К оценке геодинамической устойчивости геосфер Земли

Автор: Кокин А.В., Кокин А.А.

Журнал: Вестник геонаук @vestnik-geo

Рубрика: Научные статьи

Статья в выпуске: 5 (353), 2024 года.

Бесплатный доступ

Земля как система характеризуется определёнными средними параметрами состояния (плотностью, температурой). Эти параметры не могут не зависеть от подобных состояний внутренних геосфер (подсистем), которые подчиняются единому закону увеличения энтропии остывающей Земли в направлении от центра к поверхности по радиусу Земли. В качестве модели динамической устойчивости внутренних геосфер Земли относительно друг друга использован принцип золотой пропорции (золотого сечения) между параметрами плотности, температуры, мощности геосфер к крайним отношениям их состояний (0.618; 1.618; 2.618) в точках, определяющих условия устойчивого динамического равновесия сравниваемых параметров геосфер. Когда эти отношения удовлетворяли известным теоретическим, модельным, геофизическим данным, делался вывод о том, что геосферы в сравниваемых отношениях параметров находятся в состоянии, близком к устойчивому динамическому равновесию в части обмена веществом и энергией между ними. В противном случае признавалось, что либо сравниваемые геосферы Земли находятся в состоянии неустойчивого динамического равновесия с оценкой уровня отклонения от золотых чисел, либо известные значения плотности и температуры геосфер, а также их структура должны быть подвержены уточнению. Оказалось, что средние модельные оценки параметров внутренних геосфер Земли достигают устойчивого динамического равновесия при отклонениях от золотых чисел до 2.72 %. Неустойчивость динамического равновесия плотности и температуры вещества устанавливается на границах континентальной (гранитный слой) / океанической (базальтовый слой) коры; верхней мантии / слоя Голицына, нижней мантии / внешней части ядра Земли; внутри ядра Земли на уровне выделенных переходных зон в четырёхслойной модели ядра. Наличие во внутреннем (твердом) ядре сфер с высокой плотностью - от 16.05 до 26.45 г/см3 - позволяет предположить расслоение центральной части ядра на существенно золотую и платиноидную части. Важное практическое следствие непрерывности сопряженной дифференциации вещества геосфер в геологической истории Земли состоит в следующем: при формировании эндогенных рудных месторождений источник металлов в большинстве случаев был гетерогенным, включающим компоненты не только мантийного, но и корового происхождения. Основным источником воды Мирового океана могла быть ювенильная вода из глубин Земли, образовавшаяся при дегазации магм на ранней стадии геологической истории. При этом роль кометного вещества в формировании Мирового океана на Земле была, скорее всего, ничтожной. В противном случае изотопный состав кислорода воды отвечал бы первично-космическому изотопному составу кислорода. Можно предполагать, что относительное равновесие внутренней структуры Земли будет продолжаться ещё около 124 млн лет, вплоть до начала формирования новой Пангеи Проксима, которая, по Кристофору Скотезе, возникнет через 200 млн лет.

Еще

Земля, плотность, температура, геосфера, континентальная и океаническая кора, верхняя мантия, нижняя мантия, ядро, четырёхслойная модель ядра

Короткий адрес: https://sciup.org/149146243

IDR: 149146243   |   DOI: 10.19110/geov.2024.5.2

Список литературы К оценке геодинамической устойчивости геосфер Земли

  • Бортников Н. С., Гамянин Г. Н., Викентьева О. В., Прокофьев В. Ю., Алпатов В. А., Бахарев А. Г. Состав и происхождение флюидов в гидротермальной системе Нежданинского золоторудного месторождения (Саха-Якутия, Россия) // Геология рудных месторождений. 2007. Т. 49. № 2. С. 99—145. Bortnikov N. S., Gamyanin G. N., Vikentyeva O. V., Prokofiev V. Yu., Alpatov V. A., Bakharev A. G. Composition and origin of fluids in the hydrothermal system of the Nezhda gold deposit (Sakha-Yakutia, Russia). Geology of ore deposits, 2007, V. 49, No. 2, pp. 99—145. (in Russian)
  • Бурмин В. Ю. Распределение плотности и упругих параметров в Земле // Физика Земли. 2006. № 7. С. 76—88. Burmin V. Yu. Distribution of density and elastic parameters in the Earth. Physics of the Earth, 2006, No. 7, pp. 76—88. (in Russian)
  • Бурмин В. Ю. Строение ядра и мантии Земли по данным мировой сети сейсмических данных // Геофизические исследования. 2010. Т. 11. С. 41—71. Burmin V. Yu. The structure of the Earth’s core and mantle according to the global seismic data network. Geophysical Research, 2010, V. 11, pp. 41—71. (in Russian)
  • Витязев А. В., Люстих Е. Н., Николайчик В. В. Проблема образования ядра и мантии Земли // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1977. № 8. URL: https://www.geokniga.org/sites/geokniga/files/inbox/5226/4.pdf Vityazev A.V., Lyustik E.N., Nikolaichik V.V. The problem of the formation of the Earth’s core and mantle. Proc. AS USSR. Physics of the Earth, 1977, No. 8.
  • Войткевич Г. В., Кокин А. В., Мирошников А. Е., Прохоров В. Г. Справочник по геохимии. М.: Недра, 1990. 480 с. Voitkevich G. V., Kokin A. V., Miroshnikov A. E., Prokhorov V. G. Handbook of Geochemistry. Moscow: Nedra, 1990, 480 p. (in Russian)
  • Галимов Э. М. Наращивание ядра Земли как источник ее внутренней энергии и фактор эволюции окислительно-восстановительного состояния мантии // Геохимия. 1998. № 8. С. 755—758. Galimov E. M. Growth of the Earth's core as a source of its internal energy and a factor in the evolution of the redox state of the mantle. Geochemistry, 1998, No. 8, pp. 755—758. (in Russian)
  • Галимов Э. М. О возникновении и эволюции океана по данным об изменениях 18О/16О осадочной оболочки Земли в ходе геологического времени // Доклады АН СССР. 1988. Т. 299. № 4. С. 977—981. Galimov E. M. Occurence and evolution of the ocean based on data on changes in the 18O/16O sedimentary shell of the Earth during geological time. Doklady Earth Sciences, 1988, V. 299, No. 4, pp. 977—981. (in Russian)
  • Гутенберг Б. Физика земных недр. М.: ИЛ, 1963. 264 с. Gutenberg B. Physics of the earth's interior. Moscow: IL, 1963, 264 p. (in Russian)
  • Джеффрис Г. Земля, её происхождение, история и строение. М.: ИЛ, 1960. 485 с. Jeffries G. Earth, its origin, history and structure. Moscow: IL.1960. 485 pp. (in Russian)
  • Кокин А. В. Об устойчивом динамическом равновесии физико-химических свойств минералов в составе пород и оболочек Земли // Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения — 2022). Сыктывкар: Геопринт. 2022. С. 134—135. Kokin A. V. Stable dynamic equilibrium of the physical and chemical properties of minerals in the composition of rocks and shells of the Earth. Modern problems of theoretical, experimental and applied mineralogy (Yushkin Readings — 2022). Syktyvkar: Geoprint, 2022, pp. 134—135. (in Russian)
  • Кокин А. В. Эволюция кремнезёма в составе горных пород в истории Земли и внутренних планет Солнечной системы // Уральский геологический журнал. 2023. № 2 (152). С. 36—55. Kokin A. V. Evolution of silica in the composition of rocks in the history of the Earth and the inner planets of the Solar System. Ural Geological Journal, 2023, No. 2 (152), pp. 36—55. (in Russian)
  • Кокин А. В., Кокин А. А. Золотое сечение и эволюция (введение в общую теорию нелокальной эволюции). М.: Информ-Право, 2022. 231 с. Kokin A. V., Kokin A. A. The golden ratio and evolution (introduction to the general theory of nonlocal evolution). Moscow: Inform-Pravo, 2022, 231 p. (in Russian)
  • Кокин А. В., Сухоруков В. И., Шишигин П. Р. Региональная геохимия (Южное Верхоянье). Ростов н/Д: РостИздат, 1999. 427 с. Kokin A. V., Sukhorukov V. I., Shishigin P. R. Regional geochemistry (Southern Verkhoyansk). Rostov-on-Don: RostIzdat, 1999, 427 p. (in Russian)
  • Кирдяшкин А. Г. Тепловые гравитационные течения и теплообмен в астеносфере. Новосибирск: Наука, 1989. 81 с. Kirdyashkin A. G. Thermal gravitational currents and heat transfer in the asthenosphere. Novosibirsk: Nauka, 1989, 81 p. (in Russian)
  • Кольская сверхглубокая. Научные результаты и опыт исследований / Под ред. Н. П. Лаверова и В. П. Орлова. М.: МФ Технонефтегаз, 1998. 260 с. Kola superdeep borehole. Scientific results and research experience (edited by N. P. Laverov and V. P. Orlov). Moscow: MF Tekhnoneftegaz, 1998, 260 p. (in Russian)
  • Кузнецов В. В. Земля как термодинамическая система // Геология и геофизика. 1998. Т. 39. № 7. С. 987—1007. Kuznetsov V. V. Earth as a thermodynamic system. Geology and Geophysics, 1998, V. 39, No. 7, pp. 987—1007. (in Russian)
  • Кулиш Е. А., Парада С. Г. Поведение золота и других рудообразующих элементов в условиях метаморфизма пород черносланцевых комплексов // Минералогический журнал. 2009. Т. 31. № 2 (160). С. 92—101. Kulish E. A., Parada S. G. Behavior of gold and other oreforming elements under the conditions of metamorphism of rocks of black shale complexes. Mineralogical Journal, 2009, V. 31, No. 2 (160), pp. 92—101. (in Russian)
  • Лисицын А. П. Потоки вещества и энергии во внешних и внутренних сферах Земли // Глобальные изменения природной среды. М.: СО РАН; Гео, 2001. С. 163—248. Lisitsyn A. P. Flows of matter and energy in the external and internal spheres of the Earth. Global changes in the natural environment. Moscow: SB RAS, "Geo" branch, 2001, pp. 163—248. (in Russian)
  • Ломизе М. Г., Хаин В. Е. Геотектоника с основами геодинамики. 2-е изд. М.: Университет, 2005. 560 с. Lomize M. G., Khain V. E. Geotectonics with the basics of geodynamics. 2nd ed. Moscow: Book house "University", 2005, 560 p. (in Russian)
  • Парада С. Г., Артемов И. А. Литогенетическая концепция золотоносности черносланцевых толщ и ее приложение к рудным районам Юга России // Геология и геофизика юга России. 2023. Т. 13. № 4. С. 6—17. Parada S. G., Artemov I. A. Lithogenetic concept of gold content of black shale strata and its application to the ore regions of the South of Russia. Geology and Geophysics of the South of Russia, 2023, V. 13, No. 4, pp. 6—17. (in Russian)
  • Параев В. В. Вещественно-энергетический обмен геосфер как форма планетарного метаболизма // Динамика и взаимодействие геосфер Земли: Материалы Всерос. конф. с междунар. уч. Томск: ЦЕТИ. 2021. Т. 1. С. 89—92. Paraev V. V. Matter-energy exchange of geospheres as a form of planetary metabolism. Dynamics and interaction of the Earth’s geospheres: Proceedings of the All-Russian conference with international participation. Tomsk: CETI, 2021, V. 1, pp. 89—92. (in Russian)
  • Пущаровский Ю. М. Сейсмотомография и структура мантии: Тектонический ракурс // Доклады РАН. 1996. № 6. С. 805—809. Pushcharovsky Yu. M. Seismic tomography and mantle structure: Tectonic perspective. Doklady of Earth Sciences, 1996, No. 6, pp. 805—809. (in Russian)
  • Рингвуд А. Е. Происхождение Земли и Луны. М.: Недра, 1982. 293 с. Ringwood A. E. Origin of the Earth and Moon. Moscow: Nedra, 1982, 293 p. (in Russian)
  • Скуфьин П. К., Лютоев В. П., Яковлев Ю. Н., Смирнов Ю. П., Глухов Ю. В., Котова Е. Н. Свойства и структурные особенности породообразующих минералов раннепротерозойских осадочных пород из разреза СГ-3 и их поверхностных гомологов // Вестник МГТУ. 2007. Т. 10. № 1. С. 61—79. Skufin P. K., Lyutoev V. P., Yakovlev Yu. N., Smirnov Yu. P., Glukhov Yu. V., Kotova E. N. Properties and structural features of rock-forming minerals of Early Proterozoic sedimentary rocks from the SG-3 section and their surface homologues. Bulletin of MSTU, 2007, V. 10, No. 1, pp. 61—79. (in Russian)
  • Сорохтин Н. О. Сорохтин О. Г. Теория развития Земли: происхождение, эволюция и трагическое будущее. Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2010. 752 с. Sorokhtin N. O., Sorokhtin O. G. The theory of the development of the Earth: origin, evolution and tragic future. Moscow-Izhevsk: Research Center “Regular and Chaotic Dynamics”, 2010, 752 p. (in Russian)
  • Стрекопытов В. Миллиарды тонн золота и платины. Кому достанутся космические богатства // РИА Новости: офиц.сайт. 26.07.2022. URL: https://ria.ru/20220726/asteroid- 1804817159.html (дата обращения 01.03.2024) Strekopytov V. Billions of tons of gold and platinum. Who will get the space riches. RIA Novosti: official website. 26.07.2022.
  • Ферронский В. И., Поляков В. А. Изотопия гидросферы. М.: Наука, 1983. 280 с. Ferronsky V. I., Polyakov V. A. Isotopy of the hydrosphere. Moscow: Nauka, 1983, 280 p. (in Russian)
  • Физика геосфер: Материалы XIII Всероссийского симпозиума. Владивосток, 2023. 407 с. Physics of geospheres: Proc. of the 13th All-Russian Symposium, Vladivostok, 2023, 407 p. (in Russian)
  • Хорн Р. Морская химия (структура воды и химия гидросферы). М.: Мир, 1972. 398 с. Horn R. Marine chemistry (structure of water and chemistry of the hydrosphere). Moscow: Mir, 1972, 398 p. (in Russian)
  • Шкодзинский В. С. Петрология литосферы и кимберлитов (модель горячей гетерогенной аккреции. Якутск: ИДСВФУ, 2014. 452 с. Shkodzinsky V. S. Petrology of the lithosphere and kimberlites (model of hot heterogeneous accretion. Yakutsk: NEFU, 2014, 452 p. (in Russian)
  • Щербаков Ю. Г. Геохимическая эволюция и рудные формации // Проблемы эндогенного рудообразования и металлогении. Новосибирск: Наука, 1976. С. 217—229. Shcherbakov Yu. G. Geochemical evolution and ore formations. Problems of endogenous ore formation and metallogeny. Novosibirsk: Nauka, 1976, pp. 217—229. (in Russian)
  • Щербаков Ю. Г. Периодичность кларковых отношений и геохимическая эволюция земной коры // Докл. АН СССР. 1965. Т. 161. № 2. С. 451—455. Shcherbakov Yu. G. Periodicity of Clarke Relations and Geochemical Evolution of the Earth's Crust. Doklady Earth Sciences, 1965, V. 161, No. 2, pp. 451—455. (in Russian)
  • Alfè D., Gillan M., Price G. D. Composition and temperature of the Earth's core constrained by combining ab initio calculations and seismic data // Earth and Planetary Science Letters. 2002. V. 195. No. 1—2. P. 91—98.
  • Alfè D. Gillan M. J., Vocadlo L., Brodholt J, Price G. D. The ab initio simulation of the Earth's core // Philosophical Transaction of the Royal Society of London. 2002. Т. 360. No. 1795. P. 1227—1244.
  • Hirahara К. Seismic structure near the inner core-outer core boundary (англ.) // Geophys. Res. Lett. // American Geophysical Union. 1994. V. 51. No. 16. P. 157—160.
  • Fibonacci's Liber Abaci: A Translation into Modern English of the Book of Calculation // Sources and Studies in the History of Mathematics and Physical Sciences. 2002. 636 p.
  • Parada S.G., Stolyarov V.V. Relation of gold mineralization on the Northern Fflank of the Tyrnyauz deposit to intrusive complexes, Kbardino-Balkar Republic // Doklady Earth Sciences. 2012. Т. 445. No. 2. С. 939—942.
  • Robertson E.C. The Interior of the earth. U. S. Geological Survey, 2011. https://doi.org/10.3133/7000023.
  • Sobolev A.V., Asafov E., Gurenko A.A., Arnd N., Batanova G., Portnyagin M, Garbe-Schonberg D., Wilson A.H., Byerly G., Batanova V. Deep hydrous mantle reservoir provides evidence for crustal recycling before 3.3 billion years ago // Nature. 2019. V. 571. P. 555—559
  • Tao Wang, Xiaodong Song, Han H. Xia. Equatorial anisotropy in the inner part of Earth’s inner core from autocorrelation of earthquake coda / Nature Geoscience. 2015. doi: 10.1038/ngeo2354 (Published online 09 February 2015).
  • Turcotte D. L., Schubert G. Geodynamics. 2nd Edition, Cambridge University Press, Cambridge. 2002 //dx.doi.org/10.1017/CBO9780511807442.
Еще
Статья научная