Орленок В.В. История океанизации Земли

Подождите немного. Документ загружается.

Как показали работы Института водных проблем АН СССР, посту-

пление ледниковой воды в океан повышает его уровень на 0,7 мм в

год. Причем наиболее быстрое повышение уровня - 2,6 мм в год -

происходит в Северном Ледовитом океане. В Атлантическом океане

уровень повышается с меньшей скоростью - 1,9 мм в год. Еще мед-

леннее он поднимается в Тихом (0,9 мм в год) и Индийском (0,6 мм в

год) океанах. При этом оказалось, что ход подъема уровня Северного

Ледовитого океана опережает подъем уровня Атлантического океана

на 3 года, Индийского - на 6 лет и Тихого - на 8 лет. Это обусловлено

в первую очередь различными размерами океанских бассейнов Таяние

ледников в северной полярной области питает прежде всего Арктиче-

ски бассейн Небольшой по размеру, он быстро переполняется, а

избыток водной массы выходит в основном в Атлантику через широ-

кие проливы между Гренландией и Исландией, Исландией и Норвеги-

ей. Мелководный и узкий Берингов пролив между Аляской и Чукот-

кой играет незначительную роль в водообмене между Атлантическим

бассейном и Тихим океаном Возрастание уровня последнего так же,

как и Индийского океана, происходит главным образом за счет таяния

антарктических ледников

Итак, текущее столетие знаменательно общим потеплением клима-

та на нашей планете, сопровождающимся подъемом уровня Мирового

океана. Похолодания в 20-х и 70-х годах происходят одновременно с

падением морского уровня Отсюда создается впечатление, что климат

определяет колебание уровня моря. Это убеждение подкрепляется на-

блюдающейся тенденцией иссушения внутренних областей континен-

тов, что находит отражение в характерном для текущего столетия па-

дении уровня крупнейших бессточных озер - таких, как Каспийское

(на 3 м), Аральское (на 0,7 м), Балхаш (на 0,5 м), Чаны (на 1,0 м) - в

бывшем СССР, а также Большое Соленое озеро в США (на 3,5 м) и др.

Наблюдающееся увеличение объема вод Мирового океана, по мне-

нию многих ученых, вызвано изменением термического режима Зем-

ли С этим выводом можно было бы согласиться при условии посто-

янства массы воды на поверхности планеты и неизменной емкости

океанских и морских впадин. Считается, что наблюдаемый подъем

морского уровня обусловлен перераспределением воды с континен-

тальных блоков в бассейн Мирового океана. Это перераспределение

осуществляется речным стоком, испарением и дегляциацией (таянием

ледников). В схеме общего кругооборота объем испарившейся над

океаном воды предполагается равным объему воды, поступившей с

4 Зак. 13184

континентов в форме речного стока и в виде осадков. Добавление к

этой постоянно находящейся в круговороте массе воды ледниковых

вод и способствует усилению колебания уровня моря.

По данным советского исследователя М И Львовича, общий ба-

ланс воды на Земле в первом приближении может быть выражен сле-

дующей схемой:

С теми или иными изменениями и добавлениями подобной схемы

придерживаются многие отечественные и зарубежные исследователи.

Однако в ней не учтены приходная и расходная статьи Земли как пла-

неты. Дело в том, что определенная часть воды попадает на поверх-

ность вместе с космическими телами - астероидами, метеоритами, тек-

титами и др Вода поступает также из недр Земли, например, при вул-

канических извержениях Неучет этого невольно переводит всю сис-

тему как бы в замкнутый нулевой цикл. В круговороте обращаются

постоянные массы воды, а приход равен расходу. Такая система, как

мы знаем из школьного курса физики, не производит работы. Или, как

говорят, ее энтропия максимальна. Понятие энтропии, введенное в

науку в 1865 г. немецким ученым Рудольфом Клаузиусом, характери-

зует представление об обесцененной или рассеянной энергии Когда

значение энтропии достигнет максимума, т.е. весь запас энергии в

данной системе будет исчерпан, система достигнет устойчивого рав-

новесия Подобная картина характерна для полностью закрытых, изо-

лированных систем Но водная оболочка Земли не является изолиро-

ванной, закрытой системой, как, впрочем, и сама наша планета. Земля

испускает в Космос тепло, газы (в частности, водород, гелий и др.). Её

поверхность ежесекундно получает огромное количество лучистой

солнечной энергии (тепла), метеорной пыли. Происходит энергетиче-

ский обмен с телами ближнего Космоса (гравитационное взаимодей-

ствие планет, спутников и Солнца). С другой стороны, активный вул-

канизм и землетрясения ясно свидетельствуют, что недра планеты еще

сохраняют значительные запасы физико-химической энергии. А это

значит, что существует мощный источник, перебрасывающий с помо-

щью вулканизма на поверхность Земли огромные массы вещества, в

том числе и свободный воды Все это позволяет рассматривать Землю

как открытую термодинамическую систему. Отсюда ее водная оболоч-

Приход:

осадки (дождь, снег и др.) - 525100 км

Расход:

испарение - 525100 км

ка -гидросфера - должна также изменяться по объему при изменениях

скорости течения внутрипланетарных и внешних космических процес-

сов А это не может не найти отражения в изменении уровня Мирово-

го океана

Прежде всего уточним для себя, сколько свободной воды на Земле?

Формы состояния воды различны. Это обыкновенная жидкая вода

океанов, морей, рек и озер; вода в твердой фазе - это льды Гренлан-

дии, Антарктиды и высокогорные ледники; вода в газообразном со-

стоянии - это вода атмосферы и, наконец, связная вода, увлажняющая

горные породы и живое вещество.

Вся вода, которая отделилась от твердого вещества земных пород,

представляет собой так называемую «свободную», или гравитацион-

ную, воду. Эта свободная вода участвует в круговороте живого и не-

живого вещества на поверхности Земли. Испаряясь над океанами и

другими водными бассейнами, она с осадками, речным, подземным и

ледниковым стоками возвращается в Мировой океан. Его площадь со-

ставляет 361 млн. км

, средняя глубина 3800 м, и здесь сосредоточена

основная масса свободной воды - 1,42-IO

г, т.е. 94% всей гидросфе-

ры В реках и озерах суши имеется всего 0,0005- IO

г воды, в ледниках

значительно больше - 0,035-IO

г, в атмосфере - 0,000013-IO

г. Кроме

того, в свободном круговороте участвует также почвенная вода. Масса

ее сравнима с ледниковой и равна 0,0085-IO

г. Следует учитывать во-

ду, увлажняющую верхние 200 - 300 м морских донных осадков, кото-

рая в процессе их уплотнения и диагенеза (преобразования в породу)

поднимается к поверхности дна в виде минерализованных растворов.

При средней влажности этих осадков 60% массу воды в них можно

приблизительно оценить в 0,1-IO

г.

Таким образом, общая масса свободной воды, обращающаяся в

круговороте на поверхности Земли в настоящее время, равна пример-

но 1,564-IO

г, или, округляя, - 1,6-IO

г. Мы не упомянули другие

статьи круговорота, масса участвующей воды в которых много меньше

полученного порядка IO

г.

Ничтожный вклад дает космогенное вещество По данным

Э В Соботовича, его ежегодно выпадает на земную поверхность и в

океан от 1 до 10 млн тонн Следует также учесть, что количество во-

ды, идущей на увлажнение морских донных осадков, примерно равно

количеству воды, вытесняемой из верхней 100 - 200-метровой осадоч-

ной толщи в ходе ее уплотнения и диагенеза. Так что эта часть баланса

является постоянной Сведем все сказанное в таблицу.

Таблица 1

Распределение свободной воды на Земле

Элемент гидросферы

Мировой океан

Реки и озера суши

Ледники

Атмосфера

Почва

Морские осадки

Вся свободная вода Земли

Масса, г

1,42-IO

5-IO

3,5-10"

1,3-IO

8,5-IO

1,0-IO

1,564- IO

~ 1,6-IO

2. ПЛАНЕТАРНОЕ ЯВЛЕНИЕ, О КОТОРОМ НЕ ЗНАЛИ

2Л. Что мы знаем о природе воды

Как это ни парадоксально, но мы сегодня не найдем ни одной кни-

ги, посвященной истории воды на Земле

Все, что имеется по этому

вопросу, как правило, умещается в несколько строк или страниц. Но и

в этих коротких суждениях нет согласованности. И хотя роль воды как

мощного геологического агента и источника жизни на Земле призна-

ется безусловно, фундаментальный характер ее как планетного веще-

ства еще до конца не оценен и не понят

Тем не менее все больше исследователей начинают подходить к

мысли, что вода - это продукт эволюции планетного вещества и что

земные условия ее существования являются исключительными и не

известны на других планетах солнечной системы Так, авторитетный

советский гидрогеолог В Ф Дерпгольц считал, что происхождение

вод Земли тесно связано с развитием ее как планеты. Он полагал ма-

ловероятным процесс равномерного накопления воды на поверхности

Земли в течение всей ее истории. Если исходить из современных тем-

пов подъема уровня моря, наблюдаемых в последние 60 лет, то за 1000

лет подъем возможен на 2 м Если в прошлые геологические эпохи эти

темпы в среднем сохранялись такими же, то за последние 500 млн. лет

мы получаем совершенно абсурдную цифру прироста толщины вод

океана - 100 км. Отсюда Дерпгольц приходит к справедливому общему

выводу, что в последнее время темпы заполнения океанских впадин

водой были несравнимо более высокими, чем в прошлом. По мнению

Дерпгольца, причины тому - не только общее потепление климата, но

и возросшие поступления воды из земных недр

' Кроме книг автора (см библиографический список).

К сходному выводу приходит другой видный наш ученый -

B B Кесарев, полагая, что вода появляется и исчезает на поверхности

планеты на определенных этапах ее развития Он справедливо считает,

что масса гидросферы есть функция внутренней активности планеты и

температурных условий на ее поверхности. При спаде внутренней ак-

тивности приход воды из земных недр будет постепенно сокращаться

Однако и Кесарев и Дерпгольц оперируют весьма общими положе-

ниями и цифрами, которые не освещают многие конкретные особен-

ности эволюции лика Земли в зависимости от эволюции ее водной

оболочки

Крупнейший ученый академик В И Вернадский отмечал, что нали-

чие гидросферы - это характерная индивидуальная форма строения

нашей планеты. Ничего подобного не встречается ни на одной из пла-

нет земной группы Это чрезвычайно важное научное предвидение,

высказанное им в 20-х годах, еще не было подкреплено в начале века

достаточными количествами фактов. Тем не менее оно поражает мо-

щью интуиции ученого и полностью подтвердилось в настоящее вре-

Вместе с тем, опираясь на выдающийся синтез австрийского геоло-

га Эдуарда Зюсса в его знаменитом трехтомном труде «Лик Земли»,

завершенном в начале нашего века, В И Вернадский писал:

«Распределение суши и океана, в основном, не менялось в течение не

менее миллиарда лет, по крайней мере, с начала палеозоя (580 млн. лет

назад - В.О.), и это распределение не есть поверхностное географиче-

ское явление Диссимметрия в строении океанов и отсутствие под их

главной, глубокой, частью ряда геосфер вплоть до гранитной геосфе-

ры есть основной факт в строении той части земной коры, которая не-

посредственно доступна нашему научному изучению. Все это указыва-

ет, что это очень древняя черта строения планеты» (Вернадский, с. 69)

И далее: «По-видимому, количество соленой морской воды остается

более или менее неизменным в течение сотен миллионов лет»

Таким образом, современная масса гидросферы, согласно пред-

ставлениям В И Вернадского, так же, как и Мировой океан, существу-

ет на Земле очень давно, по крайней мере более полумиллиарда лет

Отсюда немедленно следует вывод о древнем и очень устойчивом рас-

пределении континентов и океанов, суши и моря, т.е. наблюдаемая

асимметрия лика Земли представляется как одна из ее планетарных

особенностей. Идеи В И Вернадского продолжают оказывать влияние

на ученых и сегодня В настоящее время учение об асимметрии лика

Земли распространяется и на другие планеты. Предполагается, что это

результат неравномерного течения глубинных процессов в простран-

стве и эта неравномерность развивалась чуть ли не изначально - на

ранних стадиях развития Земли и планет

В принципе, сходные мысли излагает и известный американский

морской геолог Г Менард. Он, в частности, пишет: «В общих чертах

мы можем представить себе палеозойскую впадину океана (Тихого

океана 580 млн лет назад. - В.О.) как сходную с современной. Глубина

океана, если принять гипотезу постоянной скорости аккумуляции

осадков, была около 4,0 - 4,2 км» (Менард, с 256). Имеются и более

радикальные мнения Например, A C Монин и О Сорохтин считают,

что «всего вероятнее, уровень океана достиг гребней срединно-

океанических хребтов (т.е. 3 - 4 км глубины. - В.О.) около 2,6-10 лет

назад... Если же под океаном понимать воду, заполняющую океаниче-

ские впадины, то Мировой океан является древним образованием и по

своему возрасту он лишь ненамного моложе самой Земли» Таким об-

разом, гигантские срединно-океанические рифтовые хребты, по мне-

нию этих авторов, существовали еще задолго до появления Мирового

океана Относительно будущей истории океана Монин и Сорохтин ут-

верждают, что «объем его продолжает расти... в настоящее время и

будет продолжаться, замедляясь, еще около 2 млрд. лет». Далее чита-

тель убедится в фантастичности и необоснованности таких заключе-

ний, уводящих от реальности существующего мира

Нельзя не привести и другого радикального мнения, поддерживае-

мого рядом ученых о чуть ли не синхронном с формированием плане-

ты образованием современного объема вод и Мирового океана. Наи-

более ярким выразителем этой гипотезы является профессор

3 И Ферронский. Опираясь только на данные по изотопному составу

воды, которые, по его мнению, указывают на ее космогенное проис-

хождение, Ферронский пишет: «...гидросфера, будучи конденсацион-

ного происхождения, образовалась в период остывания верхней обо-

лочки Земли за сравнительно короткий срок в объеме, близком к со-

временному»

Идеи постоянства соотношений площади континентов и океанов и

объема воды на Земле пронизывают и самые последние работы 1980 -

1982 гг. Так, известный советский исследователь в области морской

геологии профессор Московского университета O.K. Леонтьев пишет:

«... поступление воды в океан, по крайней мере, за последний милли-

ард лет происходило с более или менее постоянной скоростью, экви-

валентной скорости подъема уровня в 1мм за тысячу лет» (Леонтьев, с.

318). Отсюда следует, что толща воды океана, равная сегодня 5-6 км,

миллиард лет назад была меньше современной всего на 1 км и равня-

лась 4-5 км. Нетрудно видеть здесь совпадение со взглядами о чрез-

вычайной древности больших масс воды и самого океана на Земле.

Более того, О К. Леонтьев утверждает, что «...в позднемезозойском

(150 - 200 млн. лет назад. - И.О.) в океане воды было почти столько,

сколько в современном океане или даже несколько больше» (там же, с

318). «Следовательно, в геологическом развитии Земли господствую-

щей тенденцией является тенденция континентализации» (там же, с.

332), т.е., по мнению O.K. Леонтьева, площадь суши увеличивается за

счет сокращения площади углубляющегося, но одновременно и

уменьшающегося в размерах Мирового океана.

Как бы нам хотелось верить в это предположение уважаемого уче-

ного! Если бы в действительности суша увеличивалась за счет моря,

прибрежные города не затапливались бы, а постепенно отодвигались в

глубь континента. К сожалению, в подобных условиях даже на памяти

человечества находится лишь около 13% всех побережий Мирового

океана. Большая же часть материковых окраин продолжает, как мы

видели, погружаться и затапливаться морем. Море не отступает, а на-

оборот - наступает на сушу. И это реально существующий факт, не

считаться с которым сегодня уже нельзя

Очень интересные мысли о возрасте океанических бассейнов вы-

сказал крупнейший советский геолог В В. Белоусов Еще в 1968 г. на

обширном фактическом материале он показал, что 150 млн. лет назад

океанов на Земле не было. Однако позднее, в 1976 г. он ограничил это

заключение лишь Атлантическим и Индийским океанами. Относи-

тельно истории Тихого океана сказано, что в нем «. признаков былого

существования крупных участков суши нет В связи с этим уже давно

возникла идея о наличии двух типов океанов: Тихий океан считают

«первичным» или, во всяком случае, очень древним, возникшим еще

до фанерозоя (580 млн. лет назад. - В.О.), а Атлантический и Индий-

ский океаны относятся к категории «вторичных» океанов, образовав-

шихся в начале мезозоя (150 - 200 млн. лет назад. - В.О.) на месте

бывшей суши» (Белоусов, с. 237). Эти идеи B B Белоусова, как мы ви-

дим, во многом созвучны с представлениями В.И. Вернадского о

древнем (а по предположению некоторых современных ученых, - даже

изначальном) характере асимметрии лика Земли и разделении его на

континентальные и океанические области К сожалению, этот вывод

перекочевал на страницы многих научно-популярных книг, где в уп-

рощенном виде он распространяется и на другие планеты земной

группы

Однако нетрудно понять, что, принимая первоначальное неравно-

мерное распределение вещества на быстро вращающейся протоплане-

те и последующее сохранение этой особенности на протяжении сотен

миллионов и миллиардов лет, мы тем самым отказываемся от идеи

эволюции вещества планет Без должного объяснения причин устой-

чивости такой асимметрии мы заключаем процесс преобразования

первичного планетного вещества (протовещества) в жесткие рамки раз

и навсегда заданного распределения Коротко говоря, тезис изначаль-

ной или устойчивой и длительно существующей асимметрии равноси-

лен отказу от идей эволюционного характера развития мира Но это

противоречит основным принципам теории материального мира, опи-

сываемым термодинамикой, и не согласуется с реально существую-

щими фактами. Многие из них уже известны науке, но их, очевидно,

было недостаточно для окончательного решения проблемы эволюции

Земли В последние годы появились новые важные свидетельства, по-

зволяющие со всей определенностью констатировать, что ведущим

процессом развития планет является эволюционный.

В Природе нет изначально застывших форм Все подвержено изме-

нениям как количественным, так и качественным В конечном счете,

итог этих, порой очень медленных, изменений оказывается неожидан-

ным. Происходит качественное преобразование планеты, появляются

новые формы существования ее вещества, преобразуется ее лик Это

стало особенно ясно, когда человек проник во многих местах под дно

океана и изучил поднятые образцы горных пород, десятки миллионов

лет находившихся под громадной толщей воды.

2.2. Новое в схемах круговорота земной воды

В схемах общего круговорота воды, приводимых в учебниках, объ-

ем испарившейся над океаном воды считается равным объему воды,

поступившей с континентов в форме речного стока, дождевых осад-

ков, подземного стока Однако эта схема верна лишь в первом при-

ближении и реализуется при условии постоянства общей массы воды

на поверхности Земли и неизменной емкости океанических и морских

впадин.

На самом деле картина баланса воды на планете оказывается более

сложной (Орленок, 1985). Дело в том, что планета не является закры-

той изолированной системой Тысячами глубинных разломов, хорошо

видных на космических снимках, и сотнями корней действующих вул-

канов каменная оболочка планеты связана с глубокими недрами По

ним выносится тепло, газообразные продукты, магма и вода Сто ты-

сяч ежегодных землетрясений и десятки вулканических извержений

свидетельствуют, что Земля - геологически активная, живая планета.

Ее поверхность и газообразная атмосфера открыты Космосу и солнеч-

ному излучению Здесь, в высоких слоях атмосферы, под действием

солнечных частиц высоких энергий происходит разложение молекулы

воды на составляющие - молекулы водорода и кислорода Этот про-

цесс называется фотолизом При фотолизе тяжелая молекула кислоро-

да под действием поля тяготения Земли будет пополнять атмосферу, а

более легкая молекула водорода, получив вторую космическую ско-

рость, будет улетучиваться в космос - диссипировать

Таким образом, рассматривая нашу планету как открытую термо-

динамическую систему, мы должны учитывать глубинные внутрипла-

нетарные поступления воды и ее потери при фотолизе (рис 6) При

этом мы не должны забывать, что вода теряется также на увлажнение

морских осадков, биосферы Но вода поступает к нам из космоса вме-

сте с метеоритами и тектитами, другими космическими пришельцами -

при их сгорании в атмосфере Возможно также образование воды в

высоких слоях атмосферы путем соединения солнечных протонов с

электронами атмосферы с последующим превращением их в атомы

водорода и кислорода и далее в молекулу воды Однако эта реакция

идет значительно выше озонового экрана Поэтому из-за ультрафиоле-

тового излучения время жизни этой молекулы будет ничтожно - она

неизбежно подвергнется фотолизу