big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Развитие влагооборота на мезо-кайнозойском этапе

Прежде чем охарактеризовать тенденции развития влагооборота на мезо-кайнозойском этапе развития природы Земли рассмотрим возможные изменения на этом этапе состава и плотности атмосферы.

X. Д. Голланд (Holland, 1964), изучая химическую эволюцию атмосферы, приходит к выводу об увеличении парциального давления кислорода в ней не менее 2,5 млрд. лет тому назад если возраст Земли принять равным 4,5 млрд. лет. С тех пор по его мнению, парциальное давление кислорода непрерывно росло и относительно стабилизировалось только в современную эпоху

Основная масса кислорода продуцируется в результате фотосинтеза и очень малая доля (около 0,5%) —за счет фотодиссоциации

Возможная кривая парциального давления кислорода в атмосфере за геологическое время

водяного пара в высоких слоях атмосферы.

Медленное нарастание содержания кислорода в атмосфере можно объяснить, по-видимому, не только медленным приростом фотосинтезирующей массы зеленых растений, но также потреблением кислорода животными и человеком, расходованием его на окисление мало окисленных соединений литосферы и атмосферы (СО в CO2,SO2 в SO3, H2 в Н2О). По расчетам Голланда, около 74% продуцированного кислорода затрачивается на окисление Н2 в Н2О, что должно было существенно повлиять на уменьшение темпов диссипации водорода за пределы земного притяжения, а следовательно, и на снижение темпов возможной убыли воды в межпланетное пространство. Остальные 26% продуцированного кислорода распределяются приблизительно поровну между свободным кислородом атмосферы, расходуемым на окисление железа и других соединений литосферы и использованным на окисление вулканических газов. Само собой разумеется, кислород атмосферы претерпевал за длительную геологическую историю многократный оборот в связи с потреблением его живыми организмами биосферы.

В балансовых расчетах продуцирования и использования кислорода в течение геологического времени, выполненных Голландом, не ясно, какая роль отводится регулирующему влиянию океана.

Итак, на мезо-кайнозойской стадии развития атмосферы и гидросферы продолжало нарастать в атмосфере парциальное давление кислорода.

Противоположную тенденцию изменения испытывало на этой стадии содержание углекислоты в атмосфере. По всем признакам, о чем будет сказано в последующих главах, оно непрерывно убывало и в современную эпоху достигло уровня, явно лимитирующего продуктивность зеленых растений, чего ошибочно не признают некоторые ученые.

Только повышенным содержанием углекислоты в атмосфере и, конечно, достаточным притоком тепла и влаги можно объяснить пышный расцвет наземной растительности карбона, когда образовалось до 38% всех мировых разведанных запасов углей.

Плодородие почвы в то время еще не могло быть определяющим фактором большой продуктивности фотосинтеза, и анатомическая и морфологическая структуры самих растений были достаточно примитивными, чтобы этими факторами можно было объяснить обильное образование растительной массы в карбоне.

Имеются и другие доказательства резкого убывания углекислоты в атмосфере на мезо-кайнозойском этапе.

По выводам Ронова (1949, 1959), основанным на изучении динамики площадей и объемов различных типов осадочных пород от палеозоя до кайнозоя включительно, падение парциального давления СО2 происходило очень медленно в палеозое и резко усилилось начиная с мезозоя. Надежным подтверждением этого вывода является увеличение во времени отношения Са : Mg в карбонатных породах (см. рис. 3). Вместо преобладающего в палеозое процесса осаждения в морях доломитов в мезозое стал господствовать процесс осаждения карбонатов кальция (известняки, писчий мел). В верхнемеловую эпоху и в палеогене на больших площадях Мирового океана происходило массовое накопление карбонатных глобигериновых илов, что также свидетельствует об уменьшении парциального давления СО2 в атмосфере мезозоя.

Большинство исследователей считает фотосинтез основным процессом, обусловившим падение парциального давления СО2 в атмосфере и гидросфере мезозоя и кайнозоя по сравнению с палеозоем. Объяснить причины приуроченности этого явления к концу мезозоя очень трудно, тем более что полный цикл усвоения растениями всего углерода атмосферы и океанов, по Ничипоровичу (1955), протекает в геологическом аспекте очень быстро — всего в течение 300 лет, а с учетом запасов углерода в земной коре — в течение 300 000 лет.

При таких темпах весь углерод, не считая запасов его в Земле глубже земной коры, прошел множество циклов усвоения его зелеными растениями и последующей минерализации. Поэтому фотосинтез должен был резко изменить парциальное давление СО2 уже в середине палеозоя, чего, однако, по современным данным, почему-то не произошло. Нам представляется возможным объяснить это противоречие несколькими причинами.

Одной из них можно считать значительно меньший объем продуцируемой в палеозое, по сравнению с последующими геологическими эрами, растительной массы в океанах и на континентах. По выводам Успенского (1956), количество органического углерода в процентах от общего углерода возросло от палеозоя к мезозою примерно в два раза и к кайнозою — в 4,5.

Второй причиной могла быть резкая убыль интенсивности процессов, за счет которых пополняются запасы СО2 в атмосфере и гидросфере:

а) процессов метаморфизма, в летучих продуктах которого содержится очень много СО2 (в среднем около 63%); б) процессов вулканизма, сопровождаемых обильным выделением углеродсодержащих веществ (содержание углерода в вулканических газах максимальное после паров воды).

Многие косвенные признаки приводят к выводу об уменьшении содержания СО2 в атмосфере мезо-кайнозойской стадии развития Земли, за исключением, может быть, последнего столетия, когда сжигание топлива начало способствовать увеличению СО2 в атмосфере.

Попытаемся подытожить результативные тенденции направленного развития климата и влагооборота на мезо-кайнозойском этапе (начиная с юры), имея в виду противоречивые воздействия большого числа факторов. При этом не будем рассматривать явлений ритмичности, значение которых было изучено для четвертичного периода достаточно полно многими исследователями.

Длительная пенепленизация поверхности материков в нижнем и среднем мезозое при слабой активности киммерийского орогенеза обусловили низкий уровень суши, относительно малую расчлененность ее поверхности. Не менее характерными чертами природы этого времени являлись малая компактность и общее уменьшение площади суши, ледников, дальнейший рост объема гидросферы. В итоге в мезозое — развитие мало дифференцированного по зонам и провинциям климата при наличии явных тенденций развития гумидности природы, что, однако, не исключало существование аридных зон. Слабо выражены в эту эру региональные климаты.

Поднятие материков в период от верхнего мезозоя к кайнозою, по крайней мере в северном полушарии, и увеличение компактности, особенно Евразии, способствовали общему похолоданию и росту континентальности климата в этом полушарии. Опускания отдельных глыб Гондваны под уровень Мирового океана на месте современных Индийского и южной части Атлантического океанов благоприятствовали противоположным тенденциям в южном полушарии — росту океанизации климата.

Многочисленные горные сооружения альпийской складчатости в северном и южном полушариях, а также омоложение в период альпийского орогенеза многих тектонических сооружений герцинской и каледонской складчатостей способствовали резкой пространственной дифференциации климатов не только зональной, что имело место и в более ранние периоды, но особенно провинциальной. Это вызвало интенсивное развитие местных климатов, уменьшение интенсивности обмена воздушными массами между регионами в нижних слоях тропосферы.

Крупные тектонические сооружения горных систем альпийского пояса внесли большие изменения в циркуляцию воздушных масс в Евразии, Северной и Южной Америке. В Евразии был нарушен существовавший до этого интенсивный обмен между теплыми тропическими и холодными полярными воздушными массами, что привело к затруднению меридиональной циркуляции в нижних слоях тропосферы, к более резким различиям климатов Северной и Южной Евразии. При этом более резко изменился климат Северной Евразии в направлении усиления континентальности и похолодания вследствие скопления полярных масс воздуха перед мощными широтными горными преградами и их радиационного выхолаживания. Аналогичное явление оказали Кордильеры и Анды на континентах Северной и Южной Америки, обусловившие ослабление западно-восточного переноса и соответственно усиление контрастности климатов западных и восточных регионов этих материков.

По своему воздействию на усиление интенсивности тектонических процессов, образование ряда новых горных сооружений и влияние этих факторов на развитие природы Земли альпийский орогенез можно с полным основанием сравнивать с герцинским.

Однако целый ряд других факторов свидетельствует о новом этапе развития природы Земли в период мезозоя и кайнозоя, в том числе влагообмена в системе разных геосфер. Прежде всего остается недоказанным, имело ли место в мезозое и кайнозое дальнейшее наращивание суши за счет сокращения площади океанов. По всем данным, в Евразии прирост суши в мезо-кайнозое не подлежит сомнению. То же можно утверждать и в отношении других материков, например, Северной и Южной Америки, Африки.

В целом площадь суши в неогене стала больше, чем, например, в верхнем мелу, но в то же время она была явно меньше, чем в верхней перми и триасе. Приближенные расчеты в этом направлении были выполнены нами на основе палеогеологических карт Страхова (1948), Синицына (1965, 1966) и др.

Существенное уменьшение площади суши в мезозое и кайнозое в южном полушарии произошло за счет опускания под уровень океана отдельных глыб распавшейся Гондваны, о чем в палеогеографической литературе упоминалось неоднократно. Большая площадь суши обрушилась на восточных окраинах Евразии, на месте которой образовались Берингово, Охотское, Японское и Китайское окраинные моря.

Косвенно рост площади океанов подтверждается относительно маломощной толщей их осадочных отложений, в том числе в глубоководных частях, что указывает на молодость многих из них, но не исключает гипотезы глубокой древности первичного мелководного океана. Для объяснения малой мощности осадконакопления в океанах выдвигают два соображения:

а) скорость седиментации была в прошлом значительно меньше,

б) часть осадков, лежащих глубже, была подвергнута консолидации с уплотнением первоначально отложенного материала.

Первый довод нельзя признать убедительным, исходя даже из учета только одного фактора — растительного покрова, который в 10—20 раз снижает интенсивность эрозии. В палеозое, до выхода растений на сушу, скорость седиментации была значительно больше. Позже она стала убывать по мере расселения растений по поверхности суши.

Второй довод является существенным и по современным представлениям о процессах осадконакопления в океанах заслуживает внимания.

Как показал недавно Э. Л. Гамильтон (Hamilton, 1965), поправочный коэффициент на уплотнение первоначальной толщи осадков составляет для глин не более 1,5—2,8 и для известкового ила не более 1,1 —1,4.

Увеличение площади океанов в мезо-кайнозое за счет сокращения площади суши способствовало гумидизации климата Земли и соответственно усилению интенсивности общего влагооборота по сравнению с пермотриасом, несмотря на явную аридизацию и криодизацию его от мезозоя к кайнозою и в современную эпоху в отдельных зонах и провинциях земного шара. Как было показано выше, нарастанию процесса гумидизации способствовало также увеличение общего объема гидросферы за счет продолжавшегося поднятия летучих веществ из глубоких земных недр. Ему противодействовал возросший по своему объему и интенсивности процесс фотосинтеза, усиливший атмосферно-биологический влагооборот и вместе с тем вызвавший дальнейший рост массы разлагаемой им воды. Часть воды непосредственно была изъята из влагооборота за счет связывания ее в процессе фоссилизации органического вещества растений, в результате которого шло образование углей.

В четвертичном периоде гумидизацию климата временами сдерживали обширные материковые оледенения северного полушария, усиливавшие меридиональную циркуляцию арктических масс воздуха и вызвавшие рост суши за счет связывания воды в ледниковых покровах. Аналогичная циркуляция в современную эпоху обостряет, как известно, аридизацию климата в средних широтах, резко уменьшая интенсивность атмосферно-континентально-океанического типа влагооборота за счет подавления западно-восточного переноса воздуха.

Обстоятельные исследования в плане взаимосвязи меридиональной и широтной циркуляции в тропосфере в свое время были выполнены Б. Л. Дзердзеевским (1957).

Как было показано выше, в мезозое и кайнозое существенно уменьшилось содержание СО2 и, по-видимому, паров воды в атмосфере. Это изменение газового состава атмосферы, связанное, в свою очередь, с изменением газового состава и реакции свободной воды гидросферы, должно было способствовать некоторому увеличению альбедо Земли вследствие уменьшения в атмосфере парциального давления газов, поглощающих длинноволновую радиацию. В свою очередь тот же процесс не мог не вызвать понижения температуры тропосферы и соответственно снижения интенсивности влагооборота, особенно влагооборота атмосферно-океанического типа.

Однако возможный рост в мезокайнозое плотности атмосферы в связи с постоянным увеличением плотности водной массы океана противодействовал увеличению альбедо Земли, оказывая, таким образом, влияние, прямо противоположное влиянию СО2 и паров воды.

Э. Д. Гольдберг (Goldberg, 1965) вслед за В. М. Гольдшмидтом вычислил время существования различных элементов в океане как частное от деления общего количества элемента в морской воде на количество его, приносимое реками или выпавшее в осадках в единицу времени. Эти расчеты позволяют думать, что плотность океанической воды, а, значит, и плотность атмосферы в мезозое и кайнозое возрастала, что сдерживало рост альбедо Земли, которое должно было уменьшаться в связи с резкой убылью СО2 в атмосфере. Брукс (1952) оставляет открытым вопрос о степени влияния содержания СО2 в атмосфере на изменение климата.

Таким образом, попытка установления характера направленного развития влагооборота атмосферы в мезокайнозое наталкивается на большие трудности вследствие противоречивого влияния крупных геологических процессов на развитие атмосферы и гидросферы.

Необходимо опереться в этой сложной проблеме на такие общепланетарные процессы, которые бы с большой достоверностью могли свидетельствовать об общем нарастании в мезокайнозое гумидности или аридности климата и соответственно этому об ослаблении или усилении интенсивности влагооборота.

Одним из таких процессов является угленакопление, зависимость которого от степени гумидизации климата Земли трудно оспаривать. 58% всех разведанных запасов углей, как уже со-

общалось выше, образовалось за период от юры до современной эпохи. Одна активизация тектонических процессов без соответствующего роста гумидизации климата не могла вызвать такого темпа угленакопления.

Значительный рост массы органического углерода в осадочных отложениях мезозоя и кайнозоя Русской платформы и южной половины Северной Америки по сравнению с палеозоем был убедительно доказан работами Ронова (1959), Траска и Патнода (1942) (рис. 11).

Необходимо добавить, что согласно геохронологической шкале 1964 г. АН СССР продолжительность палеозойского и мезо-кайнозойского этапов угленакопления почти одинакова: 215 млн.

Изменение среднего содержания органического углерода в осадочных породах Русской платформы и платформы США

и 195 млн. лет соответственно. Следовательно, этот фактор не мог повлиять на объем угленакопления.

Тем не менее есть слабое место в использовании темпа угленакопления в качестве критерия гумидизации природы Земли, а именно, нет полной уверенности в одинаковой средней продуктивности фотосинтеза на единицу площади суши в палеозое и мезо-кайнозое. Возможно, что в мезо-кайнозое средний уровень плодородия почв был выше, чем в палеозое, что должно было обусловить более значительное накопление органической массы растений и соответственно больший объем угленакопления.

И все же поправкой на непрерывный рост плодородия почв от палеозоя к мезозою и кайнозою нельзя объяснить поразительный результат, полученный Успенским (1956). По его исследованиям, «темп углеобразования в настоящий период превышает средний темп в 76 раз» (1956, стр. 79). Этот вывод подтверждает справедливость концепции роста гумидизации природы Земли и соответственно роста интенсивности влагооборота.

Обратимся к другому процессу общепланетарного масштаба — галогенезу, с помощью которого можно более уверенно доказать изменение гумидизации природы на мезо-кайнозойской стадии ее развития.

Согласно выводам Страхова (1963), обобщившего большой материал по галогенному процессу Земли, масштабы галогенеза были неодинаковыми в различные геологические эры и периоды. На докембрийском этапе галогенез, по-видимому, почти не развивался, так как в разрезе докембрийских отложений земной коры не найдено галогенных пород. Второй, палеозойский этап отличается «громадной, никогда больше не достигавшейся напряженностью галогенеза и часто его большой полнотой, особенно в перми» (1963, стр. 495) ...«В мезозое и кайнозое, образующих третий этап развития галогенеза, происходит резкое сокращение соленакопления...» (1963, стр. 496).

В другом месте Страхов (1963) замечает, что в мезозое и кайнозое уже не повторялось эпох столь грандиозного соленакопления, как в палеозое, хотя имеются признаки временного усиления или ослабления галогенеза и в послепалеозойские эры.

Подчеркивая тесную связь развития галогенеза в истории Земли с тектоническими факторами, в частности с образованием синеклиз в пределах древних платформ, Страхов второстепенное место отводит влиянию физико-химических факторов. Однако под давлением фактов он вынужден признать сопряженность по времени более интенсивных галогенных эпох с регрессиями морей, в течение которых, как известно, все да имело место усиление континентальности и аридности климата всей Земли или отдельных ее регионов.

Наконец, обращает на себя внимание хорошо прослеживаемое от палеозоя к кайнозою и в современной эпохе постепенное перемещение соляного пояса из высоких широт в средние широты (F. Lotze, 1938).

Таким образом, изменение от одной эры к другой объема соленакопления в общепланетарном масштабе достоверно подтверждает усиление гумидизации природы в мезозое и кайнозое в сравнении с палеозоем и соответственно увеличение интенсивности общего влагооборота.

Последний аргумент в пользу нараставшей в мезозое и кайнозое гумидизации природы — разрастание океанов за счет материков, хотя эта концепция разделяется не всеми исследователями.

Однако в отдельных крупных регионах, например, в Центральной Евразии, начиная с третичного периода, происходило образование степей и пустынь на месте ранее существовавших пышных субтропических ландшафтов, свидетельствующее о влажном теплом климате здесь в прошлом и засушливом в современную эпоху.

Очевидно, региональные аномалии в развитии природы мезозоя и кайнозоя, подобные указанным, не укладывающиеся в рамки общепланетарного развития природы Земли, неизбежны и являются одним из проявлений провинциальности.

В условиях Центральной Евразии существование таких аномалий объясняется особенностями тектонического развития этик регионов — резким сокращением в кайнозое площади средиземноморской геосинклинальной зоны до размеров современно, о Средиземного моря, с последовательным перемещением секторов замыкания геосинклинали от востока к западу.

Мы рассмотрели второй возможный путь развития гидросферы, согласно которому общая масса гидросферы увеличивается от одного этапа развития к другому. При этом одним из основных аргументов в пользу концепции наращивания массы гидросферы было принято непрерывное поступление воды из мантии и земной коры при относительно малых масштабах водообмена между Землей и Космосом.

Было также показано противоположное влияние фотосинтеза растений на общую массу гидросферы. В процессе фотосинтеза часть воды разлагается и впоследствии захороняется с органическим веществом, часть фотодиссоциирует в верхней атмосфере и диссипирует (водород). Общеизвестна роль фотосинтеза в образовании органического вещества и пополнения массы кислорода в атмосфере и гидросфере. Наряду с этим мы рассматриваем фотосинтез как один из общепланетарных процессов регулирования на Земле массы гидросферы. Без этой общепланетарной функции фотосинтеза — регулирования массы гидросферы — всему живому на Земле угрожал бы «всемирный потоп», прежде чем наступил новый этап в развитии природы Земли.

Наращивание массы гидросферы — процесс конечный в пределах земной планеты. Рано или поздно он сменится противоположным процессом — убыванием гидросферы. Оспаривать это едва ли возможно, так как количество атомов водорода и кислорода в пределах Земли конечно. Возможно некоторое увеличение тех и других за счет превращений одних элементов в другие в глубоких недрах Земли, но и в этом случае источник пополнения атомов водорода и кислорода неизбежно является ограниченным.

В. В. Кесарев (1964) приходит к заключению, что планетное вещество Земли постоянно распадается в результате ее внутренней активности, следствием которой является дифференциация геосфер. По его расчетам, основанным на учете интенсивности выноса на поверхность Земли легких элементов, уже распалось 58% планетного вещества за период внутренней активности земной планеты. Продолжительность этого периода Кесарев принимает равной 2•109 лет.

Можно возражать против исходных величин, положенных Кесаревым в основу расчетов, в частности против принятой им интенсивности поступления легких элементов из глубоких недр Земли на ее поверхность. Но идею распада планетного вещества, известную давно и облекаемую в другую форму геохимиками, отбрасывать нет оснований. Ее следует дополнить идеей образования нового вещества, протекающего всегда в единстве с распадом.

Переходя к характеристике третьего возможного пути развития гидросферы, в основу которого положена идея направленного убывания общей массы гидросферы, остановимся на главном отличии этой концепции от предыдущей.

В предыдущей концепции была развита идея направленного наращивания массы гидросферы при наличии сложного взаимодействия многих противоречивых процессов, связывающих воду в одних случаях и освобождающих ее или полностью разлагающих на составные элементы в других. При этом было высказано мнение, что наращивание массы гидросферы, происходящее на Земле и в современную эпоху, процесс конечный и в далеком будущем должен смениться процессом убывания массы гидросферы за счет продолжающейся диссипации водорода в межпланетное пространство. Основными источниками пополнения в атмосфере водорода, диссипирующего в межпланетное пространство, являются процессы анаэробного разложения органических веществ, синтеза в коре выветривания некоторых минералов и процесс фотодиссоциации воды в верхней атмосфере.

В основе концепции убывания массы гидросферы Земли в геологическом аспекте лежит идея непрерывного перехода свободной воды гидросферы в связанное состояние под влиянием физических и химических процессов, происходящих в земной коре, т. е. в поверхностном слое планеты. Раньше группа процессов перехода свободной воды гидросферы в связанное состояние и обратно была объединена нами под общим названием трансформации гидросферы и показана ее обратимая природа.

Б. Личков (1960) считал, что наша планета, образовавшаяся из астероида, получила из его тела не только горные породы, но и физически, а частично, и химически связанную воду.

Одним из сторонников этой концепции был Эммануил Кант, допускавший возможность высыхания планеты Земли в отдаленном будущем, а также П. Лоуэлл, высказывавший аналогичный взгляд о судьбе нашей планеты на основе наблюдений поверхности Марса. Лоуэлл считал, что Земля медленно высыхает не только по причине уменьшения количества свободной воды, но также вследствие утечки части ее газов в межпланетное пространство.

В настоящее время одним из сторонников концепции высыхания Земли является В. Кесарев (1964). «Засуха — вот что ожидает планету в будущем» — пишет Кесарев (1964, стр. 76). Его гипотеза основана на признании постепенного распада планетного вещества с прекращением внутренней активности Земли.

Оценивая критически взгляды Канта, Лоуэлла и др., Вернадский замечает, что вода, принимая участие в бесконечном числе геохимических круговых процессов, постоянно связывается и вновь освобождается. В этом случае, очевидно, нет оснований считать такую воду безвозвратной потерей для нашей планеты в целом, так как рано или поздно вода, связанная одним процессом или в одном месте, становится свободной в результате другого процесса или в другом месте, пополняя изъятую в прошлом из влагооборота массу гидросферы.

Ни один процесс в природе не является полностью круговым, иначе исключалось бы развитие в природе. Любой процесс, кажущийся с первого взгляда круговым, в действительности всегда бывает разомкнутым и вместе с тем замкнутым.

Одним из таких процессов является оледенение общепланетарного и регионального масштаба. При этом часть свободной воды переходит в связанное состояние, временно изымается из общего влагооборота. Следствием этого бывают крупные или мелкие регрессии в зависимости от объема образовавшихся ледников и прироста суши. Вслед за регрессиями обычно наступают трансгрессии океанов, что означает переход воды в свободное состояние и уменьшение площади суши. Но часть воды продолжает оставаться в связанном состоянии в остаточных ледниковых покровах, в подземных льдах, в многолетнемерзлых грунтах, несмотря на трансгрессию.

Известно также, что чередование регрессий и трансгрессий за время существования Земли как планеты имело место неоднократно. Эти движения в основном представляют собой следствие обратимой трансформации вод гидросферы, необходимой для консервации запасов пресной воды на Земле, без которой жизнь пресноводных организмов на суше была бы невозможной.

Аналогичный процесс консервации элементов питания для будущих поколений растений наблюдается в почвах, где они (элементы) сохраняются в гумусе в виде прочного запаса.

В современную эпоху запас пресной воды в надземных и внутриземных льдах во много раз превышает запас ее в реках и озерах.

Вторым, значительно более крупным по сравнению с оледенением источником связывания в природе свободной воды гидросферы является литосфера в целом. В ее кристаллических и осадочных породах содержится гигроскопическая, пленочная, кристаллизационная и конституционная воды в связанном состоянии. Основная часть связанной воды содержится в почве, коре выветривания и стратисфере. По подсчетам Дерпгольца (1963), связанные подземные воды составляют около 33% общей массы гидросферы.

Процесс связывания воды литосферой несомненно замедляется в глубоких ее слоях, где порозность меньше и осадконакопление сменяется метаморфизмом. Однако и в современную эпоху непрерывно происходит накопление осадочных отложений и интенсивно продолжается связывание воды.

Масштабы его, как было показано раньше, оказываются небольшими, если расчет вести на объем воды, связываемой выветриванием в толще порядка 100 м. В этом случае слой связанной воды при расчете на всю поверхность Земли составит 7,5 м.

Если же расчет вести на всю среднюю толщу континентальных и морских осадочных отложений, тогда слой связанной воды во всей осадочной толще возрастает до 220 м, что от суммарной толщи воды всей гидросферы 5060 м составляет около 4,3%. В абсолютных величинах — это значительный объем воды, который может заметно повлиять на степень аридности природы Земли, если ему не будет противостоять противоположный процесс — освобождение связанной воды, переход ее в свободное состояние.

Значительно больше связанной воды в толще кристаллических пород земной коры. При средней мощности ее около 16 км мощность слоя связанной воды в расчете на всю поверхность Земли, по данным разных авторов, варьирует от 360 м до 1460 м в зависимости от принимаемого содержания воды. По нашим расчетам, принимая содержание воды, по Ф. Кларку и Г. Вашингтону, в изверженных породах равным 1,15%, слой связанной воды составит 510 м.

В процессе наращивания осадочной толщи Земли в геологическом аспекте необходимо различать два этапа при оценке роли осадконакопления в связывании свободной воды гидросферы и влияние его на высыхание планеты.

Первый этап — нарастание осадочной толщи до критического значения, достижение которого означает начало процесса метаморфизма в нижних ее слоях, вследствие возникновения в них достаточно высоких температур и давления.

На этом этапе непрерывно нарастает объем связанной воды гидросферы за счет процессов гидратации. Вода при этом не разлагается, но на долгое время изымается из влагооборота, переходя в состояние своеобразного запаса.

На втором этапе в нижних слоях осадочной толщи, мощность которой продолжает нарастать под влиянием процессов денудации, возникают процессы метаморфизма, при которых связанная вода высвобождается и переходит в свободное состояние.

Следовательно, процесс физического и химического связывания воды в осадочных отложениях двусторонний. Он не может привести к высыханию планеты, так как в нем самом возникает противоположный процесс — высвобождение воды, углекислоты и других соединений. Средняя вычисленная мною мощность осадочной толщи равна 1,16 км. По обобщениям Магницкого (1965), мощность осадочного чехла на платформах редко превышает 2— 3 км, на океанах она равна в среднем 0,6 км. По последним данным, полученным М. М. Ермолаевым (1967), средняя мощность осадочных пород на суше равна 4,76 км, в океанах и морях — 1,25 км, для всей Земли в целом — 2,68 км. Однако в толщу осадочных пород М. М. Ермолаев включает также литифицированные осадки, что увеличивает их среднюю толщину. Г. Джеффрис (1960) среднюю мощность осадочных пород для всей Земли считает равной 1 км. Приняв поверхность континентального типа литосферы равной 40% и океанического типа 60% всей поверхности Земли, получим по этим исходным данным среднюю мощность осадочного чехла 1,36 км. В толще порядка 1-2 км, по-видимому, заключена основная масса связанной воды осадочных отложений.

По некоторым источникам суммарная масса воды, находящаяся в осадочных отложениях, больше 4%: по Польдерварту (1957), она составляет около 8%, по Успенскому (1956), — около 12%. В последних двух случаях авторы имели в виду не только связанную, но и свободную воду осадочных отложений, что и дает завышенные результаты.

Рассмотрение связывания и высвобождения воды в процессе седиментации и метаморфизма осадков приводит к выводу, что и в этом случае перед нами один из видов обратимой трансформации вод гидросферы, исключающей возможность прогрессирующего высыхания планеты.

В. И. Вернадский (1954), отрицая высыхание планеты, отмечает, что если бы вся вода перешла в связанное состояние, то жизнь замерла бы на нашей планете. В действительности на Земле в настоящую эпоху не наблюдается каких-либо признаков замирания жизни. Напротив, образование органического вещества в кайнозое во много раз превосходит по массе аналогичный процесс в мезозое и палеозое.

Как было показано раньше, в результате фотосинтеза за 600 млн. лет в захороненных органических веществах (уголь, нефть, горючие сланцы) был связан объем воды, равновеликий слою 330 м в пересчете на всю поверхность Земли. Это количество воды было изъято из влагооборота на долгое время.

Начиная с XVIIIXIX веков и даже раньше, человек в процессе своей деятельности постоянно высвобождает эту воду, потребляя запасы горючих ископаемых на различные промышленные и бытовые нужды.

Расчеты Кальпа (1951), согласно которым потери воды за геологическое время в межпланетное пространство составили слой около 2400 м, не кажутся фантастичными, хотя в них не исключены преувеличения. Кальп не объяснил, что было источником таких внушительных потерь воды земной планетой.

Таким источником мог быть наряду с разложением органических остатков целый ряд высвобождающих водород процессов, о которых было сказано раньше. И если высыхание земной планеты пока не наступило, то этим обитатели Земли обязаны непрерывному поступлению воды из мантии, где по ориентировочным расчетам ее имеется еще очень много.

Некоторое пополнение запасов воды на Земле осуществляется за счет поступления ее из Космоса, хотя масштабы этого процесса невелики.

Резюмируя рассмотрение концепции высыхания земной планеты, приходим к выводу, что на современной стадии развития природы Земли нет доказанных симптомов уменьшения массы воды гидросферы. Это, разумеется, не исключает возможности локального развития аридных ландшафтов, что убедительно доказано для отдельных регионов Евразии в третичный и четвертичный периоды.

Вместе с тем нельзя не отметить, что масштабы утечки воды в межпланетное пространство пока достоверно не определены. Необходимы новые исследования, новые поиски более надежных методов расчета потерь атмосферы Земли в межпланетное пространство.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.