Батиметрический анализ океанов

Актуальность проблемы.

Проблема происхождения и эволюции океанов (равно как и Земли в целом) остается актуальной уже более 200 лет, начиная с Джеймса Геттона (J. Hutton), основоположника плутонизма, автора книги «Theory of the Earth», 1775 г. [Хаин, 1996; Кэри, 1991]. Научную важность изучения рельефа дна океанов впервые отметил в 1888 г. «отец современной морской геологии» [Кеннет, 1987, с.16], Джон Мерей (J. Murray) [Murray, 1888], позже издавший совместно с Й. Хьортом (J. Hjort) монографию «The Depths of the Ocean» [Murray, Hjort, 1912]. Сейчас известно, что из-за незначительной роли экзогенных процессов в океанах, вся эволюция океанов зафиксирована в рельефе дна в практически неискаженном виде, что является важнейшей предпосылкой для успешной дешифровки этой информации. За начало планомерного изучения рельефа дна океанов принято считать инициативу Альберта I Монакского и других участников Международного географического конгресса 1899 г., с которой в 1903 г. началась работа «по созданию Международной карты рельефа дна Мирового океана — „Генеральной батиметрической карты океанов“ (ГЕБКО) масштаба 1:10 ООО ООО. Первое издание этой карты вышло в свет в 1904 г.» [Удинцев, 1987, с. З]. Почти 100 лет после этого карта постоянно уточнялась и совершенствовалась (как и способы получения, обработки и хранения информации о глубинах океанов) под покровительством Международной Гидрографической организации (IHO) и Межправительственной Океанографической комиссии (ЮС) ЮНЕСКО (UNESCO). Работа над последним, 5-м изданием карты, были начаты в 1966 г. и закончены в 1982 г.- сейчас эта карта, состоящая из 18 листов доступна и в цифровой форме на CD-ROM. В этот же период в ГУНиО ММФ СССР были изданы три тома Атласа океанов [Атлас., 1974, 1977, 1980], включающие и статистические данные по рельефу дна океанов и морей. С появлением новых методов сбора, хранения и обработки батиметрических данных эта работа считается завершенной (уже с использованием спутниковых данных запущенного в 1978 спутника Seasat), но к началу 21-го века в науках о Земле сложилось удручающее положение: несмотря на гигантский прирост знаний по рельефу, геологии и геофизике дна океанов за последние десятилетия, до сих пор не удается построить единую непротиворечивую теорию эволюции Земли, что отмечается во многих обзорах [Власов, 1995; Казанский, 1980;2006; Пущаровский, 1991, 2001, 2004, 2005; Хаин, 1987, 2002, 2007, Иогансон, 2006, и др.]. Не случайно, что последнее (юбилейное 40-е!) Межведомственное тектоническое совещание в январе-феврале 2007 г. было посвящено именно этой проблеме. И не будет преувеличением сказать, что главными в решении этой актуальной задачи представляются вопросы происхождения и эволюции современных океанов (а здесь «проблема проблем», по В. Е. Хаину, — происхождение Тихого океана [Хаин, 1987]), т. е. самый последний, занимающий менее 5% во времени, отрезок геологической истории, но наиболее полно обеспеченный фактическим материалом — геологическими и геофизическими данными.

Причиной сложившейся ситуации является недостаточное (или ошибочное) понимание физической сущности даже уже известных закономерностей распределений глубин (высот рельефа дна) океанов, как в пространстве, так и во времени, оцениваемых до недавнего времени по данным низкоточных картометрических измерений. Но в настоящее время, во многом благодаря широкомасштабным промерам глубин для проектов бурения DSDP и ODP, а также спутниковой альтиметрии [Sandwell, 1990; Smith, Sandwell, 1997], имеются глобальные базы цифровых данных различной детальности по топографии земной поверхности, позволяющие получить уточненные и совершенно новые данные по распределению высот рельефа дна (батиметрии) океанов в пространстве и во времени, пригодных как для географического описания, так и для геодинамической интерпретации.

Цель исследований.

Цель исследований, проводимых на основе цифровых данных по топографии земной поверхности, состоит в получении, демонстрации и интерпретации новых более детальных статистических данных по батиметрии Мирового океана и его различных частей (т.е батиметрический анализ), пригодных для дальнейшего использования в различных приложениях — в постановке и решении геологических, геоморфологических, тектонических и геофизических задач, возникающих на пути построения единой и непротиворечивой теории для «океанического» этапа эволюции Земли. Столь масштабные и детальные исследования (батиметрический анализ) до настоящего времени не проводились именно из-за отсутствия цифровых баз данных, а крупные работы по анализу рельефа дна океанов традиционно сводились к сравнительным региональным описаниям вообще без использования статистических батиметрических данных [Канаев, 1979; Литвин, 1987; Удинцев, 1987].

Достижение этой цели обеспечивалось решением следующих задач, каждой из которых отведена соответствующая глава:

1 — критической оценкой состояния проблемы и путей ее решения,.

2 — созданием удобной для персонального компьютера цифровой базы данных по глубинам Мирового океана, подбором и апробацией необходимого программного обеспечения,.

3 — статистическим анализом данных и выбором способов наглядного графического отображения результатов статистического (батиметрического) анализа,.

4 — геофизической интерпретацией распределений глубин (высот рельефа дна) океанов в пространстве и во времени с энергетических позиций.

Методика исследований.

Методика исследований включала: анализ предшествующих работ, касающихся изучения рельефа дна Мирового океана и форм его статистического (батиметрического) анализаопробование и обоснование адекватности различных новых (в данном приложении) методик статистического анализа рельефа и графического отображения результатов, предоставляемых современным программным обеспечением для персональных компьютеровгеофизическую интерпретацию полученных закономерностей распределений глубин с позиций принципов симметрии и энергетического принципа.

Научная новизна:

В процессе работы над диссертацией автор получил следующие новые научные результаты:

• Рассчитаны и продемонстрированы новые детальные статистические данные для пространственных (в зависимости от широты и долготы) закономерностей распределений глубин в океанах;

• Выявлены и продемонстрированы неизвестные ранее закономерности глобальной симметрии в распределении акваторий, и морфоструктур дна океанов;

• Обоснован теоретический закон распределения глубин в океанах и дана его геофизическая интерпретация с позиций энергетического принципа;

• Рассчитана топографическая энергия (потенциальная энергия рельефа дна в поле силы тяжести) океанов и ее глобальное пространственное (широтное и долготное) распределение;

• Сделан физически (термодинамически) обоснованный прогноз дальнейшей эволюции океанов.

Основные защищаемые положения:

1 — Распределение акваторий и морфоструктур океанов на поверхности Земли, асимметричное по отношению к современной оси вращения и современному экватору, симметрично относительно плоскости, названной Тектоническим экватором, и антисимметрично относительно ортогональной ему плоскости и линии пересечения этих плоскостей (глава 3.3).

2 — Несмотря на значительные структурно-тектонические различия океанов, распределение глубин океанов (в первом приближении) однотипно, аппроксимируется законом распределения Релея и подчиняется общему геотермическому процессу (глава 4).

3 — Тихий океан на протяжении последних 180 млн. лет является энергетическим и пространственным донором для расширения других океанов.

4 — Равенство теплового потока в океанах при равенстве площади Тихого океана суммарной площади остальных океанов свидетельствуют о достижении глобального теплового баланса, делающего масштабный спрединг в океанах далее невозможным.

Практическая значимость работы.

Многочисленные позитивные и негативные примеры использования прежних, менее детальных батиметрических данных и статистических характеристик рельефа дна океанов в геологических, геофизических и тектонических работах доказывают необходимость обновления, уточнения и дешифровки этих данных на современном уровне знаний и технических возможностей, что и было осуществлено автором. Получение на их основе теоретического закона распределения высот рельефа дна (глубин) океанов открывает путь для объективной геофизической интерпретации эволюции океанов с позиций принципа симметрии и с энергетических позиций, и для критической оценки существующих представлений. Полученные результаты не должны быть проигнорированы при разработке единой и непротиворечивой теории эволюции Земли.

Фактический материал и личный вклад автора.

Фактическую основу выполненной работы, помимо литературных источников, атласов и карт, составили цифровые данные по топографии земной поверхности ЕТОРО 2″, доступные через Data Acquisition Form сайта. Указанный сайт предоставляет высоты 68 миллионов точек земной поверхности в целых метрах и их координаты с точностью до десятков метров по равномерной сетке 2×2' (в районе экватора) для проекции Меркатора в пределах от 72° с.ш. до 72° ю.ш. На основе этих данных построены получившие широкое распространение карты (несколько версий) топографии земной поверхности и карты (тоже несколько версий) топографии дна океанов В. Смита и Д. Сэндвелла (W. Smith and D. Sandwell). Данные ЕТОРО 2' были скачаны автором дважды — сначала для трапеций 5° по широте на 30° по долготе, а затем для более мелких трапеций — 5° по широте на 10° по долготе (и частично для трапеций 5°х5°).

Что касается личного вклада автора, то он не только более 40 лет занимается анализом и обработкой батиметрических (и гипсометрических) данных, но и сам принимал активное участие (с 1963 г.) в их получении в более чем 40 океанических экспедициях на научно-исследовательских судах «Витязь» (13 рейсов), «Каллисто» (4 рейса), «Первенец» (8 рейсов), «Вулканолог», «Академик А. Несмеянов» и др., внедрив в методику и технику эхолотного промера несколько рацпредложений и одно изобретение (авт. свид. № 472 315). Все расчеты и графические построения для данной работы выполнены автором самостоятельно на персональном компьютере.

Поскольку необходимых названий для некоторых впервые рассчитанных статистических характеристик рельефа дна океанов не существует, пришлось использовать собственные, достаточно обоснованные названия, которые, однако, в будущем могут быть и пересмотрены.

Апробация работы.

Основные научные результаты и отдельные положения диссертационной работы докладывались или представлялись и обсуждались на множестве совещаний различного уровня — от регионального до международного, в том числе на двух Международных геологических конгрессах (Рио де Жанейро, 2000 г.- Флоренция, 2004 г.), на пяти Межведомственных тектонических совещаниях в Москве (2001;2006 гг.), на Симпозиуме по новым концепциям в глобальной тектонике (Цукуба, 1998 г.), на четырех Международных междисциплинарных сипозиумах (Хабаровск-Владивосток, 2000, 2001, 2003, 2005 гг.), на V Косыгинских чтениях (Хабаровск, 2006), на нескольких международных и региональных (Тихоокеанских) школах по морской геологии, на заседаниях Океанографической комиссии ДВНЦ АН СССР и ДВО РАН, и пр. Основные результаты этой работы («Анализ энергетики эволюции океанов») были доложены на очередном (юбилейном 40-ом) Межведомственном тектоническом совещании 3 февраля 2007 г. (Москва).

Публикации.

Основные результаты и положения диссертации опубликованы в препринте [Казанский, 1980], в личной монографии [Казанский, 2002], в двух коллективных монографиях, в многочисленных (> 50) статьях в научных журналах (в том числе 18 — в реферируемых журналах) и сборниках и в тезисной форме докладов на научных совещаниях различного уровня.

Структура и объем работы.

Диссертация, общим объемом 156 стр., состоит из введения, 4 глав и заключения. Она включает 73 рисунка, 3 таблицы, список использованной литературы из 176 наименований.

Выводы.

Проведенный батиметрический анализ позволил получить уточненные данные о распределении глубин в ЗТПЗ, которые могут служить более надежной основой для геолого-геофизического анализа и моделирования всей зоны и ее отдельных фрагментов, чем прежние данные. Выявлено крайнее разнообразие типов распределения глубин в морях и показана перспективность анализа.

126 батиметрии полос (транссектов) ортогональных пересечений ЗТПЗ с выходом в океан вместо батиметрии изолированных морей. Отмечено особое положение в ЗТПЗ Филиппинского моря. Для более полного анализа ЗТПЗ необходимо, видимо, привлекать также данные по гипсометрии островов, входящих в зону [Казанский, 2005г], и участков прилегающей суши, либо рассматривать гипсометрию инь-ян-систем, составляющих ЗТПЗ [Казанский, 1997, 1998 В, Кагашку, 1993].

ГЛАВА 4.

АППРОКСИМАЦИЯ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ.

ГЛУБИН В ОКЕАНАХ.

Эмпирические данные по распределению глубин в океанах, иллюстрирующие 2-е и 3-е защищаемые положения, отображаются в виде:

• графиков распределений площади океанов по глубине,.

• графиков распределения площади дна океанов в зависимости от возраста базальтов, и.

• графиков зависимости (распределения) глубины дна океанов от возраста базальтов.

О 1 2 3 4% Г) ?>1Г) 400 Й0Г1 Ю>Г>-гыг.

Рис. 4.1. Батиметрические кривые океанов в относительном (слева) и абсолютном (справа) масштабах, рассчитанные поданным ЕТОРО 2'. А — Атлантический океан, ИИндийский океан, Т — Тихий океан, М — Мировой океан (пунктир), Р — график плотности распределения Релея. Одна точка горизонтального масштаба правых графиков соответствует 13.7 км2 площади. Стрелкой отмечена средняя глубина Мирового океана (4220 м) для аппроксимирующей кривой распределения Релея.

Распределения площади в зависимости от глубины рассматривалось выше как для Мирового океана, так и для океанов раздельно. А на рис. 4.1, иллюстрирующем 2-е защищаемое положение, сведены батиметрические 8.

Г|, км.

11, км кривые (плотности вероятности этих распределений) всех океанов в абсолютном и в относительном масштабах.

Суть 2-го защищаемого положения состоит в том, что, несмотря на морфологические, тектонические и генетические различия океанов, акцентируемые исследователями в сравнительных описаниях океанов [Удинцев, 1987; Леонтьев, 1987; Казанский, 1999; Пущаровский и др., 1999; Никольский, 2002; и др.], батиметрические кривые их очень близки (в отличие от гипсометрических кривых континентов, например [Казанский, 19 886, 2005в], или окраинных морей), поэтому все они могут аппроксимироваться одним теоретическим законом распределения. Близость (3.5−4%) максимальных относительных значений плотности распределений в трех океанах при двукратном различии абсолютных значений говорит об общем энергетическом источнике энергии в эволюции океанов и одинаковой плотности рельефообразующей энергии во всех океанах. Потенциальная энергия рельефа дна океанов (топографическая энергия), аккумулировавшая лишь малую часть рельефообразующей энергии, оценивается величиной 1,3×1032 эрг [Казанский, 2005, 2006]. Напомним, что и в Филиппинском море модальные значения плотности распределения глубин такие же, как в океанах (рис. 3.7.8), но батиметрическая кривая отличается от океанических.

Распределения площади океанической коры по возрасту S (t) для всех океанов показано на рис. 4.2 [Верба, 1998; Никольский, 2002]. Это один из многих примеров графиков такого рода, которые предпочитают использовать сторонники гипотез расширения Земли, а не сторонники плитовой тектоники, которым подобные графики обязаны своим происхождением. В оригинале приведенные графики представлены как «динамика прироста площади земного шара в процессе формирования современных океанов» [Никольский, 2002, рис. 18], т. е. для иллюстрации масштабов расширения Земли за последние 170 млн. лет. Причем в начальные значения площади океанов включены и площади подводных окраин континентов и площади с корой переходного типа. Но независимо от этого и от тектонической ориентации авторов, приведенные графики являются изображениями функции современного распределения площади океанической коры по возрасту и (исключительно единодушно) аппроксимируются экспоненциальной зависимостью I) = 5,0ехр (-Я^). (здесь — площадь океана на момент ?=0, который не обязательно совпадает с сегодняшним). млн.лет.

Рис. 4.2. Распределение площади океанической коры по возрасту [Верба, 1998] с добавлением аппроксимирующей экспоненты.

Распределение глубин океанов в зависимости от возраста коры (базальтов) обычно иллюстрируют профилями рельефа дна перпендикулярных осям спрединга. Пример такого профиля для Тихого океана из [Сорохтин, 1974] приведен на рис. 4.3- аналогичные профили (но более короткие) имеются и для других океанов. Эти профили (также единодушно) аппроксимируются.

1 Ю параболической зависимостью D (t) = а + Ы, где D — глубина океана (на рис. 4.3 — z). Для глобального распределения глубин статистически определены величины: а=2.5 км, b = 0.214 [Кабан, 1988]. Фактически указанная зависимость соблюдается, что видно и по рис. 4.3, не по всему профилю, а только для базальтов кайнозойского возраста (моложе 70 млн. лет), более древние базальты (не поверхность дна) обычно находятся на меньших глубинах из-за различия, видимо, стилей эволюции океанов в мезозое и кайнозое, хотя некоторые авторы приписывают это «несоответствие» фазовыми переходами в древних базальтах [Smith, 1984]. Поэтому для мезозоя профиль нужно аппроксимировать кривой с иным, чем для кайнозоя, значением коэффициента Ь, т. е. аппроксимирующая кривая должна состоять из двух отрезков.

Глубины, км.

Расстояние от оси поднятия, км.

Рис. 4.3. Пример эхолотного профиля в Тихом океане, ортогонального возрастным границам океанической коры. Расстояния от оси поднятия пропорциональны возрасту базальтов [Ви11агс1, 1969; Сорохтин, 1974], указанному в Ма.

Аппроксимирующую батиметрические кривые океанов теоретическую функцию распределения можно получить теперь, используя приведенные экспериментально полученные зависимости — экспоненциальное распределение площади океанической коры по возрасту 5 ~ ехр (?) [Maxlow, 1998; и др.] и квадратическую зависимость глубины океана от возраста t [Сорохтин, 1974] (в случае аппроксимации последнего графика двумя отрезками парабол, получим сумму из двух аналогичных распределений).

Исключая из соотношений время (т.е. возраст), получим [Казанский, 2005а, б, д, 2006 В, г]:

S (z) = exp (-z2) и f (z) = - dS/dz = 2z exp (-z2) (6).

Функция (6) называется распределением Релея [Хастингс, Пиккок, 1980], график которого и приведен на рис. 4.1 в качестве аппроксимирующей кривой для Мирового океана (в англоязычной литературе это распределение называют также «the inverse Gaussian distribution» [Folks, Chhikara, 1978; Moore, Clarke, 1981, 1983]). Максимальная глубина океана, соответствующая нулю z распределения Релея, равна 6100 м, средняя глубина по распределению Релея равна 4220 м, что дает среднюю высоту рельефа дна Мирового океана 1880 м. Расчет потенциальной энергии рельефа дна океанов U по распределению Релея по формулам (2) показывает [Казанский, 2005а, б, 2006в], что плотность энергии U/S и dU/dS оказывается постоянной для любой глубины, а близость (в относительном масштабе) батиметрических кривых всех океанов позволяет распространить это утверждение на отдельные океаны. Соотношение U/S = const (или dU/dS — const), таким образом, можно было взять за исходное (соответственно идее постоянства теплового потока) для вывода теоретического распределения высот рельефа дна океанов. А поскольку распределение Релея также может быть получено из одномерного уравнения теплопроводности для бесконечного полупространства [Джеффрис и Свирлс, 1969, Шайдеггер, 1987]: dt 2 dz2 ' <7) имеющего фундаментальное решение:

Z z2 л/2/гсгУ 2cr t ' (8) нужно твердо говорить о термической природе источника энергии эволюции океанов, а во всех эмпирических соотношениях вместо площадей можно рассматривать эту энергию, т. е. на графиках, подобных представленным на рис. 4.2, можно вертикальный масштаб оцифровать в единицах энергии.

Уравнение теплопроводности не раз использовалось для решения различных частных задач в тектонике плит [Сорохтин, 1974]. Оно же входит в систему уравнений (наряду с уравнением Навье-Стокса и уравнением неразрывности) для решения задач тепловой конвекции (безотносительно к тектонике плит). Это же уравнение (под названием «уравнение диффузии») признается «составляющим основу математической геоморфологии» [Торнес и Брунсден, 1981, с. 171- ТЪогпез, 1983] и специально рассматривалось в нашей статье [Казанский, 1990], а геотермический поток — «первоосновой всей геодинамики» [Голицын, 2003, с. 3]. Использование уравнения диффузии (теплопроводности) в решении геоморфологических задач не случайно, т.к. для его вывода необходимо соблюдение только двух необременительных условий для описывающей рельеф функции /(¡-г) — условия неразрывности (литодинамического или теплового потока, например) и условия пропорциональности потока градиенту функции / [Казанский, 1990; Морс и Фешбах, 1958].).

Современное распределение площади (=тепловой энергии) океанической коры по возрасту, приводимое на рис. 4.1 [Верба, 1998; Никольский, 2002], показывает, что его можно аппроксимировать экспонентой с общим для всех океанов показателем. А это свидетельствует о том, что относительная скорость новообразования океанической коры одинакова во всех океанах, а абсолютная скорость оказывается пропорциональной площади океана (-?Б/Ш^Х^) также с общим коэффициентом пропорциональности, но не площади литосферных плит, не скорости их движения и не длине линий спрединга (осевых линий срединных хребтов), т. е. континенты, впаянные в отдельные литосферные плиты, оставались полностью инертными в процессе эволюции океанов. Океаны служили как бы «отдушинами», через которые происходил сброс избыточной тепловой энергии мантии, а континенты являются хорошими теплоизоляторами и не влияли на скорость расширения океанов, хотя прогрев континентальной коры снизу вызвал «первые обширные базальтовые излияния вдоль окраин материков около 200 млн. лет назад» [Диц, Холден, 1974, с.322], послужившие «непосредственной прелюдией к распаду Гондваны» [там же].

Но рис. 4.1 приводится авторами [Верба, 1998; Никольский, 2002] как показатель «динамики прироста площади земного шара в процессе формирования современных океанов», т. е. с позиций гипотезы «умеренного» расширения Земли, в рамках которой все приведенные графики можно экстраполировать в будущее (по той же экспоненте). С энергетических позиций это означало бы экспоненциальное нарастание выделяемой в океанах энергии, источник которой остается неизвестным. В рамках же представлений о постоянстве площади океанов и континентов экстраполяция в будущее возможна только для Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого океанов, которые расширялись за счет сокращения площади (т.е. и за счет.

Рис. 4.4. Модифицированные графики бюджета литосферы для Земли неизменного размера.

ТО-100 и Т0−50 — гипотетические графики распределения коры Тихого океана по возрасту 100 и 50 млн. лет назад соответственно. АИС — суммарный график для площади Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого океанов. Пунктир — график сокращения площади Тихого океана [Казанский, 2005а]. запасов энергии) Тихого океана (Панталассы), сократив её (их) вдвое. Это отображено на рис. 4.4, иллюстрирующим 3-е защищаемое положение, где представлены перестроенные (модифицированные) графики бюджета литосферы для постоянной суммарной площади океанов и континентов, а в площади последних учтена площадь подводных окраин. Эти же графики можно рассматривать с термодинамических позиций как графики перераспределения энергии между Тихим океаном и остальными океанами (что и составляет суть 3-го защищаемого положения).

Вместо кривых для отдельных океанов приводится кривая для суммарной площади расширяющихся Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого океанов (АИС) и кривая современного распределения площади Тихого океана по возрасту коры (ТО), т. е. та же, что и на рис. 4.1 за вычетом площади не океанической коры. Пунктирной кривой, которая зеркальна кривой АИС, показано изменение площади Тихого океана во времени, а экспоненциальными кривыми Т0−1СЮ и Т0−50 показаны гипотетические распределения площади коры Тихого океана по возрасту 100 и 50 млн. лет назад в предположении, что в прошлом экспоненциальный закон прироста площади сохранялся и в Тихом океане, который даже сторонник гипотезы расширения Земли считает единственным «плейттектоническим тектонотипом» [Никольский, 2002, с. 109].

Как видно из сопоставления кривых ТО, Т0−50 и ТО-100, говорить о равенстве относительных скоростей и в прошлом уже нельзя, поскольку скорость генерации новой коры и скорость перераспределения ее по возрасту на площади Тихого океана до недавнего времени в несколько раз превышала скорость сокращения его площади (и скорость спрединга в других океанах). То же относится, очевидно, и к тепловым потокам. Так, например, площадь океанической коры в Тихом океане древнее 100 млн. лет сократилась за период 50−100 млн. лет в 2.5 раза и еще более чем вдвое за следующие 50 млн. лет при более скромном сокращении полной площади океана, что невозможно без привлечения дополнительного механизма регулирования этих процессов. В качестве такого механизма в плитовой тектонике привлекается механизм субдукции со всеми сопутствующими ей противоречиями и дискуссионностью. В числе таковых следует отметить, что сохранность в западной части Тихого океана обширного мезозойского ядра должна либо отвергать возможность существенной субдукции в западном (северо-западном) направлении, либо там происходила субдукция коры древнее сохранившейся (по странному стечению обстоятельств оказавшейся в наши дни одновозрастной с древнейшей корой Атлантического и Индийского океанов), либо там, как и в противоположном направлении, происходила субдукция более молодой коры, а мезозойская кора Тихого океана изначально являлась ядром, образовавшимся в его центральной части, для объяснения чего потребуется пересмотр уже и механизмов спрединга. Всего же, для соблюдения баланса, через субдукцию за 170−200 млн. лет необходимо пропустить площадь во много раз больше современной площади Тихого океана (!). Но из реконструкций плитовой тектоники такого результата получить нельзя.

Рис. 4.5. Положение мезозойского (древнее 100 млн. лет) ядра Тихого океана 100 млн. лет назад по палеомагнитным данным. Карта построена с помощью онлайновой программы «Ра1еотар» сайта wwvv.odsn.de. Точками обозначены скважины ОББР и СЮР, вскрывшие базальты с возрастом 100 млн. лет и древнее.

Так, например, по реконструкции для 100 млн. лет назад, приводимой на рис. 4.5, мезозойское ядро Тихого океана имело (по палеомагнитным данным) лишь возможность перемещения за 100 млн. лет из южной части в северозападную. Большая часть площади древнего Тихого океана на этой и других реконструкциях для мезозоя остается «белым пятном». На рис. 4.4 этому «белому пятну» соответствуют площади дна Тихого океана между кривой ТО и пунктирной кривой.

Другими словами, с позиций плитовой тектоники экстраполяция зависимости S (t) для Тихого океана в прошлое (как и в будущее) вызывает проблемы, чем, видимо, и объясняет непопулярность подобных графиков в плитовой тектонике. Субдукция была бы весьма убедительной, если бы современное распределение коры Тихого океана по возрасту существенно отличалось от распределений в других океанах, но этого-то и нет.

Но есть и альтернативный механизм, учитывающий специфические отличия геодинамики Тихого океана от геодинамики остальных океанов, проявляющиеся и на рис. 4.4: Тихий океан не только предоставляет свою территорию для возможности расширения других океанов, но сам, обладая более высоким тепловым потоком (потенциалом), является и термическим источником энергии для их эволюции, получившим свою энергию от «асимметричного повторного нагрева верхней мантии в фанерозое» [Яно и др., 2005; Yano et al., 2001], хотя «остаются нерешенными вопросы. процесса и причины неоднородного вторичного нагрева верхней мантии в фанерозое» [там же, стр. 164], а констатируется лишь сам факт этого нагрева (рис. 4.6), произошедшего на фоне длительного периода прогрессивного остывания недр Земли (как и других планет земной группы [Барсуков, 1985; Шмакин, 1991]), приведшего к глобальному покровному оледенению в период 900−650 млн. лет назад [Ушаков, Ясаманов, 1984; Казанский, 2002а, бЧумаков, 2001, 2005], следы которого известны на всех континентах. Этому же периоду соответствует минимум (менее 10% современной или рифейской) интенсивности магнитного поля Земли [Hale, 1987] и виртуального дипольного момента [Merrill, 1987], что можно трактовать с термодинамических (тектонофизических) позиций как свидетельство остывания и нижней мантии, поскольку магнитное поле Земли связывают с жидким проводящим слоем на границе нижней мантии и ядра, для существования которого нужны высокие температуры [Стейси, 1972].

Механизм же «повторного разогрева» практически целого полушария объясняет, помимо альтернативной интерпретации геодинамики и структур Тихого океана [Яно и др., 2005; Уапо е! а1., 2001], и специфику климата Земли в период «океанизации», самый длительный период, когда на Земле не было оледенений [Чумаков, 2001, 2005], когда до конца третичного периода «почти вплоть до параллели 80° развивалась древесная флора» [Фурмарье, 1971, с. 126], а температура придонных вод существенно превышала современную [Богданов и др., 1978]. Этот же механизм (разогрев) стимулировал и эволюцию биосферы Земли в фанерозое, чему и мы обязаны своим существованием. млрд. лет.

Рис. 4.6. Генерализованный график термической истории Земли. Тепловые пики в докембрии показаны согласно основным фазам базальтовой активности на континентах [Оога1,1973]. Заливкой выделен интервал глобального покровного оледенения континентов 950−600 млн. лет назад.

При таком механизме, признавая «геотермический поток первопричиной всей геодинамики» [Голицын, 2003, с. 7- Казанский, 20 066] мезозоя и кайнозоя, «новообразование» океанической коры в Тихом океане можно рассматривать просто как процесс постепенного остывания литосферы Тихого океана, нагретой выше точки Кюри. Палеомагнитный возраст базальтов как раз и указывает на время достижения температурой поверхности точки Кюри для базальтов, а изохроны палеомагнитного возраста можно рассматривать как изотермы точки Кюри на данный момент. В таком случае, кривая ТО на рис. 4.4 уже может рассматриваться как близкая к реальному распределению площади «остывшей» коры Тихого океана для всего интервала в 170 млн. лет, т.к. остывание распространялось концентрически от древнего ядра (поднятия Дарвина) в западной части океана, а сокращение площади (более скромная субдукция) происходило в основном за счет надвига («наезда», по [Трубицын, 2006]) континентов на «перегретые» участки ложа восточной части Тихого океана (гипотетические кривые Т0−50 и ТО-100 при этом можно удалить, а вместо них нарисовать изотермы). Никакого спрединга в Тихом океане, как и субдукции, в этом случае вообще не нужно, хотя они и не исключаются в ограниченных масштабах. С этой точки зрения Тихий океан (Панталассу) уже вполне обоснованно можно называть первичным, а Атлантический и Индийский океаны — вторичными.

В любом случае механизм образования новой коры Тихого океана оказывается отличным от механизма спрединга (или расширения) в Индо-Атлантическом сегменте (по [Моссаковский и др, 2001; Удинцев, Ильин, 2006]), а современное равенство теплового потока в океанах при равенстве площади Тихого океана суммарной площади остальных океанов говорит о достижении теплового равновесия, что и является конечной (финальной) стадией любого термодинамического процесса, в данном случае — эволюции океанов. Экстраполяция же всех графиков распределений на рис. 4.4 в будущее должна представлять собой при этом просто общую горизонтальную прямую линию вправо от современной точки пересечения графиков.

Как бы то ни было, полученный результат позволяет обобщить на всю земную кору выводы Г. Штилле, изучавшего в первой половине прошлого века тектонику континентов, о том, что «современную тектонику мы должны рассматривать как последнюю и даже окончательную главу истории.

139 непрерывного, последовательного развития. Современое состояние земной коры представляет полную или почти полную консолидацию" [Штилле, 1957, с. 205]. Далее Г. Штилле пишет, что «сжатие альпийского типа более невозможно в условиях такой консолидации» [там же], нам же следует добавить, что масштабный спрединг в океанах более невозможен при достигнутом тепловом балансе, когда снова стали возможными оледенения, а интенсивность магнитного поля начала снижаться.

Этот вывод (последнее, 4-е защищаемое положение) и следует считать главным результатом батиметрического анализа океанов, избавляющим от неопределенности в представлениях о дальнейшей эволюции Земли. На этот вывод явно указывает и резкое снижение температуры вторичного разогрева на графике рис. 4.6.

Вопрос о «процессе и причинах неоднородного вторичного нагрева мантии», о природе источника тепла, остается за рамками этой работы, поскольку, признавая уникальность процесса эволюции океанов не только для Земли, но и для всех планет земной группы, необходимо признание и объяснение уникальности процесса образования Земли [Казанский, 1980, 1983а, 1992а, 2001а, 2002а, б, 2006а, б]. А это уже не географическая проблема, т.к., по признанию специалистов, «проблему происхождения и эволюции океанов и атмосферы невозможно решить, не обращаясь к процессам, посредством которых образовалась сама Земля» [Альвен, Аррениус, 1979, с. 431].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В работе продемонстрированы некоторые современные возможности статистического анализа рельефа на основе цифровых данных с помощью персонального компьютера и стандартного программного обеспечения, которые могут быть широко использованы и в практике региональных и локальных геоморфологических исследований.

Проделанный нестандартный анализ симметрии и батиметрии океанов позволил существенно уточнить представления о глобальном рельефе вообще и рельефе дна океанов в особенности, показав недостаточное (или ошибочное) понимание физической сущности даже давно известных закономерностей в распределении глубин океанов, закрыв тем самым существенный пробел в количественном описании глобального рельефа.

Вопреки бытующим представлениям о симметрии в глобальном рельефе (или ее отсутствии) относительно современной оси вращения, показано, что симметрия и антисимметрия глобального рельефа (и у океанов) связана с другой системой координат, повернутой по отношению к современной, наследуя элементы симметрии и антисимметрии с момента зарождения современных океанов (начала распада суперконтинента Пангея).

Получение (теоретически, а также и из эмпирических данных) аналитического выражения для общей для всех океанов батиметрической функции дало прямой выход на физическую (энергетическую) интерпретацию графиков распределения площади океанов в зависимости от возраста базальтов ложа, в результате чего сделан вывод о неприменимости механизма классического спрединга к эволюции Тихого океана, который обладал повышенным тепловым потоком и служил донором энергии и площади для расширения других океанов. Поэтому современное глобальное равенство теплового потока в океанах при равенстве площади (и энергии) Тихого океана суммарной площади (и энергии) остальных океанов делает невозможным их.

141 дальнейшее расширение, что снимает неопределенность в вопросе о будущей эволюции океанов, проявляющуюся в современных мобилистских моделях. Этот результат, вопреки всяким экстраполяциям в будущее с позиций принципа униформизма, позволяет распространить на всю эволюцию Земли вывод, сделанный ранее Г. Штилле по результатам изучения тектоники континентов, о том, что современную тектонику Земли следует «рассматривать как последнюю и даже окончательную главу истории непрерывного, последовательного развития».

Полученные результаты не должны быть проигнорированы при разработке единой и непротиворечивой теории глобальной эволюции Земли, а должны получить адекватную трактовку в рамках будущей теории.