К ВОПРОСУ О ФИЗИКЕ ПЛЮМА МОДЕЛЬ ПРОИСХОЖДЕНИЯ И

К ВОПРОСУ О ФИЗИКЕ ПЛЮМА МОДЕЛЬ ПРОИСХОЖДЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ГОРЯЧЕЙ ЗЕМЛИ. Кузнецов В. В. Институт космофизических исследований и распространения радиоволн, ДВО РАН Камчатка.

• «Очевидно, что среди изучающих Землю нет достаточно хорошо подготовленных людей. Каждый из нас, в той или иной степени, копает свой собственный шурф и сидит в нем» [Буллард]. • «Тот, кто копается в глубоких шахтах знания, должен, как и каждый землекоп, время от времени подниматься на поверхность подышать свежим воздухом» [И. Ньютон]. • «Новые творческие разработки в отношении глобальных тектонических и геодинамических построений можно только приветствовать» [Ю. М. Пущаровский].

СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

РЕЗОНАНСЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ • • • Закон Тициуса-Боде: R = 0. 4 + 0. 3 2 n, где R - расстояние от Солнца, n - целые числа, причем, для Меркурия n = - , для Венеры n = 0, для Земли n = 1 и т. д.

СОИЗМЕРИМОСТИ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ: Соизмеримость (резонансность) системы, в которой тела обращаются с частотами i, понимают выполнение линейного соотношения: n 1 1 + n 2 2 +. . + nk k = 0, ni целые числа. Соизмеримости: Юпитер и Сатурн: 2 Ю - 5 С 0. Ио, Европа и Ганимед: 1 - 3 2 + 2 3 = 0 . Резонансы: Земля – Луна, Земля – Меркурий, Земля – Венера, Земля - Юпитер.

СТАДИИ ОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

К ВОПРОСУ ОБ ОБРАЗОВАНИИ ЗЕМЛИ Скорость массы планеты, по Шмидту, дается выражением: • d. M/dt = RЕ 2 v ( RЕ 2 ), • где и - соответственно объемная и поверхностная плотность участвующего в аккреции вещества, v – средняя скорость планетезималей относительно растущей планеты, RЕ её «текущий» радиус, который увеличивается с уменьшением величины v, согласно формуле, приведенной Рингвудом: RЕ 2 = R 2(1 + 2 GM/Rv 2) = R(1 + ve 2/v 2), • где R – геометрический радиус растущей планеты, ve – скорость “ускользания” вещества с её поверхности (1 -я космическая скорость). • Время образования Земли по формуле Шмидта t ≥ 108 лет.

К ВОПРОСУ ОБ ОБРАЗОВАНИИ ЗЕМЛИ • Рингвуд: «Эта теория приводит к заключению, что аккреция Земли (на 98 %) происходила на протяжении около 108 лет, и это значение широко используется в литературе. Однако согласно этой теории время аккреции Урана и Нептуна оказывается порядка 1011 лет, т. е. более чем 10 раз больше возраста Солнечной системы. Попытки обойти эти трудности неубедительны. Кроме того, возникает сложность и с оценкой времени аккреции Марса, для которого оно составляет 2. 6 109 лет. Подсчет кратеров, хотя и не очень точный метод, указывает на гораздо более древнюю его поверхность. Если принять столь сравнительно молодой возраст завершения аккреции Марса, то приходится предполагать сильную бомбардировку Земли и Луны вплоть до 2 109 лет тому назад. Однако изучение Луны показывает, что период частой бомбардировки закончился, по крайней мере, около 3. 9 109 лет тому назад» .

Как получить время формирования Земли в 100 млн. лет? • Общепринятая оценка, следующая из холодной модели, t =108 лет. Эту цифру легко получить из нижеследующих соображений. • Будем считать, что Земля «образовывалась» так медленно потому, что именно такое время необходимо для сброса гравитационной энергии за счет теплового излучения. Порция энергии E, “уносимой” за счет радиационного охлаждения: • E (l/x)∙ T 4 S t, где (l/x) - отношение длины “пробега” охлаждающего излучения l к толщине «оптического тела» атмосферы Земли x (для современной Земли: l/x ≈ 1), S – поверхность излучающего тепло тела, постоянная Стефана-Больцмана, T- температура поверхности, а t интервал времени. • Оценим время охлаждения Земли t. Тепловая энергия Е, равная гравитационной, может быть потеряна Землей за счет теплового излучения её с поверхности. • Примем: Т ≤ 300 К. Учтем, что поверхность Земли в процессе её роста была всегда меньше современной S* и примем: S ≈ 0. 2∙S*. • Тогда время t (годах), необходимое для того, чтобы излучить в космос энергию Е = 2∙ 1039 эрг, оказывается порядка 100 млн. лет, как и оценивается по формуле Шмидта для времени роста холодной Земли.

Пылевые диски в старых (10 – 100 млн. лет) планетных системах обнаружены NASA’s Spitzer Space Telescope

Hubble Space Telescope Throop, et al. (Science 2001): результаты исследований спектров пропускания галактического электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн при просвечивании circumstellar disks in the Orion nebula. Возраст этого circumstellar disks не превышает 100 000 лет. Это означает, что Земля должна быть только - «горячей» !

Космические телескопы: «Хаббл» , «Спитцер» , инфракрасный интерферометр (SIM) и Кеплер.

ГОРЯЧАЯ ЗЕМЛЯ

МОДЕЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРЯЧЕЙ ЗЕМЛИ 1. Образование Земли происходило в едином механизме с Солнцем; 2. Температура определяется только величиной массы: Т М 2/3; 3. Химический состав планеты одинаков с солнечным.

Время роста космического тела • Воспользуемся моделью коагуляции капли, время образования которой: t = dg/ n v, где g – количество частиц, • т. к. = (Vч g)2/3, то t = g 1/3 / (Vч2/3 n v), или t r/(Vч n v). Подставляя значение n и заменяя: m/Vч = п – плотность планетного вещества ( п = 3 г/см 3 ), получаем выражение для t: • t = ( п/ о) (r/v), здесь о – плотность вещества протопланетного диска. • Отсюда следует, что время формирования космического тела пропорционально его размеру, обратно пропорционально исходной плотности вещества и скорости дрейфа частиц диска. • Подставляя выражение для v = (GM/R)1/2 и плотности п, получаем выражение для tmin: • tmin = 1/ o ( п/4 G)1/2. • Время образования (в годах) после подстановки о (г/см 3): • tmin 10 -4 / o, что для Земли 104 лет. • Скорость роста “капли” dr/dt оценим аналогично предыдущему: • dr/dt = r o (4 G/ п)1/2.

ПАРАМЕТРЫ ГОРЯЧЕЙ ЗЕМЛИ

МОДЕЛЬ ГОРЯЧЕЙ, РАСШИРЯЮЩЕЙСЯ ЗЕМЛИ

АНАЛОГИЯ РАСШИРЕНИЯ ЗЕМЛИ

РАЗДЕЛЕНИЕ МАТЕРИКОВ И СКОРОСТЬ РОСТА ОКЕАНОВ

ЭВОЛЮЦИЯ ЗЕМЛИ общепринятая концепция

ПАРАДОКС МЕЗЕРВЕЯ опровержение общепринятой концепции

МОДЕЛЬ ГОРЯЧЕЙ ЗЕМЛИ Этапы эволюции планет и Луны, время в млрд. лет.

МЕАНИЗМ РАСШИРЕНИЯ ЗЕМЛИ - СПРЕДИНГ

ПРИНЦИП МИНИМИЗАЦИИ ГРАВИТАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА • Равновесная форма шара определяется минимумом свободной поверхностной энергии: • d. S = min, (V = const). • Здесь - поверхностное натяжение, S - площадь поверхности раздела фаз, V – объем шара. • Принцип минимизации гравитационного потенциала: • GMd. M/r min. Величина = GMz /R. – поверхностное натяжение • Формула Лапласа для поверхностного давления p( ): • p( ) = (1/R 1 + 1/R 2) 2 /R. • Для литосферы: , 1019 дин/см, р( ) = 10 кбар.

• Растекание капли жидкости на смачиваемой (b) и не смачиваемой (a) поверхности, – угол смачивания. Выравнивание возмущенного уровня жидкости между точками а и b в зависимости от высоты геоида h, v – скорости горизонтального переноса жидкости и изменения высоты h (с).

СОВРЕМЕННЫЙ ДРЕЙФ МАТЕРИКОВ

ДРЕЙФ МАТЕРИКОВ

МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДРЕЙФА • Кривая d, отображенная точками, является решением дифференциального уравнения, описывающего геодинамику, приводящую к течению материка и образованию гор, как периодических функций в x-пространстве. Аналогом рассматриваемой нами задачи может быть, например, механическая система, в которой ползун находится на механическом ремне, двигающимся с постоянной скоростью vо. • Ползун прикреплен к неподвижной точке при помощи упругой пружины, создающей упругую силу, изменяющуюся по линейному закону. Если скорость vо будет выбрана соответствующим образом, то ползун может совершать прерывистые колебания. • Уравнение, типа уравнения Ван дер Поля можно записать в виде: m 2 x/ t 2 + F(dx/dt) + kx = 0, где F(dx/dt) = ( dx/dt - vо) - (- vо) отрицательна при dx/dt = 0. • Это требование будет выполняться, если скорость vо такова, что величина трения (вязкости) будет уменьшаться при возрастании vо. При этом возникают вертикальные автоколебания сплошной среды, которые могут быть причиной образования гор и впадин.

МОДЕЛЬ ДРЕЙФА ГАВАЙСКОЙ «ГОРЯЧЕЙ ТОЧКИ»

ФРАКТАЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР ВЫСОТЫ ГОР

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

КРИТИКА ИДЕИ ЖЕЛЕЗНОГО ЯДРА: Скорости P и S волн, Коэффициент Пуассона, Несоответствие вязкости, Данные сейсмологии.

Диаграмма фазового равновесия вещества Земли.

Распределение скорости звука и температуры в атмосфере и F-слое. МОДЕЛЬ ГЕНЕРАЦИИ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ. Смена направления: фазового перехода, радиального электрического поля, геомагнитного поля.

МОДЕЛЬ СМЕНЫ ПОЛЯРНОСТИ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Распределение количества инверсий N произошедших в течение трех млн. лет за Т = 160 млн. лет эволюции.

Особенности конвекции во внешнем ядре. Splitting-функция для моды 11 S 4 - а. Сферическое колебание с тессеральной гармоникой Р 34 – b. Конвекция во внешнем ядре с образованием устойчивых ячеек Рэлея-Бенара. с - с увеличением толщины внешнего ядра h количество ячеек уменьшается.

ДРЕЙФ МАГНИТНЫХ ПОЛЮСОВ. НАЧАЛАСЬ ЛИ ИНВЕРСИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ?

• КЛИМАТ • Температура поверхности Земли • Концентрация пыли • Кривая Миланковича • Геомагнитное поле • Концентрация Ве -10

• КЛИМАТ • Температура поверхности Земли • Концентрация пыли • ∂T/∂t = d. To/dt + ∂/∂h [D ∂Т/∂h - KТ]

РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА ЗЕМЛИ

Бразильская магнитная аномалия (SAA) и внутренний радиационный пояс Земли. ИНТЕНСИВНОСТЬ ЧАСТИЦ В КОСМОСЕ

Этапы эволюции человека, палеонтологическая и палеомагнитная шкалы. 0. 015 – раса европейцев и североафриканцев 0. 046 – раса жителей северной Азии 0. 1 - общий предок совр. человека (по Y-хромосоме) 0. 23 - общий предок совр. человека (по мт ДНК) …. 0. 5 – разделение генетических линий человека и Неандертальца 2. 1 -2. 2 - возникновение Номо еrectus 2. 4 -2. 8 – мутации 2. 6 +/-0, 94 – Африканские слоны 5 (4. 5; 4. 7; 4. 93; 5. 2) – расхождение человека и шимпанзе 6 -7 – останки гоминид 7. 2 – отделение линии гориллы £ - Holocene; ¥ - Pleistocene; ₣ - Pliocene; € - Miocene £, ¥ ¥ ¥/₣ ₣ ₣ ₣/€ - 0. 012 Gothenburg - 0. 045 Laschamp - 0. 11 - 0. 13 Blake - 0. 23 - 0. 25 Jamaica - 0. 47 - 0. 55 Emperor Big Lost - 2. 1 - 2. 3 Reunion - 2. 6 Matuyama-Gauss boundary - 5. 0 Gilbert boundary € € - 6. 0 - инверсия - 7. 3 -

ПОЧЕМУ АФРИКА? Уменьшение интенсивности геомагнитного поля в период инверсии Брюнес-Матуяма (Hartl, Tauxe, 1996).

ГРАВИТАЦИЯ И ЖИЗНЬ Биомасса Земли: Б ~ NM E (масса Земли) – const, где N численность биопопуляции, М – метаболизм: М g 1/R 2(радиус). Получаем: N ~ t - на начальном этапе эволюции (в докембрии), и N ~ t 4 - на заключительном этапе эволюции.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! ЖЕЛАЮЩИЕ БЛИЖЕ ПОЗНАКОМИТЬСЯ С РАБОТАМИ АВТОРА, ОБРАТИТЕСЬ НА САЙТ: http: //vvk. personal. ikir. ru/ ПРИВЕТ С КАМЧАТКИ!