big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Гидрократические и теократические движения и изменение массы гидросферы

Известно, что под гидрократическими движениями уровня водоемов подразумевают движения, обусловленные изменением в них объема воды, и под теократическими — движения, происходящие в результате изменения объема вместилищ воды, т. е. емкости водоемов. Второй род движений — теократические движения— был рассмотрен еще Э. Зюссом (Suess, 1888), в работах которого они названы эвстатическими движениями. Эвстатические движения Зюсс объяснял движениями земной коры, следствием которых было изменение емкости океанических впадин. При этих движениях, которые могли иметь и положительный, и отрицательный знаки, объем воды в океане остается неизменным. Однако Зюсс допускал возможность увеличения массы воды на Земле в результате притока воды из глубоких недр к поверхности планеты.

А. П. Павлов по существу те же эвстатические движения называл теократическими. Он же выделял и гидрократические движения. Этот термин получил впоследствии широкое признание. В настоящее время можно считать твердо установленным непрерывное взаимное влияние на очертания суши и океанов гидрократических и теократических движений, причем надежно отделить влияние одного вида движений от влияния другого пока не представляется возможным, так как эти процессы протекают синхронно.

Бесспорным представляется вывод, что общепланетарные трансгрессии и регрессии в истории Земли были самым тесным образом связаны с изменением ее геоморфологического облика, с орогенными и межорогенными периодами ее развития. В этом смысле трансгрессии и регрессии с первого взгляда можно считать только теократическими. Дело в том, что каждый новый цикл орогенеза неизбежно сопровождается изменением фазового состояния некоторой части гидросферы, в частности переходом части воды из жидкого в твердое состояние, т. е. наращиванием общего объема льда на Земле. Это вызывает соответствующие гидрократические движения уровня воды в Мировом океане, протекающие одновременно с теократическими. Разделить влияние этих движений, т. е. воздействия на уровень океана теократических и гидрократических движений очень сложно. Даже наличие сопряженности изменений площади осадконакопления и площади, покрытой океаном, не дает оснований, как это полагают А. Б. Ронов и В. Е. Хаин (1957), связывать трансгрессии и регрессии только с теократическими движениями.

С другой стороны, каждый новый цикл межорогенного периода характеризуется обратным процессом — переходом части воды из твердой фазы в жидкую, что приводит к повышению уровня воды в океане и может быть ошибочно истолковано как исключительно гидрократическое движение. В действительности же в период регрессии ледников имеют место никогда не прекращающиеся эпейрогенические движения земной коры, которые, по-видимому, не в меньшей степени влияют на уровень океана, чем гидрократические.

Не каждое гидрократическое движение, приводящее к изменению уровня Мирового океана, можно объяснить изменением общего объема гидросферы.

В природе Земли необходимо различать необратимые и обратимые гидрократические движения. Различие между ними можно показать на следующем примере.

Используя исходные данные Дерпгольца (1962) и Маркова (1960), согласно которым средний темп наращивания гидросферы составляет слой воды 0,00086—0,00100 мм в год, и предполагая равномерным увеличение ее объема в мезозое и кайнозое, приходим к выводу, что для поднятия уровня воды в Мировом океане на 100—200 м только за счет изменения объема гидросферы необходим период времени порядка 100—200 млн. лет. Между тем известно, что поднятия и опускания уровня Мирового океана того же порядка (±100—200 м) начинались и оканчивались в четвертичном периоде, т. е. в течение последнего миллиона лет. Как видно из этих сравнений, обе величины несопоставимы между собой и несмотря на то, что изменение уровня океана во время четвертичных оледенений было преимущественно гидрократическим, оно не может быть объяснено изменением общего объема гидросферы, так как этот последний процесс протекает значительно медленнее, чем ритмы оледенения и связанные с ними трансгрессии и регрессии.

Поднятия и опускания уровня Мирового океана, по крайней мере в четвертичном периоде, являются в основном следствием трансформации твердой фазы (лед) гидросферы в жидкую и обратно и являются примером обратимых гидрократических движений. Они не могут быть связаны с генеральными изменениями массы гидросферы Земли и вместе с тем их нельзя рассматривать оторвано от теократических движений. В этом отношении взгляды Вернадского и других ученых о постоянных фазовых переходах воды, которые мы предлагаем называть процессами трансформации гидросферы, получили широкое признание. Изменение соотношения жидкой и твердой фаз воды, обусловливавшее целый ряд локальных изменений поверхности Земли (например, образование древних долин значительно большей емкости, чем современные), нередко приводило многих исследователей к ошибочным выводам о высыхании всей планеты, а высокое расположение древних береговых линий — о существовании в прошлом более влажных условий на Земле. Подобного рода циклы увлажненности, ритмичность которых обстоятельно изучена А. В. Шнитниковым (1957), не решают проблему изменения общего объема гидросферы Земли, хотя они могут иметь направленный характер.

А. В. Шнитников (1957) различает внутривековые колебания уровня водоемов и многовековые ритмы изменчивости увлажненности материков. Среди последних он уделяет наибольшее внимание обоснованию 1800—1900-летних ритмов. По его мнению, наиболее вероятными причинами ритмов изменчивости увлажнения могут быть две: а) колебания солнечной активности; б) изменчивость приливообразующей силы, возникающей в результате взаимных перемещений небесных тел в системе Земля—Солнце—Луна.

К сожалению, признание поступательного развития многовековых ритмов увлажненности, имеющее принципиальное значение, по-видимому, пока трудно подтвердить фактами. В частности, не известно, как отражалось поступательное развитие ритмов увлажненности на изменении общей массы воды на Земле.

Г. Ф. Лунгерсгаузен (1957), изучая ритмическую слоистость осадочных отложений экзогенного типа, пришел к выводу о существовании в прошлом малых климатических ритмов в 3, 5, 11, 20—24, 35, 70 лет, обусловленных изменениями солнечной активности. По существу это те же короткие ритмы, которые А. В. Шнитников выделил под названием внутривековых и которые могли вызывать преимущественно обратимые гидрократические движения.

Раскрытию связи гидрократических процессов на Земле с солнечной активностью много внимания уделял в своих исследованиях М. С. Эйгенсон. В своей последней монографии «Солнце, погода и климат» (1963) Эйгенсон выделяет 5—6, 11, 22—23, 80—90-летние циклы солнечной активности. Опираясь на выводы П. П. Предтеченского, П. М. Джурковича и А. Д. Бонова, М. С. Эйгенсон упоминает также о цикле длительностью 160—190 лет.

С циклами различной продолжительности, вызванными изменением солнечной активности, тесно связана интенсивность и направленность гляциальных явлений, динамика уровней в замкнутых озерах и морях, а также ритмы осадконакоплений экзогенного типа. При этом, как показал Л. А. Вительс (1946, 1948), с усилением солнечной активности усиливается циклоническая деятельность, что неизбежно должно вызывать увеличение интенсивности влагооборота на Земле.

Современная интенсивность влагооборота всего земного шара при существующих радиационных и циркуляционных условиях, а также соотношении различных видов подстилающей поверхности, оценивается величиной порядка 38—42. Эту величину, равную частному от деления общего объема выпадающих на Землю атмосферных осадков на объем воды, содержащейся в атмосфере, не следует смешивать с коэффициентом влагооборота.

Интенсивность влагооборота, полученная таким путем, является, однако, осредненной величиной, не дающей представления о влиянии на него отдельных внутривековых циклов солнечной активности. В периоды повышенной солнечной активности, когда циклоническая деятельность усиливается, а количество выпадающих в отдельных зонах осадков нередко удваивается, интенсивность влагооборота существенно меняется. При усилении солнечной активности наблюдается также усиленная фазовая трансформация гидросферы, в частности переход воды из твердого состояния в жидкое и соответствующие этому процессу регрессии ледников, а также положительные гидрократические движения уровней воды в средних и мелких водоемах и в океане.

Однако все эти процессы вызывают преимущественно обратимые гидрократические движения, влияние которых на уровень воды в океане и в материковых водоемах исчезает, коль скоро периоды интенсивной солнечной активности сменяются периодами ослабленной деятельности.

Эти движения мало связаны с изменением общего объема гидросферы Земли, хотя они и не свободны от влияния необратимых медленно совершающихся гидрократических движений.

Наряду с короткими ритмами ряд исследователей выделяют длительные, которые К. Брукс (1952) назвал «геологическими ритмами».

Геологические ритмы, по Бруксу, повторялись почти регулярно через периоды времени в 250 млн. лет, причем смена одного ритма другим, начиная от нижнего протерозоя, достаточно

хорошо совпадала с эпохами крупного горообразования и следовавших за ними крупных оледенений. Периоды тектонического покоя, наступавшие между крупными оледенениями, характеризовались благоприятным климатом и соответственно положительными гидрократическими движениями уровня Мирового океана вследствие сокращения покровного оледенения. Орогенические периоды сопровождались отрицательными гидрократическими движениями благодаря связыванию воды в ледяных покровах.

Н. М. Страхов (1962, 1963), рассматривая общие закономерности осадкообразования на Земле, пришел к выводу о существовании трех последовательно сменявших друг друга типов климатической зональности в послепротерозойской истории Земли: нижнепалеозойского, верхнепалеозойского и современного мезо-кайнозойского. При этом смена одного типа климатической зональности другим происходила приблизительно через 150—160 млн. лет.

Г. Ф. Лунгерсгаузен (1957) наряду с короткими выделяет длительные ритмы порядка 200 млн. лет, связанные, как он предполагает, с периодом полного обращения солнечной системы вокруг центра Галактики. По его мнению, эта величина находит хорошее подтверждение в периодичности общепланетарных оледенений Земли.

В. Б. Ляцкий (1966) считает достоверным наличие в природе объективно существующей ритмичности в истории земной коры с интервалами порядка 200 млн. лет (от 170 до 240 млн. лет), выявленной радиологическими исследованиями и связанной, по его мнению, по-видимому, с перемещением в Галактике солнечной системы, в том числе и Земли.

В. А. Дедеев (1966), рассматривая цикличность геотектонических процессов как следствие обращения солнечной системы в гравитационном поле Галактики и признавая ее поступательный характер, выделяет циклы в 200 млн. лет и мегациклы в 600 млн. лет.

По современным представлениям (Шкловский, 1965) Солнце вместе с семьей планет, в том числе и Землей, совершает полный оборот вокруг оси вращения Галактики около 200 млн. лет. За время своего существования солнечная система и, очевидно. Земля неоднократно пересекали в пределах Галактики участки большой звездной плотности, где температура выше, и малой звездной плотности, где она значительно ниже. Кроме того, на одних участках Галактики наблюдается скопление горячих массивных звезд, на других — холодных красных.

По фигуральному выражению Лунгерсгаузена отрезок орбиты Солнца, наиболее удаленный от центра Галактики с минимальной звездной плотностью, может быть назван космической зимой. Пересечение Солнечной системой такого участка сопровождается общим планетарным похолоданием и связанным с ним великим оледенением Земли.

Астрономические наблюдения подтверждают весьма большую неравномерность звездной плотности в Галактике. В области галактического ядра звездная плотность почти в 20 тыс. раз больше средней звездной плотности в околосолнечном пространстве. Солнце, как известно, является одной из звезд, находящихся в средней части Галактики и одновременно расположенных в ее экваториальной плоскости, где концентрируются скопления холодных газовых туманностей и очень горячих массивных звезд. Все это дает основание предполагать связь общепланетарных оледенений Земли с пространственной физической неоднородностью разных секторов Галактики.

Если эта связь существует в действительности, в этом случае число общепланетарных оледенений Земли должно быть равно числу оборотов солнечной системы вокруг оси вращения Галактики. При этом обороты можно принимать в расчет только за время существования океанов, когда оледенения практически могли влиять на гидрократические движения.

Согласно В. И. Баранову (1963), возраст Мирового океана не менее 2,7—3 млрд. лет. Приняв за исходное эту величину и продолжительность галактического года 200 млн. лет, получаем около 14—15 оборотов солнечной системы вокруг оси вращения Галактики, которым должно соответствовать такое же число общепланетарных оледенений Земли.

Г. Ф. Лунгерсгаузен, исключив из рассмотрения оледенения местного значения, приводит ряд фактов, указывающих на существование периодичности великих оледенений порядка 190— 200 млн. лет, связанных с орбитальным перемещением солнечной системы. По его мнению, существование таких оледенений пока еще не удалось доказать в архее, отложения которого недостаточно изучены, хотя следы оледенения в течение этой эры установлены в Южной Африке. Серьезной помехой на этом пути является глубокий метаморфизм пород, препятствующий раскрытию их первичной природы.

Нижние пределы абсолютного возраста архейских отложений непрерывно уточняются. Для древнейших архейских пород Украинского кристаллического массива и Балтийского щита они составляют более 2000 млн. лет, для аналогичных пород Канадского щита и Африки — соответственно 2350 и 2650 млн. лет.

Верхние пределы абсолютного возраста архейских отложений близки к 1700 млн. лет. При такой огромной продолжительности архейской эры можно предполагать существование в ее пределах многократных оледенений планетарного масштаба.

В более поздние геологические эры существование оледенений общепланетарного масштаба подтверждается более надежными данными, относящимися к разным материкам. Имеются в виду протерозойские оледенения, а также эокембрийское, ордовикское, верхнепалеозойское и четвертичное оледенения. Каждое оледенение такого масштаба должно было сопровождаться регрессиями и трансгрессиями Мирового океана, которые по самой сущности их являются в основном гидрократическими обратимыми движениями. При относительно небольшой продолжительности периодов планетарных похолоданий (порядка 10 млн. лет) по сравнению с галактическим годом (200 млн. лет) нет оснований ожидать больших изменений, объема всей гидросферы за время прохождения великих оледенений, имея в виду медленные темпы общего наращивания гидросферы. За период каждого планетарного похолодания, если принять его равным 10 млн. лет, наращивание гидросферы за счет поднятия летучих соединений из глубоких недр Земли могло вызвать необратимые гидрократические движения не более 10 м, что от общего изменения уровня океана во время трансгрессий и регрессий ±100 м составляет всего 10%.

Отсюда можно заключить, что в периоды крупных оледенений главными факторами изменения соотношения суши и океана, значит и изменения влагооборота, следует считать обратимые гидрократические движения, в основе которых лежат переменные соотношения фаз (твердой и жидкой) воды и сопряженные с ними теократические движения, вызванные в основном разной ледовой нагрузкой. В периоды тектонического покоя или в межорогенные периоды, продолжительность которых не менее чем в 15—25 раз (Страхов, 1962; Брукс, 1952) больше орогенных, основными причинами изменения уровня Мирового океана были необратимые гидрократические движения, обусловленные направленным изменением общего объема гидросферы. Но и в этом случае теократические движения должны были влиять на трансгрессии и регрессии Мирового океана.

Положив в основу развития гидросферы концепцию непрерывного наращивания ее объема в геологическое время за счет продолжающегося поступления воды из земных недр, нетрудно придти к выводу, что каждый последующий цикл трансгрессии— регрессии неизбежно должен был протекать на новом более высоком уровне Мирового океана, если исключить компенсирующие углубления океанов, т. е. теократические движения с преобладанием отрицательного знака.

За время существования Мирового океана, около 3 млрд. лет, суммарное поднятие уровня воды в нем за счет пополнения ее массы из глубоких недр должно было составить около 2500—3000 м по сравнению с уровнем первичного мелководного океана. При этом было бы затоплено не менее 95% современной площади суши. Так как всемирного потопа не произошло, о чем свидетельствуют геологические исследования, то, очевидно, под океанами имели место компенсационные углубления земной коры, постоянно нивелирующие направленные поднятия уровня Мирового океана. По-видимому, должны были существовать и деструктивные процессы, разлагающие воду безвозвратно на составляющие ее Н и О с последующей диссипацией водорода в межпланетное пространство.

Были ли компенсационные движения земной коры под океанами достаточно большими? От правильного решения этого вопроса зависит оценка изменения в геологическом времени влагооборота между океаном и сушей. Если уровень воды Мирового океана, несмотря на компенсацию, повышается и площадь суши соответственно сокращается, это неизбежно должно привести к изменению интенсивности влагооборота между океанами и материками, при относительно постоянных термодинамических условиях атмосферы, в частности термического режима и альбедо земного шара.

В специальной литературе, посвященной тепловому балансу земной поверхности и влагообороту в атмосфере (Будыко, Дроздов, 1950, 1953; Бурцев, 1955; Будыко, 1956; Дроздов и Григорьева, 1963 и др.), подробно рассматривается вопрос об участии в увлажнении континентов атмосферных осадков, образованных из внешнего (океан) водяного пара га и осадков, выпадающих из водяного пара местного (суша) происхождения rт. Из уравнения (Будыко, 1956)

где r = ra + rm, Е — испарение, М — линейная протяженность территории, w — среднее влагосодержание атмосферы на наветренной части территории, и — средняя скорость движения потоков воздуха через территорию, можно заключить, что с уменьшением протяженности территории уменьшаются коэффициент влагооборота и участвующие в нем суммы местных осадков rm, но одновременно возрастает роль адвективных (океан) осадков rа. Указанная связь между ролью адвективных и местных осадков во влагообороте, с одной стороны, и протяженностью территории, с другой, может быть с некоторыми ограничениями распространена на случай, рассмотренный выше, когда уровень Мирового океана и покрываемая им площадь возрастает, а площадь суши соответственно убывает. В этом случае интенсивность влагооборота между океаном и сушей вследствие уменьшения барических градиентов между ними уменьшается. Однако это не всегда будет вызывать уменьшение осадков на суше, климат которой все больше будет приближаться к океаническому по мере сокращения ее площади и одновременно роста водной поверхности, обычно испаряющей больше воды в атмосферу.

В умеренных широтах, помимо указанных соображений, сохраняется в полной мере влияние силы Кориолиса на перенос воздушных масс, что независимо от соотношения площадей океана и суши будет продолжать оказывать свое действие на влагооборот.

По исследованиям А. А. Борисова (1965), на территории Советского Союза выпадало очень много атмосферных осадков (1500—2000 мм в год) в архее, несколько меньше (600—1500 мм в год) их было в протерозое, но больше чем в голоцене (200— 1000 мм в год). И это несмотря на то, что в архее площадь суши составляла всего 18% современной, а в протерозое — 26%. В архее и протерозое на всей поверхности земного шара резка преобладала акватория над территорией. Казалось бы, при таких соотношениях океана и суши интенсивность влагооборота между ними должна быть меньше современной и атмосферных: осадков на суше должно было выпадать меньше. Противоречие можно объяснить изменением в геологическом аспекте состава атмосферы: содержание СО2 в атмосфере архея было больше и, следовательно, ее оранжерейный эффект и тепловой режим был иным по сравнению с современным, что неизбежно сказывалось на интенсивности влагооборота между океаном и сушей в виде увеличения массы атмосферных осадков.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.