Новое проявление эндогенной активности

После окончания процесса выделения плотного земного ядра на рубеже архея и протерозоя Земля перешла к новому этапу проявления эндогенной активности - к главной последовательности тектонического развития нашей планеты. На этом этапе основным механизмом - двигателем глобальной эволюции Земли становится процесс бародиффузионной дифференциации мантийного вещества. Благодаря этому механизму в протерозое и фанерозое продолжался плавный рост оксидно-железного ядра (его масса за это время увеличилась приблизительно на 37 %), а в остаточной силикатной мантии развивался процесс нестационарной химико-плотностной конвекции.

Процесс конвективного массообмена в мантии регулируется действием сильных положительных и отрицательных обратных связей в системе. Примером положительных связей может служить зависимость скорости конвекции от теплогенерации: с повышением температуры мантии экспоненциально уменьшается вязкость

ее вещества и соответственно возрастает скорость химико-плотностной конвекции. Одновременно увеличивается скорость диффузии оксидов железа из кристаллов силикатов в межгранулярное пространства и, следовательно, скорость перехода "ядерного" вещества в земное ядро, а это приводит к возрастанию плотностных неоднородностей в мантии и к новой активизации мантийного массообмена.

Сильная отрицательная обратная связь возникает за счет теплопотерь Земли. Так, с увеличением скорости конвективного массообмена возрастают тепловые потоки через океанское дно, увеличиваются общие потери тепла Землей, благодаря этому уменьшается температура мантии, повышается вязкость ее вещества, а это в свою очередь приводит к снижению конвективного массообмена в мантии. Другой механизм отрицательной обратной связи заложен в самом процессе бародиффузионной дифференциации мантийного вещества. Действительно, диффузия оксидов железа из кристаллов силикатов в межгранулярные пространства происходит только в нижней мантии на глубинах, превышающих 2000 км. Поэтому чем выше скорость конвекции, тем меньшее время мантийное вещество будет пребывать в деятельном слое нижней мантии и меньше за это время "ядерного" вещества успеет диффундировать из кристаллов силикатов и перетечь в земное ядро, а замедление процесса дифференциации неизбежно приведет к снижению скорости и самой конвекции.

плотностная дифференциация земля архейская

Таким образом, "тепловая машина" Земли представляет собой открытую нелинейную диссипативную систему с обратными связями. Но в таких системах возможна самоорганизация геодинамических процессов с возникновением устойчивых осредненных состояний системы. Однако химико-плотностная конвекция в мантии по своей природе нестационарный процесс с постоянно видоизменяющейся структурой конвективных ячеек. Поэтому следует ожидать, что самоорганизация конвективных течений в мантии постоянно будет нарушаться нестационарностью процесса. Тем не менее равновесные состояния, соответствующие минимальным значениям рассеиваемой в мантии энергии (при заданной скорости генерации эндогенной энергии), время от времени должны были возникать.

К таким квазиустойчивым состояниям относятся последовательно возникающие друг за другом одноячеистые и двухъячеистые конвективные структуры. (Численное моделирование химико-плотностной конвекции подтвердило это предположение.)

Идущее из мантии глубинное тепло в основном выделяете через океанические литосферные плиты и оно обратно пропорционально корню квадратному из средней продолжительности жизни литосферных плит.

При отсутствии разогрева или охлаждения мантии средняя скорость конвективного массообмена в этой геосфере на больших интервалах времени остается постоянной, хотя ее флуктуации связанные с перестройками структуры конвективных ячеек, могут быть весьма заметными. Если мантия после архейского перегрева постепенно остывает, то соответственно будет снижаться и средняя скорость конвекции, а следовательно, столь же постепенно станут возрастать и периоды полных конвективных циклов массообмена в мантии. В противоположном случае разогрева мантии конвективный массообмен в этой геосфере ускоряется. Отсюда следует важный геодинамический закон: энергетический баланс Земли в среднем стабилизирует развитие конвективных процессов в мантии.

Периоды конвективных циклов пропорциональны массе мантии. Масса мантии после образования земного ядра в конце архея постепенно уменьшалась за счет выделения из нее "ядерного" вещества и роста самого ядра. Со временем это обстоятельство могло приводить к постепенному сокращению продолжительности конвективных, а следовательно, и тектонических циклов. Как происходило в действительности и какой из факторов (остывание мантии или уменьшение ее массы) был определяющим, можно установить только по геологической летописи Земли. Так, моменты формирования суперконтинентов Моногея, Мегагея, Мезогея и Пангея можно сопоставлять с временами завершения кеноранской, свекофеннской, гренвильской и герцинской тектонических эр (орогений), соответственно 2600 ± 100; 1800 ± 100; 1000 ± 70 и 230 ± 10 млн лет назад. Если это так, то периодичность формирования суперконтинентов в докембрии была равна 800 ± 100, а на рубеже с палеозоем - 770 ± 70 млн лет. Как видно, периодичность мегациклов в послеархейское время с точностью до определения возрастов орогений сохранялась приблизительно постоянной.

Материалы по географии:

Происхождение названия
Изначально словом "афри" жители древнего Карфагена называли людей, обитавших недалеко от города. Это название обычно относят к финикийскому afar, что значит "пыль". После завоевания Карфагена римляне назвали провинцию Африкой (лат. Africa). Позднее Африкой стали называть и все и ...

Внутригодовой режим стока горно-ледниковых рек Алтая
Установить закономерности внутригодового распределения стока весьма важно как с практической точки зрения для определения внутригодового хода стока неизученных рек, так и с точки зрения общего изучения режима наших водных объектов. В то же время этот вопрос вследствие многообразия и сложности факто ...

Туристическая Германия
Германия - страна, где туристический сезон длится весь год, и это не случайно, так как она считается красивейшей страной Центральной Европы. Германия - страна потрясающе разнообразных ландшафтов, сменяющих один другой на участке суши протяженностью 1000 км с севера на юг (от Северного и Балтийского ...