Быть готовым к «Дрожи Земли»

Эта статья включает достаточно большой объём информации, поэтому она разбита на отдельные подглавки, чтобы облегчить понимание изложенного материала. Но все части статьи взаимоувязаны и прямо или косвенно отвечают на вопрос подзаголовка статьи.

Теория конвекционных потоков в мантии Земли

Если исходить из существующей основной теории «мантийной конвекции», согласно которой сейсмическую активность, сдвиги и разломы в тектонических плитах вызывают мощные конвекционные потоки тепла, которые идут из недр Земли к поверхности (рис. 1), то прогнозировать землетрясения и извержения вулканов (извержению вулканов предшествуют землетрясения под вулканами) просто невозможно. Зоны выхода на поверхность нашей планеты этих загадочных конвекционных потоков тепла, согласно существующей теории, достаточно точно совпадают с зонами сейсмической активности на Земле (рис. 2).

Рис. 1. Карта теплового потока (в МВт / м2) из недр Земли к поверхности

Считается, что наибольшие значения теплового потока совпадают со срединно-океаническими хребтами, а наименьшие значения теплового потока наблюдаются в стабильных континентальных недрах. Однако систематические и интенсивные землетрясения в Евразии (рис. 2), например, в Турции, как-то слабо с этим согласуются. Или у землетрясений в Евразии какие-то другие причины?

Рис. 2. Карта сейсмической активности Земли

Давайте разберёмся, что же такое землетрясение. Вот, что можно найти в Сети: «землетрясение – подземные толчки и колебания земной поверхности, сдвиг тектонических плит. Согласно современным взглядам, землетрясения отражают процесс геологического преобразования планеты. Считается, что первопричиной землетрясений являются глобальные геологические и тектонические силы, однако в настоящее время их природа не совсем понятна. Появление этих сил связывают с перепадами температуры в недрах Земли. Большинство землетрясений возникает на окраинах тектонических плит. Замечено, что за последние два века сильные землетрясения происходили в результате вспарывания крупных разломов, выходящих на поверхность.

Все очень туманно и непонятно. Почему тепловые потоки, идущие из недр Земли, вызывают толчки и колебания земной поверхности, а также вспарывание крупных разломов?

СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ.

По современным данным внутреннее строение Земли представляет собой три основных слоя (рис. 3):

1. земная кора – каменная оболочка, которая покрывает всю поверхность планеты. Под океанами её толщина не превышает 15 км, а на материках доходит до 75 км;
2. мантия – слой толщиной до 2900 км. На него приходится 83% от общего объёма планеты и почти 70% массы. Состоит мантия из тяжёлых минералов, богатых железом и магнием;
3. ядро – самая плотная и тяжёлая часть планеты. Находится в 2.900 км от поверхности. Имеет форму шара радиусом около 3.500 км.

Рис. 3. Внутреннее строение Земли

Структура Земли представляет собой жёсткую внешнюю кору, которая состоит из более толстой континентальной коры и более тонкой океанической коры, твёрдой (в секундном понимании), но пластично текучей (в длительном периоде времени) мантии, жидкого внешнего ядра и твёрдого внутреннего ядра. Текучесть материала пропорциональна температуре. Считается, что твёрдая мантия может течь в длительных временных масштабах в зависимости от её температуры и, следовательно, в зависимости от потока внутреннего тепла Земли. В мантии происходит конвекция из-за тепла, идущего из недр Земли, при этом более горячая и плавучая мантия поднимается, а более холодная и, следовательно, более плотная мантия опускается. Этот конвекционный поток мантии управляет движением литосферных плит Земли; таким образом, дополнительный резервуар тепла в нижней мантии имеет решающее значение для функционирования тектоники плит, и одним из возможных источников является обогащение нижней мантии радиоактивными элементами.

Исследованиями установлено, что температура поднимается в среднем на 3 градуса каждые 100 метров вглубь Земли. Это характерно для всего земного шара. Такой рост температуры происходит в верхней части земной коры, примерно первые 20 километров, далее температурный рост замедляется (рис. 4).

Рис. 4. Изменение температуры внутри Земли

Самый большой рост температуры зафиксирован в США, где на исследуемом участке температура поднялась на 150 градусов за 1.000 метров вглубь земли. Самый медленный рост зафиксирован в Южной Африке, где на исследуемом участке температура поднялась всего на 6 градусов за 1.000 метров вглубь земли. Граница мантии и внешнего ядра на глубине до 3.000 км раскаляется от 2.000 до 3.000 градусов (рис. 5).

Рис. 5. Температура на границах верхней и нижней мантии Земли

Внутреннее ядро нагрето до 4.000 градусов. Температура в самом центре Земли составляет около 6.000 градусов. Такая же температура наблюдается и на поверхности Солнца.

Вулканическая лава имеет температуру от 700 до 1.200 °С. В зависимости от температуры и состава лаву разделяют на три вида текучести:

• жидкая лава имеет наиболее высокую температуру – более 950 °С. Основным её компонентом является базальт;
• андезитовая лава имеет температуру 750–950 °С. Её можно узнать по застывшим округлым глыбам с ломаной коркой;
• кислая лава имеет наименьшую температуру – 650-750 °С. Она богата кремнеземом и характеризуется медленной скоростью и высокой вязкостью.

Температура более 1.000 градусов Цельсия наблюдается ниже границы литосферных (тектонических) плит на глубине около 100 километров.

Возникает естественный вопрос: почему при такой значительной толщине мантии (2.900 км), где предположительно поднимаются и опускаются мощные конвекционные потоки горячей и холодной мантии, и сравнительно небольшой толщине коры (15-75 км), составляющей 0,5-2,5 % от толщины мантии, для выхода тепловых потоков выбираются одни и те же участки земной поверхности (рис. 1-2)? Очевидно, что процесс выхода тепловых потоков должен быть хаотичным, а не строго установившимся на определённых участках Земли. И движение материков и скорость их движения также должны быть хаотичными, а не направленным в определённом направлении – в направлении максимальных океанских приливов. Но, согласно последним исследованиям геофизиков, скорость перемещения литосферных плит составляет между Европой и Северной Америкой 5 см/год (в сторону Северной Америки), а между Австралией и Антарктидой – 14 см/год (в сторону Австралии). Соответственно, высота приливов в Тихом океане, площадь которого составляет около 50% площади Мирового океана, составляет в среднем 7-9 метров, в Австралии высота приливов может достигать 8 метров. Также установлено, что Атлантический океан постепенно расширяется – расстояние между Америками и Европой увеличивается со скоростью 4 см/год. Следует обратить внимание на то, что движение всех материков идёт приблизительно по направлению вращения Луны вокруг Земли!

Правда, у сторонников конвекционных потоков горячей и холодной мантии имеется отписка: «считается, что первопричиной землетрясений являются глобальные геологические и тектонические силы, однако в настоящее время их природа не совсем понятна». Это надо понимать так – причиной землетрясений могут являться конвекционные тепловые потоки, идущие из недр Земли, а могут и не являться. Может, и самих конвекционных тепловых потоков нет? А есть равномерные тепловые потоки, идущие от ядра земли к её поверхности? И это более правдоподобно, ведь тепловые потоки от Солнца к Земле идут равномерно. Однако, в этом случае сторонникам конвективных тепловых потоков невозможно объяснить причины землетрясений на достаточно постоянных территориях. А термин «конвекционных», заимствованный из описания процесса передачи тепла движущейся жидкостью, для этой группы учёных является палочкой-выручалочкой, ведь конвекционные потоки могут быть (или не быть) установившимися в толще мантии Земли. Правда, и здесь возникает вопрос о возможности применения законов теплопередачи жидкостей для твёрдой мантии Земли. Но, как видно, ученых это не смущает.

Имеется еще один вопрос к существующей теории о причинах землетрясений – почему происходят землетрясения на глубине до 750 км? Речь идёт об очередном глубинном землетрясении на глубине 751 км, которое стало лишь незначительным афтершоком землетрясения магнитудой 7,9, произошедшего на островах Бонин у берегов Японии в 2015 году. Землетрясение произошло ниже границы верхней и нижней мантии Земли (рис. 5), где экстремальные давление и температура в пластичной мантии делают землетрясения невозможными.

Однако, вопреки теории, землетрясения происходят. Причиной глубинных землетрясений на меньших глубинах ученые считают субдукцию – геологический процесс, в ходе которого океаническая плита опускается под континентальную плиту (рис. 6). Считается, что процесс субдукции создал большую часть континентальной коры Земли. Имеющиеся на Земле зоны субдукции показаны на рис. 7. По процессу субдукции возникает целая серия вопросов.

Рис. 6. Схема зоны субдукции

Рис. 7. Зоны субдукции (опускания океанических плит под континентальные) по данным Геологической службы США (USGS)

На рис. 7 видно, что зоны субдукции в основном находятся у побережий Тихого океана. Ещё можно понять возникновение зон субдукции на американских побережьях, так как геофизики установили, что тихоокеанская литосферная плита перемещается в сторону Северной Америки со скоростью около 5 см в год. Но как тогда объяснить возникновение зон субдукции на противоположном евразийском побережье? При движении тихоокеанской плиты в сторону Америки этих зон просто не должно быть.

Следующий непонятный момент – литосферная океаническая плита имеет относительно небольшую толщину (до 100 км) и при погружении в высокотемпературную пластичную мантию должна постепенно также становиться пластичной. Времени для этого вполне достаточно, ведь Тихий океан является старейшим на планете, он сформировался 2.500-541 миллион лет назад. Но глубинные землетрясения свидетельствуют о том, что погруженная в мантию литосферная океаническая плита остаётся твёрдой и хрупкой. Значит, погружение указанной плиты в мантию произошло сравнительно недавно? И это вовсе не длительный геологический процесс?

Имеется вполне правдоподобный ответ на данные вопросы – погружение двух частей тихоокеанской литосферной плиты в мантию произошло при падении огромных астероидов в Юкатане (около 66 миллионов лет назад) и в Тихом океане (примерно 22 тысячи лет назад) с образованием зон «субдукции», соответственно, на американском и азиатском побережьях Тихого океана (рис. 7). Самой же причиной глубинных землетрясений, вероятно, является температурный перепад между литосферной плитой и мантией.

***

Подводя итог по рассмотренному выше материалу, следует отметить, что теория конвекционных потоков в мантии Земли, которые, якобы, могут являться причиной землетрясений, не является убедительной. Применение законов конвекционной передачи тепла жидкостями в отношении твёрдой мантии Земли вызывает большие сомнения. Экспериментально-теоретических исследований в этой области просто нет. Объяснение причин глубинных землетрясений также не является убедительным. Но главным недостатком теории конвекционных тепловых потоков в мантии является то, что из-за своей неопределённости, она не позволяет прогнозировать землетрясения и извержения вулканов на Земле даже в значительных периодах времени.

При полном и/или частичном копировании данного материала, для последующего размещения его на стороннем ресурсе, обратная, индексируемая ссылка на источник обязательна!