Вернуться на главную стр.     Назад

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ

НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ

С.Я. Сергин

ПРИЧИНЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ:

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД

Издательство СКНЦ ВШ

2002

Министерство высшего образования РФ

Российский государственный гидрометеорологический университет

Филиал РГГМУ в г. Туапсе

Ростов-на-Дону

2002г.

     Рецензенты:

     академик РАН Ф.П. Митрофанов,

     академик РАН А.М. Липанов

Выделена глобальная геологическая система, включающая астеносферу, литосферу,  гидросферу, атмосферу и биоту. Исследуется энергетика системы, ее функциональная структура и динамика.  Предложено системное (биосферно-тектоносферное) объяснение причин геологического развития Земли, в соответствии с которым геоэволюция -  это проявление собственной   динамики и саморазвития изучаемой системы. Представлены диагностические и прогностические выводы, идеи полевых и лабораторных экспериментов, позволяющие проверить системную геодинамическую концепцию.

Работа адресуется широкому кругу специалистов, интересующихся причинами геоэволюции с позиций комплексного междисциплинарного подхода.

The global geological system, which includes the asthenosphere,  lithosphere, hydrosphere, atmosphere and biota, is revealed. The energetic, functional structure and dynamics of the system are under consideration. The system  (biospheric – tektonospheric) explanation of causes of the Earth geological development is suggested. In accordance with it, geoevolution reflects the own  dynamics and self-development of the explored system. Diagnostic and prognostic conclusions of the work, ideas of the field and laboratoric experiments make it possible the verification of the system geodinamical conception.

The work is addressed to the wide range of  specialists, being interested in causes of geoevolution from positions of complex interdisciplinary approach.

Введение

Крупной проблемой современной науки является построение теории геологического развития Земли, описывающей  причины и закономерности эволюции внешних оболочек планеты.  Кроме геологии и планетологии в ее решении заинтересованы биология и экология – в связи с изучением условий появления и существования живых организмов. В сфере природопользования такая теория необходима для прогнозирования глубинного строения земной коры, имеющихся там полезных ископаемых и протекающих там процессов. В плане экологически устойчивого развития цивилизации она необходима для предвидения глобальных геодинамических последствий деятельности человека.

Объяснению  геологической эволюции Земли посвящено большое количество геотектонических гипотез [1,2].

 В наиболее известных разработках считается, что движущие силы геоэволюции исходят из глубин Земли. Так, в концепции неомобилизма (“тектонике литосферных плит”) предполагаются крупномасштабные конвективные движения  вещества в мантии. На этой основе вводятся представления о возникновении, перемещении и взаимодействии литосферных плит. Сторонники концепции расширения Земли полагают, что на протяжении геологической истории происходило значительное увеличение объема планеты и расчленение литосферы на плиты. В концепции сжатия (контракции) Земли предполагается, наоборот, уменьшение ее объема и неравномерное оседание литосферных блоков. В пульсационной гипотезе постулируется чередование эпох сжатия и расширения Земли. В основу гипотезы глубинного диапиризма положена идея о том, что значительные массы вещества мантийного происхождения могут всплывать и внедряться в земную кору. Согласно представлениям о мантийных плюмах и плюм-тектонике, из мантии поднимаются струи расплава, которые обусловливают региональные особенности вулканизма или даже кругооборот вещества в теле Земли и глобальный тектогенез.

Противостояние различных, в том числе взаимоисключающих геотектонических идей свидетельствует о том, что  ни одна из них не обоснована на уровне научного факта. В обширной литературе с критическим анализом гипотез, особенно в дискуссиях сторонников конкурирующих геодинамических воззрений доказывается несостоятельность предлагаемых исходных причин тектогенеза и геоэволюционных выводов. Как отмечает Ф.А. Летников «… мы до сих пор не располагаем единой теорией, в рамках которой можно было бы рассмотреть все многообразие геологических процессов» ([3], с. 172).

Такое положение дел можно объяснить тем, что в геотектонике доминируют идеи феноменологического характера, отражающие скорее конструкции сознания исследователей, чем объективную реальность. Дальнейшее преумножение феноменологических концепций вряд ли приблизит нас к построению теории геоэволюции.

По-видимому, назрела необходимость изменить методологический подход к проблеме и сконцентрировать внимание на исследовании факторов и процессов геодинамики, реально известных в науке о Земле, во всей сложности связей между ними. Задача в такой постановке является типичной для системного подхода, который используется в изучении динамики и развития  сложно организованных объектов природы и общества. При всей трудности задачи, ее решение может привести к полезным  (заслуживающим доверия) результатам.

Анализ причин геоэволюции, в отмеченной постановке, является предметом исследований автора [4-8]. Выделена глобальная геологическая система и предложена системная концепция геологического развития Земли. Настоящая работа имеет целью сжатое изложение имеющихся результатов, в том числе неопубликованных, и рассмотрение дальнейших задач по анализу проблемы.

1.  Компонентная структура глобальной геологической системы

Следуя системной методологии, для решения проблемы необходимо определить геосистему, «ответственную» за геологическую эволюцию.

На первый взгляд, таковой является система «Земля», включающая все геосферы, от ядра до атмосферы, и все экзогенные и эндогенные геодинамические процессы. Однако, эта система задействована в исследованиях планетарной геоэволюции: аккреции Земли, ее термической истории, дифференциации вещества и развития геосфер на догеологическом и геологическом этапах ее существования. Геологическая эволюция занимала только часть истории развития Земли и охватывала только верхние оболочки планеты. Тем самым нет уверенности, что для объяснения причин геоэволюции  необходимо изучать динамику всей системы «Земля».

Другая глобальная геосистема – биосфера в понимании В.И. Вернадского и его последователей – вмещает многие, но далеко не все факторы и процессы геоэволюции. Заслуживает внимания то, что выделение биосферы, как относительно обособленной геосистемы, открыло возможности изучения причин развития жизни и среды ее существования без жесткой увязки с процессами в космическом окружении и недрах Земли. Широкое признание учения о биосфере, определяющей роли ее саморазвития для эволюции верхних слоев земной коры, гидросферы, атмосферы и биоты, подкрепляет сомнение в том, что геоэволюция «пришита» к планетарной геодинамике.

Можно предположить, что между планетарным и биосферным уровнями  системной организованности Земли имеет место промежуточный уровень, решающий для геоэволюции. Как показано в работах [5,6], он существует  в виде глобальной геологической системы (ГГС), представленной на рисунке 1. Для выделения ГГС использованы обычные признаки динамической системы: взаимосвязь компонентов и функциональное их единство. Соответствующее обоснование рассматривается ниже.

 ГГС включает литосферу и астеносферу, поскольку реально известные эндогенные геологические  процессы протекают в их пределах.  Функциональная их общность ( как тектоносферы) проявляется, во-первых, в глобальной сети глубинных разломов, по которым выплавленные из астеносферы вулканиты наращивают литосферу, во-вторых, в проявлении изостазии, обеспечивающей глобальное литостатическое равновесие. При рассмотрении вопроса о взаимодействии ГГС с нижележащими слоями мантии принципиальное значение имеет вывод, полученный М.Е. Артемьевым: «Существование глобального астеносферного слоя обеспечивает значительную автономность (по отношению к подастеносферной мантии) процессов, протекающих в литосфере» ([ 9 ], с.223). В частности,  астеносфера затрудняет продвижение сейсмических волн из литосферы и срединную область земного шара. Ослабленность связей тектоносферы с глубинами Земли означает относительную ее обособленность и возможность провести нижнюю  границу  ГГС по подошве астеносферы.

С другой стороны, гидросфера, атмосфера и биота взаимодействуют с литосферой и обусловливают экзогенные процессы энерго-и массообмена, участвующие в геоэволюции. Через литосферу они связаны  с астеносферой, поскольку механизм изостатической компенсации реагирует на разрушение гор и осадконакопление, появление  и стаивание ледниковых покровов. Следовательно, гидросфера, атмосфера и биота – компоненты ГГС. Каждый из них обладает глобальным единством, которое проявляется, например, в гидростатическом усреднении уровня океана, общей циркуляции атмосферы, повсеместной экспансии жизни. Верхней границей ГГС можно считать верхнюю атмосферу.

Таким образом, ГГС включает астеносферу, литосферу, гидросферу, атмосферу и биоту, а в холодные геологические эпохи – также различные льды. Эта компонентная структура ГГС отражает, одновременно, генерализованную фазовую ее структуру. Система относительно обособлена от окружающей среды - глубоких земных недр и околоземного космического пространства. При глубинах нижней границы астеносферы в пределах 200 ÷ 400 км масса ГГС составляет примерно 10% массы Земли.

В конце прошлого столетия специалисты по докембрию пришли к выводу о зарождении осадочной оболочки и биоты в диапазоне 4,0-3,6 млрд. лет до настоящего времени. В работе [ 10 ] приводятся свидетельства даже более раннего возникновения гидросферы и осадочных пород. Стало быть, ГГС существует и эволюционирует на протяжении всей геологической истории Земли.

2.  Источники энергии глобальной геологической системы

В соответствии с компонентной структурой ГГС и характером среды ее существования имеются следующие источники энергии ГГС: 1) теплогенерация в пределах литосферы и астеносферы; 2) приток тепла через нижнюю границу системы; 3) приток солнечной энергии через верхнюю границу системы.

Первые два источника энергии формируют тепловой поток на поверхности  литосферы. Согласно исследованиям по термике Земли  [11-13], выделение тепла в теле планеты связано главным образом с распадом долгоживущих радиоактивных изотопов . Вклад других факторов теплогенерации не поддается сколько-нибудь надежной оценке [2,12]. Ввиду этого рассматриваемые источники тепла будем считать радиогенными, допуская участие в каждом из них малых составляющих иного генезиса.

Содержание радиоактивных элементов убывает от поверхности литосферы вглубь Земли – в соответствии с изменением вещественного состава геосфер. По данным Ф. Стейси [ 11 ], интенсивность радиогенного выделения тепла горных пород изменяется следующим образом (в Дж/(г.год)): гранит – 375, габбро и базальт – 53, эклогит – 3,9, перидотит и дунит – 0,35. Этот автор разработал модель тепловыделения Земли. Согласно модели, литосферно-астеносферный слой ГГС, при средней его толщине около 300 км, генерирует 85% теплового потока. Вклад нижележащих слоев мантии и ядра составляет 15%. Тем самым в глобальном тепловом потоке, если его принять равным 0,06 Вт/м², на тектоносферу приходится 0,05 Вт/м² и на глубокие недра Земли – 0,01 Вт/м².

Рассматриваемая особенность выделения тепла отчетливо сказывается на форме вертикального профиля температуры Земли, расчитанного Е.А.Любимовой и ее коллегами [ 12 ]. Резкое нарастание температуры в литосферно-астеносферной оболочке сменяется более медленным ее повышением к средним слоям мантии и почти изотермическими условиями в нижней мантии и ядре.

Поскольку  теплогенерация сосредоточена в литосферно-астеносферной оболочке, представляется закономерным, что тектоническая и магматическая активность свойственна тектоносфере.

Практически единственным источником энергии для ГГС и системы «Земля» со стороны космоса является солнечная радиация. Средняя плотность потока радиации, приходящей к внешней границе Земли (I), составляет приблизительно 340 Вт/м² [14]. Планетарное альбедо (А) оценивается равным приблизительно 0,3 и характеризует долю отраженной радиации. Оставшаяся доля радиации поглощается поверхностью Земли (атмосферой и деятельным слоем суши и моря): I_n = (1-A) = 240 Вт/м². Эта энергия затрачивается на глобальное климатообразование и функционирование биосферы, в том числе формирование экзогенных геологических процессов. После всех преобразований In почти полностью теряется (диссипирует)  в виде длинноволнового уходящего излучения. Весьма малым компонентом этого излучения является глубинный тепловой поток. Тем самым поддерживается сравнительно устойчивый термический режим планеты [14].

Сводные данные об источниках энергии ГГС и, для сравнения, системы «Земля», можно представить в виде притоков тепла к поверхности планеты (Вт/м²):

Многократное превышение мощности инсоляционного источника энергии над радиогенным у обеих систем  заставляет проявить особое внимание к первому источнику – несмотря на пренебрежительное отношение к нему со стороны разработчиков существующих геодинамических концепций. В то же время, приток тепла из подастеносферных глубин Земли не представляется существенным для функционирования ГГС. Вероятнее всего, его роль сводится к участию в формировании термического фона,  свойственного тектоносфере.

 Можно констатировать, что практически вся мощность источников энергии системы «Земля» сосредоточена в ГГС. Этот факт – свидетельство самодостаточности ГГС в плане энергозатрат, связанных с ее динамикой. Вывод об энергетической самостоятельности ГГС касается всего геологического этапа развития Земли, поскольку:

1)  согласно астрофизическим представлениям, светимость Солнца в это время не претерпела кардинальных изменений [15];

2)              решающая роль в генерации внутриземного тепла сохранялась за радиоактивными элементами, включая короткоживущие [12,15];

Из факта существования ГГС и энергетической ее самостоятельности следует, что геологическая эволюция Земли связана с динамикой ГГС. Чтобы продвигаться по пути системного анализа причин геоэволюции, необходимо  изучать функционирование ГГС.

3.  Функциональная структура глобальной геологической системы

Исследование функционирования сложной системы, как правило, начинается с декомпозиции – выделения  подсистем и анализа их динамических свойств. В отношении ГГС эта работа проводится и частично отражена в [5-8].  Получен вывод о том, что важнейшими динамическими компонентами ГГС являются две глобальные подсистемы (глобальная экологическая система и глобальная климатообразующая система) и две совокупности региональных подсистем (геосинклинально-орогенные системы и разломно-магматические системы). Эти подсистемы, литосфера и астеносфера, с их взаимными и обратными связями, показаны на структурно-функциональной схеме ГГС (рис. 2).

Использована общепринятая методика  построения схем такого рода: отображение функциональных блоков с объединяющими их связями в виде процессов энерго-и  массообмена и изменяющихся характеристик (параметров) системы.

Глобальная экосистема (биосфера) пространственно почти  совмещается с глобальной климатообразующей системой. Последняя обладает значительной самостоятельностью, ибо те или иные климатические условия формируются на планетах и в отсутствие биоты. Взаимосвязанное функционирование этих систем и их взаимодействие с нижележащими слоями  литосферы вызывает изменения экзогенных факторов и процессов геоэволюции: состава атмосферы, климатических условий, гляциологических условий, уровня океана, денудации и осадконакопления на земном шаре.

Контуры связей, которые начинаются от глобальной экосистемы в виде денудации (Д) и осадконакопления (ОС), охватывают геосинклинально-орогенные системы (ГОС) и литосферу в целом. Они возвращаются к глобальной экосистеме в виде измененных параметров литосферы (ПЛ) и отражают большой круговорот вещества на Земле. Ветвь круговорота, проходящая через ГОС, характеризует завершенную его часть (выход ФЛ_ГОС). Эта ветвь включает процессы накопления осадков, регионального метаморфизма, гранитоидного магматизма, складко- и горообразования, которые формируют континентальную кору. Рассматриваемый круговорот подпитывается базит-ультрабазитовой магмой, выплавляющейся из астеносферы (в зависимости от входа ЭВ_А).

Климатически обусловленная температура поверхности литосферы (Т_пл) участвует в формировании температурного режима континентальной и океанической литосферы, особенно верхнего хрупко-упругого ее слоя толщиной около 10 км. Чередование теплых и холодных геологических периодов сопровождается возникновением в этом слое термоупругих напряжений сжатия или растяжения. При похолодании климата, особенно в ледниковые периоды,  напряжения растяжения инициируют появление глобальной сети глубинных разломов и разломно-магматических систем (РМС). Функционирование последних ведет к наращиванию литосферы эффузивными и интрузивными породами преимущественно основного состава (выход ФЛ_РМС). Наиболее интенсивно этот процесс протекает в океанических областях земного шара [ 5-6 ].

Выплавление магмы из астеносферы сопряжено с удалением из нее тепла, летучих и литофильных элементов в пределы литосферы и биосферную область ГГС. В то же время, рассматриваемое изменение астеносферы воздействует на нижележащую мантию и активизирует приток из нее тепла, летучих и литофильных элементов (ЭВ_ПМ). Естественно, что в ходе геологического развития Земли должно происходить утолщение литосферы, сопровождающееся углублением верхней и нижней границ астеносферы.

  Из схемы следует, что ГЭС,ГКС, ансамбли ГОС и РМС, литосфера и астеносфера объединены в функциональное целое. Ввиду этого можно говорить о свойственном ГГС причинном механизме геоэволюции, включающем экзогенные и эндогенные процессы взаимодействия биосферной и тектоносферной областей Земли. Последующие разделы статьи посвящены  рассмотрению этого механизма.

Отраженные на схеме компоненты и процессы известны в науке о Земле или понятным образом соотносятся с имеющимися знаниями. Это является главным обоснованием реалистичности представленной функциональной структуры ГГС. Схема открыта для дополнений, если будет доказано существование неучтенных подсистем и связей соответствующего иерархического уровня. Вообще, совершенствование модельных представлений об изучаемых объектах - свойство системной методологии, отвечающее сущности процесса познания. Феноменологический подход, основанный на субъективных представлениях об исключительной роли тех или иных факторов, наоборот, препятствует изучению объектов в их реальном содержании.

  Затронем вопрос об иерархии геосистем. Каждая наука о Земле  имеет свои системные объекты изучения: соответствующий раздел планетологии - систему «Земля»; геология - систему ГГС и ее подсистемы; экология и учение о биосфере – ГЭС и различные экосистемы; география –географическую оболочку Земли,  региональные и локальные природно-хозяйственные системы; метеорология и климатология – ГКС, системы «земная поверхность – атмосфера», «океан- атмосфера», циркуляционные   системы;   океанология - системы «Мировой океан», «океан», «море»; гидрология суши – системы «речной бассейн», «бассейн озера» и другие; гляциология – системы «ледниковый покров», «ледник» и другие. Структурную  соподчиненность геосистем можно представить в виде следующего ряда включения (где символами А_ГОС и А_РМС обозначены планетарные ансамбли ГОС и РМС):

Экосистемы материков

Экосистемы океанов

                                                                         Бассейновые экосистемы

                                                                                                               ....................................

Система  «земная поверхность

атмосфера»

Система «океан-атмосфера»

                                                                         Системы «ледниковые покровы»

                                                                                                               ....................................

                                                                         Континентальные ГОС

 Окраинно-континентальные ГОС

                                                                         Океанические ГОС

                                                                                                               ....................................

                                                                         РМС континентальных платформ

РМС континентальных окраин

                                                                         РМС срединно-океанических хребтов

                                                                                                               ....................................

            Этот иерархический ряд отражает глобальные, глобально-региональные и, частично,региональные уровни геосистемной организованности природной среды. Если  раздвигать границы ряда, то левее разместятся система «Земля-Луна» и солнечная система,  относящиеся к планетарному и звездно-планетарному уровням, а правее – геосистемы регионального, субрегионального и локального уровней организованности.

Рассматриваемая иерархия отражает, вместе с тем, эволюционные уровни систем. Так, пока «Земля»не включала ГГС, она находилась на догеологическом уровне развития; пока в структуре ГГС не было ГЭС (биосферы), ГГС и «Земля» находились на добиологическом уровне эволюции; пока жизнь не вышла на сушу и в структуре биосферы не было материковых экосистем, ГЭС, ГГС и «Земля» находились на уровне примитивного состояния биосферы – и т.д. С позиций взаимодействия человека с природой существенно, что в историческую эпоху экосистемы стали трансформироваться в природно-хозяйственные системы, а ГЭС – в социобиосферу. Если человечество преодолеет потребительскую сущность прогресса, которая отвечает интересам мировой финансовой олигархии, то биосфера перейдет на эволюционный уровень ноосферы, предсказанный В.И. Вернадским.

              «Земля» включает единственную подсистему – ГГС, в соответствии с чем глубинная часть планеты не охвачена активным системообразованием. Почти вся сложность системной организованности Земли приходится на ГГС и геосистемы низших рангов. Этот факт можно объяснить их принадлежностью к внешним оболочкам  (пограничному слою) Земли, где проявляются следующие системообразующие факторы:

-  гетерогенность – разнообразие вещественного состава, агрегатного и фазового состояния вещества, форм  движения материи;

-  интенсивность притока энергии (от инсоляционного и радиогенного источников) и ее диссипация;

- динамичность энерго-и массообмена, связанная со значительными градиентами характеристик погранслоя Земли.

Системообразующая роль погранслоя представляется очевидной. Вместе с тем, возникает дополнительный довод о геодинамической пассивности оболочек, подстилающих тектоносферу. Они не входят в погранслой и не обладают его особенностями.

4.  Энергетика и динамика геосинклинально-орогенных систем

После выделения ГГС в рамках системного подхода необходимо решить следующие задачи: разработать математическую модель системы и провести анализ ее динамических свойств; выполнить эксперименты по имитации изменений ГГС в прошлом с учетом воздействий на нее извне; выявить  роль собственных свойств системы и внешних воздействий в событиях геоэволюции и  современном состоянии ГГС; провести модельное прогнозирование ее изменений в будущем с учетом естественных и антропогенных воздействий.

По этим задачам выполняется подготовительная работа. Структурно-функциональная схема ГГС представляет собой общую постановку задачи ее математического моделирования. Проводится анализ  функционирования составляющих ГГС и системы в целом. Результаты кратко излагаются в этом и следующем разделах статьи.

Широко признанное в геологии «классическое» учение о геосинклиналиях, развиваемое поныне  [1,16,17],  дает удовлетворительное описание процессов преобразования океанической коры в континентальную; соответствующих событий регионального метаморфизма, гранитоидного магматизма, складко- и горообразования; закономерностей минерагении. Однако, остается открытым вопрос об энергетике геосинклинального процесса, протекающего в виде циклов. Этот  вопрос поддается решению при рассмотрении собственной энергии геосинклинальных отложений в зависимости от их состава и количества  [5,6].

На стадии осадконакопления геосинклинального (геосинклинально-орогенного) цикла, протекающей в условиях оседания земной коры по разломам, формируются вулканогенные и терригенные отложения с преобладанием глинистых пород (пелитов). При этом ГОС аккумулирует энергию в виде радиоактивных элементов, более всего сконцентированных в пелитах; рассеянного органического (углеродистого) вещества, активного в окислительно- восстановительных  реакциях; неустойчивости гипергенных (в основном глинных) минералов.

По данным работ [12,13], интенсивность радиогенной теплогенерации (e) осадочных пород преимущественно пелитового состава близка к 2×10^-6   Вт/м³ или 0,8×10^-6 Вт/т (при плотности пород 2,5 т/м³). Количество энергии, выделяемой  за некоторый промежуток времени t, составляет:  Е _р= e t.

 Рассеянное органическое вещество осадочных пород является восстановителем в реакциях с оксидами. Так, углерод способен восстанавливать Мn⁴⁺ пиролюзита до Мn²⁺  манганозита и Сu²⁺ тенорита до Сu⁺ куприта. Согласно термодинамическим характеристикам минералов [ 18 ], при грамм-мольном выражении реакций они протекают со следующим выделением тепла (в приведении к стандартным условиям):

      2MnO₂ + C → 2MnO + CO₂ + 124 КДж,

            4СuО + С →  2Сu₂О  + CО₂ + 101 КДж

    Удельное тепловыделение (е) в ходе окислительно–востановительных реакций составляет около 10 КДж на 1 г углерода. Если полагать, что органический углерод участвует только в таких реакциях и его  содержание в осадочных породах составляет С_с,  можно оценить тепловыделение в расчете на единицу массы породы: Е_с = еС_с.

     В рассматриваемом случае в процессе регионального метаморфизма геосинклинальных пород пелитового состава с типичным  содержанием углерода 10кг/т (1 % массы) выделяется приблизительно 10⁵ КДж/т. По геологическим данным, в любой геосинклинально-орогенной области, особенно в осевой зоне, имеются аргиллиты и глинистые сланцы, содержание С_ор в которых достигает нескольких процентов. Теплогенерация на таких участках должна быть повышенной.

Известно, что углеродистые («черные») аргиллиты и сланцы характеризуются также  повышенной концентрацией радиоактивных элементов. Стало быть,  на отмеченных участках геосинклинальной коры имеют место аномально высокие значения не только Е_с , но и Е_Р.

   Преобладающая часть отложений претерпевает в ходе метаморфизма более сложные превращения. Органическое вещество при этом может  играть активную роль, например, при образовании родонита (Mn(SiO₃)) из пиролюзита и кварца, ильменита (FeTiO₃) из гематита и анатаза:

    2 MnO₂ + 2 SiO₂ + C ®   2 Mn (SiO₃) + CO₂ + 170 КДж;

    Fe₂O₃ + TiO₂ + C ®   2 FeTiO₃ + CO₂ + 712  КДж

    Многие преобразования гипергенных минералов в гипогенные протекают без участия органического вещества. Значительная часть реакций  носит экзотермический характер. На этой основе Н.В.Белов и В.И. Лебедев выдвинули гипотезу «геохимических аккумуляторов» экзогенной энергии. Идея сформулирована ими следующим образом: «В неорганическом круговороте ”зарядка” геохимических аккумуляторов  происходит в зоне выветривания, и в конечном итоге за счет лучистой энергии Солнца. Напротив, “разрядка” – освобождение энергии – происходит в недрах земной коры, и поэтому многие эндогенные процессы питаются также солнечной энергией» ([ 19 ], с.17).

Согласно оценке А.И.Тугаринова [ 20 ], преобразование гипергенных минералов в гипогенные сопровождается выделением примерно  2×10⁵ КДж тепла на 1т породы.

   Отметим, что важнейшие породообразующие минералы кристаллических сланцев и гранитоидов (ортоклаз – КАlSi₃O₈, альбит – NaAlSi₃O₈  и мусковит  -  KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂) возникают экзотермически, если необходимые для реакций  К⁺ и Na ⁺ находятся в поглощенном комплексе глин в виде щелочей:

      AlO(OH) + 3 SiO₂ +KOH ® KАl Si₃O₈+H₂O+136 КДж,

      AlO(OH) + 3 SiO₂+NaOH ® NaAlSi₃O₈+H₂O+70 КДж,

      3AlO(OH) + 3SiO₂ + KOH ® KАl₂(AlSi₃O₁₀)(OН)₂ + H₂O + 89  КДж

      Однако, если К⁺ и Na⁺ находятся в составе хлоридов, те же минералы образуются  эндотермически:

         AlO(OH) + 3SiO₂ + KCl ® KAlSi₃O₈ + HCl – 99 КДж,

         AlO(OH) + 3SiO₂ + NaCl ® NaAlSi₃O₈ + HCl – 106 КДж,

         3AlO(OH) + 3SiO₂ + KCl ® KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂ + HCl – 72 КДж

        Согласно расчетам, такое же различие термических эффектов сохраняется в случае, если в реакциях участвует не бемит  (AlO(OH)), а каолинит (Al₂(Si₂O₅)(OH)₄). Ситуация вряд ли изменится также при монтмориллонитовом и иллитовом составе глинистого вещества, типичном для геосинклиналей, но данных по энтальпии образования этих минералов не имеется.

 Неоднозначность термического эффекта в отмеченных и ряде других превращений минералов песчано – глинистых пород в минералы кристаллических сланцев и гранитоидов может означать, что они протекают без значительного выделения энергии. Этот вопрос нуждается в углубленной проработке.

В условиях регионального метаморфизма высвобождается поверхностная энергия глинных минералов, возникшая при их образовании в ходе гипергенеза. По расчетам С.П.Горшкова  [ 21 ], эта энергия находится в пределах от 21 до 1068 Дж/г, где минимальное значение свойственно каолинитовым и максимальное – монтмориллонитовым глинам. Использована формула В.А.Николаева и В.В. Доливо-Добровольского: DА = kDа, где DА и Dа - приращения  поверхностной энергии и площади поверхности частиц; k - коэффициент, принимающий значения (1–1,5)×10^-4  Дж/см ².

В качестве преобладающих для глинных минералов  гесинклиналей можно считать значения DА, близкие к  1000 Дж/г. При среднем содержании этих минералов в песчано-глинистых отложениях, равном  С_г ,  метаморфизм  единицы  массы  пород  сопровождается тепловыделением Е_n = DАС_г. Согласно данным А.Б.Ронова  [ 22 ],  в рассматриваемых отложениях доминируют пелиты. Учитывая это, принимаем С_г=0,5 и находим, в качестве ориентировочной оценки, что Е_n = 5×10⁵ КДж/т.

Осадочные породы можно назвать биогеохимическими аккумуляторами солнечной энергии, ибо процессы концентрирования в осадках радиоактивных элементов, накопления органического вещества и возникновения глинных минералов связаны с жизнедеятельностью организмов. Оценкой энергоресурса этих пород можно считать сумму: Е = Е_р + Е_с + Е_п = εt + eC_c + ΔAC_г. Наибольшей собственной энергией обладают песчано-глинистые породы, особенно глинистые сланцы. Энергоресурсы карбонатных и вулканогенно-осадочных пород значительно ниже.

Энергоресурсы зависят не только от состава, но и от массы пород (m). Для вертикальной  колонны  пород  единичного  поперечного  сечения  находим,  что  Е_т = Еm = ЕrН, где r - средняя плотность пород, Н - длина колонны (мощность толщи). При условиях t = 10 млн.лет (время разогрева геосинклинальных отложений до максимальных температур), r = 2,5 т/м³ и Н = 10 км, которые можно считать типичными  для  геосинклиналей  [ 23 ],  колонна  песчано-глинистых  пород сечением 1 м² обладает энергоресурсами Е_т= 21 · 10⁹ КДж.

Проявление регионального метаморфизма отложений во всех ГОС земного шара - эмпирическое свидетельство реализации энергии рассеянного органического вещества и неустойчивости гипергенных минералов (в нашем рассмотрении – суммы Е_с + Е_п). Дело в том, что в  кристаллических сланцах и гранитоидах остаются только следовые количества органического углерода исходных осадочных пород. Исключением являются углеродистые клисталлические сланцы, возникающие в условиях избытка С_орг по отношению к имеющимся в породах минералам – окислителям. Аналогичным образом, исчезают и гипергенные минералы – если не принимать во внимание остаточных прослоев и включений осадочных пород в толщах кристаллических сланцев. Последние,  в свою очередь, образуют остаточные включения в гранитоидных породах – за исключением гранитов, претерпевших вторичное переплавление и утративших связь с материнскими породами.

Теперь можно поставить вопрос о достаточности собственного энергоресурса отложений для покрытия затрат тепла в ГОС на стадии регионального метаморфизма. Рассмотрим тепловой баланс геосинклинальной толщи для промежутка   времени   t  =  10  млн.лет  в  виде:   Е_т  =  W_н  +  W_ф  +  W_т  +  W_с.   Здесь:

W_н = mС_р(t_к – t_н) = 7,5×10⁹ Кдж – расход тепла на повышение  средней температуры   выделенной  колонны  от  начального  значения   t_н  =  200 ⁰С  до  конечного  значения  t_к = 500 ⁰С  при  массе  пород  m = rН = 2,5×10⁴ т  и  изобарной  их  теплоемкости  С_р=10³ КДж/Т×К;

W_ф = K_фmL = 2×10⁹ КДж - расход тепла на фазовый переход (образование гранитоидной магмы) при коэффициенте переплавления песчано-глинистых пород К_ф= 0,2 (по [ 24 ]) и удельной теплоте их плавления  L = 4 ×10⁵КДж/Т;

W_т = K_тmgDh =1,4×10⁹ КДж – энергия тектогенеза (по  [ 24 ]), равная работе по воздыманию  метаморфизуемой толщи на высоту Dh = 5 км и добавочной затрате энергии на складкообразование,  учитываемой  с  помощью  коэффициента  К_т = 7/6; 

W_c = Dqt - сброс  избыточного тепла  вследствие превышения интенсивности теплового потока (Dq) в ГОС по сравнению с фоном.

Сброс можно определить в виде остаточного члена уравнения теплового баланса. Тогда  Dq = (Е_т - W_н - W_ф – W_т)/t = 0,032 Вт/м². Сопоставим полученное значение с избыточным тепловым потоком геосинклиналей  на стадии их разогрева (рис.3) Аномалия теплового потока на этой стадии возрастает от 0 до 0,045 Вт/м² и в среднем составляет 0,023 Вт/м². Рассчитанный сброс тепла соответствует  представленным геотермическим данным.

В первом приближении, можно полагать, что процессы верхнекорового разогрева в ГОС, гранитоидного магматизма, складко- и горообразования обеспечиваются  собственными энергоресурсами терригенных отложений. В дальнейшем при математическом моделировании геосинклинально-оргенного цикла следует уточнить энергетическую роль реакций метаморфизма и учесть теплоизолирующие свойства осадочных пород (на существенную роль которых указывают У.И.Моисеев и А.А.Смыслов  [ 13 ]).

В каждой ГОС эти процессы начинаются на участках, где сочетается значительная собственная энергия отложений и повышенная исходная их температура. Горообразование там сопровождается оседанием прилегающих участков земной коры и их саморазогревом (если имеются достаточные запасы энергии). Происходит экспансия метаморфизма, магматизма и горообразования – вплоть до исчерпания основных энергоресурсов ГОС [5]. Так можно объяснить миграцию инверсионного процесса в геосинклиналях – волновой его характер по В.В. Белоусову.

К концу стадии регионального метаморфизма каждая ГОС обладает максимальным запасом  тепла в виде нагретых пород и магматических расплавов. Далее происходит медленное охлаждение коры и снижение теплового потока на верхней ее границе. Иллюстрацией этого физически очевидного процесса является нисходящая ветвь теплового потока на рисунке 3. Вследствие термического сжатия охлаждающейся литосферы и кристаллизации гранитоидной магмы земная кора оседает. Высота возникших в пределах ГОС молодых орогенов уменьшается и под влиянием эрозионных процессов.

Охлаждение литосферы ГОС, особенно новообразованного гранитно-метаморфического слоя, сопровождается также горизонтальным сжатием горных пород. Если выделить прямоугольный объем коры  с горизонтальной стороной L, то линейная деформация ΔL описывается выражением:  ΔL = αLΔT,  где α – коэффициент термического сжатия, ΔТ – изменение температуры. Эта деформация порождает растягивающие напряжения (σ). Для случая  упругих деформаций значения σ можно определить с помощью формулы Гука: σ = ЕΔL/L = EαΔТ,  где Е – модуль Юнга. Гранитно-метаморфический слой охлаждается на несколько сотен градусов. Оценки автора показывают, что сопутствующие термоупругие напряжения достаточны для возникновения разрывных дислокаций (глубинных разломов), рассекающих литосферу на  всю её глубину (до астеносферы).

Горизонтальные напряжения могут быть сняты ортогональной системой разломов. Структура каждого орогена предопределяет заложение поперечных и продольных глубинных разломов. Разломы, достигающие астеносферы, становятся очагами выплавления базитовой магмы и ее излияния на земную поверхность. Эти физически понятные процессы позволяют объяснить геологический факт глыбовых деформацией земной коры и основного (базитового) магматизма  в пределах орогенов при завершении геосинклинального цикла. Сброс (при возникновении разрывов литосферы) энергии,  связанной с напряжениями растяжения, можно считать главной причиной землетрясений, свойственных орогенам.

Термодинамическая сущность геосинклинального (геосинклинально-орогенного) цикла  представляется следующей: накопление в ГОС собственной энергии осадочных пород –ее реализация  в виде тепла и механической (тектонической) работы [5,6]. В соответствии с этим, ГОС функционирует как естественная  тепловая машина, подобная двигателям внутреннего сгорания. Потребляя вещество и энергию осадочной оболочки, ГОС «поставляет»  в биосферу тепло; Н₂О, СО₂ и НСl, (что видно  из приведенных термохимических уравнений); соединения серы, азота, фосфора и других элементов, задействованных живыми организмами. Человечество, сжигая ископаемое топливо, подключилось к этому процессу, хотя в качестве окислителя использует не минералы – оксиды, а кислород атмосферы.

Рассматриваемый цикл включает цепь процессов: осадконакопление в областях оседания земной коры – региональный метаморфизм с сопутсвующим  выделением тепла – гранитоидный магматизм, складко- и горообразование – охлаждение земной коры, разломообразование и базитовый магматизм – денудация поднятий и осадконакопление. По завершении цикла  воссоздаются условия для возникновения  нового цикла в существующей ГОС и даже  для  зарождения новых ГОС (скажем, если терригенный материал отлагается на большом удалении от области сноса). Такой процесс воспроизводства и тиражирования ГОС может играть принципиальную роль в формировании геосинклинально- складчатых поясов земного шара. Каждый из них включает хотя бы  несколько ГОС разновозрастного заложения. Следуя учению о геосинклиналиях, разрастание континентов, их структурная и возрастная неоднородность связаны с эволюцией этих поясов, включая превращение в платформы [1,17].

Интересно, что в случае с ГОС мы имеем пример тиражирования абиотических систем. Существуют и другие примеры. Так, важной особенностью атмосферной циркуляции является последовательное зарождение циклонов и их перемещение в виде серий («семейств»).

            Функциональный цикл ГОС вызывает региональный круговорот вещества в земной коре. Планетарный ансамбль  ГОС придает ему глобальный масштаб. Экзогенная часть круговорота сопровождается осадочной дифференциацией вещества, в ходе которой химически малоподвижные соединения (кремнезем, гидроокислы алюминия, алюмосиликаты глинных минералов…) отлагаются главным образом во внутриконтинентальных и окраинно-континентальных областях осадконакопления, а более подвижные соединения (натрия, магния, кальция…) мигрируют и переходят в осадки повсеместно, вплоть до срединных областей океанов [15,26].

Этот процесс, протекая на протяжении геологической истории Земли, вызывает обогащение терригенных пород алюмокремниевым компонентом.    В ходе эндогенной части круговорота из них формируется соответствующий  по составу гранитно – метаморфический   слой    коры  континентов. Что касается  океанических областей, то они  обогащаются веществом основного состава и становятся частью океанической коры.

Рассматриваемая экзогенная  сепарация вещества обуславливает пониженную плотность коры континентов, высокое гипсометрическое их положение и, в итоге, главный контраст планетарного рельефа – между материками и океанами. Этот вывод входит в учение о  геосинклиналиях  [ 17 ].

Таким образом, в ГОС происходит саморазвитие земной коры, включающее накопление и выделение энергии; метаморфизм, магматизм и тектогенез; круговорот вещества и его геохимическую сепарацию. Опираясь на факт существования ансамбля ГОС, удается объяснить происхождение континентальной коры с ее геохимической, тектонической и геоморфологической спецификой.

5. Функционирование глобальной геологической системы

Переходя к анализу функционирования ГГС в целом, начнем с рассмотрения влияния планетарного ансамбля ГОС на глобальную климатообразующую систему.

Если бы геосинклинально-орогенные циклы различных ГОС протекали независимо, то суммарная площадь орогенов земного шара испытывала бы случайные колебания во времени. По этой причине  геократические периоды (увеличения размеров суши и регрессии моря) стохастически чередовались бы с талассократическими периодами (трансгрессии моря и уменьшения размеров суши).

Со времени обобщающих исследований Ч.Брукса и Н.М.Страхова известно, что талассократические периоды истории Земли были теплыми, а геократические – холодными (в том числе ледниковыми). Этот эмпирический факт объясняется в климатологии прежде всего тем, что состояние радиационного баланса  системы «земная поверхность – атмосфера» (I = IA + δσT⁴) связано с  зависимостью ее температуры (Т) от планетарного  альбедо (А): T = . Здесь I – приходящая солнечная радиация,  δ – относительная излучательная способность поверхности Земли, σ – постоянная Стефана-Больцмана. При горообразовании и переходе от талассократических условий к геократическим значения А увеличиваются хотя бы потому, что поверхность суши в большей мере отражает солнечную радиацию, чем поверхность моря (и по космическим наблюдениям материки в среднем светлее, чем океаны). Температура поверхности Земли при этом понижается [5,27].

Другим следствием увеличения размеров суши является зарождение ледников и последующее их преобразование в горно-покровное оледенение и ледниковые покровы. Появление и разрастание последних, по принципу саморазвития, влечет за собой кардинальное изменение глобальной климатообразующей системы (ГКС) и формирование климатических условий  ледникового периода [5,27].  Сопутствующее понижение уровня океана на 100 – 200 м сопровождается увеличением высоты материков и значительным увеличением площади суши. Стало быть, динамика ГКС усиливает геократический режим и синхронизирует его апогей на всех материках земного шара. Такие условия устанавливались, например, в силуре, перми, позднем кайнозое.

Возникновение глобальной упорядоченности в исходном стохастическом процессе колебаний размеров суши и климата можно считать одним из проявлений самоорганизации (синергизма) в ГГС. В общем случае синергетический эффект появляется в системах вследствие имеющихся обратных связей и кооперативных взаимодействий [3]. Здесь и ниже это правило подтверждается на конкретных примерах.

В апогее каждого геократического периода (типа кайнозойского, продолжающегося доныне) состояние глобальной экологической системы (ГЭС) отличается контрастностью глобального рельефа, разнообразием ландшафтно-климатических зон, интенсивностью биогеохимических циклов круговорота вещества и биопродуктивности. Активно протекают процессы денудации и осадконакопления. Они  до некоторой степени синхронизируют стадию осадконакопления в глобальном ансамбле ГОС [5].

Процессы денудации, в том числе абразия морских берегов, вызывают уменьшение размеров суши. Кроме того, молодые орогены испытывают погружение, связанное с термическим оседанием земной коры ГОС. Начинается переход от холодного геократического к теплому талассократическому периоду. При таянии материковых льдов уровень океана дополнительно повышается на 100 – 200 м. Устанавливается апогей теплого талассократического периода (как это было, например, в ордовике, девоне, юре).

ГЭС в это время характеризуется сглаженностью глобального рельефа, пониженным разнообразием ландшафтно-климатических областей, ослабленным биогеохимическим круговоротом вещества. В таких условиях интенсивность осадконакопления в морских бассейнах снижается до минимума. Однако, интегральная масса осадков, накопленных за время от предшествовавшего геократического периода, достигает максимума. Тем самым в значительной мере синхронизируется энергетическая зарядка глобального ансамбля ГОС. Воссоздаются условия для начала нового геосинклинально-орогенного цикла у преобладающей части ансамбля ГОС и, вместе с тем, для нового глобального  геологического цикла [5].

Рассматриваемый геологический цикл, продолжительность которого в позднем протерозое и фанерозое  составляла 150 – 250 млн. лет, включает также термическое воздействие климата на литосферу, упомянутые в разделе 3. Оно имеет принципиальное значение для формирования литосферы, особенно океанической [5,6]. Остановимся на этом факторе.

В ходе глобальных геологических циклов средняя температура земной поверхности изменяется с размахом до 10^оС, а придонных вод океана – с размахом около 15^оС (рис.4). Если в теплые эпохи мезокайнозоя температура придонных вод океана превышала 15^оС [5,28], то в современную эпоху кайнозойского ледникового периода даже в экваториально-тропической зоне преобладают значения от 0 до 2^оС. Соответствующие колебания испытывает температура поверхности континентальной и океанической коры.

В соответствии с законом теплопроводности Фурье, климатически обусловленные колебания температуры распространяются вниз [29]. Размах колебаний экспоненциально уменьшается с глубиной: T_{Z =} T₀ ,  где T₀  и Т_Z - размах температуры на поверхности и на глубине Z, a – температуропроводность горных пород, t - период колебаний температуры. Отсюда можно определить глубину проникновения температурных волн различной продолжительности и относительной амплитуды T_Z/ T₀)   При a = 10^-6 м²/с, характерном для пород земной коры, находим [ 6 ]:

Долгопериодные колебания температуры (t = 50¸200 млн.лет) существенно проявляются в слое литосферы от ее поверхности до глубины в несколько десятков километров. При переходе от теплого периода к холодному понижение температуры верхнего хрупко-упругого слоя литосферы влечет за собой сжатие горных пород и появление горизонтальных напряжений растяжения. Согласно расчетам, эти напряжения достаточны для возникновения системы разрывов (глубоких трещин) в изначально монолитной океанической литосфере и в ослабленных зонах континентальной литосферы [ 5 ].

Для разрядки напряжений необходимо, чтобы появилась глобальная сеть трещин, рассекающих литосферу на прямоугольные (в плане) блоки. С учетом сложности полей охлаждения литосферы и ее прочности, реальная сеть трещин заведомо не может быть простой (прямоугольной) по конфигурации и равномерной по плотности. Априорно следует ожидать их сосредоточения на дне океана в областях с наиболее холодными придонными водами и тонкой литосферой. Трещины должны быть квазивертикальными: в таком случае литосфера оказывает наименьшее сопротивление растягивающим напряжениям.

Природным аналогом литосферных разломов является сеть морозобойных трещин глубиной 10-20 м в областях с континентальным климатом, где велика годовая амплитуда температуры. Температурные деформации там типичны для железных дорог, автодорог, аэродромов.

Глубокие трещины, достигающие астеносферы, вызывают декомпрессионное выплавление базитовой магмы [5]. Кроме того, имеется механизм развития изначально менее глубоких трещин, связанный с поступлением в их полости морских или континентальных вод. На глубинах 10 – 20 км перепад температуры между стенками трещин и водой составляет сотни градусов. Циркуляция вод вызывает интенсивное охлаждение и температурное сжатие пород, распространяющееся от стенок в боковые массивы литосферы. При этом трещины испытывают раздвиг, что сопровождается углублением их вершин, где концентрируются растягивающие напряжения. Раздвиг влечет за собой также удлинение трещин по простиранию – вследствие продвижения их окончаний [ 6 ].

Вдоль каждой трещины, из которой изливается базитовая магма, возникает  зона механической неустойчивости, поскольку в астеносфере снижается давление, а литосфера нагружается вулканитовым покровом. Как следствие, «повисающая» зона оседает по вертикальным или крутопадающим сбросам. Сбросовые трещины вызывают новые декомпрессионные излияния магмы, которые сопровождаются новыми оседаниями литосферных блоков и т.д. (рис. 5).

Вследствие такого саморазвития исходная трещина преобразуется в глубинный разлом, имеющий структуру более или менее сложного грабена и включающий асимметричные валы («хребты») из базитовых пород. В сущности, рассматриваемые разломы – это региональные динамические геосистемы, которые логично называть разломно-магматическими системами (РМС). Если РМС находится на стадии оседания сводовой части, то в ее пределах должна наблюдаться крупная провальная долина – рифт. Если имеет место стадия аккумуляции вулканитов, то РМС должна иметь облик протяженного субаквального или субаэрального поднятия.

В соответствии с этим представлением, каждый срединно-океанический хребет является совокупностью взаимодействующих РМС, ориентированных вдоль и поперек поднятия. Существенно, что поперечные РМС раннего заложения непреодолимы для экспансии продольных РМС более позднего заложения. Ограниченные первыми, последние приобретают облик отрезков (сегментов), которые пристыковываются к бортам первых без взаимного продолжения. Так можно объяснить прерывистость продольных разломов и рифтов в срединно-океанических хребтах, не прибегая к плитотектонической идее о смещении участков этих хребтов по «трансформным» разломам [5,6].

РМС, возникающие в областях осадконакопления, способствуют зарождению геосинклиналей, поскольку формируют расчлененный рельеф (осадочные бассейны) и  обеспечивают податливость литосферы для накопления мощных осадочных толщ. Особо существенную роль играют РМС, рассекающие литосферу вдоль континентальных подножий и крупных осадочных линз океанического дна. В своем развитии они проходят стадии подводных осадочно-эффузивных валов, островных вулканических дуг, вулканических зон окраинно-континентальных геосинклиналей. Функционирование этих РМС приводит к зарождению ГОС  и унаследованно продолжается в их структуре.

В глобальном плане, на протяжении каждого холодного периода литосфера расчленяется сетью разломов и РМС. Наиболее плотная сеть возникает на дне  океана в областях, где невелика мощность осадочного чехла. Океаническая кора наращивается новообразованными вулканитами – преимущественно базальтовыми покровами и силлами. В то же время, она испытывает оседание, компенсирующее подъем магмы из астеносферы к поверхности литосферы. Осадочные отложения, перекрытые вулканитами, уплотняются и метаморфизуются [5,30].

В чреде геологических циклов, от одного холодного периода к другому, формируется и поддерживается перманентная разломно-блоковая расчлененность глобальной литосферы. Океаническая литосфера приобретает слоисто-блоковое ( точнее, линзово-блоковое) строение, пронизывается базитовыми дайками (вследствие застывания магмы в полостях разломов) и утолщается. Схема ее эволюции показана на рисунке 6.

В теплые геологические периоды температура земной коры и нижележащих слоев литосферы повышается. Температурное расширение горных пород сопровождается появлением сжимающих напряжений (стрессов) – так как полости ранее возникших разломов, занятые дайками, гидротермальными отложениями и осадочным материалом, не могут сомкнуться. Стрессы накладывают относительный запрет на разломообразование и эффузивную деятельность. Они разряжаются за счет бокового смятия неконсолидированной геосинклинальной коры планетарного ансамбля ГОС. Сдавливание геосинклиналей должно распространяться главным образом в направлении океаны - материки, поскольку образование даек и возникновение стрессов более всего проиходит в океанической литосфере. Это воздействие  на геосинклинали стимулирует и до некоторой степени синхронизирует начало инверсионной стадии в ансамбле ГОС [5].

Согласно изложенным позициям, каждая ГОС функционирует как региональный геологический осциллятор. Взаимодействие ансамбля ГОС с ГКС, ГЭС и литосферно-астеносферной оболочкой придает ГГС свойства глобального геологического осциллятора. Циклическая (колебательная) динамика охватывает при этом все компоненты и процессы в ГГС, включая планетарное разломообразование. Коль скоро ГГС содержит большое количество относительно обособленных колебательных звеньев (ГОС), спектр генерируемых ею геологических циклов не может состоять из одной или нескольких строго фиксированных частот. В этой связи естественно, что наряду с циклами продолжительностью 150-250 млн. лет в позднем протерозое и фанерозое были заметно выражены колебания продолжительностью 30-70 млн. лет. Большой вклад в изучение последних внес А.А.Пронин.

Изменение параметров ГГС в ходе геологической эволюции сопровождалось изменением характеристик геологических циклов. Так, можно  ожидать, что в архее относительно высокий термический фон на Земле препятствовал возникновению ледниковых покровов и большим по амплитуде колебаниям климата и уровня моря. Доминирующее значение при этом имели региональные геологические циклы, связанные с функционированием геосинклинальных поясов и отдельных ГОС.

Геологическая цикличность отражает характер функционирования ГГС. Стало быть, на генетическом уровне подтверждается мысль, высказанная известным геологом Э.Огом: «Геологическая история нашей планеты есть не что иное, как история следующих друг за другом циклов» ([31], с.21). Учитывая возможности модельного воспроизведения хода экзогенных и эндогенных процессов на протяжении геологических циклов, анализ динамики ГГС станет дополнительным средством  исследования глобальной корреляции геологических событий. Эта идея иллюстрируется ниже – на основе представленного описания геологического цикла.

Корреляция параметров ГГС по фазам геологического цикла

(по [ 5 ], с изменениями).

В ходе каждого геологического цикла происходит определенное изменение состава и строения всех компонентов ГГС. Вследствие этого циклическая динамика порождает поступательную геоэволюцию. Согласно представленным выводам, она выражается в углублении нижней границы астеносферы; утолщении литосферы; разрастании и тектоническом усложнении континентальной литосферы; уменьшении площади и тектоническом усложнении океанической литосферы; увеличении контрастов глобального рельефа и расчлененности биосферы на бассейны океанов, морей и рек; возрастании ландшафтного разнообразия и связанного с ним биоразнообразия планеты; снижении термического фона земной поверхности и атмосферы. Эти и другие изменения вносят вклад также в эволюцию Земли как планеты [ 5 ].

На протяжении своего существования ГГС подвергалась воздействиям извне в виде некоторых изменений светимости Солнца, эволюции системы «Земля-Луна», вариаций прихода вещества из космоса, вариаций прихода вещества и энергии из мантии. В настоящее время не имеется сколько-нибудь общепризнанных представлений о том, что геоэволюционная роль этих или иных воздействий была доминирующей. В развитии геодинамической  концепции пока нет нужды выходить за рамки ГГС.

Колебательно-поступательная геоэволюция, очевидно, является сущностным ее свойством, которое порождается динамическими свойствами ГГС. Ф.А. Летников, касаясь эволюции открытых термодинамических систем, подчеркивает, что она направлена к стационарным состояниям [3]. С учетом этого правила, стационарное состояние ГГС – циклическая динамика с долговременным трендом. Такой же характер носит эволюция большинства других динамических систем (развитие «по спирали»).

Многие исследователи, выделяя этапы геоэволюции, объясняют их смену формированием биосферы, сопутствующим изменением состава атмосферы и геохимического круговорота вещества. В наиболее законченном виде это представление выражено Св.А.Сидоренко, изучающей биолитогенез в докембрии: «Очевидно, что геологическое развитие земной коры и развитие жизни – не просто сопряженные и взаимовлияющие процессы, а единый процесс. Вероятно, только в таком единстве этот «биогеологический» процесс и может существовать» ([ 32 ], с. 88).

С позиций выполняемой работы, биосфера возникла в условиях первичной ГГС. Автотрофы,  воспринимая наиболее упорядоченную энергию (солнечную радиацию), привели к сосуществованию в биосфере активного окислителя (кислорода) и активного восстановителя (органического вещества). Реализация этой новообразованной (биохимической) энергии стала основой диверсификации гетеротрофов и появления интенсивного биогеохимического круговорота вещества. Осадочные породы превратились в биогеохимические аккумуляторы энергии,  обеспечивающие энергетический цикл и корообразующую роль планетарного ансамбля ГОС. По мере разрастания  континентов геоэволюционный   процесс приобрел функциональное содержание, описанное выше.

Эту биотически-активизированную «прогонку» солнечной энергии через биосферную и тектоносферную области ГГС можно считать главным фактором структурно-функционального усложнения внешних оболочек Земли в ходе геоэволюции. В свою очередь,  их усложнение, сопровождавшееся  усилением энерго- и массообмена в биосфере, благоприятствовало дальнейшему развитию биоты [6]. 

Таким образом, геоэволюция – в самом деле «биогеологический» процесс. Без биоты и биосферы развитие и строение  тектоносферы, очевидно, было бы совершенно иным, более примитивным.  Ввиду этого системную концепцию причин геоэволюции можно назвать биосферно-тектоносферной.

6. Некоторые диагностические и прогностические выводы

Имеющиеся представления о функционировании ГГС и ее подсистем дают основания для определенного отношения к широкому кругу вопросов о геологическом строении и развитии Земли. Выскажем суждения по некоторым из них – в форме диагностических и прогностических выводов. Сформулируем также идеи о постановке нескольких научных экспериментов по проблеме причин геоэволюции.

1.     Геотектоника не располагает доказательствами изменений  конфигурации материков или смещений литосферы по отношению к оси вращения Земли. В отсутствие теории геомагнитного поля интерпретация палеомагнитных данных в духе дрейфа материков является произвольной. Крупные вариации магнитного склонения и положения геомагнитных полюсов, наблюдаемые в последние столетия [11,33], свидетельствуют о кардинальной изменчивости геомагнитного  поля при стабильном положении континентов  и литосферы в целом. Тем не менее, некоторые горизонтальные смещения литосферных блоков неизбежны – в связи с формированием ансамбля РМС (особенно в литосфере океанов) и развитием ансамбля ГОС.

2.      В соответствии с фактом раннегеологического существования гидросферы и ГГС схема геоэволюции представляется следующей. Общепланетарная водная оболочка способствовала сбросу тепла из первичной неглубоко залегавшей мантии. Этот процесс, надо полагать, включал излияния базитовых выплавок на дне океана, появление сети РМС, дальнейшее наслоение вулканитов и компенсационное оседание литосферы. В замедленном темпе, с участием климатической ритмики, он продолжался и в поздние этапы развития океанической коры.

В областях наиболее активной эффузивной деятельности появились архипелаги вулканических островов, начались процессы денудации и седиментации, заложились первые ГОС, возникли древнейшие метаморфические породы. Там продолжалось разломообразование и поступление литофильных элементов из мантии. Вследствие этого континентальная кора приобрела большую мощность. По мере экспансии геосинклинально-орогенных поясов она разрасталась за счет океанической коры.

Микроконтиненты (Мадагаскар, Новая Зеландия…) возникли по такой же схеме.

3. Согласно настоящей работе, земная кора образована ассоциациями горных пород, возникших под  влиянием биосферной области ГГС. Она включает различные осадочные формации; гранитно-метаморфический слой континентов; вулканогенные формации, генетически связанные с РМС.

За последние 200 млн. лет на дне океана наслоилось 2-3 км вулканитов и осадочных пород [2,5]. При таком темпе аккумуляции ориентировочная мощность океанической коры составляет 50 км. Если на раннегеологическом этапе темп аккумуляции был значительно выше, то повсеместно океаническая кора и литосфера –одно и то же, как это показано на рисунках 5 и 6. Более того, представляется возможным рециркуляционный массообмен: базиты и метаморфизованные осадки подошвенных слоев коры подвергаются частичному плавлению; астеносфера пополняется литофильными элементами и отдает их наверх по сети РМС; кора оседает и процесс повторяется. В случае его реализации древнейшие породы коры ассимилируются астеносферой.

В континентальных сегментах ГГС подобный ассимиляционно-рециркуляционный процесс возможен в связи с функционированием континентальных ГОС и оседанием коры.

Геофизические данные о слоистом и линзовидном строении литосферной и астеносферной  верхней мантии [1] подкрепляют изложенные представления. Вопрос о природе сейсмической границы Мохоровичича еще нуждается в изучении. 

4.  В мезокайнозое на периферии дна океанов закономерно накопилась толща осадочных пород с прослоями вулканитов, а в срединных областях – толща вулканитов с прослоями метаморфизованных осадков. Скважины, пробуренные с судов «Гломар Челленджер» и «Джойдес Резолюшн», не прошли эти отложения. Возникла видимость фактического подтверждения молодости океанической литосферы, что отвечает идеям неомобилизма и расширяющейся Земли.

Следуя развиваемой концепции, под разбуренным чехлом залегают более древние породы. Этот прогноз можно проверить с помощью натурного эксперимента: проходкой вертикальной скважины глубиной около 5 км с бурового судна или слабонаклонной скважины глубиной около 10 км с атолла на океаническом ложе. Во втором случае добавляется проходка осадочных и вулканических пород самого атолла.  Эксперимент будет иметь, одновременно, решающее значение для упомянутых концепций [5]. Его можно осуществить в виде заявленного от России международного проекта. Учитывая «сухопутную» специфику отечественного бурения, скважину следует планировать на атолле.

5. Распределение срединно-океанических поднятий зависит от полей охлаждения придонных вод в кайнозое, толщины литосферы и теплоизолирующего осадочного чехла. Преобладающая часть хребтов закономерно находится в южном полушарии – вблизи антарктического «холодильника», который возник раньше арктического и обладает большей мощностью. Срединно-Атлантический хребет вынужденно занимает осевую зону океана.

Расчлененность хребтов на сегменты обусловливается пересечением продольно - и поперечно ориентированных РМС. Если продольные сегменты пристыкованы к поперечным разломам без взаимного продолжения, то это означает, что первые моложе вторых. Аналогичным образом, объединение  различных срединно-океанических хребтов, называемое в плитотектонике «тройным сочленением», означает всего лишь пристыковку структур поздней генерации к возникшим ранее.

Высказанные положения можно проверить на основе геологических исследований и лабораторных экспериментов. Идея экспериментов заключается в физическом моделировании условий растяжения в литосфере и образования систем трещин с их миграцией и взаимодействием. Такое направление исследований продвинет понимание функционирования ансамбля РМС и тектоники дна океана.

6.  В соответствии с разломно-магматическим генезисом срединно-океанических поднятий, повышенный тепловой поток в их пределах связан с теплоотдачей вулканитов. Причиной уменьшения интенсивности потока от осевой зоны поднятий к окаймляющим депрессиям  океанического ложа является преобладание активных РМС и молодых вулканитов в осевой зоне поднятий. Таким образом,  аномальный характер и закономерное распределение потока поддается объяснению без идей спрединга и новообразования океанической литосферы.

По мере отмирания РМС и охлаждения вулканитов аномалия теплового потока океанических поднятий исчезнет – как и временная аномалия теплового потока молодых горно-складчатых сооружений на континентах,  показанная на рисунке 3. Это означает, что в стационарном режиме глобальный радиогенный источник тепла обеспечивает 70-80% наблюдаемого теплового потока. Наименьшие значения глобального потока, приближенные к  теплогенерации радиогенного  источника, должны приходится на теплые геологические периоды. Использованное в разделе 2 (при сравнении энергетики ГГС и системы «Земля») его значение, равное 0,06 Вт/м², отражает именно  стационарную часть наблюдаемого потока.

7. Офиолитовый комплекс (ассоциация базит-ультрабазитовых пород подводного трещинного магматизма с кремнистыми осадочными породами) возникает главным образом в холодные геологические периоды, когда в земной коре доминируют растягивающие напряжения и существует глобальный ансамбль РМС. Представительность комплекса в геосинклиналиях морского заложения, где он получил название спилит-кератофировой формации, связана с интенсивностью подводного магматизма в условиях неравномерного оседания геосинклинальной коры, а также со значительной скоростью седиментации

Эти диагностические позиции дают основание для следующих прогнозов: 1) в вертикальном разрезе земной коры офиолитовый комплекс многократно повторяется; 2) офиолитовые комплексы являются главным компонентом океанической литосферы.

В отношении континентальной коры первый прогноз подтверждается данными о разновозрастных эвгеосинклинальных офиолитах, приуроченных к Тихоокеанскому и Альпийско-Гималайскому складчатым поясам [16]. В отношении океанической коры наилучшей проверкой прогнозов будет глубокое ее разбуривание.

8. Согласно системной концепции, по источникам вещества и энергии гранитоидный магматизм парагенетически связан с региональным метаморфизмом осадочных пород и приурочен только к ГОС. Факт отсутствия гранитоидов в срединно-океанических хребтах, где интенсивно проявился кайнозойский базитовый магматизм, свидетельствует о том, что гранитообразование не имеет отношения к базальтовой магме.

Особого внимания заслуживает вопрос единства вещества и энергии в областях регионального метаморфизма и гранитообразования. Для его решения необходимы дальнейшие термохимические расчеты и математическое моделирование термодинамического механизма ГОС. Кроме того, возможна постановка лабораторных экспериментов по калориметрическому определению теплоотдачи осадочных пород при имитации низко- и среднетемпературного метаморфизма, частичном и полном плавлении исходного материала. Такие эксперименты позволят откорректировать представление о биогеохимической аккуммуляции энергии и ее реализации в ГОС.

9. Происхождение всех горных пород и полезных ископаемых земной коры прямо или косвенно связано с биосферной областью ГГС. Ввиду этого изучение закономерностей минерагении, даже «сугубо эндогенной», необходимо проводить в контексте биосферно-тектоносферного процесса геоэволюции [5].

Источники выделения биогенных углеводородов, в виде осадочных слоев с органическим веществом, имеются на различных глубинах континентальной  и океанической коры. По системе трещин и разломов углеводороды возвращаются в биосферную область ГГС. Их проявление в областях распространения вулканических пород  не является доказательством абиогенного происхождения нефти  и газа.

Газогидраты морских осадков, обнаруженные в последние десятилетия, можно считать полезным ископаемым холодных геологических периодов. Учитывая это, в теплые периоды происходит  кардинальное изменение их количества и состава, сопровождающееся изменением состояния морских экосистем [5].

10. Любая динамическая система воздействует на свое окружение и изменяет его. В отношении ГГС это касается околоземного космического пространства и подастеносферной мантии. Эволюция последней зависит от формирования литосферно-астеносферной оболочки и ее дифференциации на континентальную и океаническую. Этим можно объяснить латеральную неоднородность свойств мантийного вещества Земли, выявленную методами  сейсмической томографии.

Современным проявлением воздействия «сверху-вниз» можно считать глубокофокусные землетрясения. По-видимому, они вызываются оттоком энергии и вещества из средней мантии (рис.2) под влиянием процессов глубинного разломообразования и магматизма, которые особенно активны в окраинно-континентальных ГОС.

Если же следовать существующим геотектоническим воззрениям, то глубокие земные недра обладают геодинамической самодостаточностью и преобладающее геоэволюционное значение имеют воздействия «снизу-вверх».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным итогом настоящего исследования является выделение глобальной геологической системы как реального объекта погранслоя Земли. ГГС – открытая термодинамическая диссипативная система. Объединяя геосистемы более низкого иерархического уровня, ГГС обладает свойствами целостности (холистичности), несводимости к составляющим (эмерджентности) и самоорганизации (синергизма). С учетом существования ГГС и системы «Земля» области интересов геологии и планетологии отчетливо разграничиваются – по объектам исследований.

Другой итог – представление о функционировании ГГС и системная биосферно-тектоносферная концепция геоэволюции (в начальном варианте). В соответствии с ней, геологическое развитие Земли – это проявление собственной  динамики и саморазвития ГГС. Объяснение  геоэволюции оказывается более сложным, чем оно представляется авторам существующих геодинамических (в основном геомеханических ) построений. Отличие заключается и в том, что системная концепция не нуждается в постулировании экзотических причин тектогенеза. Ввиду этого геологическая наука может избавиться от бремени недоказуемых идей.

Третий итог – иллюстрация объяснительных и предсказательных возможностей системной концепции. Имеющийся в ней потенциал проявляется в том, что любой вопрос геотектоники и геоэволюции поддается анализу в рамках ГГС -  в соответствии с закономерностями ее функционирования и развития. Нет нужды изобретать исключения из правил и дополнения к ним, как это приходится делать авторам феноменологических концепций. Использование системной методологии и реальных знаний, имеющихся в науке о Земле, делают  излишними новые парадигмы и революции в геологии, провозглашенные современной геодинамикой.

Задачей на будущее является дальнейшее изучение функционирования ГГС. При ее решении продолжится синтез и теоретическое восполнение знаний о геодинамике. Необходимо математически описать термодинамические механизмы геосинклинально-орогенных и разломно-магматических систем; связи этих систем с глобальной экологической и глобальной климатообразующей системами; долговременную динамику биосферы и климата с учетом воздействий со стороны тектоносферы; формирование напряжений и деформаций в тектоносфере под влиянием изменений климата, процессов денудации и осадконакопления, развития геосинклинально-орогенных и разломно-магматических систем.

Эта работа позволит приступить к задачам математического моделирования ГГС и модельного воспроизведения геоэволюции с учетом начальных и граничных условий. По мере их решения появятся расчеты изменений во времени трехмерных характеристик глобальной тектоносферы, таких, как вещественный состав, плотность, температура, вязкость, напряжения, деформации. Сопоставляя результаты расчетов с «золотым фондом» геологии – данными по хроностратиграфии, геологической корреляции и региональной тектонике – откроется возможность проверки и корректировки модели ГГС, а значит и системной концепции геодинамики. С другой стороны, результаты моделирования начнут восполнять пробелы геологических знаний, связанные с недостатком фактических и расчетных данных о земной коре и тектоносфере в целом.

Принципиальное значение для выяснения причин геоэволюции могут иметь предложенные выше лабораторные и полевые эксперименты. Особенно полезным будет эксперимент по глубокому бурению океанической коры.

Обсуждаемые задачи посильны отечественной науке и технике. Они могут быть выполнены в рамках хотя и междисциплинарного, но компактного проекта, рассчитанного на 5-7 лет.

Автор выражает глубокую благодарность чл.-корр. РАН Ю.А. Жданову за советы, касающиеся описания иерархии систем, и академикам РАН Ф.П. Митрофанову и А.М Липанову за обсуждение и поддержку настоящей работы.

Литература

1.    Белоусов В.В. Основы геотектоники. М., Недра, 1989, - 382с.

2.    Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М.. Изд-во МГУ, 1995, - 480с.

3.    Летников Ф.А. Синергетика геологических систем. Новосибирск, Наука, 1992 – 230с.

4.    Сергин С.Я., Сергин В.Я.  Взаимодействие литосферы и климата как одна из причин возникновения геологических циклов. Бюлл. МОИП. Отд. Геол. Т.62, вып.2, 1987, с. 3-17.

5.    Сергин С.Я., Сергин В.Я.  Природа глобальных геологических циклов. Системный подход. М., Наука, 1993 – 123 с.

6.    Сергин С.Я. Теоретическая геология: в поисках базиса. Научная мысль Кавказа, №4. 1995, с.27-38.

7.    Сергин С.Я. Формирование системной концепции геологического развития Земли. The IV-th Internat. Sympos. on applic. of mathemat. methods and comput. in mining, geology and metallurgy. Proceed., Vol. MF, Prague, 1997, pp. 1-6.

8.    Сергин С.Я. Глобальная геологическая система как генератор геологических циклов. Матер. IV Междунар.конфер. «Циклы природы и общества». Ч.II. Ставрополь, 1996, с.123-126.

9.    Артемьев М.Е. Современное состояние проблемы изостазии. В кн.: Строение и эволюция тектоносферы. М.: 1987, с. 216-252.

10.  Nutman A.P., Friend C.R.L., Bennett V.C. Review of the oldest (4400 – 3600 Ma) geological and mineralogical record: glimpses of the beginning. Episodes, Vol. 24, № 2, 2001, p. 93 – 101.

11.  Стейси Ф. Физика Земли. М.: Мир, 1972, 342 с.

12.  Любимова Е.А., Любошиц В.М., Парфенюк О.И. Численные модели тепловых полей Земли. М.: Наука, 1983 – 126 с.

13.  Моисеенко У.И., Смыслов А.А. Температура земных недр. Л.: Недра, 1986 - 180с.

14.  Матвеев. Л.Т. Теория общей циркуляции атмосферы и климата Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1991 – 295с.

15.  Войткевич Г.В., Бессонов О.В. Химическая эволюция Земли. М.: Недра, 1986 –212с.

16.  Власов Г.М. Глубинно-геосинклинальная концепция тектогенеза. Владивосток: Дальнаука, 2000 – 113 с.

17.   Проблемы теоретической геоморфологии. М.: Изд-во МГУ, 1999 – 512 с.

18. Буллах А.Г., Кривовичев В.Г., Золотарев А.А. Формулы минералов. Термодинамический анализ в минералогии и геохимии. СПб.: Изд-во С.-Петербургского университета, 1995, - 260 с.

19. Белов Н.В., Лебедев В.И. Источники энергии геохимических процесов. Природа, № 5, 1957, с. 11-20.

20. Тугаринов А.И. Общая геохимия. М.: Атомиздат, 1973 - 288 с.

21. Горшков С.П. Экзодинамические процессы освоенных территорий. М.: Недра, 1982 – 286 с.

22. Ронов А.Б. Осадочная оболочка Земли. М.: Наука, 1980 – 80 с.

23. Гончаров М.А. Механизм геосинклинального горообразования. М.: Недра, 1988 – 264 с.

24. Ананьев Ф.М. О причинах и механизме тектонических процессов. Изв. Вузов. Геология и разведка. № 8, 1981, с. 17-22.

25. Гордиенко В.В., Завгородняя О.В., Якоби Н.М. Тепловой поток континентов. Киев. Наукова Думка, 1982 – 184 с.

26. Cheswors W. The residua system of chemical weathering: a model for the chemical break – down of silicate rocks at the surface of the Earth. J.of Soil Sci., Vol. 24, № 1, 1973, pp. 68-81.

27. Сергин С.Я., Сергин В.Я. Системный анализ проблемы больших колебаний климата и оледенения Земли. Л.., Гидрометеоиздат, 1978 – 279с.

28. Prentice M.L., Matthews R.K. Cenozoic ice-volume history: development of a composite oxygen isotope record. Geology, Vol. 16, № 11, 1988, p. 963-966.

29. Фролов Н.М. Температура Земли. М.: Недра, 1971 - 129 с.

30. Сергин С.Я. Об одном из возможных механизмов возникновения гайотов. Геоморфология, №1, 1987, с. 104-105.

31.     Ог Э. Геология. М.-Л.: ГОНТИ СССР, 1938 – 302 с.

32.     Сидоренко Св.А. Органическое вещество и биолитогенные процессы в докембрии. М.: Наука, 1991 – 104 с.

33.     Паркинсон У. Введение в палеомагнетизм. М.. Мир, 1986 – 528с.

Содержание

   Введение ………………………………………………………  3

1.     Компонентная структура глобальной

геологической системы (ГГС) ……………………………  4

2.     Источники энергии ГГС …………………………………..  6

3.     Функциональная структура ГГС ………………………...   8

4.     Энергетика и динамика

геосинклинально-орогенных систем ……………………   11

5.  Функционирование ГГС …………………………………   19

6.     Некоторые диагностические и

прогностические выводы ………………………………..   26

   Заключение …………………………………………………..   31

Литература …………………………………………………...   33

Contents

   Introduction ……………………………………………………    3

          1.Componental structure of the global geological system (GGS)   4

     2. Energetic sources of the GGS ………………………………… 6

          3. Functional structure of the GGS ………………………………  8

          4. Energetic and dynamics of geosynclinal-orogenical

         Systems ……………………………………………….………  11

          5. Functioning of the GGS ………………………………………..19

          6. Some diagnostic and prognostic  conclusions ………………...  26

    Conclusion ………………………………………………………..   31

    References …………………………………………………………  33

ВНИМАНИЮ СПЕЦИАЛИСТОВ!

В 2008 году выпущена новая монография

Сергин C.Я.

С32 Системная организация процессов геологического развития Земли: моногр.
/ С.Я. Сергин. - Белгород: Изд-во БелГУ, 2008. - 360 с.

ISBN 978-5-9571-0321-9

Выделена глобальная геологическая система, включающая астеносферу, литосферу, гидросферу, атмосферу и биоту. Рассмотрена энергетика системы, ее функциональная структура и динамика. Проведен анализ процессов, объединяющих биосферную и тектоносферную области системы. Достигнуто понимание генезиса важнейших геологических событий и структур, свободное от внутренних противоречий. Предложено объяснение причин геологического развития Земли, в соответствии с которым геоэволюция - это проявление динамики и развития изучаемой системы. Имеются диагностические и прогностические выводы, идеи полевых и лабораторных экспериментов, позволяющие проверить системную геотектоническую концепцию.
Работа адресуется широкому кругу специалистов, интересующихся причинами геоэволюции с позиций комплексного междисциплинарного подхода.
УДК 551 ББК 26.309

По вопросам приобретения монографии можно обращаться по адресу: 352800, г.Туапсе, ул.Морская, 4., а также по электронному адресу rggmu(and)mаil.гu (Солнцевой Анне Андреевне). Как вариант - ks.sergin@gmail.com  мне, а я передам отцу Ваш запрос или свяжу вас напрямую.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение............................................................................................................................ 5

1. Выделение глобальной геологической системы

1.1.Компонентная структура геологической системы ................................................... 9

1.2.Источники энергии геологической системы........................................................... 13

1.3.Функциональная структура геологической системы ..............................,.............. 21

1.4.Место геологической системы в иерархии геосистем ........................................... 26

2. Источники энергии круговорота вещества литосферы

2.1.Структура круговорота вещества литосферы ......................................................... 31

2.2. Проблема источников энергии круговорота вещества литосферы ..................... 46

2.3. Энергетический эффект окисления органического вещества осадочных пород.. 54

2.4. Энергетический эффект превращения гипергенных минералов в гипогенные ... 63

2.5. Радиогенное тепловыделение осадочных пород ....................................................78

3. Динамика геосинклинально-орогенных систем и формирование континентов

3.1. Учение о геосинклиналях и платформах................................................................. 85

3.2. Энергетический баланс инверсионной стадии геосинклинально- орогенного цикла....95

3.3. Геосинклинально-орогенная система как региональный геологический осциллятор... 115

3.4. Формирование континентов................................................................................... 147

4. Воздействие циклов горообразования на климат Земли

4.1. Чередование теплых и холодных геологических периодов ................................ 167

4.2. Колебания температуры земной поверхности и придонных вод океана ........... 171

4.3. Связь холодных геологических периодов с горообразованием и
саморазвитием ледниковых покровов................. ........................ ............................... 182
4.4. Биосфера теплых и холодных геологических периодов...................................... 197

5. Воздействие климатических циклов на литосферу и возникновение разломно - магматических систем

5.1. Проникновение в литосферу климатически обусловленных температурных волн.. 206

5.2. Термоупругие напряжения в литосфере и разрывные ее дислокации в холодные эпохи и периоды....210

5.3. Глубинные разломы литосферы как саморазвивающиеся динамические системы..... 220

5.4. Формирование океанической литосферы.............................................................. 227

6. Динамика и развитие глобальной геологической системы

6.1. Геологическая система Земли как глобальный геологический осциллятор....247

6.2. Поступательное геологическое развитие в последовательности геологических циклов .... 257

6.3. Воздействие глобальной геологической системы на свое окружение .............. 259

6.4. Этапы геоэволюции с позиций развития глобальной геологической системы....264

7. Системная геотектоническая концепция и некоторые дискуссионные вопросы геологии

7.1. Системная концепция и перспективы ее развития............................................... 274

7.2.Можно ли доверять палеомагнитным реконструкциям дрейфа континентов

без понимания природы геомагнетизма? ............................................ 284

7.3.Нуждается ли геология в революционных переворотах и новых парадигмах?......309

Общие выводы.............................................................................................................. 327
Заключение...................... .............................................................................................. 335
Библиографический список....................................................................................... 339
Resume ............................................................................................................................. 356
Contents .....,..................................................................,................................................... 357

По вопросам приобретения монографии можно обращаться по адресу: 352800, г.Туапсе, ул.Морская, 4., а также по электронному адресу rggmu(and)mаil.гu (Солнцевой Анне Андреевне). Как вариант - пишите ks.sergin@gmail.com  мне, а я передам отцу Ваш запрос или свяжу вас напрямую.

Вернуться на главную стр.    Назад