

   И далее:

   » …для современных литосферных плит сила  FNB играет важную роль – убыстряет их движение. Это отчетливо видно на рис. 2.5.6, б: максимальную скорость имеют плиты, значительная часть периметра которых представлена конвергентными границами (Индийская, Филиппинская, Тихоокеанская, Кокос и Наска).

   А вот цитата из учебника Виктора Ефимовича Хаина и Михаила Григорьевича Ломизе: «Геотектоника с основами геодинамики»:

   «В настоящее время непосредственное увлечение литосферных плит астеносферным течением вследствие вязкого сцепления между литосферой и астеносферой не считается единственной и даже главной, движущей плиты, силой, поскольку вязкости литосферы и астеносферы существенно различаются. Значительно большая роль отводится двум другим силам — отталкиванию литосферных плит от осей срединных хребтов под влиянием гравитации, вследствие их значительного превышения над абиссальными равнинами и ИХ ЗАТЯГИВАНИЮ В ЗОНЫ СУБДУКЦИИ вследствие того, что в результате охлаждения океанская литосфера оказывается более тяжелой, чем астеносфера, и утрачивает благодаря этому свою плавучесть».

   В обоих случаях речь идет о субдуцирующей плите, которая уходит обычно на глубину 670 км. При этом угол ее наклона меняется от 0° до 90°. Длина такой плиты может быть значительно больше 1000 км и, если бы не граница на глубине 670 км, она была бы еще длиннее. Сила, которая тянет такую плиту определяется разностью плотностей перидотита верхней мантии в кристаллическом (литосферном) состоянии (плотность около 3,3 г/см3), и в частично расплавленном (астеносферном) – (плотность около 3,2 г/см3). Т.е. вес такой плиты, который фактически тянет за собой остальную кору, за счет выталкивающей силы уменьшается до 3%.

   Получается, что субдуцирующая плита тянет за собой океаническую кору, заставляя ее дрейфовать, и при этом  никакая трещинноватость не мешает ей это делать. При этом силы, пытающиеся разорвать эту плиту, даже больше, чем при отгибании вверх такого же по длине лепестка, поскольку вес такой плиты (отрицательная плавучесть) в три и более раз превышает вес отгибающихся вверх лепестков.

   Ответа на вопрос, почему субдуцирующая плита, которая тянет за собой остальную кору вниз не рвется в результате трещиноватости, а, точно такая же, плита, отгибаемая вверх, и тянущая за собой кору, менее интенсивно, будет рваться я так и не получил от моих оппонентов.

   Да и какие тут могут быть возражения, если мы имеем дело с абсолютно зеркальной ситуацией! Субдуцирующая плита отгибается вниз, в то время, как лепестки Фисунова отгибаются вверх. Угол наклона отгибаемых вверх лепестков меняется так же постепенно, как и угол наклона субдуцирующей коры от 0 до 90 (хотя и не всегда), поскольку радиус кривизны отогнутой коры около 4000 км. Т.е. у поверхности он близок к нулю, а верхушка отогнутой коры,  практически вертикальна. Значения разрывающих сил в обоих случаях примерно одинаковы. Нельзя говорить и о значительном влиянии на субдуцирующую плиту активного противодействия окружающей вязкой массы, поскольку при продолжительности процесса погружения коры — десятки миллионов лет вязкость окружающей массы уже не играет существенной роли! Для примера возьмите бетонную плиту длиной 670 метров и толщиной 6 метров, закрепите один ее конец параллельно поверхности воды и посмотрите, насколько вязкость воды задержит облом плиты! Если Вам вязкость воды покажется маленькой, то замените ее на более вязкую жидкость, например, на солидол!

   Вязкость только замедляет процесс, но, когда времени более, чем достаточно, как в нашем случае, можно считать что субдуцирующая плита находится в воздухе, только весит она в 30 раз меньше. Вязкость не может помешать плите обломиться под действием собственного веса. Обламывания суддуцирующей плиты не происходит не потому, что она находится в вязкой среде, а потому что, за счет выталкивающей силы плита весит в 30 раз меньше.

   Кроме того, толщина субдуцирующей плиты меньше, чем толщина отгибаемых вверх лепестков, поскольку субдуцирует в основном океаническая кора толщиной в несколько км, а отгибается кора толщиной в  десятки км! Даже с учетом подстилающих кору слоев, вовлеченных в оба процесса (верхняя граница астеносферы под материками расположена вдвое глубже, чем под океанами), толщина субдуцирующей плиты значительно меньше толщины отгибаемых лепестков. А трещиноватость должна в большей степени сказываться на прочности более тонкой плиты, т.е. той, что субдуцирует.

   Получается, что, если какая плита и должна испытывать обильные разрывные нарушения, то это в первую очередь будет субдуцирующая плита, на которой чаще всего наблюдаются ступенчатые сбросы и грабены, выражающие растяжение верхов литосферы в связи с ее упругим изгибом перед началом субдукции! При этом она еще и проплавляется в процессе своего погружения. И, несмотря ни на обильные разрывные нарушения, ни на проплавления, она ведет себя, как единое целое, достигая глубины в 670 км (данные проекта «Кайко»). Что же тогда мешает отгибающимся лепесткам, которые к тому же еще и прочнее субдуцирующих плит, подниматься вверх на тысячи км? Если бы трещины в субдуцирующей плите имели большое значение (трещиноватость интрузивных массивов и вулканических потоков должны в первую очередь проявляться в тонкой океанической коре!), то разрывы  должны были происходить преимущественно в точке погружения океанической коры, поскольку  напряжения максимальны именно здесь.

   Но их тут не только нет, но, согласно приведенным выше цитатам, субдуцирующие плиты умудряются еще и тянуть за собой прилегающую к ним кору! Что особенно удивительно учитывая то, что океаническая кора должна сплошь  состоять из трещин, поскольку как только каменный расплав, излившийся из срединно-океанического хребта застывает, в нём появляются компенсационные трещины сжатия. В том месте, где плита начинает погружаться в глубоководный желоб, она сразу же должна разламываться по этим трещинам. Но этого не происходит! Иначе она никак не сможет тянуть за собой прилегающую к ней океаническую кору.

   Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод:

   На прочность океанической, а уж тем более отгибаемой вверх коры, трещинноватость не оказывает значительного влияния.

   Следовательно аргумент оппонентов о том, что трещиноватость отгибаемой коры не позволит ей достигать высот в несколько тысяч километров попросту несостоятелен в условиях, когда сила тяжести в сотню раз меньше, чем сейчас. При столь малой силе тяжести начинают проявляться силы, которые в настоящее время не играют существенной роли. В частности, за счет разности температур между различными слоями Земли (примерно 1 градус на 33 метра) возникает т.н. биметаллический эффект, который приводит к выгибанию тектонической плиты в сторону более холодной поверхности, т.е. вверх.

   Радиус кривизны такой плиты составляет около 4000 км. На экваторе, где сила тяжести минимальна, образуется узел, из которого расходятся три трещины. (Аналогичные трещины хорошо видны достаточно жарким и засушливым летом на земляных дорожках сада. Самое интересное это то, что из всех узлов расходятся ровно три, как и в случае образования треугольных  структур (!), а не четыре или более трещин.) Между этими трещинами образуются три лепестка, которые отгибаются под действием биметаллического эффекта вверх. Очень медленно вырастает гора высотой до ста и более километров, верхняя часть которой находится выше уровня с нулевой силой тяжести. За счет того, что вершины лепестков начинают тянуть вверх  основание, по мере роста горы, уменьшается нагрузка на основание отгибающихся лепестков, что приводит к отгибанию все новых участков коры.

   Мы имеем дело с тремя частями коры:
- отогнутая кора, которая находится выше уровня с нулевой силой тяжести — тянет вверх,
- отогнутая кора, которая находится ниже уровня с нулевой силой тяжести — тянет вниз,
- кора расположенная горизонтально — никуда не тянет.

   Если высота отогнутой коры составляет 100 км, а уровень с нулевой силой тяжести находится на высоте в 25 км, то, поскольку зависимость силы тяжести от высоты почти линейна, то сила, действующая на кору, находящуюся ниже уровня с нулевой силой тяжести примерно в девять (!) раз (это при отгибании полосой) меньше силы, которая пытается оторвать кору, находящуюся выше этого уровня (В случае, если отогнутая плита прямая. Для изогнутой плиты эта величина немного меньше). Таким образом, результирующая сила, приложенная к отогнутой коре, направлена вверх.  Под действием этой силы и будет осуществляться дальнейший рост отогнутой коры. Кора, которая расположена горизонтально и масса которой на несколько порядков больше массы отогнутой коры играет пассивную роль состава, прицепленного к паровозу (той самой отогнутой коры), поскольку она никуда не тянет и всего лишь замедляет скорость движения.

   А что произойдет, если скорость вращения Земли резко замедлится и, соответственно резко увеличится сила тяжести на экваторе?

   Отогнутые вверх лепестки не выдержат подобного увеличения силы тяжести, обломятся образовав три провала, расходящихся из одной точки. Типичным примером является треугольник Афар, края лепестков которого обвалились под действием увеличившейся силы тяжести. Именно поэтому невозможно пристыковать Аравийский п-ов к Африке так, чтобы между ними не было щелей.


<< НАЗАД
ВПЕРЕД >>

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>