О некоторых современных физических обоснованиях гипотез «расширения» И«дрейфа континентов» в истории земли

 В.В. Аксенов, 2008

Институт вычислительной математики и математической геофизики

СО РАН, Новосибирск, Россия

Естественно, что очевидность возможного совпадения очертаний не могла не вызвать у естествоиспытателей, особенно у геологов и биологов, желание найти аргументы как в пользу означенной гипотезы, так и в сторону ее отрицания. Современные публикации на эту тему многочисленны и разнообразны. Их анализ требует как геологической, так и биологической подготовки, поэтому здесь укажем только на две известные монографии [1,2], в которых отражены геологические аргументы «за» и «против» гипотезы дрейфа.

Альтернативой гипотезе дрейфа является гипотеза расширения Земли, предложенная в свое время Хильгенбергом и утверждающая, что континенты разошлись из-за увеличения радиуса Земли на начальном этапе ее истории, и эта тенденция увеличения радиуса продолжает сказываться и по настоящее время.

Отдавая должное многочисленным авторам, работавшим в этой альтернативной области, приведем лишь одну ссылку на работу [3], в которой собраны аргументы против гипотезы расширения Земли. Здесь же ограничимся лишь анализом физических соображений и аргументов «за» и «против» обеих выше названных гипотез.

За последние двадцать лет гипотеза дрейфа континентов обрела в России среди геологов и геофизиков многочисленных приверженцев. Их работа в основном сводилась к обоснованию и разработке моделей конвективных течений в мантии Земли, которые бы приводили к так называемому «накоплению» сил и напряжений, вызывающих периодический дрейф континентов вдоль астеносферы или разогретой части мантии Земли. Идея конвекции в Земле восходит к известным эффектам конвекции в жидкостях и газах, агрегатное состояние которых позволяет за счет разогрева основания получить вертикальные движения вещества в жидкости и газе, преодолевающие гравитационные силы. Эти закономерности приверженцы гипотезы дрейфа автоматически переносят на движения вещества в кристаллической мантии Земли, не учитывая его агрегатного состояния и эффекта вращения Земли, в которой такие процессы вряд ли возможны. В работе [4] подробно проанализированы физико-химические возможности такого поведения вещества мантии Земли и дан отрицательный ответ по поводу возникновения в ней конвективных течений не только за счет температуры и гравитации, но и «принудительных» течений, которые даже в этом принудительном случае не могут в таком веществе образовывать ячейки.

Ячейки не могут возникать не только в твердой мантии, но также в жидкой части ядра Земли из-за вращения Земли, которое подавляет компоненты скорости «поперек» вращения. Остаются лишь течения, следящие за вращением Земли [5].

Что касается «накопления» сил и напряжений в результате действия конвективных течений, то в Земле таких «накоплений» нет не только в горизонтальных направлениях (Земля находится в равновесном вращении), но и в вертикально создаваемых напряжениях. Формула для вертикальных напряжений имеет вид [5]:

Здесь:

Уравнение (1) пронормировано на объем среды.

Из формулы (1) следует, что преодоление постоянно действующей гравитационной силы может возникнуть за счет сильного разогрева объема горной породы. От этого возрастут и напряжения. Это происходит в локальных областях Земли. Никаких других возможных преодолений гравитационных сил за счет «накопления» напряжений, как об этом пишут геологи, в природе не существует. Возможности для накопления напряжений в уравнении (1) за счет других факторов, кроме разогрева, не имеется.

Таким образом, «проблема сил» в гипотезе дрейфа континентов остается неразрешимой в том смысле, что в природе нет механизмов, создающих столь гигантские силы, необходимые для осуществления дрейфа, тем более что ни в коре Земли, ни в ее мантии свободных объемов нет.

В геологии много лет дрейф континентов связывают с инверсией магнитных полюсов Земли, считая «блуждание» полюсов следствием дрейфа континентов, как будто бы полюса «привязаны» к тем частям Земли, в которых они наблюдаются. Следы таких «привязанных» движений устанавливаются по палеомагнитным данным, в которых отражены направления и интенсивность вектора остаточного намагничивания горных пород, по которым устанавливается направление дипольной части Главного геомагнитного поля (ГГП) и тем самым устанавливаются места нахождения древних полюсов ГГП. География древних полюсов, как будто бы, указывает направление и место перемещений континентов. Этот косвенный признак движений многократно опровергался, в том числе и геофизиками [6].

Нашей задачей в связи с этим были поиски в природе устойчивых механизмов генерации и существования ГГП в истории Земли [5,7]. Такой механизм был найден путем оценки компонент скорости потока в жидкой части ядра Земли на основании исследования компонент скорости по паре уравнений Навье-Стокса и индукции с динамо слагаемым. Оказалось, что скорость потока и магнитное поле связаны в устойчивой конструкции [5]:

Итак, два основных физических аргумента в пользу дрейфа континентов оказываются несостоятельными в том смысле, что в природе, с одной стороны, конвективные течения вещества в мантии Земли невозможны [4]. Поэтому с их помощью решить «проблему сил», достаточных для поддержания миграции континентов не удается. А с другой, в природе реализован устойчивый механизм генерации и существования ГГП на Земле, что отрицает косвенные признаки дрейфа континентов, связанные с блужданием и инверсией магнитных полюсов.

Физическое обоснование расширения Земли восходит к двум работам известного физика Дирака [8,9], в которых он обосновал уменьшение мировой гравитационной постоянной в связи с разлетом видимых галактик во вселенной по закону , где время с момента образования вселенной. Это уменьшение должно однозначно сказываться на радиусе Земли, так как масса Земли, в основном, неизменна. Подсчеты прибавки в радиусе Земли давали небольшой прирост радиуса, всего порядка 100 км. Это явно не обеспечивало раздвижения континентов почти на 5000 км.

Более того, значительно позже Станюковичем в работе [10] исходные посылки Дирака об изменении мировых констант в том числе и мировой гравитационной постоянной , были исследованы с помощью общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна. Результат оказался ровно противоположным. Если верна ОТО, то мировая гравитационная постоянная должна увеличиваться в связи с разлетом галактик во вселенной. Столь разительно различные результаты физиков наводят на мысль о том, что, по-видимому, расширение Земли может быть вызвано совсем другими причинами.

Кроме того, здесь следует обратить внимание на работу Бартини [11], в которой он, исходя из теории размерности, дал теоретическую оценку мировой гравитационной постоянной с большой точностью. Оказалось, что эта оценка предвосхищает все экспериментальные результаты. Результаты экспериментов оказались близкими (с превышением или недостатком) к вычисленному в [11] абсолютному значению мировой гравитационной постоянной, равной []. Это наводит на мысль о неизменности (устойчивости) в связи с ее вероятной зависимостью больше от «скрытой массы» вселенной, которая почти на порядок больше видимой, чем от видимой – разлетающейся. Последнее обстоятельство требует искать другие физические обоснования расширению Земли. И такие обоснования в научной литературе имеются.

Следует обратить внимание в этой связи на работу Ларина [12], в которой он обосновывает расширение, выдвинув гипотезу «изначально гидридной» Земли. Он считает, что на начальном этапе образования Земли из протопланетного облака в связи с возникновением вращения и сильного сжатия протопланетного облака, водород, которого во вселенной достаточно, был «растворен» в металлах (путем адсорбции и окклюзии). Затем в результате значительного сжатия и перехода энергии сжатия в тепловую энергию произошел разогрев недр планеты, усиленный радиогенным нагревом. Отчего водород стал «выпариваться» из металлов, объем Земли при этом стал значительно увеличиваться в связи с ростом объема металлов, отдающих водород.

Энергия такого процесса должна быть очень значительной, так как при увеличении объема Земли увеличивается ее радиус, что автоматически приводит к замедлению вращения. Энергия вращения Земли оценена в работе [14] по формуле Дж, здесь - момент инерции, - угловая скорость вращения Земли, и составляет значительную величину. Ее корректировка возможна только за счет энергии, заключенной в вещественном составе Земли. Она должна быть сравнимой с названной, так как внешних по отношению к Земле сил, вызывающих сравнимые энерговыделения вблизи Земли нет. Даже значительные отклонения в орбите Луны, исследованные в [15], дают только Дж.

Процесс разогрева Земли и «выпаривание» водорода, по-видимому, и скорее всего, есть единственный механизм, высвобождающий энергию вещества Земли в выше названных количествах при переходе его в другое состояние.

При этом высвобождаемый водород должен устремиться к поверхности планеты, отчасти взаимодействуя с окружающим веществом, отчасти сгорая в кислороде, которого на периферии протопланетного облака, по-видимому, оказалось достаточно, а также частично уходя в космическое пространство.

Этот эффект расширения Земли, в связи с ростом ее объема, заложил континенты и некоторые моря и океаны (на восстановление выгоревшего кислорода затем ушли миллионы лет геологической и биологической активности на поверхности Земли и в ее атмосфере). И это был первый этап интенсивного расширения Земли, длившийся, как нам представляется, первые два миллиарда лет в истории Земли.

Затем наступил этап периодически возникающего медленного расширения, с отдельной теперь уже локальной интенсификацией этого процесса, причиной которого могло оставаться «выпаривание» и общая «слабая», но иногда усиливающаяся в локальных областях «продувка» недр Земли водородом, последствия которой видны и в современное время.

ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Глубинная геодинамика. - Новосибирск: Изд. СО РАН Филиал «Гео», 2001.-409 с.
   
2. 
   Кэри У. В поисках закономерностей развития Земли и Вселенной. - М.: Мир, 1991.-448 с.
   
3. 
   Трапезников Ю.А. Реферативный обзор и критика современных гипотез расширения Земли // Бюллетень Московского общества испытателей природы, отделения геологии. - М.: Изд. МГУ,1963.- Т. XXXYIII(5).- С.65-74.
   
4. 
   Анфилогов В.Н. Возможна ли свободная конвекция в кристаллической мантии Земли? // Докл. РАН, 2002.- Т.384, №4.- С.473-475.
   
5. 
   Аксенов В.В. Электромагнитное поле Земли. - Новосибирск: Изд. СО РАН, 2006. - 249 с.
   
6. 
   Шолпо В.Н. – отв.ред. Спорные аспекты тектоники плит и возможные альтернативы. – М.: Изд. ИФЗ РАН,2002. – 234 с.
   
7. 
   Аксенов В.В. О генерации Главного геомагнитного поля. – Киев: Геофизический журнал, 2004. – Т.26, №6. – С. 174-178.
   
8. 
   Dirac P.A.M. The Cosmological Constants // Nature, 20.02.1937. - P. 323.
   
9. 
   Dirac P.A.M. A new basis for cosmology // Proc. Roy. Soc. – 27.04.1938. - P. 199-208.
   
10. 
    Станюкович К.П. К вопросу о возможном изменении гравитационной постоянной // ДАН СССР, 1962. – Том 147, №6. – С. 1348-1351.
    
11. 
    Роберт ОРОС ди Бартини. Некоторые соотношения между физическими константами. – М.: ДАН СССР, 1965. – Том 163, №4. – С. 861-864.
    
12. 
    Ларин В.Н. Гипотеза изначально гидридной Земли. – М.: Недра, 1975. – 100 с.
    
13. 
    Иваненко Д.Д., Сагитов М.У. О гипотезе расширяющейся Земли. – М.: Вестник Моск. у-та. Физика, астрономия, 1961, №6. – С. 83-87.
    
14. 
    Тяпкин К.Ф., Довбнич М.М. Вращение Земли – единственный реальный источник энергии ее тектогенеза. – М.: Геофизика, 2007, №1. – С. 59-64.
    
15. 
    Авсюк Ю.Н. Геофизические ограничения на модельные реконструкции природных процессов // Комплексные исследования по физике Земли. – М.: Наука, 1989. – С. 256-268.
    
16. 
    Brouwer D. A new Discussion of the Changes in the Earth’s Rate of Rotation // Proc. Nat. Acad. of Sci., 1952. – T. 38, №1. – P. 1-12.
    

ON SOME MODERN PHISICAL SUBSTATIONS OF THE “EXPANSION” AND “CONTINENTS DRIFT” IN THE EARTH HISTORY HYPOTHESES