Уголок геолога. Почему континенты не движутся.
Для начала небольшой экскурс в историю - откуда вообще взялось это движение. Когда появились первые вменяемые карты континентов, а произошло это в 16 веке, конечно, только слепой не обратил внимание на совпадение контуров побережий Африки и Южной Америки. Но, поскольку геология, как наука, находилась в ранней стадии своего становления, никаких серьёзных гипотез по данному факту не строилось. Просто не на чем было. К середине века 19-го геология, как наука оформилась. Появились специалисты различных профилей, достаточно серьёзные исследования, сложилась терминология, однако о перемещении континентов спецы не говорили. Потому что были людьми волевыми и цельными (с) логического склада ума и априори нахождение лошади впереди телеги считали правильным. Мало ли, что на что похоже? Сперва геологические факты, потом из них - гипотеза. А факты ни о чем таком не говорили (совпадение очертаний побережий - не полноценный геологический факт). Всё вполне укладывалось в незыблемость положения континентов.
Это благолепие продолжалось недолго. Смуту в умы внёс не наш брат-геолог, а немецкий метеоролог Альфред Вегенер, выскочивший во Франкфурте в 1912 годе со своим докладом «Горизонтальные перемещения материков», где он, отталкиваясь от подобия очертаний Африки и Южной Америки, приводил (в силу своих способностей, конечно) геологические аргументы к этому чудесному факту. Раньше всего - таким шагом была нарушена фундаментальная последовательность научных исследований: всякая гипотеза формируется из фактов, а никак не наоборот. В данном случае было именно наоборот. Вегенер нашёл палеонтологические исследования, показывающие наличие идентичных ископаемых организмов в Африке и Южной Америке. Хотя он прекрасно понимал, что такая ситуация имеет несколько объяснений, отдал предпочтение именно идее былого единства континентов и, полностью ею поглощённый, кинулся искать дополнительные свидетельства.
Доклад Вегенера всколыхнул геологическую обчественность, но не надолго, поскольку ни Вегенер, ни его сторонники не могли предложить внятного механизма перемещения континентов. Кроме того, похожи были только берега Африки и Южной Америки, а остальное как-то не очень. К тому же геология быстро развивалась, усложнялась, и работы не геолога Вегенера стали выглядеть просто примитивными и несерьёзными. Вскоре «мобилисты» разработали и гипотезу механизма перемещения континентов, близкую к нынешней, но их уже никто не слушал, и до середины 50-х гг. всё более-менее устаканилось, пока не накопилось большое количество данных по палеомагнитным исследованиям.
Магматические породы застывая, т.е. переходя из состояния лавы/магмы в собственно породы могут «записывать» в себе ориентировку силовых линий магнитного поля Земли. И оказалось, что у одновозрастных пород с разных континентов эта ориентировка различна. Как так? Этого ж не может быть! А вот, если подвинуть континенты вот так…, то линии великолепно начинают ориентироваться одинаково!
И заверте… Все получаемые вновь геологические данные стали приспосабливаться к гипотезе дрейфа. А приспособить можно что угодно к чему угодно, было бы желание. Все прекрасно знают, как историки, оперируя одинаковыми фактами, могут дать прямо противоположные версии былых событий. Один немаловажный момент. Палеомагнитология базируется на весьма существенном допущении… Не, не!!! Не палеомагнитология. Палеомагнитологи - хорошие ребята. Никого не трогают, починяют примус - изучают древнее магнитное поле. Это уже другие потом берут полученные ими данные и начинают их объяснять. Так вот, разнонаправленность силовых линий палеомагнитного поля Земли для одновозрастных пород представляется аномальным явлением только в том случае, если мы считаем древнее магнитное поле аналогичным нынешнему. А, если нет? Вдруг древнее магнитное поле было иным? Ну, тогда всё - можно засунуть перемещающиеся континенты туда, откуда их достали. Товарищи убеждают (в основном себя) тем, что, поскольку за время наблюдений за магнитным полем (а это с 1900 года) оно не поменялось, значит и всегда было таким. Ну, это как сказать - не поменялось… Северный магнитный полюс, двигаясь со средней скоростью 12 км в год, убежал с островов Канадского архипелага в Северный Ледовитый, недавно миновал своего географического собрата и теперь уверенно направляется в Восточную Сибирь. Южный магнитный полюс не столь резв, но, таки, шагая со скоростью 4-5 км в год, покинул Антарктический континент и поплыл в Индийский океан. Это всего-то за 125 лет, которые для геологии не значат вообще ничего. Что уж говорить о том, что было с полем 150 млн.лет назад? Да, что угодно.
Модель движущихся континентов выглядит следующим образом. Верхняя оболочка Земли твёрдая - литосфера. Под ней - астеносфера. Это уже подплавленный, вязкий слой. Он подогревается теплом земли снизу и конвектирует - движется сперва вверх, потом по горизонтали, потом вниз. Пока движется по горизонтали, цепляет литосферу, которая и есть в т.ч. континент, и перемещает его. Океаническая литосфера тоже перемещается тем же макаром, да ещё кое-где утаскивается под континент (под Японию, например). Мощность твёрдой литосферы - около 100 км.
Ещё в 1933 году благополучно сбежавший из Германии в США по известным причинам товарищ Бено Гутенберг представил модель строения Земли на основании изучения ея сейсмическими волнами. С несущественными дополнениями эта модель принимается всеми и поныне.
Нам особо интересы т.н. S-волны (S-Wave) или поперечные волны, они же волны сдвига. Те, что при прохождении волны колеблют вещество в направлении перпендикулярном движению волны. Их особенность в том, что распространяются они только в твёрдом веществе, а в жидкостях и газах - нет. Так вот, вполне благополучно эти волны проходят до глубины аж 2900 км, затем пропадают и появляются снова на глубине 5155 км. Вернее не появляются, а генерируются из продольных Р-волн, которым всё равно, какая среда - они распространяются в любой. Т.е. только интервал глубин 2900-5155 км можно условно считать жидкостью. Условно потому, что это может быть и газ, или плазма. А интервал 0-2900 км - твёрдое вещество. Если это твёрдое вещество (а S-волна врать не умеет), то о какой конвекции в интервале ≈100-600 км ведут речь сторонники движущихся континентов?
«Конвекция - гидродинамическое явление, возникающее в поле всемирного тяготения в связи с тем, что различные части жидкости имеют разную плотность. Более плотные части тонут, менее плотные - всплывают. Под жидкостью понимаются как капельные жидкости, так и газы». Г.А.Остроумов. Свободная конвекция в условиях внутренней задачи. - Л: ГИТТЛ, 1952. - стр.11.
«В жидкостях и газах возможен массоперенос, который происходит в результате механического перемешивания макроэлементов среды. Этот процесс называется конвекцией». Курс физики: учебник для ВУЗов. Т.2./ под ред. В.Н.Лозовского. - СПб.: «Лань», 2000. - стр.297
Т.е. конвекция, как мы ещё помним из школьного курса физики - свойство исключительно жидкостей и газов. В твёрдом теле это явление не существует.
«Неравномерная нагретость твёрдой среды не приводит к возникновению в ней конвекции, как это имеет место в жидкостях. Перенос тепла осуществляется здесь одной теплопроводностью». Л.Д.Ландау, Е.М.Лившиц. Теоретическая физика. Т.VII. - М: Наука, 1987. - стр.174.
Эта банальная информация верящим в перемещение континентов, конечно, известна. На что они говорят: «Астеносфера - это вязкая пластичная субстанция, очень вязкая жидкость. Поэтому там происходит процесс конвекции».
«В вязкой жидкости могут существовать поперечные волны, однако они быстро затухают по мере удаления от колеблющейся твёрдой поверхности». Л.Д.Ландау, Е.М.Лившиц. Теоретическая физика. Т.VI. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - стр.123.
Быстро - это очень быстро. В масштабах литосферы - речь о нескольких десятках метров. Так что, если бы астеносфера была сколь угодно вязкой, но жидкостью,S-волны через неё не проходили бы. Но они проходят и более того - увеличивают скорость прохождения, т.е. плотность вещества с глубиной растёт. Таким образом, конвекционная модель, согласно которой происходит движение континентов - фикция. Возможная жидкая фаза на глубине 2900 км уже не сможет двигать континенты. Эта модель работает только при тонкой внешней твёрдой оболочке.
Также бывают объяснения, что астеносфера и лежащая под ней мантия - это, да, твёрдые, но пластичные вещества. Но в сколь угодно пластичных, но твёрдых веществах не происходит конвекции. Не будет жвачка при нагревании перемешиваться внутри себя, пока не станет жидкостью. Твёрдое тело может течь, но только при приложении к нему внешнего усилия, и только в направлении этого усилия. Предположим, что астеносфера с мантией тверды, но пластичны, снизу на них что-то давит, и породы поднимаются вверх… Они просто прорвут литосферу, поскольку имеют бо́льшую плотность. Не будут они, достигнув её подошвы, двигаться сперва горизонтально, а потом опускаться вниз. Что за силы в мантии, приложение которых заставило бы породы течь сперва горизонтально, а потом двигаться по нисходящей?
Знали ли всё это товарищи, сделавшие мантийную конвекцию силой для движения материков? Знали, разумеется. Эта элементарщина известна любому школьнику. Тогда почему?
«Уже давно высказано предположение, что деформации земной коры (литосферы) следует относить за счёт конвекционных течений в мантии. Однако эта гипотеза не нашла широкого признания у геологов и геофизиков. Если же её принять(!), то можно создать вполне приемлемую схему… Всё многообразие не связанных между собой фактов, удастся объединить в четкую систему, что само по себе говорит о хорошем приближении к разработке удовлетворительной теории». H.H.Hess.History of ocean basins. Petrol. Studies, a volume to honor of A.F.Budington, p.599-620, 1962.
А вот так! Классическое воплощение в жизнь выражения «Если факты не укладываются в теорию, тем хуже для фактов». В свое время Вегенер был справедливо послан подальше с движущимися континентами, потому что не мог объяснить - как? Как видим, объяснения нет и по сей день. Нет, возможны разные геологические гипотезы. И пусть живут все. Мало ли кто чего придумал? Но возводиться в ранг непререкаемой теории - это через чур.
Это благолепие продолжалось недолго. Смуту в умы внёс не наш брат-геолог, а немецкий метеоролог Альфред Вегенер, выскочивший во Франкфурте в 1912 годе со своим докладом «Горизонтальные перемещения материков», где он, отталкиваясь от подобия очертаний Африки и Южной Америки, приводил (в силу своих способностей, конечно) геологические аргументы к этому чудесному факту. Раньше всего - таким шагом была нарушена фундаментальная последовательность научных исследований: всякая гипотеза формируется из фактов, а никак не наоборот. В данном случае было именно наоборот. Вегенер нашёл палеонтологические исследования, показывающие наличие идентичных ископаемых организмов в Африке и Южной Америке. Хотя он прекрасно понимал, что такая ситуация имеет несколько объяснений, отдал предпочтение именно идее былого единства континентов и, полностью ею поглощённый, кинулся искать дополнительные свидетельства.
Доклад Вегенера всколыхнул геологическую обчественность, но не надолго, поскольку ни Вегенер, ни его сторонники не могли предложить внятного механизма перемещения континентов. Кроме того, похожи были только берега Африки и Южной Америки, а остальное как-то не очень. К тому же геология быстро развивалась, усложнялась, и работы не геолога Вегенера стали выглядеть просто примитивными и несерьёзными. Вскоре «мобилисты» разработали и гипотезу механизма перемещения континентов, близкую к нынешней, но их уже никто не слушал, и до середины 50-х гг. всё более-менее устаканилось, пока не накопилось большое количество данных по палеомагнитным исследованиям.
Магматические породы застывая, т.е. переходя из состояния лавы/магмы в собственно породы могут «записывать» в себе ориентировку силовых линий магнитного поля Земли. И оказалось, что у одновозрастных пород с разных континентов эта ориентировка различна. Как так? Этого ж не может быть! А вот, если подвинуть континенты вот так…, то линии великолепно начинают ориентироваться одинаково!
И заверте… Все получаемые вновь геологические данные стали приспосабливаться к гипотезе дрейфа. А приспособить можно что угодно к чему угодно, было бы желание. Все прекрасно знают, как историки, оперируя одинаковыми фактами, могут дать прямо противоположные версии былых событий. Один немаловажный момент. Палеомагнитология базируется на весьма существенном допущении… Не, не!!! Не палеомагнитология. Палеомагнитологи - хорошие ребята. Никого не трогают, починяют примус - изучают древнее магнитное поле. Это уже другие потом берут полученные ими данные и начинают их объяснять. Так вот, разнонаправленность силовых линий палеомагнитного поля Земли для одновозрастных пород представляется аномальным явлением только в том случае, если мы считаем древнее магнитное поле аналогичным нынешнему. А, если нет? Вдруг древнее магнитное поле было иным? Ну, тогда всё - можно засунуть перемещающиеся континенты туда, откуда их достали. Товарищи убеждают (в основном себя) тем, что, поскольку за время наблюдений за магнитным полем (а это с 1900 года) оно не поменялось, значит и всегда было таким. Ну, это как сказать - не поменялось… Северный магнитный полюс, двигаясь со средней скоростью 12 км в год, убежал с островов Канадского архипелага в Северный Ледовитый, недавно миновал своего географического собрата и теперь уверенно направляется в Восточную Сибирь. Южный магнитный полюс не столь резв, но, таки, шагая со скоростью 4-5 км в год, покинул Антарктический континент и поплыл в Индийский океан. Это всего-то за 125 лет, которые для геологии не значат вообще ничего. Что уж говорить о том, что было с полем 150 млн.лет назад? Да, что угодно.
Модель движущихся континентов выглядит следующим образом. Верхняя оболочка Земли твёрдая - литосфера. Под ней - астеносфера. Это уже подплавленный, вязкий слой. Он подогревается теплом земли снизу и конвектирует - движется сперва вверх, потом по горизонтали, потом вниз. Пока движется по горизонтали, цепляет литосферу, которая и есть в т.ч. континент, и перемещает его. Океаническая литосфера тоже перемещается тем же макаром, да ещё кое-где утаскивается под континент (под Японию, например). Мощность твёрдой литосферы - около 100 км.
Ещё в 1933 году благополучно сбежавший из Германии в США по известным причинам товарищ Бено Гутенберг представил модель строения Земли на основании изучения ея сейсмическими волнами. С несущественными дополнениями эта модель принимается всеми и поныне.
Нам особо интересы т.н. S-волны (S-Wave) или поперечные волны, они же волны сдвига. Те, что при прохождении волны колеблют вещество в направлении перпендикулярном движению волны. Их особенность в том, что распространяются они только в твёрдом веществе, а в жидкостях и газах - нет. Так вот, вполне благополучно эти волны проходят до глубины аж 2900 км, затем пропадают и появляются снова на глубине 5155 км. Вернее не появляются, а генерируются из продольных Р-волн, которым всё равно, какая среда - они распространяются в любой. Т.е. только интервал глубин 2900-5155 км можно условно считать жидкостью. Условно потому, что это может быть и газ, или плазма. А интервал 0-2900 км - твёрдое вещество. Если это твёрдое вещество (а S-волна врать не умеет), то о какой конвекции в интервале ≈100-600 км ведут речь сторонники движущихся континентов?
«Конвекция - гидродинамическое явление, возникающее в поле всемирного тяготения в связи с тем, что различные части жидкости имеют разную плотность. Более плотные части тонут, менее плотные - всплывают. Под жидкостью понимаются как капельные жидкости, так и газы». Г.А.Остроумов. Свободная конвекция в условиях внутренней задачи. - Л: ГИТТЛ, 1952. - стр.11.
«В жидкостях и газах возможен массоперенос, который происходит в результате механического перемешивания макроэлементов среды. Этот процесс называется конвекцией». Курс физики: учебник для ВУЗов. Т.2./ под ред. В.Н.Лозовского. - СПб.: «Лань», 2000. - стр.297
Т.е. конвекция, как мы ещё помним из школьного курса физики - свойство исключительно жидкостей и газов. В твёрдом теле это явление не существует.
«Неравномерная нагретость твёрдой среды не приводит к возникновению в ней конвекции, как это имеет место в жидкостях. Перенос тепла осуществляется здесь одной теплопроводностью». Л.Д.Ландау, Е.М.Лившиц. Теоретическая физика. Т.VII. - М: Наука, 1987. - стр.174.
Эта банальная информация верящим в перемещение континентов, конечно, известна. На что они говорят: «Астеносфера - это вязкая пластичная субстанция, очень вязкая жидкость. Поэтому там происходит процесс конвекции».
«В вязкой жидкости могут существовать поперечные волны, однако они быстро затухают по мере удаления от колеблющейся твёрдой поверхности». Л.Д.Ландау, Е.М.Лившиц. Теоретическая физика. Т.VI. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - стр.123.
Быстро - это очень быстро. В масштабах литосферы - речь о нескольких десятках метров. Так что, если бы астеносфера была сколь угодно вязкой, но жидкостью,S-волны через неё не проходили бы. Но они проходят и более того - увеличивают скорость прохождения, т.е. плотность вещества с глубиной растёт. Таким образом, конвекционная модель, согласно которой происходит движение континентов - фикция. Возможная жидкая фаза на глубине 2900 км уже не сможет двигать континенты. Эта модель работает только при тонкой внешней твёрдой оболочке.
Также бывают объяснения, что астеносфера и лежащая под ней мантия - это, да, твёрдые, но пластичные вещества. Но в сколь угодно пластичных, но твёрдых веществах не происходит конвекции. Не будет жвачка при нагревании перемешиваться внутри себя, пока не станет жидкостью. Твёрдое тело может течь, но только при приложении к нему внешнего усилия, и только в направлении этого усилия. Предположим, что астеносфера с мантией тверды, но пластичны, снизу на них что-то давит, и породы поднимаются вверх… Они просто прорвут литосферу, поскольку имеют бо́льшую плотность. Не будут они, достигнув её подошвы, двигаться сперва горизонтально, а потом опускаться вниз. Что за силы в мантии, приложение которых заставило бы породы течь сперва горизонтально, а потом двигаться по нисходящей?
Знали ли всё это товарищи, сделавшие мантийную конвекцию силой для движения материков? Знали, разумеется. Эта элементарщина известна любому школьнику. Тогда почему?
«Уже давно высказано предположение, что деформации земной коры (литосферы) следует относить за счёт конвекционных течений в мантии. Однако эта гипотеза не нашла широкого признания у геологов и геофизиков. Если же её принять(!), то можно создать вполне приемлемую схему… Всё многообразие не связанных между собой фактов, удастся объединить в четкую систему, что само по себе говорит о хорошем приближении к разработке удовлетворительной теории». H.H.Hess.History of ocean basins. Petrol. Studies, a volume to honor of A.F.Budington, p.599-620, 1962.
А вот так! Классическое воплощение в жизнь выражения «Если факты не укладываются в теорию, тем хуже для фактов». В свое время Вегенер был справедливо послан подальше с движущимися континентами, потому что не мог объяснить - как? Как видим, объяснения нет и по сей день. Нет, возможны разные геологические гипотезы. И пусть живут все. Мало ли кто чего придумал? Но возводиться в ранг непререкаемой теории - это через чур.