Текст книги "Электрические токи в эволюционном преобразовании Земли"

В настоящее время на разрешение этой загадки направлены усилия многих учёных во всем мире. В соответствии с этим предложено большое количество различных моделей землетрясений, и их число продолжает расти за счёт появления новых гипотез или модификации старых. В научном издании [135] сделан краткий обзор основных моделей, которые признаны более-менее широким кругом исследователей и способны удовлетворительно объяснить хотя бы часть всего наблюдаемого комплекса явлений, возникающих при землетрясениях. Вот некоторые из них:

1. Модель В.И. Уломова (1967 г.), по которой очаг землетрясения представляет собой сдвиговый разрыв.

2. Энергетическая модель Ю.В. Ризниченко (1968 г.), в которой пополнение запаса энергии для поддержания сейсмического режима происходит за счёт её потока из мантии.

3. Модель лавинонеустойчивого трещинообразования (ЛНТ), рассмотренная в совместном докладе В.И. Мячкина, Б.В. Кострова, Г.А. Соболева, О.Г. Шаминой (1971 г.).

4. Дилатантно-диффузионная модель, разрабатываемая в США с 1972 г. В этой модели также решающая роль отводится трещино– образованию, однако в отличие от модели ЛНТ в ней предполагается возникновение трещин отрыва и существенным является наличие воды в горных породах гипоцентральной области.

5. Четырёхфазная модель открытия и закрытия трещин Брэди (1974 г.).

6. Модели с включениями И.П. Добровольского (1979–1980 гг.).

7. Теория упругой отдачи Г.Ф. Рейда (1910 г.).

Последняя модель – до сих пор одна из самых популярных и принята большинством сейсмологов. Гипотеза была выдвинута на основе наблюдений после землетрясения 1906 г. в г. Сан-Франциско. Её суть заключается в следующем. Предполагается, что под действием сил, возникающих в земной коре, в породах накапливается упругая энергия (например, как в луке при натяжении тетивы). Постепенно напряжение в породах может достичь такой величины, что в какой-то момент они не смогут его выдержать, и в наименее прочном месте внезапно произойдёт разрыв. Накопленная энергия освободится, и по обе стороны от разрыва породы вернутся в ненапряжённое (как будто это резина) состояние. Волны, порождённые внезапно выделившейся энергией и называются землетрясением, а место разрыва будет его очагом. По поводу этой теории Дж. А. Эйби утверждает [134], что «сегодня мало кто из сейсмологов сомневается в корректности теории упругой отдачи в целом». И действительно эта теория дает удовлетворительное объяснение наблюдаемым деформациям, но только для поверхности; она не позволяет с достаточной достоверностью судить о том, что происходит при этом в недрах даже на небольшой глубине, не говоря уже об условиях в самом очаге.

Особо следует остановиться на работах А.А. Воробьёва, посвящённых геоэлектрическим процессам. Он, видимо, стал одним из первых связывать возникновение электромагнитных полей с «признаком и сигналом о формирующихся очагах тектонических явлений». Он предложил «методику расчёта параметров электрического очага в предположении, что большая часть подводимой к нему механической энергии затрачивается на образование электрического поля и запасается в нём, а сейсмический эффект обусловлен выделением не только упругой отдачи сместившихся пластов, но и энергии в канале разряда» [18].

Мысль о возможной причастности электричества к землетрясениям возникла уже в 1750 г., когда англичане, возможно, впервые испытали землетрясение. «В их числе был и член Королевского общества, доктор медицины, преподобный У. Стакли. Он считал, что причиной землетрясений является электричество; позже Стакли изложил свои идеи в трёх работах, сделавших его известным в истории сейсмологии. Эта небезосновательная догадка тогда не была подкреплена наблюдениями» [134]. Однако в наше время авторы работы [32] отвергают эту идею. Они пишут: «…обнаруженные эффекты аномальных электромагнитных излучений (ЭМИ) по своим морфологическим особенностям не позволяют сделать вывод о возможности их генерации подземными грозами с огромными напряжённостями электрического поля и токами, протекающими в больших масштабах в земной коре в очаговой зоне землетрясений. То, что до сих пор фиксируется приборами на поверхности Земли, более соответствует электромагнитным процессам, протекающим вблизи поверхности» [32]. Хотя они подспудно, конечно, чувствуют, что в идее о причастности электричества к землетрясениям что-то есть, потому что тут же отмечают: «Кратковременные и сильные электрические поля, по-видимому, возможны в областях концентрации напряжений, особенно для землетрясений больших магнитуд, так же как мощные электрические силы, безусловно, сыграли свою роль в формировании земной коры на ранних этапах эволюции. Подчёркивая возможность существования таких исключительных условий, мы всё же будем анализировать только те данные, которые получены при натуральных наблюдениях». Заключительные слова, приведённые из [32], позволяют понять, почему же они не сделали «последнего шага» в расшифровке механизма землетрясений, несмотря на то что в их работе уже все необходимые предпосылки для этого имелись.

В целом суммарное использование существующих моделей позволило бы более-менее успешно на качественном уровне объяснить все те эффекты, которые наблюдаются при землетрясениях, однако в отдельности ни одна из существующих моделей не способна истолковать весь комплекс явлений, предшествующих и сопровождающих землетрясения. Последнее относится и к отмеченным суждениям А.А. Воробьёва (несмотря на важные, с нашей точки зрения, представления, касающиеся электрической модели очага), так как в них не определен механизм разделения и переноса зарядов, не нашли объяснения все многообразные факты, накопившиеся о землетрясениях к настоящему времени. И, что самое главное, в них продолжается использоваться гипотеза выделения энергии упругой отдачи (как будто недра – это резина). По представлениям, изложенным в [18], энергия электрического разряда входит не основным, а «дополнительным» слагаемым к другим видам энергии. Авторы полагают, что «землетрясение возникает при быстром выделении в пределах малого времени в недрах гравитационной потенциальной энергии и преобразование её в кинетическую, химическую и тепло». Причины образования разрывов в земной коре, смещений по ним и образование сейсмоэлектрических разрядов рассмотрены с геодинамических позиций в подразделе 1.4.

Кроме мощных колебаний земной коры, вызванных землетрясениями, на поверхности Земли постоянно регистрируются слабые колебания, которые называются микросейсмами. Образование микросейсм связывают с деятельностью человека, ударами прибоя, дождя или даже считают, что они обязаны криологическим явлениям. Такое обилие причин образования микросейсм можно объяснить тем, что механизм их образования всё-таки до конца неясен.

Попытка разрешить эти проблемы предпринята в подразделе 1.4. Там же можно найти и ответ на вопросы: как образуются дайки, вулканы, почему довольно часто при извержениях вулканов бывают молнии, но не всегда извержения вулканов сопровождаются землетрясениями или, наоборот, почему не каждое землетрясение сопровождается извержением вулкана?

Не менее загадочным явлением природы до сих пор остаются и цунами. По определению в работах [5, 23, 30] цунами – это морские гравитационные волны большой длины, возникающие главным образом в результате сдвига вверх (или вниз) протяжённых участков дна при подводных землетрясениях. Несмотря на существование этого, казалось бы, простого и ясного определения, неудовлетворённость в среде учёных по данному вопросу остаётся, так как чувствуется некоторая искусственность в его объяснении. Дело в том, что на поверхности наблюдаются боковые сдвиги, но сколько-нибудь протяжённых участков земной коры, которые бы резко поднимались или опускались и тем более обваливались бы в результате землетрясений, нигде не обнаружено. Такой подход в трактовке механизма возникновения цунами не решает и многие другие, порождаемые этим явлением проблемы.

После изложения в подразделе 1.4 концепции об электрической природе происхождения землетрясений становится понятным и происхождение цунами. Они также порождаются электрическими разрядами, при этом давление в разрядном канале может достигать огромных значений – 10 000 кг/см². Из-за быстрого перемешивания воды происходит нарушение границ естественного накопления зарядов, поэтому цунами – это разовый процесс, не имеющий ни фор– ни афтершоков.

В подразделе 1.5 впервые в печати излагается непосредственно сам «механизм» образования и процессы развития цунами. Это позволит понять, что же на самом деле происходит в эпицентре при возникновении таких волн, как можно с большей достоверностью объяснить все наблюдаемые при этом природные явления и эффекты.

В теории тектоники литосферных плит особое внимание уделяется геодинамическим взаимодействиям [2, 20, 22, 42, 45, 56, 86, 109 и др.]. В развитие этого вопроса написан подраздел 1.6. В нём рассматриваются процессы, связанные с взаимодействием структур: коллизия, обдукция, субдукция. Показано, что коллизия и обдукция, если процесс взаимодействия структур не прекратится, в конечном итоге преобразуются в субдукцию. Поэтому процесс субдукции рассматривается наиболее подробно. Доказывается, что субдукция может быть двух видов; каждому из них даётся свое название. В случае, когда направление погружения корового блока (структуры) и движение мантийного вещества совпадают, образуется рейк, т. е. субдуцирующая структура поджимается к вышележащей структуре. Айдайк образуется тогда, когда движение погружающегося блока направлено против движения мантийного вещества. В данном случае происходит, казалось бы, противоречивый процесс. Чем большего размера образуется айдайк и чем глубже он опускается (внедряется) в мантию, тем легче происходит его дальнейшее погружение. А происходит это оттого, что айдайк, являясь для мантии барьером, способствует созданию в предайдайковом пространстве повышенного мантийного давления и «приподнимает» другую структуру, тем самым облегчая подвдвигание субдуцирующей структуры. Одновременно в заайдайковой области мантийное давление уменьшается – происходит общее опускание структуры.

С геодинамическим взаимодействием в литосфере связан магматизм. Это один из важнейших процессов, обуславливающих развитие литосферы и рельефа Земли. Проявление вулканизма осуществляется двумя разными способами излияния магмы: посредством вулканов и через крупные разломы. Оба эти типа излияний внешне хорошо изучены и довольно широко освещены в литературе [2, 4, 5, 7, 29, 45, 47, 64, 75, 85 и др.], но до настоящего времени нет публикаций, объясняющих особенности проявления магматизма на Земле. Частично эти проблемы затронуты в подразделах 1.3 и 1.4, однако более детально с позиций ТЭМПЭКО и ПГП они рассмотрены в подразделе 1.6.

До сих пор считается, что дайки, жилы и другие протяжённые геологические образования подобного типа образуются за счёт внедрения в кору расплавов с последующей их кристаллизацией. Так, в работе [62] отмечается: «Самая поразительная особенность дайкового комплекса – его строение. Обычно дайки ориентированы своими плоскостями параллельно друг другу. Часто таким образом они формируются в „пакеты“; в таких пакетах дайки часто имеют закалочный контакт (т. е. зону воздействия расплава на стенку камеры, в которой происходила кристаллизация) только с одной стороны». «Секрет» такого строения даек, жил, и проблема объяснения закалочного контакта в них раскрывается в подразделе 1.6.

В истории науки, наверное, самыми драматичными для исследователей в познании природы были проблемы строения Вселенной. Не одно поколение учёных пострадало от церковных преследований, прежде чем вместо геоцентрического строения нашей планетной системы утвердилась гелиоцентрическая. Однако и сегодня количество достоверных фактов о Земле, планетах и их спутниках, Солнце и других звёздных системах невелико. Как считают авторы работы [46], «… самое главное, нет единой теории, гипотезы или даже модели, объясняющей эти факты». Вопросам строения и эволюционным преобразованиям в нашей планетной системе посвящены сотни публикаций. Среди них можно отметить следующие работы: [16, 17, 34, 42, 46, 49, 59, 60, 62, 81, 88, 105, 107, 118, 119, 121, 126, 129, 132 и др.]. В них рассматриваются десятки различных гипотез строения и образования Земли, планет, Солнца. В работах [46, 121] произведён довольно подробный анализ известных до настоящего времени гипотез образования Солнечной системы и её эволюции. Почти все космогонические гипотезы периодически подвергаются существенной критике, так как ни одной из них не удается объяснить весь набор известных фактов.

Распределение момента количества движения в Солнечной системе таково, что 98 % его обладают планеты и пространство, их включающее, в то время как более 99 % массы вещества системы заключено в центральном теле.

Этот парадокс представляет определённые трудности его разрешения для всех теорий. Задача заключается в том, чтобы объяснить, каким образом момент количества движения от Солнца передался окружающему его пространству и заключённым в нём телам (планетам).

Всякую гипотезу можно опровергнуть одним твёрдо установленным фактом, не согласующимся с ней. Но даже в такой наиболее полно проработанной теории «холодного» образования планет О.Ю. Шмидта и его последователей существует целый ряд необъяснимых фактов, которые уже нельзя игнорировать. По этому поводу в работе [121] констатируется: «…к настоящему времени „холодная“ модель общепринята, весьма подробно разработана и практически, за малыми исключениями, внутренне согласована. Казалось бы, нет причин развивать какую-либо модель, альтернативную «холодной». Однако не «всё гладко с интерпретацией некоторых известных фактов физики Земли с точки зрения „холодной“ модели». Далее, при комментировании этого утверждения, в тексте отмечается: «Оказывается, что каждую планету необходимо „изготовить“ из своего строительного материала и по „своему рецепту“ – иначе не получается. Магнитное поле, присущее большинству планет, всегда обязано своим появлением динамо-эффекту, но для каждой планеты имеет свои особенности: например, проводящая среда – это либо расплавленное железо, либо жидкий водород и т. п. Совершенно не ясно, почему было магнитное поле на Луне и почему исчезло? На Земле вроде бы действует тектоника плит, а на других планетах её нет. Планеты имеют существенное различие в средних плотностях, в то время как базальты с Луны мало чем отличаются от земных». Кроме этого, можно добавить и другие особенности Солнечной системы, не объясняемые гомогенной гипотезой. Это совпадение направлений вращения Солнца и планет; расположение плоскостей орбит планет в области, прилегающей к плоскости экватора Солнца; подобие строения Солнечной системы и планетных систем Юпитера, Сатурна и др.

Все перечисленные «неувязки» могут найти простое разрешение с позиций ТЭМПЭКО и ПГП и рассматриваются в подразделе 2.1. Причём в основу излагаемой концепции образования планет положена «холодная» гипотеза О.Ю. Шмидта. Однако в неё включены два основных постулата: 1) возникновение у Солнца магнитного поля (по принципу, рассмотренному в подразделе 1.1) вращающего Солнце и передающего вращающий момент окружающему пространству; 2) зависимость темпа времени от расстояния до излучающей крупной массы, т. е. зависимость скорости протекания физико-химических процессов на космических образованиях от степени гравитационного (влияния) притяжения.

По рассматриваемой концепции в эволюционном развитии планет звёздной (Солнечной) системы выделяется XII фаз их космогонического преобразования. С таких поэтапных принципов эволюционного развития планет в подразделе 2.1 планетам нашей системы и даётся характеристика. Наиболее детально в этом плане охарактеризована Земля (см. подраздел 2.2).

В многочисленной геологической литературе, пожалуй, наибольшее внимание уделяется рассмотрению представлений об условиях формирования и размещения различных полезных ископаемых. Тем не менее многие важные вопросы, связанные с образованием скоплений полезных ископаемых, всё ещё не решены, не определены источники или поставщики химических элементов, не разгаданы причины, пути и формы перемещений этих элементов к поверхности, нет единой концепции, увязывающей всё обширное разнообразие генезиса месторождений полезных ископаемых.

В подразделе 2.3 рассматривается ряд проблем, связанных с причинами концентраций химических элементов в земной коре. Из положений ТЭМПЭКО и ПГП следует, что месторождения полезных ископаемых должны иметь зональное строение.

Теория вертикальной и горизонтальной зональности месторождений ещё во второй половине 30-х гг. прошлого столетия была разработана В. Эммонсом. Однако, несмотря на то что кроме теоретических соображений построения Эммонса основывались на примерах некоторых месторождений с явно выраженной зональностью, она встретила ряд существенных возражений со стороны геологов. Дело в том, что теория зональности учитывала изменения рудообразующих растворов только в пространстве, но не во времени, поэтому в дальнейшем интерес к ней был потерян.

Рассматриваемый в подразделе 2.3 механизм генезиса месторождений полезных ископаемых, с нашей точки зрения, лишён всех тех недостатков, которые присущи теории зональности. Предлагаемое объяснение процессов образования скоплений полезных ископаемых допускает многократное изменение зонального рудообразования не только в пространстве, но и во времени. Причины возникновения вертикальной и латеральной зональности месторождений полезных ископаемых рассмотрены на примере золота и ассоциирующих с ним химических элементов.

«Несмотря на большие успехи в изучении геологии, петрологии и геохимии алмазоносных кимберлитов проблема происхождения этих загадочных пород пока ещё далека от своего полного решения», – констатирует О.Г. Сорохтин в работе [106]. К настоящему времени известно несколько гипотез происхождения природных алмазов. Наиболее распространенная из них утверждает, что кристаллизация алмаза совершается глубоко под земной поверхностью в расплавленной огненно-жидкой массе под большим давлением и при высокой температуре. При подъёме магмы вверх, где существенно уменьшается давление, происходит взрыв, в результате которого алмазы вместе с магмой оказываются близ поверхности Земли. Подобный подход к механизму образования алмазов удовлетворяет учёных, так как условия, при которых якобы кристаллизуются алмазы, совпадают с результатами теоретических исследований, полностью подтвердившимися экспериментальными проверками. О.И. Лейпунский [37, 75] на основе теоретических представлений рассчитал, что для превращения графита в алмаз в твёрдой фазе необходимы давление 6000 МПа и температура в пределах 1700–1800 ^оС.

Однако у всех существующих моделей образования алмаза присутствует недостаток, который ставит под сомнение их реальность. Известно, что температура воспламенения алмаза в присутствии кислорода лежит в пределах 800–875 oС, а температура перехода в графит равна 1000 oС. Эти два параметра не допускают перемещений алмаза совместно с магмой, так как её нагрев должен быть гораздо выше этого значения, ибо при температуре менее 1000 oС она, как правило, теряет свою подвижность. Температура уже излившейся на поверхность лавы составляет 1100 oС и более [4, 30, 105]. Кроме того, в известных моделях происхождения алмаза почему-то не принимают во внимание графит – ещё одну форму существования углерода.

С точки зрения автора, из всех известных сегодня опубликованных идей образования алмазов самой продуктивной может считаться модель, предложенная О.Г. Сорохтиным. Она действительно способна объяснить многие специфические черты образования алмазов [106]. Однако, к сожалению, в его работе при правильном (в геохимическом аспекте) подходе к кимберлитообразованию автор модели также полагает, что алмазы образуются в формирующихся на больших глубинах расплавах и выводятся с ними на дневную поверхность.

Автор же, вслед за работой [106], также на базе теории тектоники литосферных плит и также с помощью процесса субдукции, но несколько по-другому объясняет в подразделе 2.3 генезис алмаза и графита.

В процессе образования алмаза и графита непосредственное участие принимают электромагнитные поля. Доказывается, что свое название «трубки взрыва» они получили «заслуженно» и оправдывают его, ибо они действительно образуются при помощи электрического разряда – взрыва.

В подразделе 2.3 также дается объяснение существованию важного поискового признака кимберлитовых трубок. Дело в том, что при электрических разрядах должно происходить сильное намагничивание пород, окружающих трубки. При их выбросе обломки распределяются кольцевыми валами. С помощью высокочувствительной магнитной съёмки остаточную намагниченность кольцевых валов можно зафиксировать на поверхности.

В зависимости от направления токового пробоя в молниевом разряде находится и полярность остаточной намагниченности пород. В приповерхностной области коры могут скапливаться заряды обоих знаков. В области анода при разряде образуется углубление (кратер), в области катода – заострение (конус). То, что в трубках взрыва происходят электроразряды с разной направленностью тока в них, подтверждают свидетельства из [75]: «У большинства кимберлитовых тел магнитное поле совпадает по направлению с современным магнитным полем нашей планеты. Однако у некоторых диатрем магнитное поле имеет противоположную полярность. Прямую и обратную намагниченность имеют кимберлиты, не только удалённые на сотни километров, но и находящиеся в непосредственной близости друг от друга».

С тех же рассматриваемых в нашей работе позиций в подразделе 2.3 описан механизм, приводящий к образованию природных горючих газов, нефти и угля.