Top.Mail.Ru

Прошлое и будущее Земли

Прошлое и будущее Земли

На всем протяжении от внутреннего ядра до поверхности динамикой Земли управляет тепло. И, подобно всякой тепловой машине. Земля должна постепенно останавливаться.

Однако прогнозирование — весьма сложное дело. В частности, судьба Земли во многом зависит от различия между глубокой конвекцией в мантии и послойной конвекцией. Верхняя мантия, не смешивающаяся с нижней, может действовать как изолирующее одеяло, сдерживающее выделение земного тепла. Глубокая конвекция выносит разогретый материал прямо к основанию земной коры, в результате чего мантия охлаждается гораздо быстрее. В таком случае в течение своей долгой (4,5 млрд лет) истории Земля могла претерпевать значительные изменения.

Прошлое Земли

Следы поведения Земли в прошлом, несомненно, являются ключом к ее будущему, если только их удастся понять. Геофизик из Стэнфордского университета Норман Слип, который придерживается гипотезы глубокой конвекции, считает, что в древности мантия была существенно горячее, менее вязкой и циркуляция в ней происходила более интенсивно. В таком случае перепад температуры был гораздо меньшим, а создающие горячие точки плюмы — слабыми или вообще не существовали. И действительно, по наблюдениям Слипа свидетельства вулканизма, связанного с горячими точками, имеются только для последних 1,3 млрд лет.

Рассматривая те же самые данные, Андерсон приходит к совершенно иному выводу. Он утверждает, что очень трудно выявить горячие точки и платобазальты древнее миллиарда лет. В пределах этого возрастного ограничения он не видит признаков ослабления активности горячих точек, что совместимо с моделью послойной конвекции.

Будущее Земли

Будущее Земли

Что касается будущего, то, как полагает склонный к театральности Джинлоз, примерно через пять миллиардов лет, к моменту, когда «Земля поглотится Солнцем, она будет все еще активной». Андерсон соглашается с этим, поскольку, исходя из данных наблюдений, за последний миллиард лет Земля остыла всего лишь приблизительно на 200 °С, что он отчасти приписывает действию послойной конвекции.

Слип придерживается более «пессимистичной» точки зрения. По мере охлаждения мантия будет становиться все более жесткой и менее подвижной. «В следующий миллиард лет движения плит замедлятся или прекратятся», — предсказывает он. Континенты займут постоянные места, а эрозия постепенно выровняет огромные горные цепи. Плюмы, создающие горячие точки, будут по-прежнему пробираться к поверхности и станут главным способом выноса внутреннего тепла Земли.

Ученым не обязательно ждать миллиард лет для проверки этих предсказаний. Землю будущего они могут увидеть прямо сейчас, посмотрев на Венеру. На изображениях Венеры, сделанных космическим аппаратом «Магеллан», обнаруживается планета, покрытая точками вулканов, но лишенная явных признаков существующей на Земле тектоники плит. По словам Слипа, на Венере (а это ждет и Землю), «по-видимому, преобладают крупные, медленно движущиеся плюмы». По иронии судьбы Венера могла остывать быстрее, чем Земля, из-за высокой температуры ее поверхности. Слип делает предположение, что вследствие высокой поверхностной температуры Венеры (около 450 °С) горные породы вблизи ее поверхности мягкие и пластичные, благодаря чему возможна более полная циркуляция внешних частей планеты. Таким путем Венера могла быстрее, чем Земля, освобождаться от своего внутреннего тепла.

Почему пока так много неопределенности?

Несмотря на целый ряд уже имеющихся технологических и теоретических достижений, геофизика глубоких недр Земли — молодая наука и, как всякое новое дело, еще полна неопределённости. У сейсмической томографии, благодаря которой получены изображения, расширившие наши представления о строении Земли, много критиков. Например, Джордан придерживается мнения, что этот метод «исчерпал свои возможности». Занимающиеся исследованиями при высоких давлениях группы физиков из университетов Беркли и Стони- Брука и Геофизической лаборатории высказывают сомнения по некоторым аспектам работы друг друга. Другие исследователи также дискутируют о достоинствах двумерных компьютерных моделей по сравнению с трехмерными моделями. Почти все соглашаются с необходимостью иметь лучшую информацию о поведении минералов при чрезвычайно высоких температурах и давлениях.

Физик Томас Аренс, занимающийся в КТИ физикой глубоких слоев Земли, принимает на себя роль скептика, сомневающегося во всем. Он отмечает, что для нижней мантии различные топографические карты «совсем не соответствуют друг другу». В другой раз он критикует «нелепые экстраполяции» результатов экспериментов Джинлоза с алмазной наковальней на реальный мир. «Модели хороши тем, что они побуждают к проведению дальнейших исследований», — замечает Аренс, подчеркивая при этом, что исследования отчаянно необходимы для разрешения проблем, возникающих из-за «значительного несоответствия между Землей и лабораторией».

Тем не менее преобладающим является чувство изумления. «Чудесно, что мы можем проникнуть взором во внутреннее ядро», — говорит Блоксем. Джордан рассматривает последние успехи в проведении анализа сейсмических волн как «абсолютно революционные». Джинлоз использует такие же слова для описания новых технологий, применяемых при исследованиях материалов в условиях высоких давлений, но чувствуется, что он равным образом поражен «выдающимися научными и техническими достижениями в сейсмологии и геомагнетизме».

Множество звеньев связывают, как мы понимаем теперь, дрейфующие континенты, землетрясения, геомагнитное поле и вулканы. Каждое обнаруженное явление позволяет лучше понять тайны нашей планеты, и каждое наглядно показывает, что самые последние геофизические результаты весьма содержательны и отражают вполне реальные явления.

«Это напоминает древнюю индийскую притчу о слоне, ведь каждый из исследователей ощупывает свою часть объекта, — саркастически замечает Андерсон. — Но сейчас по крайней мере слепцы начинают разговаривать друг с другом».
21:15
359
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!