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:

Освоение принципиально новых источников энергии
Многие ученые считают, что если иссякнет нефть, человечество, наверняка сможет поставить на службу человеку энергию водорода или термоядерного синтеза. На деле же развитие этих технологий идет слишком медленно, чтобы они могли сразу заменить нефть. Великие державы просто не желают вкладывать в реше ...

Оазисный эффект
В качестве примера можно рассмотреть климатическую обстановку оазиса Ширмахера. Поверхность ледникового щита вблизи оазиса почти лишена покрова снега, т. е. на расстоянии свыше 10 км к югу и до высоты 1000 м над ним. В разгар антарктического лета поверхность льда буквально залита талыми водами, сте ...

Геологическое строение
республика Карелия Карелию относят к единой физико-географической единице - Фенноскандии (в пределах Российской Федерации) по схеме физико-географического районирования Евразии. Обоснованием такого выделения в единицу первого ранга служат природные особенности - республика занимает восточную часть ...