Слово "свеллинг" происходит от английского swelling, что означает "распухание, расширение". А гравитационный свеллинг - это распухание планеты под воздействием гравитации. Наверное, любой человек знает, что под действием гравитации планета может сжиматься. А может ли она расширяться под действием той же самой гравитации? Оказалось, что может. И происходит это благодаря процессу круговорота воды в атмосфере планеты.
Когда вода испаряется с поверхности морей и океанов под действием солнечного излучения, она поглощает некоторое количество солнечной энергии Q. Затем пар поднимается вверх в холодные слои атмосферы и там конденсируется, отдавая точно такое же тепло Q. Требуются ли затраты энергии на подъём пара? Если рассуждать в старых и ошибочных понятиях потенциальной энергии, то требуются. Согласно традиционной точке зрения, для подъёма пара в верхние слои атмосферы требуется солнечная энергия, которая преобразуется в потенциальную энергию поднимающегося пара, а при дальнейшем падении дождевых капель вниз эта потенциальная энергия капель преобразуется в их кинетическую энергию. Но я уже писал об ошибочности концепции потенциальной энергии в одной из своих предыдущих статей. И также пытался доказать, что подъём пара вверх происходит без выполнения работы, то есть без затрат энергии гравитационного поля на такое движение. А вот дальнейшее падение дождевых капель вниз сопровождается выполнением работы, вследствие чего энергия гравитационного поля планеты переходит в кинетическую энергию капель. Что в этом случае будет происходить с планетой?
При столкновении дождевых капель с поверхностью Земли та часть энергии гравитационного поля, которая была передана каплям, тратится на разрушение горных пород и переработку их в минеральное удобрение. То есть назад в гравитационное поле не возвращается. Следовательно, энергия поля постоянно уменьшается. Так как она прямо пропорциональна квадрату напряжённости поля, гравитационное поле планеты постепенно ослабевает. Оно уже не может притягивать любой предмет на поверхности так же сильно как раньше. И это ведёт к тому, что ослабевает давление, с которым данный предмет давит на основание. В том числе уменьшается давление, с которым вышележащие слои горных пород давят на нижележащие. И эти нижележащие слои, которые раньше под большим давлением были сжаты, при сбросе давления начинают расширяться. Это и есть гравитационный свеллинг.
В ходе свеллинга поверхность Земли увеличивается и земная кора растягивается. Возникают растягивающие напряжения, которые постепенно всё более усиливаются. Когда они превысят предел прочности материала коры, кора трескается на отдельные блоки, что воспринимается обитателями поверхности как землетрясения. Эти блоки (зародыши будущих континентов) в целом никуда не движутся, но расстояние между ними вследствие свеллинга постоянно увеличивается, что создаёт видимость континентального дрейфа. В образовавшихся трещинах земной коры и в непосредственной близости от них начинают действовать многочисленные вулканы, которые выносят на поверхность Земли из мантии пары воды, различные газы и избыток вещества, появившегося там вследствие распухания из-за сброса давления (снижение давления означает снижение плотности). В трещинах между блоками скапливается вода, давая начало будущим морям и океанам.
Мои расчёты показали, что глобальное растрескивание ранее единого суперконтинента Пангеи на Лавразию и Гондвану должно было произойти примерно 200-250 миллионов лет назад, то есть примерно тогда, когда это и произошло в реальности. До этого момента распухание планеты шло чрезвычайно медленно из-за малого количества воды на планете. После данного события скорость свеллинга резко возросла и сегодня она составляет около 2.7см/год (на такую величину увеличивается радиус планеты за год). И есть у меня большое подозрение, что решающую роль в этом событии сыграла наша соседка Венера.
Все планеты в ходе своего движения вокруг Солнца постоянно сближаются и расходятся друг с другом. Их гравитационное воздействие друг на друга приводит к возникновению и исчезновению растягивающих усилий, которые будут вызывать растрескивание пород и их ослабление. Мои расчёты показали, что если радиус планеты превышает некоторое критическое значение, она не выдерживает приливного воздействия со стороны соседних планет и породы, её составляющие, начинают растрескиваться. Но до тех пор, пока радиус меньше критического значения, такого процесса не происходит. Вот результаты расчётов для планет земной группы (данные расчётов для газовых гигантов Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна не приводятся, т.к. их взаимные приливные воздействия из-за огромных расстояний оказались исключительно малы, несмотря на большие массы).
Экваториальные и критические радиусы
планет земной группы
| Экваториальный радиус,км | Критический радиус,км
Меркурий | 2439 | 3164
Венера | 6051 | 3678(14710)
Земля | 6378 | 4512(4662)
Марс | 3393 | 4493
Из таблицы мы видим, что для Марса и Меркурия критический радиус немного превышает экваториальный, но для Земли и Венеры картина получается противоположной. Это означает, что Марс и Меркурий будут выдерживать возмущающее воздействие со стороны Земли и Венеры, но сами Земля и Венера могут разламываться под влиянием друг друга. Однако, если учесть сжимающее влияние атмосферы (цифры в скобках), тогда окажется, что плотная атмосфера Венеры позволяет ей успешно сопротивляться подобному развитию событий, чего нельзя сказать о Земле.
На основе настоящей гипотезы была составлена следующая картина эволюции планеты. В момент зарождения первичного Океана, отстоящего от нашего времени на 3.75 млр.лет назад, почти вся поверхность Земли была покрыта сушей, а радиус Земли составлял около 3444 км. Воды в свободном состоянии было очень мало, атмосфера была сухая и горячая. Океаны и моря в их настоящем виде отсутствовали, имелись только неглубокие водоёмы, насквозь прогреваемые Солнцем и служившие колыбелью для зарождающейся жизни. Отсутствовали также горы и горные цепи в их нынешнем виде и рельеф Земли был много глаже (хотя вулканы имелись в значительном количестве). Под влиянием высокой температуры и солнечного излучения вода испарялась, поднималась вверх, там конденсировалась, собиралась в облака и проливалась дождём, поглощая энергию гравитационного поля. За счёт этого эффекта Земля распухала. Данный процесс происходил чрезвычайно медленно, но и времени впереди было более чем достаточно. Вследствие вулканических извержений количество свободной воды на поверхности планеты увеличивалось и процесс свеллинга ускорялся. Растягивающие усилия накапливались и начинали разрывать земную кору, в этих разрывах скапливалась поступающая изнутри вода, давая начало будущим океанам.
До тех пор, пока земной радиус был меньше критического значения, земные породы выдерживали возмущающие воздействия со стороны Венеры и относительно успешно сопротивлялись гравитационному свеллингу, в результате чего свеллинг происходил медленно. Но как только земной радиус достиг критического значения, земные породы стали растрескиваться под влиянием приливного воздействия Венеры, прочность земных пород ослабла и они уже не могли противостоять процессу свеллинга. С этого момента глубина разрывов земной коры резко увеличилась. Вполне возможно, что некоторые наиболее глубокие разрывы достигали мантии, и контакт холодной воды с раскалённой мантией приводил к каталитической реакции дегидратации мантийных пород: химически связанная вода высвобождалась, а плотный оливиновый состав мантии менялся на менее плотный серпентиновый. Это ещё более ускоряло процесс гравитационного свеллинга. Данный момент и есть разрыв Пангеи, случившийся 200-230 млн.лет назад.
За счёт химических реакций дегидратации плотность вещества мантии стала падать, а объём расти. Излишки объёма выливались на дно самых глубоких разломов, способствуя приращению океанской коры. Так как скорость прироста объёма мантии вследствие дегидратации могла превышать скорость прироста верхних слоёв Земли вследствие свеллинга, это могло приводить к двум особенностям. Во-первых, мантия росла не только в ширину, но и в высоту. Она вытесняла воду наверх из разломов и та постепенно заливала сушу. Этим объясняется наличие континентального шельфа, той части суши, которая уже покрыта водой. Во-вторых, интенсивное и неоднородное расширение тех верхних слоёв мантии, которые находятся под океанами, приводило к нарушению скомпенсированности сил, действующих на отдельные блоки земной коры, в результате чего эти блоки "поплыли" навстречу друг другу с последующим столкновением и образованием горных цепей в зоне контакта. Начался интенсивный процесс горообразования и рельеф земной суши постепенно приобрёл настоящий вид.
Настоящая гипотеза позволяет объяснить некоторые факты, которые не объясняются теорией континентального дрейфа. Например, почему толщина материковой гранитной коры составляет десятки километров (некоторые геофизики говорят даже о сотнях километров), в то время как толщина океанской базальтовой коры составляет всего 5-10 км? И почему вообще материковая кора состоит из гранита, а океанская - из базальта? Я думаю, что эти различия обусловлены разными условиями формирования. Материковая кора создавалась в сухой, горячей и безводной среде в течение нескольких миллиардов лет. За эти миллиарды лет она естественно достигла значительной толщины. Океанская кора формировалась под водой и не имела в своём распоряжении миллиардов лет. Потому и толщина её сравнительно невелика.
Исследования палеотемператур, проведённые российскими и американскими учёными, выявили значительное повышение температуры в самом начале триасового периода как раз на рубеже 200-230 млн.лет назад, то есть когда раскололась Пангея. Мне не известно, как объясняют геофизики такое совпадение. Я объясняю его следующим образом. В момент раскола Пангеи и появления огромного количества глубоких трещин, достигающих мантии, значительное количество имеющейся тогда на поверхности Земли воды ушло в трещины и при соприкосновении с раскалённой магмой вода превратилась в пар. Кроме того, включился процесс дегидратации и химически связанная вода стала выделяться из мантийных пород. Огромные количества пара, вырывающиеся из трещин, привели к возникновению парникового эффекта и повышению температуры (данный эффект продолжает действовать сегодня, без него средняя температура земной поверхности оказалась бы на 20 градусов ниже и составляля бы -5 град). Кроме того, резкое повышение влажности атмосферы открыло путь для развития пресмыкающихся и возникновения первых динозавров. До этого момента влажность атмосферы была невелика и никакие животные не могли жить в такой сухой атмосфере из-за обезвоживания организма, лишь земноводные могли спасаться от сухости в близлежащих водоёмах. Вот почему динозавры появились лишь после раскола Пангеи.
Другая особенность эволюции планеты, хорошо объясняемая настоящей концепцией гравитационного свеллинга, касается возраста каменноугольных бассейнов. Все самые главные и обширные залежи каменного угля образовались в каменноугольный период, предпоследний период палеозойской эры, предшествующий эре мезозойской. Когда раскол Пангеи ещё не произошёл, но растягивающие усилия в земной коре приблизились к критическим значениям, интенсивность образования трещин резко возросла. Количество трещин увеличилось, а их глубина возросла. Те немногие массы воды, что имелись на поверхности, практически полностью уходили в возникающие трещины, а водная и прибрежная растительность оказывалась вдали от живительного источника влаги, погибала в сухой атмосфере и карбонизировалась. Но количество воды в обмелевшем водоёме быстро восстанавливалось за счёт выброса пара из трещин, и жизнь в таком водоёме быстро приходила в норму. Затем происходил новый разрыв коры и всё повторялось: уход воды в трещины, гибель и карбонизация растительности, восстановление водного баланса и новый виток жизни. Такие периодические наступления и отступления уровня водоёмов могли происходить быстро и часто. Поэтому неудивительно, что именно в каменноугольный период сформировались основные залежи каменного угля.
Геологи полагают, что климат каменноугольного периода был очень влажным и тёплым, иначе невозможно объяснить наличие столь огромных залежей каменного угля. Но вот незадача: отпечатки растительности в пластах пород того времени трактуются палеоботаниками как принадлежащие сухолюбивым пустынным или степным растениям. Такое растение можно узнать сразу: у него мелкие кожистые листочки, толстая кожа на листьях, устьица глубоко спрятаны в толще листа. Часто встречаются у них также колючки. И когда ботаники приступили к изучению следов ископаемых растений каменноугольного периода, они практически в каждом случае сталкивались с этими признаками. Общепринятого объяснения данному парадоксу нет. Но если принять настоящую гипотезу гравитационного свеллинга, тогда все нестыковки исчезают.
Следующий за каменноугольным пермский период в кругу палеоклиматологов считается сухим. Значительных залежей каменного угля в слоях этого периода уже не наблюдается. Но имеется другая загадка, которая носит название "Пермская катастрофа". Она состоит в том, что в этот период вымерло до 95% всей живности, существовавшей ранее. Вымирали не только обитатели суши, но также морские животные. Никогда в истории Земли не было подобного удара, нанесённого фауне. Палеонтологи выдвинули несколько гипотез, пытаясь дать объяснение феномену "Пермской катастрофы".
Согласно одной из них, в Пермском периоде Земля столкнулась с крупным астероидом, подобным тому, который через несколько сот миллионов лет положил конец царству динозавров. Однако, эта гипотеза легко опровергается путём анализа элементного состава пород того времени. Все небесные тела от астероида до метеорита имеют характерную особенность, состоящую в повышенной концентрации иридия. Если Земля сталкивается с крупным астероидом, в её слоях обязательно появляется прослойка, обогащённая иридием. В породах, относящихся ко временам исчезновения динозавров, такая прослойка найдена, что и позволило учёным говорить о столкновении планеты с астероидом. Но в породах Пермского периода таких прослоек нет.
По другой гипотезе недалеко от Солнечной системы произошла гамма-вспышка, обрушившая на планету огромнейший поток смертоносной гамма-радиации. Однако мощный поток гамма-излучения неизбежно должен был включить некоторые экзотические ядерные реакции, изменившие изотопный состав пород того времени. Например, в железистых рудах должен был появиться изотоп Fe-60. Соответствующие аномалии изотопного состава можно было бы легко найти, если они существуют. Но о подобных находках пока не слышно.
С позиции настоящей гипотезы свеллинга получается следующее. В каменноугольном периоде разрывы коры были ещё недостаточно глубоки, поэтому уровень воды в обмелевшем водоёме достаточно быстро восстанавливался. И поэтому также быстро восстанавливался биоценоз. В Пермском периоде глубина разрывов резко возросла, теперь она стала исчисляться десятками километров. Уход воды в такую расщелину приводил к резкому сокращению площади испарения и сокращению осадков. Водный баланс уже не мог восстановиться также быстро, как раньше. Разразилась сильнейшая засуха, которая могла тянуться не один миллион лет. Поэтому основная масса сухопутной живности вымерла. Из-за резкого снижения уровня осадков и речного стока также сократилось поступление в море минеральных веществ. Была подорвана питательная база планктона, который служит основой всей питательной пирамиды океана. Вслед за гибелью планктона вымерла большая часть морских обитателей.