ЧАСТЬ ВТОРАЯ

Сопоставление процессов у ядра и у поверхности Земли

Из современной концепции геодинамики следует тесная взаимосвязь процессов на поверхности Земли, в ее литосфере, мантии и ядре (см. введение), что выразилось в концепции геономической периодизации [Кравчинский, 1977, 1987; Храмов, Кравчинский, 1984], из которой следует, что все одноранговые явления равнозначны по сути. Отсюда возникает возможность количественного описания одного явления или процесса с помощью другого (принцип сопряженности). К сожалению, большинство процессов на поверхности Земли или количественно не описываются, или приличная информация есть даже не для всего фанерозоя. Наиболее полно и количественно можно проследить движения крупных континентальных блоков в течение неогея по палеомагнитным данным. Учитывая сказанное и то что бессмысленно стараться "объять необъятное", мы остановились на информации, вбирающей в себя максимум геологических событий, наиболее доступной и имеющей меру: это развитие биоты и хроностратиграфия, движение континентальных плит. Частота изменений знака геомагнитного поля, преобладание одной из полярностей и относительные изменения палеонапряженности коррелируют между собой и синхронны (рис. 1, часть первая, [Печерский, Диденко, 1995]), поэтому в дальнейшем мы остановились на данных о частоте инверсий, как более полных.

Изменения в органическом мире и частота инверсий геомагнитного поля

Для сравнения поведения геомагнитного поля с изменениями органического мира используем: 1) изменения числа ярусов в хроностратиграфической шкале (рис. 8а), 2) изменения разнообразия семейств морских организмов (рис. 8b) и 3) вымирания семейств морских организмов (рис. 8c) за каждые 10 млн. лет. Для пункта 1 использована хроностратиграфическая шкала [Harland et al., 1990] с некоторыми изменениями (см. начало части первой), данные для пунктов 2 и 3 взяты из сводки [Benton, 1995] для фанерозоя (к сожалению, такой детальной информации для рифея нет), при этом использованы данные только о морских организмах, как более полно охватывающие весь фанерозой. Все данные привязаны к одной шкале геологического времени.

Можно говорить о закономерностях по крайней мере трех порядков:

1) закономерность первого порядка (весь неогей) - резкое различие в степени расчлененности хроностратиграфической и магнитостратиграфической шкал в рифее и венде-фанерозое (рис. 1 и рис. 8), отражающее мощный подъем в развитии разнообразных форм жизни, начиная с венда-кембрия.

2) Закономерность второго порядка (геологические эры) - отставание начала геологических эр от минимумов частоты инверсий во всем неогее [Молостовский и др., 1976; Печерский, Диденко, 1995; Храмов и др., 1982]. Это отставание составляет 20-60 млн. лет (рис. 1) и в среднем равно 35 10 млн. лет, что соответствует скорости передачи энергии от границы ядра и мантии к поверхности Земли, т.е. скорости конвекции в мантии, 4-10 см/год. Такая скорость согласуется с оценками средних скоростей дрейфа основных континентальных плит (см. ниже и [Зоненшайн и др., 1987; Jurdy et al., 1995]). Следовательно, границы геологических эр в первую очередь связаны с внутренним геодинамическим механизмом.

3) Закономерность третьего порядка (сравнима с геологическими периодами) - почти полное совпадение минимумов и максимумов, т.е. синхронность темпов изменения органического мира с частотой изменений полярности и вариации палеонапряженности геомагнитного поля, четко видная в фанерозое (рис. 1, рис. 8). Так, разница между максимумами (минимумами) частоты инверсий поля и ближайшими к ним максимумами (минимумами) числа ярусов, разнообразия и вымирания организмов, соответственно, равна 3.1 9.6; 3.5 6.3 и 1.4 9.5 млн. лет. Кроме того, многие границы геологических периодов приходятся на узкие минимумы продолжительностью менее 10 млн. лет и небольшие перегибы частоты смен полярности и/или вариаций палеонапряженности (рис. 1), которые сглаживаются при осреднении 30 млн. лет (рис. 1). Некоторые различия картины в темпах изменения органического мира и частоты инверсий, вероятнее всего, связаны с неполнотой магнитостратиграфической информации и c неточностями датировок.

Значит, ускорение или замедление процессов на границе ядра и мантии и в изменениях органического мира синхронны, при этом границы геологических периодов чаще приурочены к спаду частоты инверсий и палеонапряженности геомагнитного поля (но не к отдельным инверсиям!), и нередко сами представляют собой спад в темпах изменений органического мира (рис. 1, рис. 8).

Если крупные длиннопериодные изменения геомагнитного поля непосредственно влияют на изменения органического мира, то между синхронными величинами каждой из характеристик изменений органического мира и геомагнитного поля, в частности частоты инверсий, должна быть сильная корреляция (прямая или обратная). Однако, при количественной оценке такая корреляция не подтверждается, что наглядно демонстрирует рис. 9. Следовательно, непосредственное влияние длиннопериодных изменений геомагнитного поля на изменения органического мира отсутствует или явно несущественно, лишь совпадают их цикличности.

Таким образом, на примере сопоставления темпов изменения органического мира и геомагнитного поля показано, что большинство процессов масштаба геологических периодов и более коротких, происходящих как близ ядра, так и близ поверхности Земли, практически синхронны, но при этом их связь отсутствует или, осторожнее говоря, явно второстепенна и не является причинно-следственной, а результат действия общего для этих процессов механизма. Те и другие процессы "реагируют" на один и тот же внешний механизм, приводящий, например, к изменениям угла оси вращения Земли и/или ее скорости, что, в свою очередь синхронно сказывается как на движениях в ядре и низах мантии, т.е. на геомагнитном поле, так и на тектонических, климатических и др. процессах на поверхности Земли, напрямую влияющих на состояние биосферы. Только геодинамические процессы масштаба геологических эр связаны с внутренним механизмом передачи энергии от низов мантии наверх (вероятно, путем конвекции, подъема плюмов и т.п.).

Скорость горизонтальных движений континентальных плит

Обычно анализ движений тектонических блоков включает, во-первых, построение траектории кажущегося движения полюса (ТКДП) данного блока для интересующего интервала геологического времени по палеомагнитным направлениям, во-вторых, палеореконструкцию положения блока (и соседних блоков) для разных интервалов времени, включающую определение координат эйлеровых полюсов вращения, в-третьих, на блоке выбирается некоторая точка, по пути движения которой определяется скорость движения блока для разных интервалов времени. При реконструкциях учитываются тектонические, палеогеографические, палеоклиматические и т.п. данные, положение горячих точек, современный баланс действующих на движение плит сил как затягивание плит в зонах субдукции, раздвижение океанских хребтов и др. [Зоненшайн и др., 1987]. Такая работа недавно проделана для реконструкции положения шести континентальных плит (Африка, Антарктида, Европа, Сибирь, Индия и Северная Америка) в фанерозое и оценки скоростей их движения [Jurdy et al., 1995]. И все же палеореконструкции относительного и тем более абсолютного положения блоков достаточно неоднозначны, тем более для докембрия. Это не последняя причина отказа от палеотектонических реконструкций континентальных плит. Главная же состоит в том, что нас интересуют глобальные закономерности в тектонических движениях, а не перемещения отдельного блока. Движение континентов по поверхности Земли напоминает движение льдин во время ледохода: основная их масса движется по течению, но при этом они могут двигаться с разной скоростью, вращаться в разных направлениях и с разными скоростями, отдельные льдины останавливаются и даже двигаются против течения, таким образом движение каждой отдельной льдины не отражает общих закономерностей в течении, которое нас более всего и интересует. Поэтому для упрощения задачи рассмотрим отдельно широтную (по палеомагнитному наклонению) и вращательную (по палеомагнитному склонению) компоненты скорости движения блока относительно некоторой точки, расположенной примерно в центре блока, что легко сделать по ТКДП этого блока. В ходе сбора данных о палеомагнитных полюсах использовались, в первую очередь, готовые ТКДП, построенные разными авторами для разных континентальных блоков и разных, по возможности максимально длинных, интервалов возраста, во вторую очередь, статьи-сводки о положениях палеомагнитных полюсов. Данные подобраны (в скобках указаны длина временного ряда и координаты "центра" плиты): по Австралии (0-1700 Ма, 25^o S, 135^o E), Африке (0-550 Ма, 720 Ма; 0^o S, 30^o E), Европе (0-1700 Ма, 55^o N, 35^o E), Индии (0-600 Ма, 750-820 Ма, 1000 Ма; 20^o N, 80^o E), Северной Америке+Гренландии (0-1120 Ма, 1140-1300 Ма; 40^o N, 255^o E), Северному Китаю (0-580 Ма, 45^o N, 120^o E), Южному Китаю (0-450 Ма, 550-600 Ма; 30^o N, 110^o E), Сибири (0-640 Ма, 730 Ма, 840-1100 Ма; 60^o N, 105^o E) [Печерский, Диденко, 1995; Храмов, 1991; Шапиро и др., 1997; Dawson, Hargraves, 1994; Elming et al., 1993; Embleton, 1984; Enkin et al., 1992; Gordon et al., 1984; Hyodo, Dunlop, 1993; Idnurm, Giddings, 1988; Klootvijk, 1984; Lin et al., 1985; Meert, Van der Voo, 1996; Park et al., 1995; Park, Gower, 1996; Piper, 1995; Pisarevsky et al., 1997; Radhakrishna, Joseph, 1996; Radhakrishna, Mathew, 1996; Saradeth et al., 1989; Seguin, Zhai, 1992; Smethurst et al., 1998; Tarling, Abdeldayem, 1996; Torsvik et al., 1992; Van der Voo, 1988, 1990; Van der Voo, Meert, 1991; Wu et al., 1993; Zhao et al., 1990, 1993].

Cобранные материалы пересмотрены и обобщены. Нередки случаи противоречивых сильно расходящихся близких по возрасту палеомагнитных определений, из-за которых получаются аномально высокие скорости. Это относится, главным образом, к раннему и среднему рифею Африки, Индии, Северной Америки. Такие интервалы пришлось "отрезать". Далее для каждого десятимиллионнолетнего интервала ТКДП определены палеоширота и палеосклонение центральных точек каждой плиты, для которых, в свою очередь, вычислены широтная компонента скорости движения плиты и угловая скорость изменения палеосклонения, т.е. вращения относительно выбранной точки плиты, и для устранения возможных погрешностей результаты осреднены, окно сглаживания 30 млн. лет. По этим данным подсчитаны глобальные средние скорости широтного движения плит V_пш (рис. 10a) и вращения плит VD (рис. 10b), стандартные отклонения этих средних dV_пш, VD. Для фанерозоя - это средние по 8 плитам, для венда-позднего рифея - по 4-5 плитам, для среднего рифея - по трем и для раннего рифея - по двум плитам.

Сказанное выше о ледоходе наглядно иллюстрирует рис. 11, где отчетливо видна, с одной стороны, согласованность движений большинства континентов с небольшими вариациями, более заметная с середины палеозоя, с другой - противоположные движения, например, в районе 900-1100 Ма Европы, Сибири, Северной Америки и Австралии. Четко прослеживается отмеченная во введении тенденция: приуроченность большинства континентов к экваториальной зоне во время существования рифейской Пангеи, дальнейшее их "разбегание" в раннем палеозое и тяготение в мезозое-кайнозое Лавразийских континентов к северным широтам, Гондванских - к экватору и южным широтам (развал палеозойской Пангеи).

Наиболее четкая картина получается для скоростей широтного движения плит (рис. 10a). Она практически совпадает с поведением полной средней скорости, вычисленной по результатам реконструкций положений континентов в фанерозое [Jurdy et al., 1995] (рис. 10c), хотя число и набор континентов различны. Значит можно полагать, что V_пш отражает достаточно полно поведение модуля скорости движения континентов как в фанерозое, так и в докембрии. На рис. 10a четко видна цикличность V_пш, которая "смазана" менее упорядоченными вращениями плит (рис. 10b).

Обращает внимание резкое различие в поведении VD и dVD в интервале 1700-900 и 900-0 Ма. В первом интервале довольно циклично меняется VD при низком ее разбросе (выделяются на этом фоне максимумы dVD 1100 и 980 Ма), во втором интервале и скорость, и ее разброс плавно нарастают к середине интервала и также плавно спадают. Разбросы ( dVD ), видимо, минимальны во время существования суперконтинентов. Иная картина в случае V_пш : поведение с небольшими нюансами сходно на протяжении всего неогея, происходит регулярная смена средних скоростей от минимальных 10-20 до максимальных 40-60 км/млн. лет (изредка в раннем рифее до 80). В то же время поведение dV_пш заметно отличается в рифее, где разброс повторяет поведение V_пш, и в верхней половине позднего рифея-фанерозое, где поведение их различается, а главное - dV_пш V_пш. На этом фоне в венде-самых верхах рифея (650-530 Ма) выделяется интервал "нарушения цикличности V_пш " и высокой dV_пш. По данным непосредственного измерения расстояний между соседними максимумами (минимумами) и результатам вейвлет-анализа (Д. К. Галягин и П. Г. Фрик) в цикличности V_пш, dV_пш, VD и dVD выдяляются характерные времена: 20-30, 40-50, 70-80, 100 и 130 млн. лет.

Сравнение скорости движения континентальных плит с частотой инверсий геомагнитного поля в неогее

Сопоставим для начала изломы на ТКДП плит с экстремумами частоты инверсий поля (рис. 1а, 1б).

Из приведенных в табл. 2 случаев 14 изломов ТКДП совпадают с минимумами F, 6 - с максимумами и 4 - отстают от F_min на 20-40 млн. лет, т.е. преобладает ситуация, когда резкие изменения в положении палеомагнитного полюса синхронны экстремумам частоты инверсий, как и в случае изменений в биоте, но есть примеры отставания, т.е. ситуация сложнее.

Сопоставим теперь максимумы (минимумы) V_пш, dV_пш, VD и dVD с ближайшими максимумами (минимумами) частоты инверсий поля F_m. В отличие от подобного сопоставления с темпами изменения органического мира (см. выше), отмечается большой разброс между экстремумами (рис. 12), отчасти, видимо, связанный с ошибками разного рода. При этом в подавляющем большинстве случаев разности V_m - F_m и dV_m - F_m образуют два уровня: либо близки к нулю (0 20 млн. лет), либо отрицательные (преимущественно в интервале между -30 и -60 млн. лет), т.е. экстремумы скоростей и их разброс либо синхронны, либо отстают от экстремумов частоты инверсий на время, подобное отставанию начала геологических эр от минимумов частоты инверсий (рис. 1а). Несмотря на большой разброс, видно чередование интервалов явного преобладания минимальных разностей V_m - F_m 0 и интервалов, где явно преобладают V_m - F_m - 40 20 млн. лет (рис. 13). Характерное время такого чередования 350-400 млн. лет.

Приведенные данные можно трактовать так: действуют два рода механизмов - внешний, синхронный у ядра и на поверхности Земли, с которым связана близкая к нулю V_m - F_m, и внутренний, с которым связана V_m - F_m = -4020 млн. лет. Отрицательные значения V_m - F_m есть результат передачи энергии от границы ядра и мантии (слой D^'' ) к поверхности Земли, (плюмы, конвекция в мантии и т.п.). Отставание -4020 млн. лет соответствует скорости передачи энергии от ядра к поверхности Земли 5-10 см/год. Такая скорость не противоречит рис. 8 и известным оценкам средних скоростей дрейфа основных плит [Зоненшайн и др., 1987, 1990; Jurdy et al., 1995].

Тип механизмов можно определить по корреляции между V_пш и V_m - F_m. В случае преобладания во внутреннем механизме конвективных движений в мантии между ними должна быть обратная корреляция, в случае передачи энергии в виде плюмов такой корреляции скорее всего не будет, т.к. движения континентальных плит мало зависят от подъема плюмов и заметно зависят от конвективных движений в верхней мантии, наконец в случае действия внешнего механизма корреляции не должно быть вовсе. Корреляция между V_пш и V_m - F_m скорее отсутствует как в интервале 0+20 млн. лет, так и в интервале -4020 млн. лет (намечается обратная корреляция для минимальных значений V_пш, рис. 14). Если отсутствие корреляции в интервале 0 20 млн. лет подтверждает действие внешнего типа механизма, то отсутствие корреляции во втором интервале говорит о том, что взаимосвязь процессов в ядре и низах мантии (слой D^'' ) и движений в литосфере идет не через конвекцию в мантии. Это можно объяснить тем, что процессы в слое D^'' и конвекция в мантии независимы, о чем, например, говорит неподвижность горячих пятен - выходов плюмов на земную поверхность - относительно движущихся плит (что используется для оценки абсолютных перемещений плит [Зоненшайн и др., 1987; Jurdy et al., 1995]. Нарушение корреляции можно объяснить существованием двухслойной конвекции, в нижней и верхней мантии, при которой тепло-массообмен между ними составляет не более 10% [Allegre, 1997]).

Как видно из рис. 13 и рис. 14, пределы изменений средних скоростей движения плит в случае обоих типов механизмов очень близки (соответственно, 10-60 и 20-55 км/млн. лет) и заметно перекрывают возможную зависимость V_пш от V_m - F_m. Следовательно, приведенные колебания средних V_пш связаны с общими причинами, влияющими на действие и внешнего, и внутреннего типов механизмов. Скорость передачи энергии от ядра к поверхности Земли колеблется в сравнительно небольших пределах, что видно по диапазону времени отставания экстремумов скорости движения от экстремумов частоты инверсий поля на -4020 млн. лет и по перекрывающимся диапазонам изменений максимальных и минимальных значений средних скоростей широтных перемещений плит: соответственно 30-60 и 10-45 км/млн. лет для внешнего механизма, 40-55 и 20-40 км/млн. лет - для внутреннего механизма (рис. 14). Таким образом, независимо от механизмов генерации геомагнитного поля и движений литосферных плит, передача энергии от ядра к поверхности Земли и движение плит имеют близкие скорости, что очевидно определяется свойствами среды. Как следует из рис. 13, существуют интервалы времени, когда преобладает действие внешнего синхронного механизма ( V_m - F_m =0 20 млн. лет), и когда преобладает действие внутреннего механизма, для которого характерно время отставания -4020 млн. лет. В частности, упомянутый выше "аномальный" по V_пш и dV_пш вендский интервал попадает в наиболее длительный интервал преобладающего действия внешнего механизма (рис. 1 и рис. 13).

Обобщение результатов

Рассмотренный материал позволяет говорить по крайней мере о трех уровнях связей между процессами в ядре и низах мантии, с одной стороны, и у поверхности Земли, с другой.

Первый уровень

- весь неогей. На поверхности Земли это выразилось в резком различии в степени расчлененности хроностратиграфической шкалы в рифее, с одной стороны, и венде-фанерозое - с другой (рис. 8), отражающее мощный подъем в развитии разнообразных форм жизни, начиная с венда-кембрия. Интервал конца рифея-венда (650-530 Ма) выделяется нарушением цикличности в поведении скорости движения континентальных плит V _пш (рис. 10), "аномальный" по V_пш вендский интервал попадает в наиболее длительный интервал преобладающего действия внешнего механизма (рис. 1, рис. 13). На это же время приходится завершающий этап существования и раскол рифейского суперконтинента Пангеи. Пик тектонотермальной активности приходится примерно между 570 и 500 Ма, с ним связывается подъем теплового потока, максимум распространения гранулитовой фации метаморфизма, переработки земной коры, эпейрогенических поднятий и излияний базальтов, что можно связать с мантийными плюмами [Williams, 1994]. На границе ядра и мантии в то же время происходят существенные изменения, выразившиеся в заметных изменениях всех характеристик геомагнитного поля, особенно ярко - в частоте инверсий - картина очень близка "частоте" стратиграфических ярусов (рис. 8). Поведение геомагнитного поля в рифее и венде-фанерозое имеет разную фрактальность. Одно из возможных объяснений различия рифейского и фанерозойского интервалов, уникальности их границы, выразившихся как на поверхности Земли, так и у ее ядра, - резонансное усиление движений ядра, вызванных приходящейся на это время критической продолжительностью суточного вращения Земли (  22,2 час) из-за приливного замедления ее вращения (от архея до наших дней примерно в 1,5 раза), что привело к значительному возрастанию температуры близ границы ядра и мантии, к нестабильности слоя D^'' и подъему мантийных плюмов [Williams, 1994].

Второй уровень

- масштаб геологических эр - это отставание начала геологических эр от минимумов частоты инверсий во всем неогее. При этом интервалы длительной устойчивой полярности геомагнитного поля, обычно предшествующие началу геологических эр, имеют цикличность, близкую продолжительности эр - 160-200 млн. лет (за исключением двух аномалий между 1150 и 1100 Ма и между 700 и 630 Ма). Такая закономерность подтверждается фрактальной размерностью частоты инверсий в неогее около 0,9. Намечается приуроченность минимумов скоростей движения плит к упомянутым интервалам устойчивой полярности поля, что, вероятно, естественно - спокойствие и стабильность и у ядра и у поверхности Земли. Отмеченное выше отставание составляет 35-60 млн. лет (рис. 1) и соответствует скорости передачи энергии от границы ядро-мантия к поверхности Земли, т.е. скорости конвекции в мантии, 4-10 см/год. Такая скорость вполне согласуется с оценками средних скоростей дрейфа основных континентальных плит (см. рис. 10 и [Зоненшайн и др., 1987; Jurdy et al., 1995]). Следовательно, границы геологических эр в первую очередь связаны с действием внутреннего механизма.

Третий уровень

- масштаб геологических периодов - это двоякая связь процессов на поверхности и у ядра Земли: Во-первых, почти полное совпадение минимумов и максимумов, т.е. синхронность темпов изменения органического мира и скоростей движения континентальных плит с частотой изменений полярности и вариаций палеонапряженности геомагнитного поля (рис. 1, рис. 8, рис. 10). К этому следует добавить синхронность геомагнитных событий с такими "литосферными" событиями как излияния траппов, скачки в скорости спрединга, стратиграфические несогласия в геологических последовательностях (отражают колебания уровня океана), фазы складчатости, появления эвапоритов и тиллитов (климаты), распространение черных сланцев (окислительно-восстановительные режимы), наиболее ярки совпадения перечисленных событий 91-97, 110-113, 144-148, 190-196, 245-250 Ма [Rampino, 1988; Rampino, Caldeira, 1993; см. также введение]. В цикличности всех перечисленных процессов выделяются периоды примерно от 20 до 100 млн. лет (наиболее заметные - ~20-30, ~50, ~100). Кроме того, многие границы геологических периодов приходятся на узкие минимумы продолжительностью менее 10 млн. лет и небольшие перегибы частоты смен полярности и/или вариаций палеонапряженности (рис. 1). Значит, ускорение или замедление процессов на границе ядра и мантии и в изменениях органического мира, движениях плит и других процессов на поверхности Земли синхронны, при этом границы геологических периодов чаще приурочены к спаду частоты инверсий и величины палеонапряженности геомагнитного поля, и нередко сами представляют собой спад в темпах изменений органического мира (рис. 1, рис. 8).

Во-вторых, помимо синхронного уровня (совпадение экстремумов V_m и F_m ), экстремумы V_m отстают (преимущественно на 30-60 млн. лет), от экстремумов частоты инверсий на время, подобное отставанию начала геологических эр от минимумов частоты инверсий (рис. 1, рис. 13). При этом видно чередование интервалов явного преобладания разностей V_m - F_m 0 и интервалов, где явно преобладают V_m - F_m - 40 20 млн. лет (рис. 13). Характерное время такого чередования 350-400 млн. лет, т.е. удвоенный интервал цикличности длительных интервалов постоянной полярности.

Приведенные данные можно объяснить действием двух типов механизмов - внешний, синхронный у ядра и на поверхности Земли, и внутренний, с которым связано отставание процессов на поверхности Земли от процессов у ядра на -4020 млн. лет. Во всех случаях отмеченная связь только качественная, количественная же связь между процессами на поверхности Земли и у ядра практически отсутствует (рис. 9, рис. 14), следовательно между этими процессами нет прямой причинно-следственной связи, скорее это результат действия на все процессы некоего общего механизма.

Из нашего рассмотрения не следует строгое определение конкретного механизма (механизмов), а лишь ограничение существующих гипотез полученной информацией.

С одной стороны, это серия процессов, которые вполне объясняют синхронность событий на поверхности Земли и у ее ядра, такие как приливная эволюция системы Луна-Земля, эволюция Земли в составе Солнечной системы и в общей эволюции Галактики. Так, приливные движения ведут к периодическим изменениям скорости вращения Земли, расстояния между Землей и Луной, наклона оси вращения Земли, соответственно, к заметным изменениям положения полюса вращения Земли (повороты всей планеты относительно плоскости эклиптики и/или повороты мантии относительно ядра). Сюда же (к синхронным механизмам) отнесем и изменения положения оси вращения из-за дрейфа континентов. В свою очередь перечисленные действия ведут к изменениям климата и уровня океана, изменениям положения ядра Земли и, следовательно, должны вести к изменениям геомагнитного поля. В частности, режимы замедления-ускорения вращения Земли должны приводить к смене геомагнитной полярности, предпочтению одной из полярностей. В свою очередь интервалы максимальных градиентов средних скоростей дрейфа континентов, экстремумы суммарной амплитуды палеовариаций направления и максимумы преобладания обратной полярности поля очень близки эпохам прохождения Солнечной системы через плоскость нашей Галактики; главный период всех таких колебаний близок 30 млн. лет и с ним практически совпадает главный период вымираний фауны, понижений уровня океана, крупных извержений базальтов, горообразования, резких спадов скорости спрединга, эпизодов усиления восстановительных режимов за 250 Ма [Rampino, 1988; Rampino, Caldeira, 1993], в то же время, это полупериод колебаний основных параметров геомагнитного поля в неогее; наконец, один из периодов рассмотренных характеристик поля и движения плит близок галактическому году.

С другой стороны, существует отставание ряда процессов на поверхности Земли (начала геологических эр, изменения средних скоростей движения континентальных плит и др.) от процессов на границе ядра и мантии (рис. 13), которое проще всего представить как результат передачи энергии от границы ядра и мантии (слой D^'' ) к поверхности Земли (плюмы, конвекция в мантии и т.п.). Величина отставания соответствует скорости передачи энергии от ядра к поверхности Земли 5-10 см/год, что согласуется со скоростями дрейфа основных плит. Отсутствие количественной связи (или очень слабая корреляция) говорит о том, что взаимосвязь процессов в ядре и низах мантии (слой D^'' ) и движений в литосфере идет не через конвекцию в мантии. Это можно объяснить существованием двухслойной конвекции, в нижней и верхней мантии при очень ограниченном тепло-массообмене между ними (не более 10%) [Allegre, 1997] и/или тем, что процессы в слое D^'' и мантии независимы.

Можно объединить действия двух типов механизмов следующим образом: внешний механизм вызывает процессы (активность, нестабильность и т.п. и наоборот) в слое D^'' , которые в свою очередь стимулируют тепломассоперенос в мантии, т.е. действие внутреннего механизма. В свою очередь, перемещение масс в мантии (конвекция, плюмы, субдукция), вызванные активностью в слое D^'' , с которыми связан дрейф литосферных плит, ведут к изменению момента инерции планеты, т.е. к действию внешнего синхронного механизма. И так далее. В пользу такой взаимосвязи говорят очень близкие пределы изменений средних скоростей движения плит в случае действия обоих типов механизмов, соответственно, 10-60 и 20-55 км/млн. лет.

В общем, независимо от механизмов генерации геомагнитного поля и движений литосферных плит, передача энергии от ядра к поверхности Земли и движение плит имеют близкие скорости, что очевидно определяется свойствами среды.

Заключение

Основные выводы, следующие из нашего анализа поведения геомагнитного поля в течение неогея и его связи с процессами у поверхности Земли, приведены в конце части первой и второй статьи. Не будем их повторять и ограничимся некоей общей мыслью: следуя принципу Ньютона ("гипотез не создаю"), мы не предлагаем гипотетических механизмов, общих для процессов у ядра и на поверхности Земли. Тем более, что магнитная (палеомагнитная) запись и не позволяет этого делать - невозможно по ней определить механизм магнитной записи (устройство магнитофона) или "автора" этой записи (возраст и прочие приметы оператора). Мы вправе утверждать как факт отсутствие причинно-следственной связи между длительными процессами продолжительностью в десятки и сотни миллионов лет у ядра и поверхности Земли, но существование общего механизма (механизмов) для этих процессов. При этом взаимосвязь процессов у ядра и поверхности Земли имеет двоякий характер: в одних случаях она синхронная (внешний механизм), в других - несинхронная (внутренний механизм). Можно объединить действия двух типов механизмов: внешний механизм вызывает процессы (активность, нестабильность и т.п. и наоборот) в слое D^'', которые в свою очередь стимулируют тепломассоперенос в мантии, т.е. действие внутреннего механизма. В свою очередь, с перемещением масс в мантии (конвекция, плюмы, субдукция), вызванным активностью в слое D^'', связан дрейф литосферных плит, а это ведет к изменению момента инерции планеты, т.е. к действию "внешнего" синхронного механизма. И так далее. Вот вам и длиннопериодная цикличность, и единство процессов...

Благодарность

This document was generated by TeXWeb (Win32, v.1.0) on January 11, 1999.