Вода - конструктор земной коры

Земная кора лежит на породах верхней мантии. Между ними существует обмен глубинным веществом. Эту идею нельзя считать общепризнанной, многие факты против нее... А за нее... не будем приводить все доводы, достаточно одного элементарного расчета.

Каждый год реки отбирают у континентов 12 км³ твердого вещества. В виде суспензии они уносят 30 х 10⁹ т, в растворенном виде 5,4 х 10⁹ т, всего же 35,4 х 10⁹ т. Через 1 млрд. лет это составит полуторный объем всей земной коры! А для суши достаточно 10 млн лет, чтобы она смылась, растворилась и уплыла вместе с речной водой в океан. Между тем материки существуют и существуют подолгу. Может быть, раньше континенты были выше? Нет, предел прочности горного материала не допускает сооружений высотой более 10 км. Такие и не встречены на Земле. Говорят, что убыток, наносимый реками, компенсирует метеоритное вещество: недостачу, так сказать, восполняет космос. Подсчитан размер компенсации: до 10 тыс. т за год - жалкая подачка по сравнению с тем, что забирает речной сток.

Есть и другие предположения о восполнении убытков, указывающие на верхнюю мантию как на источник компенсации.

Американский ученый К. Деттон подошел к вопросу о компенсации с точки зрения теории изостазии, созданной им в конце прошлого века. Он писал, что "материки становятся легче вследствие смыва с них части вещества и поэтому... всплывают. Побережья океанов, наоборот, все время погружаются, и, следовательно, должен возникнуть настоящий приток вещества из областей, перегруженных осадками, к областям, облегченным эрозией".

Но такой круговорот невероятен. Легкое вещество, смываемое с материков, не может погрузиться в более плотное вещество мантии, которое резко отличается от материкового по составу и плотности. Чтобы круговорот, по К. Деттону, стал возможен, необходим глубинный "сепаратор" (и достаточно мощный), который превращал бы плотное вещество верхней мантии в легкое - материковое и, наоборот, легкое вещество, находящееся на дне океана,- в более плотное, способное проникать в вещество мантии.

Согласно гипотезе доктора технических наук С. Григорьева, в глубинах Земли обязательно должны быть слои с температурой 374,15 °С выше нуля. Это критическая температура, при которой вода превращается в пар, какой бы величины при этом ни достигало давление. Трудно, конечно, предположить, что в недрах свободно путешествует обычная вода. Скорее всего, она образует растворы, что существенно меняет дело. Скажем, критическая температура пятипроцентного раствора солей равна 410 °С. Поэтому вода превращается в пар не на том уровне, где господствует температура 374,15 °С, а ниже, там, где температура составляет 425-450 °С.

Попробуем представить, что происходит в земных слоях между интервалами с температурой 374 и 425-450 °С. Под действием сил гравитации атмосферная вода проникает вниз - по трещинам, порам, пустотам - сквозь толщу континентов. Количество спускающейся воды ежегодно составляет 100 х 10¹⁹-200 х 10¹⁹ т. Это не так много, как может показаться. Достаточно, чтобы за год через каждый квадратный метр суши просачивался только один литр воды. Для этого не требуется особой проницаемости пород. Предположим, что вся земная кора сложена из водоупорных глин. Но и тогда вода будет поступать в прежних количествах.

...Растворы минуют рубеж в 374,15 °С и у температурного рубежа в 425-450 °С переходят в парообразное состояние. Но для пара существуют свои газовые законы. Пар стремится расшириться. В данном случае он поднимается вверх, потому что вышележащие породы менее плотные, а значит, более проницаемые. Но, переступив верхнюю границу - 374,15 °С, пар вновь превращается в воду, а вода, образуя растворы, вновь начинает опускаться вниз.

Так водные растворы все время стремятся вниз, превращаясь в паровые растворы, поднимаются наверх, переходя в водные растворы, и т. д. По С. Григорьеву, это извечный процесс, протекающий в земных недрах, который составляет сущность его гипотезы. На нем основаны все построения автора.

В круговорот воды вовлекается целый ряд химических элементов. Прежде всего это относится к соединениям магния, железа и кальция - наиболее легко растворимых элементов. Вода на пути вниз прихватывает их с собой. Попадая в зону критических температур, она от них освобождается. Переход воды в пар сопровождается резким уменьшением растворимости солей. Происходит выпадение минералов, содержащих магний, железо и кальций. Оставив груз, растворы вновь переходят в пары, устремляясь наверх. Но и в этот путь они идут не порожняком - выносят кремнекислоту. Пройдя уровень с температурой 374,15 °С, пар превращается в воду, а кремнезем выпадает в осадок.

Итак, соединения магния, кальция, железа, легко растворяясь в жидких растворах, транспортируются к нижней границе, кремнезем доставляется к верхней. Это и есть сепаратор, сортирующий вещество на границе между земной корой и верхней мантией. Сортировка происходит повсеместно в особой оболочке земного шара. С. Григорьев назвал ее дренажной.

С помощью дренажной оболочки можно объяснить, как происходит обмен веществ между земной корой и верхней мантией.

Речной снос забрал свои 12 км³ - материк стал легче и всплыл. Вслед за ними поднялись породы мантии. Они оказались в дренажной оболочке - в зоне действия "сепаратора" и подверглись переработке. В конце концов пришедшее из глубин вещество разделяется на более легкое, которое присоединяется к породам материковой коры, и более тяжелое, которое переходит в водные растворы дренажной оболочки.

Материал, снесенный с континентов речными водами, попадает на дно океанов и морей вблизи побережий. Сюда же доставляется вещество из дренажной оболочки. Почему так происходит? Потому что давление на растворы дренажной оболочки под материками больше, чем под океанами. Как-никак материки... Из зоны высоких давлений водные растворы перемещаются по дренажной оболочке в зону более низких под океаническую кору, охлаждаются, и из них выпадает ряд элементов. Происходит цементация - уплотнение пород, лежащих на дне океана.

Побережья, непрерывно нагружаемые веществом, становятся тяжелее и начинают опускаться под тяжестью. На пути вещества - дренажная оболочка. Она преобразует его в породы типа базальтов. Однако путь вниз на этом не кончается - нагрузка сверху все время возрастает. Новое продвижение вглубь через нижнюю границу дренажной оболочки - и новая переделка. На этот раз в породы типа дунитоз.

Восходящая ветвь круговорота: вещество верхней мантии поступает в материковую кору.

Нисходящая ветвь: материал с континентов отлагается на дне океанов, а затем уходит в мантию.

Еще раз подтверждаются слова В. И. Вернадского: "Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов".

В основном гипотеза изложена. Теперь посмотрим, как она отвечает на некоторые вопросы, поставленные вначале. Похоже, что две наиболее известные и по-своему загадочные границы в земной коре образует дренажная оболочка. Речь идет о разделе Конрада и поверхности Мохоровичича. Плотность пород на этих рубежах резко возрастает, что отмечают сейсмические волны. Например, пересекая поверхность Мохоровичича, они увеличивают скорость с 6 до 8 км/с.

Поверхность Мохоровичича - нижняя граница дренажной оболочки. Выпадение в осадок веществ, состоящих из тяжелых элементов, уплотняет породы на этом уровне. У верхней границы дренажной оболочки накапливаются вещества, которые лучше переносятся паром, например кремнекислота. Возникает еще один рубеж, условно именуемый границей Конрада.

Критические температуры есть у всех соединений. Это рубежи для них. Жидкие растворы тех или иных элементов не опускаются ниже, переходят в парообразное состояние.

Критическая температура серы 1040 °С. Предполагается, что так нагреты породы на глубине 100-200 км. Именно здесь обнаружен волновод - слой, по которому сейсмические волны распространяются не рассеиваясь. Может быть, волновод на этой глубине представлен слоем серы? Тем более что в земной коре ее так мало - 0,1 %. А в каменных метеоритах (их считают сходными по составу с первоначальным веществом Земли) содержание серы достигает 2 %. Если серы в земном веществе также было 2 %, то она, собравшись в волноводе, могла образовать слой мощностью до 25 км.

Ядро Земли непроницаемо для определенного типа сейсмических волн. Это свойство жидкостей; не удивительно, что есть предположение о существовании жидкого слоя на границе между мантией и ядром. Вероятнее всего, это слои ртути, критическая температура которой 1450 °С. Предполагается, что на глубине 3470 км температура достигает этого уровня. Общее количество ртути в Земле достаточно для того, чтобы образовать на границе ядра и мантии слой мощностью до 55 м.

Распространенная гипотеза о железном ядре Земли согласуется с предположением С. Григорьева. Железо в центре земного шара находится в газообразном состоянии. Сжатое газообразное ядро должно обладать одинаковыми свойствами по всем направлениям, что подтверждают сейсмические наблюдения - продольные сейсмические волны пересекают центральную часть Земли с одинаковой скоростью. Различные вещества накапливаются там, где господствуют критические для них температуры. Они могут играть роль флюсов, которые снижают температуру плавления вмещающих пород. Расплавленные породы менее плотные, чем твердые.

Они попадают под действие механизма так называемой зонной плавки: медленно, но верно поднимаются кверху.

Зонная плавка, по мнению академика А. Виноградова, привела к дифференциации вещества Земли. Она дает наибольший эффект, когда повторяется многократно. Именно флюсы способны раз за разом вызывать появление расплавленных зон: накопление вещества у рубежа с критическими температурами происходит непрерывно.

Расположение дренажной оболочки выше или ниже по отношению к поверхности Земли определяет мощность земной коры. Под материками она больше, потому что происходит усиленный отбор тепла. Вода континентов просачивается вниз в большом количестве и под большим давлением, которое зависит от величины водяного столба. Вода охлаждает недра. Слои, где температура становится критической для воды и ее растворов, залегают довольно глубоко - на 40, 50 и даже 70 км. Там же оказывается дренажная оболочка. Она формирует толщи базальтов и гранитов - ту материковую кору, которую мы встречаем под осадочным чехлом континентов.

Чем выше горные системы материков, тем больше напор уходящей вниз воды и тем толще земная кора.

Но если напор и проникновение воды уменьшаются, то кора становится тоньше. Дренажная оболочка поднимается ближе к поверхности. И совсем близко она подойдет к ней, когда в данное место придут из глубин горячие растворы. Поэтому гранитов нет в океанической коре - им просто негде возникнуть. Верхняя часть дренажной оболочки сузилась, ее нижняя граница поднялась до отметки 7-8 км, а верхняя вовсе отсутствует. Отсутствует раздел Конрада, минуя который вещество превращается в граниты или базальты. И действительно, он под океанами нигде не встречен.

Для образования гранитов необходимы кремнезем, доставляемый восходящими парами, и соединения, богатые кальцием, магнием и железом. Их выносят нисходящие водные растворы. Встречное движение происходит только в коре материков, в коре океанов пары и водные растворы движутся вверх.

Подведем итог: кора суши образовалась в результате взаимодействия литосферы с нисходящими нагревающимися растворами, кора океанов - с восходящими охлаждающимися растворами.

Дренажная оболочка, как мы видим, свободно перемещается вверх и вниз в недрах Земли - ее положение зависит от перераспределения тепла на глубине. Работа этой оболочки в течение миллиардов лет сформировала ту земную кору, историю которой сегодня стараются выяснить геологи. Но началась работа не сразу - молодая Земля, по-видимому, была одета в кору одинаковой мощности.

Предположим, что градиент температуры мало изменился за прошедшие миллиарды лет. Тогда, в далекие времена, до 450 °С нагревались слои на глубине 16 км. Здесь пролегала граница Мохоровичича. Мощность первоначальной коры 16 км. Сейчас она равна в среднем 37 км на суше, 7 км - под океанами. Выходит, что за тысячелетия кора под континентами опустилась на 21 км - это мощность охлажденных пород. Под океанами кора поднялась на 9 км - это нагретые породы. Их объемы соответственно равны 3122 х 10⁶ и 3249 х 106 км³, а масса - 8,65 х 10¹⁸ и 8,40 х 10¹⁸ т.

Количество охлажденного вещества коры находится в равновесии с количеством нагреваемой коры океанов. Приведенный расчет - одно из многих подтверждений, убеждающих в существовании дренажной оболочки.

Гипотеза С. Григорьева по-своему решает проблему дрейфа континентов. О ней много спорили на страницах специальных и научно-популярных журналов. Спор, но уже на современном уровне продолжается и сегодня, и даже неспециалисты знакомы с гипотезой А. Вегенера и ее нынешними толкованиями.

Наиболее трудно объяснить, как передвигаются гигантские массы в жесткой земной коре. Возьмем для примера айсберг: может ли он двигаться, вмерзнув в ледяное поле величиной с океан? Только превратившись в ледокол...

Континенты - это утолщение в земной коре. Чтобы перемещаться, им необходимо уподобиться ледоколу.

Разрушать лед можно по-разному, например нагревая его. Фантастический "теплый" айсберг мог бы двигаться. Вокруг него - тонкая прослойка воды, впереди лед тает, сзади, так сказать, за кормой, намерзает новый.

Континенты окружены потоками горячих растворов. Континенты выжимают их к окраинам, в прибрежную часть, а сами находятся как бы в "мешке", скроенном из слоев, в которых горячие растворы взаимодействуют с окружающими породами. В этих "размягченных" слоях идет интенсивный обмен веществом. Кора океанов у континентов постоянно нагружается и прогибается - континенты наезжают на нее. Для их перемещения достаточно воздействия центробежных сил вращения Земли. Словом, материки могут путешествовать в земной коре в оболочке из более мягких, податливых пород. Земная кора океанов как бы "тает" перед ними, подобно льду перед "теплым" айсбергом.

Гораздо сильнее противодействует дрейфу верхняя мантия. Но как раз этот вопрос разработан лучше других. Многие геологи считают, что кора материков может плавать на верхней мантии. Ее породы более пластичны благодаря высоким давлениям и температурам, при которых водяные пары хорошо растворяют горные породы.

По-новому объясняет С. Григорьев происхождение срединно-океанических хребтов. Океаническая кора вблизи материков не только прогибается. Горячие растворы, поднимающиеся из дренажной оболочки, резко увеличивают ее объем. Например, вода присоединяется к минералам. Кора вынуждена расширяться, но потеснить материк она не в силах, усилие в основном передается на соседние участки океанической коры. Они сдвигаются и сминаются в складки.

Тем временем изменяется маршрут восходящих растворов. Они натыкаются на непроницаемую полосу, которую сами же зацементировали. Растворы направляются дальше от береговой линии, встречают более проницаемые породы и опять увеличиваются в объеме. Полоса земной коры, попавшая в зону их действия, также расширяется. И опять усилие передается в сторону от берега - ведь в тылу лежит поле прочных пород, зацементированных перед этим растворами.

В океанической коре и осадочных породах, лежащих на ней, возникает "волна" - она движется медленно, но очень долго - миллионы лет. Навстречу ей от другого берега океана катится другая волна. Они встречаются - возникает поднятие. Например, волны, пришедшие от берегов Северной и Южной Америки, Европы и Африки, образовали Срединно-Атлантический хребет.

Волны в океанической коре возникают непрерывно с точки зрения геологической истории. Полоса плотных и тяжелых пород у берега нагружается осадками с континента, в конце концов прогибается и уходит вниз. Ее место занимают рыхлые осадочные породы. Растворы вновь проникают в них, цементируют - все повторяется. Застывшие волны сейчас наблюдают ученые в Атлантическом, Индийском и Тихом океанах.

Процесс образования срединных хребтов был проверен на моделях в лаборатории. Кору представляла смесь гипса и прокаленных аммонийных квасцов. После уплотнения смесь смачивалась водой, поступившей со стороны "материков". Хорошо было видно, как смоченная полоса увеличивалась в объеме и чуть сдвигала сухой порошок, образуя модель срединного хребта.

При ташкентском землетрясении было зарегистрировано около 700 толчков. Впечатление было такое, что на глубине происходили обвалы больших масс. Причем постепенно эти обвалы приближались к поверхности. Во времена контракционной гипотезы обвалы в глубинных пустотах не вызывали сомнений. Под жесткой корой остывало и потому уменьшалось в объеме расплавленное вещество - вот откуда полости и обрушения в них. Но от самой гипотезы контракции отказались, отказались и от представления подземных обвалов. Правда, обрушение пород, вызывающее землетрясение, признается и сейчас, однако только для тех редких случаев, которые приводят к провалам суши.

Дренажная оболочка возрождает идею об обвальных процессах. Расчет показывает, что за год сквозь земную кору к дренажной оболочке просачивается 100-200 км³ воды. У нее есть свои пути - по наиболее проницаемым породам. Скажем, с площади 30-40 млн. км² она выносит 5 млрд. т вещества в год. Чистая вода растворяет хлористые и сернистые соли и карбонаты щелочных металлов; вода с диоксидом углерода растворяет карбонаты и разлагает силикаты. Не может устоять даже гранит - от него остаются лишь зерна кварца.

Вода способна создать на глубине более 10 км области с менее плотным веществом, а в некоторых случаях и карстовые полости. Кровля таких полостей может слой за слоем обваливаться - сейсмографы зарегистрируют на поверхности подземные толчки. Энергия крупных землетрясений равна 10¹⁷-10¹⁸ Дж. Это значит, что с высоты в 1 км должно упасть 40 км³ пород с плотностью 2,5 г/см³. Падение происходит не в один момент, а последовательно. Именно поэтому часто регистрируют перемещение гипоцентра землетрясения вверх - первый толчок зарождается на глубине 10 км, а последующие - в 5-7 км от поверхности. Примерно так возникли многие землетрясения в Южной Италии, Средней Азии и Японии. Однако часто эти землетрясения происходят в результате тектонической деятельности. Обвальные процессы - лишь один из ее видов.

Под Антарктидой пустоты не возникают. С этого материка не сносится вещество, в его толще нет нисходящих растворов - он закрыт льдом. Отсутствие глубинных вод отменяет круговорот твердого вещества на глубине. Поэтому в Антарктиде землетрясений почти не бывает.

Вулканы порождены дренажной оболочкой. Разлом может связать ее с дневной поверхностью и превратиться в канал, по которому произойдет выброс высокотемпературного пара и водных надкристаллических растворов. Ведь они находятся под высоким давлением.

В результате выброса давление и температура в дренажной оболочке уменьшаются, снижается и растворимость, происходит выпадение веществ. В устье канала и в нем самом появляются густые студенистые массы. При последующем выбросе они поднимаются вверх и выходят на поверхность в виде лавы, песка и пеплов.

Сегодня на суше насчитывается до полутысячи вулканов, проявляющих активность. Более 300 из них составляют "огненное кольцо" - они расположены на берегах Тихого океана. Подводных вулканов несравненно больше. Известный советский исследователь Г. Удинцев пишет, что на дне Тихого океана их столько, сколько "можно отразить на карте в соответствии с ее масштабом".

Это нетрудно объяснить, вспомнив, что материки выжимают по дренажной оболочке под океаны горячие растворы. Области под океанами начинают напоминать земные слои, из которых бьют артезианские скважины, в данном случае - вулканы. Когда давление достигает полутысячи - тысячи атмосфер (1 атм = 0,1 МПа), тонкая океаническая кора кое-где поддается. По наиболее слабому месту ложится трещина - пары и растворы вырываются наверх. Срабатывает своего рода предохранительный клапан. На дне вырастает вулканический конус.

Район наибольшей активности дренажной оболочки находится обычно вблизи побережий. Видимо, "огненные кольца" появились не случайно. Это целая предохранительная система разгрузки.

Вулканы могут затихать, потом пробуждаться, когда давление в дренажной оболочке поднимается. Новые порции пара и растворов прорываются через канал, закупоренный выпавшим в осадок веществом.