Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow Вращение Земли от архея до наших дней

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Вращения Земли и Луны в фанерозое по палеонтологическим данным

В п. 1.10 отмечено, что исследования суточной микрослоистости скелетов древних организмов и тонкослойных осадочных отложений позволили определить для некоторых геологических эпох число солнечных суток в году dy ив синодическом месяце dm. Зная dy и dm, по формулам

(1.46) можно вычислить угловые скорости суточного вращения Земли П и орбитального движения Луны п. Результаты этих вычислений представлены в табл. 1.5 и на рис. 1.13.

Определений по палеонтологическим данным продолжительности синодического месяца значительно больше, чем определений продолжительности года, особенно для мезозоя и кайнозоя. Покажем, что при некоторых очевидных допущениях значения fl(t) и n(t) можно вычислить по одним только значениям dm, т. е. докажем формулу (1.47).

Положим П = П0 + 5П и п = п0 + 5п, где П0 = 7,292 • 10-5 с-1 ип0 = 26,619* 10“7 с-1 - современные угловые скорости суточного вращения Земли и орбитального движения Луны. Тогда согласно уравнениям

(1.46)

Переходя в (5.21) к приращениям имеем а после исключения из (5.24) и (5.25) 5п получаем

Принимая для оценки dC/dt ~ — Ю20 кгм2/с в соответствии с [223] и dA/dt согласно уравнению (5.22), получаем, что приращения П5С/ и 5А/(х) за последние 100-150 млн лет меньше 10-8, т. е. примерно на порядок меньше п0. Итак, приближенная формула для вычислений 5П в кайнозое - позднем мезозое по данным о продолжительности синодического месяца dm имеет вид

Отсюда немедленно следует приближенная формула (1.47), которая была использована для вычислений П(1) для тех эпох, для которых были определены только продолжительности синодического месяца.

Рассмотрим данные о вращениях Земли и Луны в фанерозойской шкале времени. Они представлены на рис. 5.7.

Угловые скорости вращения Земли Q (залитые точки) и орбитального движения Луны п (светлые точки) в фанерозое

Рис. 5.7. Угловые скорости вращения Земли Q (залитые точки) и орбитального движения Луны п (светлые точки) в фанерозое

С учетом статистических весов исходных значений dy и dm средне- фанерозойские ускорения во вращениях Земли и Луны оказались равными

Все ускорения вычислялись в приближении линейного тренда. Веса исходных данных были приняты равными обратным величинам дисперсий. Средняя в фанерозое скорость увеличения радиуса лунной орбиты составила 1,40 • 10“9 м/с = 4,43 см/год. Радиус лунной орбиты за 510 млн лет увеличился всего на 3,5R (R - радиус Земли), а отклонения от линейного тренда не превышали 0,9R. Эти результаты не подтверждают гипотезу о периодических вариациях в фанерозое расстояния Земля - Луна с амплитудой порядка 4R [3].

Легко можно заметить, что вращательный режим в системе «Земля - Луна» испытывал заметные изменения на рубежах известных в геологии тектонических циклов фанерозоя: каледонского (380-530 млн лет назад), герцинского (230-380 млн лет назад), киммерийского (80-230 млн лет назад) и альпийского с началом около 80 млн лет назад [96].

Примечательно то, что примерно половину времени из 510 млн лет ускорения во вращениях Земли и Луны были по абсолютной величине больше их среднефанерозойских значений, а другую половину - меньше.

Из рис. 5.7 видно, что поздний кембрий, ордовик и, по всей видимости, практически весь силурский период были отмечены большими по сравнению со среднефанерозойскими замедлениями суточного вращения Земли и орбитального движения Луны. Затем имел место интервал относительного ускорения во вращении Земли, реальность которого не вызывает сомнения, но его истинную длительность трудно установить из-за малого числа палеонтологических данных. Он мог продолжаться в течение всего девона и даже захватывать ранний карбон, а мог быть и сравнительно коротким - всего 20-40 млн лет в девоне. С середины карбона до конца перми вращения и Земли, и Луны вновь испытывали интенсивное замедление.

Самый удивительный интервал в фанерозойской шкале приливной эволюции СЗЛ - это киммерийский цикл тектонической активности, почти на всем протяжении которого вращения Земли и Луны изменялись очень незначительно. Замедления в суточном вращении Земли и в орбитальном движении Луны были настолько малы, что легко можно получить кажущееся ускорение в орбитальном движении Луны, как это было сделано в [97].

Представленная на рис. 5.7 и описанная выше картина изменений угловой скорости вращения Земли находится в качественном согласии с последними реконструкциями положений палеостабильных литосферных плит в фанерозое [319]. После вендского раскола позднепротерозойской Пангеи (Мезогеи - в терминологии О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова [178]) в течение первой половины палеозоя (от раннего кембрия до позднего силура) современные южные материки (Африка, Южная Америка, Австралия, Антарктида и ряд более мелких плит) были сгруппированы в единый суперконтинент Гондвану, а северные материки (Северная Америка, Восточная Европа, Сибирь, Казахстан и другие плиты) существовали изолированно (рис. 5.8, 5.9). Хотя подвижность северных палеоматериков в этот период была высокой, что приводило к заметным трансформациям древних океанов (частичному закрытию одних, образованию новых), между самими этими материками и Гондваной постоянно существовали обширные водные пространства. Площади шельфовых зон и эпиконтиненталь- ных морей были, по всей видимости, значительными, что обеспечивало устойчивое высокое приливное трение.

Переломным для фанерозоя во многих отношениях явился девонский период (367-408 млн лет назад [255]). Еще в среднем силуре наметился процесс коллизии Северо-Американского и Восточно-Европейского континентов (рис. 5.9), который уже в раннем девоне завершился образованием Евроамерики (рис. 5.10). Это геодинамическое событие среднего палеозоя нашло яркое отражение в развитии континентальной коры, складчатости, рифтогенеза, ритмов осадконакопления на этих континентах [12-14].

Реконструкция континентов и океанов раннего кембрия (536-570 млн лет назад) [319]

Рис. 5.8. Реконструкция континентов и океанов раннего кембрия (536-570 млн лет назад) [319]

Реконструкция континентов и океанов среднего силура (424,0-430,4 млн лет назад) [319]

Рис. 5.9. Реконструкция континентов и океанов среднего силура (424,0-430,4 млн лет назад) [319]

Реконструкция континентов и океанов раннего девона (386,0-408,5 млн лет назад) [319]

Рис. 5.10. Реконструкция континентов и океанов раннего девона (386,0-408,5 млн лет назад) [319]

Реконструкция континентов и океанов ранней перми (259,7-268,8 млн лет назад) [319]

Рис. 5.11. Реконструкция континентов и океанов ранней перми (259,7-268,8 млн лет назад) [319]

Сравнительно короткий девонский период разделяет орогенические эпохи каледонского и герцинского тектонических циклов, причем позднекаледонский орогенез отвечает формированию Евроамерики.

В дальнейших событиях среднего палеозоя наиболее примечательна эволюция древних океанов, в первую очередь Палеотетиса и Уральского, возникших в среднем ордовике. Оба этих океана в силу того, что они соприкасались почти со всеми древними литосферными плитами, играли важную роль в диссипации приливной энергии. Согласно палеореконструкциям [319] их закрытие началось в позднем силуре - раннем девоне и закончилось в перми (рис. 5.11). В частности, окончательное закрытие Уральского палеоокеана связано с коллизией Евроамерики, Сибири и Казахстанской плиты в поздней перми, при этом наибольшая скорость закрытия Палеотетиса фиксируется в конце позднего девона [14].

Позднекаледонская коллизия сопровождалась поднятием Евроаме- риканского континента, что, естественно, привело к сокращению площади шельфовых зон и осушению эпиконтинентальных морей в приэкваториальной области земного шара, в которой наиболее эффективно работает механизм приливного трения. Однако уже в середине девона высокое гипсометрическое положение Евроамерики стало разрушаться, а в начале позднего девона процессы растяжения коры и рифтогенеза охватили значительные площади Восточно-Европейской платформы и краевые зоны Северной Америки. Поздний девон был эпохой максимальных скоростей погружения коры для Евроамериканского континента [13]. Интенсивный рост срединно-океанических хребтов за счет высокой скорости спрединга в Палеотетисе привел к подъему уровня Мирового океана и к крупнейшей в палеозое трансгрессии моря. Таким образом, на протяжении девонского периода диссипация приливной энергии могла существенно уменьшиться по сравнению с диссипацией в раннем палеозое, а затем снова вернуться к своему первоначальному значению (или близкому к нему). Данные об изменениях суточного вращения Земли свидетельствуют об этом (рис. 5.7).

В позднем палеозое продолжалась аккреция материковой литосферы, завершившаяся герцинским орогенезом и формированием в конце перми - начале триаса позднепалеозойской (вегенеровской) Пангеи в форме единого континентального сегмента земной коры. Еще одной важной особенностью позднего палеозоя является обширное оледенение Гондваны [203], которое охватывало огромные площади южных материков и распространялось на север в координатах того времени до 45°-50° ю. ш. Аккреция литосферных плит, слабая интенсивность спрединга, заметное накопление влаги в ледниках планеты - все это в совокупности привело к очередной планетарной регрессии моря, к исчезновению эпиконтинентальных морей, к высокому стоянию континентов относительно уровня Мирового океана в конце палеозоя и к заметному уменьшению приливного трения по сравнению не только с ранним палеозоем, но и с девоном.

Позднепалеозойская геодинамическая обстановка в общих чертах сохранялась еще в начале мезозоя. В триасе наметилась новая тенденция в истории развития литосферы - раскол Пангеи и раздвижение составляющих ее континентов. Причем это коснулось главным образом южной части

Пангеи - Гондваны, существовавшей почти в неизменном виде с протерозойских времен. От северной части Пангеи - Лавразии - по сути дела отделился только Северо-Американский континент, зато Восточно-Европейская, Сибирская, Казахстанская, Китайская и ряд других плит консолидировались в огромный Евроазиатский материк. Однако развитие процесса раскола Пангеи протекало медленно, высокое стояние континентов сохранялось вплоть до начала мелового периода, о чем свидетельствует известная фане- розойская кривая эвстатических колебаний уровня Мирового океана [342]. В середине мела скорость спрединга достигла своего максимального значения, к концу мела относятся первые импульсы столкновений Африки и Евразии с отдельными микроконтинентами, т. е. начало альпийского орогенеза. На протяжении мелового периода за счет интенсивного роста срединноокеанических хребтов развилась планетарная трансгрессия, в результате чего площадь мелководных зон Мирового океана значительно увеличилась. На рубеже мела и палеогена темп спрединга снизился и начался регрессивный этап в развитии Мирового океана, однако с последствиями в отношении шельфовых зон и эпиконтинентальных морей гораздо меньшими по сравнению с планетарной регрессией позднего палеозоя - раннего мезозоя.

Палеогеодинамические реконструкции были использованы для построения котидальных карт, на основе которых были произведены расчеты палеоприливов и скорости диссипации приливной энергии в волне М2 для различных эпох фанерозоя [70; 272].

Вычисленные по палеоприливам изменения скорости диссипации приливной энергии dE/dt по [70] (нижняя кривая) и отклонения скорости вращения Земли 5П от среднего фанерозойского тренда (верхняя кривая)

Рис. 5.12. Вычисленные по палеоприливам изменения скорости диссипации приливной энергии dE/dt по [70] (нижняя кривая) и отклонения скорости вращения Земли 5П от среднего фанерозойского тренда (верхняя кривая)

На рис. 5.12, по данным работы [70], представлены результаты этих расчетов. Кривая проведена только по данным Б.А. Кагана, представляющим собой относительно однородный ряд, поскольку модели океанического дна, шельфа и методы расчетов палеоприливов у разных авторов различны и, как следствие, имеет место определенный разброс полученных результатов. На рис. 5.12 показаны также отклонения 5П угловой скорости вращения Земли от среднего фанерозойского тренда. Обе кривые (5П и dE/dt) согласуются в том, что приливное трение в раннем палеозое и в кайнозое было заметно выше, чем в мезозое. Однако столь примечательное событие в истории вращения Земли, каким было девонское замедление, которое отчетливо проявляется на кривой 5H(t), в теоретических расчетах приливной диссипации отражения не нашло.

Это может быть связано с двумя причинами. Во-первых, при расчетах палеоприливов в интервале силур - пермь были использованы не совсем точные реконструкции положений материков, а они, если сопоставить результаты разных лет и разных авторов, в деталях расходятся очень заметно. Во-вторых, и это кажется также важным, трудно оценить по палеореконструкциям реальный вклад изменений интенсивности спрединга в регрессии и трансгрессии моря на континенты. Если, допустим, в результате коллизии континентов закрылся разделявший их океан и при этом ликвидировался срединно-океанический хребет объемом 3*1016 м3 (104 • 103 • 3 км3), то уровень Мирового океана при этом должен был понизиться на 85 м, что необходимо должно было привести к сильному сокращению площади шельфовых зон и эпиконтинентальных морей. С этой точки зрения эмпирические данные о вращениях Земли и Луны достаточно информативны, и вызывает удивление, что они практически не использовались для уточнения гео динамических построений фанерозоя.

Обратимся теперь к особенностям среднего движения Луны, которые, естественно, в общих чертах согласованы с особенностями суточного вращения Земли (см. рис. 5.7). Движение Луны должно быть более тесно связано с приливным трением, чем вращение Земли, которое заметно возмущалось геодинамическими процессами.

Интенсивность приливного трения пропорциональна площади мелководных зон Мирового океана, количественной характеристикой которой может служить суммарная площадь S морского осадконакопления, документированная осадочными сериями континентов [152]. В работе [96] именно этой характеристике, а не фанерозойской кривой эвстатических колебаний (кривой Вейла), построенной по сейсмостратиграфическим и другим данным исторической геологии [342], было отдано предпочтение. Дело в том, что гипсометрическое стояние континентов изменялось не только вследствие рифтогенеза, но и за счет погружения охлаждающейся литосферы в батиальной части, за счет прогибания окраин материков. Ритмика морского осадконакопления, например на Лавразийских платформах, имеет много общих черт [10], что и позволяет рассматривать суммарную по континентам площадь S в качестве количественной характеристики приливного трения. Значения S были вычислены по данным [152].

Вариации в фанерозое среднего движения Луны п (верхняя кривая) и площади эпиконтинентальных морей S по А.В. Ронову [152] (нижняя кривая)

Рис. 5.13. Вариации в фанерозое среднего движения Луны п (верхняя кривая) и площади эпиконтинентальных морей S по А.В. Ронову [152] (нижняя кривая)

Из рис. 5.13 видно, что изменения среднего движения Луны и суммарной площади морского осадконакопления хорошо согласованы. Примечательно то, что девонская и мезозойская особенности движения Луны четко выражены и в изменениях S. Кроме того, в противоположность кривой Вейла, которая максимальную высоту уровня Мирового океана дает в начале кайнозоя, кривая S (t) свое максимальное значение имеет в раннем палеозое, что согласуется с эмпирическими данными о вращениях Земли и Луны.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>