11. ЭЛЕМЕНТЫ ВИХРЕВОЙ ГЕОДИНАМИКИ

О терминологии

Термин «геодинамика» не имеет общепризнанного толкования [Шейдеггер, 1987]. В нашей стране на рубеже 80-х годов появились и быстро прижились понятия «геодинамический анализ» и «геодинамические реконструкции», подразумевающие интерпретацию строения и истории развития континентальных территорий с позиций одной конкретной концепции – тектоники литосферных плит. На практике это вылилось в массовое использование метода аналогий. При этом, по сути, постулируется механизм ячеистой мантийной конвекции, восходящие ветви которой порождают срединноокеанические хребты, а нисходящие (субдуцирующие) – сложные островодужные ансамбли. Суть подобной методологии мог бы отражать, например, термин «химическая геодинамика» [Жуланова, 2003].

Если смотреть шире, включение в теоретический фундамент современной геологии термодинамики вырисовывает первоочередную методологическую задачу, особенно если вести речь о синтезе геофизики, тектоники и петрологии (геохимии), в целостную науку о движущих силах эволюции планеты – «глобальную геодинамику» [Хаин, 1995]. Акцентировать внимание на этом, по мнению автора работы [Жуланова, 2003], «заставляет не столько логика внутреннего развития самой геологии…, сколько общие достижения термодинамики необратимых процессов и родственного ей нового междисциплинарного направления – синергетики – в познании универсальных закономерностей и возникновения развития (самоорганизации) больших неравновесных (диссипативных) систем любой природы. Философия уже назвала синергетику парадигмой современного естествознания. Ведущим фактором самоорганизации она называет мощные энергопотоки, действующие на протяжении длительного времени и с определенной периодичностью порождающие скачкообразные эффекты структуирования систем за счет согласованного действия всех их элементов. Очевидная специфичность этого направления позволила предложить для него термин «геосинергетика»». Синэнергетический подход в нелинейной геологии и проблема научного прогнозирования подробно обсуждается в фундаментальной работе Н.В. Короновского [2006, с. 493-513].

Нет сомнений, что за синергетикой большое будущее. Однако не будем увлекаться «философской» стороной дела, за которой часто стоят полукачественные или в лучшем случае качественные, не подкрепленные достаточно надежными количественными оценками, рассуждения. Примером тому – последняя геологическая парадигма – глобальная тектоника плит, которая «на пальцах» действительно объясняет все или почти все, но при количественных оценках сталкивается с трудностями принципиального характера (см. далее в этой главе раздел «Новые данные и нестыковки»).

Под Геодинамикой, вслед за [Геологический…, 1978, с. 143], будем понимать раздел наук о Земле достаточно общего плана: «о процессах, протекающих в системе «Земля», и о силовых (энергетических) полях, проявляющихся в этих процессах». Термин «геодинамика» в такой формулировке близок определению В.Е. Хаина [1995] и, несомненно, несет синергетические черты. Построенные в последующем количественные модели позволят исследователям в дальнейшем уточнять и конкретизировать как саму дисциплину «Геодинамика», так и, возможно, ее разделы.

Геология и время

Прежде чем говорить о движениях в геологии, т.е., прежде чем начинать строить геодинамические модели, необходимо остановиться на сути концепции времени в геологии, которая, как известно [Симаков, 1999], имеет свою специфику.

291

Время и энтропия [Земля, 1974, с. 11-28, 226-230]

Геология начинается в поле с наблюдения материала, образующего Землю и определяющего его геометрическое и «структурное» расположение. Затем следует изучение временных взаимосвязей, которые могут быть логически выведены их этих наблюдений. Такие взаимосвязи, устанавливающие последовательность событий во времени и дающие схематическую модель процесса, затем объясняются на основе экспериментально подтвержденных физических законов.

Большая часть Земли скрыта от взгляда. Следовательно, значительная часть геологии является плодом воображения.

Имеющиеся в нашем распоряжении геологические данные свидетельствуют, что многие геологические процессы невозможно было бы ни наблюдать, ни понять, если бы они не были очень длительными. «Медленность» же многих земных процессов «компенсируется» большей протяженностью геологического времени их протекания. С точки зрения обычных человеческих стандартов Земля по своим размерам и возрасту – объект необычный. Действительно, состояние вещества внутри Земли характеризуется большими диапазонами Р (давление) – Т (температура) – ρ (плотность) условий, а также химической и физической по пространству и во времени «неоднородностями» протекания геологических процессов. Все это вынуждает геологов при объяснении геологических процессов прибегать и к многочисленным предположениям и к существенным физическим и химическим упрощениям реальных геологических условий.

Время в геологии играет важнейшую роль. Другие естественные науки, например, химия или физика, изучают мир, главным образом, в современном его состоянии. В отличие от них геология имеет дело преимущественно с прошлым. Наши познания о геологических процессах обычно основываются на наблюдениях последовательности различных событий во времени, а, значит, почти полностью определяются хронологией. В большинстве случаев геолог, пытаясь реконструировать некоторые события, осуществившиеся в прошлом, задается вопросами: «Что случилось вначале? Что произошло потом? Были ли эти события одновременными?». Огромная продолжительность геологического времени помогает понять процессы, которые были бы совершенно необъяснимыми в рамках очень кратких по продолжительности отрезков времени лабораторных экспериментов или даже с точки зрения продолжительности человеческой жизни. Другими словами, геологи вынуждены допускать, что все физические законы проявлялись в прошлом так же, как они проявляются и в настоящее время, хотя заранее не ясно и это ниоткуда не следует, оставались ли численные значения констант, входящих в эти законы, неизменными в течение всех геологических эонов или эр.

В соответствии с современными представлениями термодинамики течение геологического времени сопровождается и, фактически, определяется необратимым рассеянием энергии или увеличением энтропии. Земля никогда не будет такой же, как в настоящий момент, как она никогда не была точно такой же и в прошлом. Земля совершенно неизбежно должна изменяться и эволюционировать. Это обстоятельство кардинальным образом ставит геологию в разряд исторических наук. Геология изучает преимущественно специфические случаи и уникальные проявления эволюции, отделенные друг от друга разными отрезками времени. Об их продолжительности мы можем судить только на основании современных представлений. Никакими геологическими данными о том, как в действительности протекало время в ту или иную геологическую эру или эон мы не располагаем. Эти обстоятельства в корне отличают геологию от физики и химии, которые изучают воспроизводимые явления в системах, существующих в настоящее время.

Геологам приходится иметь дело с весьма разнородными объектами: нет двух океанов, нет пары континентов или даже вулканов и очагов землетрясений, вполне

292

похожих один на другой. Эта разнородность объектов обусловлена уникальным характером и невоспроизводимостью геологических событий. Отсюда и принципиальная неоднозначность интерпретации всех геологических теорий.

Хронология фанерозоя [Земля, 1974, с. 25-27, 266-267]

Кристаллический фундамент континентальной коры на громадных площадях перекрыт чехлом осадочных пород. Во многих случаях можно изучить и провести измерения последовательности осадочных отложений, мощность которых может достигать сотен и даже нескольких тысяч метров. Общеизвестно, что в любой вертикальной последовательности осадочных пород пласты, залегающие выше по разрезу, несомненно, являются более молодыми. Этот принцип, известный под названием закона напластования Стено, явился тем основополагающим камнем, на котором позднее выросло здание науки стратиграфии – науки о напластованиях пород и той информации, которая в них записана происходящими событиями. Стратиграфия в свою очередь лежит в основе геологической хронологии.

Каждый раздел геологического времени устанавливается на основе местной стратиграфической последовательности. При этом корреляция событий, соответствующих этому времени в других районах Земли, проводится геологами на основе изучения ископаемых остатков.

Особый интерес радиометрического определения абсолютного возраста событий, совершавшихся в кембрии и позднее, заключается в возможности взаимного совмещения классической стратиграфии с радиологической хронологией. Каждая из этих двух систем датирования является достаточно строгой проверкой правильности другой системы. В результате многолетних исследований выяснилась хорошая сходимость радиометрических и стратиграфических данных. Серьезные противоречия между ними единичны.

Таким образом, к настоящему времени можно сформулировать следующие фундаментальные выводы. А именно, продолжительность фанерозойского эона составляет около 600 млн лет, т.е. несколько меньше одной седьмой установленной истории земной коры (около 4200 млн лет). При этом продолжительности всех основных периодов фанерозоя оказались примерно одинаковыми, так как четыре фанеройские шкалы времени, откалиброванные разными авторами по радиометрическим определениям абсолютного возраста, достаточно хорошо совпали между собой. Действительно, продолжительности следующих друг за другом фанерозойских периодов оказались примерно равными (в млн лет): Третичный (Т) – 68, Мел (С) – 66, Юра (J) – 54-59, Триас

(Т) – 30-35, Пермь (Р) – 55, Карбон (С) – 65, Девон (D) – 50, Силур (S) – 35-45, Ордовик (О) – 60-70) и Кембрий (С) – 70, в среднем, Т = 60±10 млн лет, σ = 10 млн лет – величина среднеквадратичного разброса значений. Как видим, разброс средних продолжительностей σ невелик и, в среднем, не превышает 15-20%, что в первом приближении позволяет считать продолжительности всех основных периодов в фанерозое равными друг другу.

Резюме

Примерное равенство друг другу продолжительностей основных фанерозойских периодов, определенных с помощью абсолютных радиоактивных методов, во времени «привязанных» к современному периоду, позволяет считать их проявлением некого общего колебательного геологического процесса, протекавшего на Земле в течение последних 600 млн лет. Этот вывод подтверждается данными работы [Милановский, 1995], в которой показано, что для фанерозоя характерно наличие «многоуровенной иерархической системы циклов разных рангов и длительностей». Все эти данные, в

293