Ротационные движения

Изменения скорости вращения Земли как фактор, способный вызвать крупные тектонические движения, впервые в 1879 г. отметил известный английский геофизик Дж. Дарвин. Позднее этот вопрос подробно рассматривался в работах А. Веронне, А. Б. Беммерсгейма, Л. Поккельса, Г. Квиринга, А. П. Карпинского, Б. Л. Личкова, В. Г. Бондарчука, Н. С. Шатского, А. В. Пейве и весьма полно разработан советскими учёными М. В. Стовасом, П. С. Вороновым и Г. Н. Каттерфельдом. Существо выводов состоит в следующем. Вследствие тормозящего воздействия приливов, вызываемых в теле Земли притяжением Луны и Солнца, скорость вращения нашей планеты вокруг своей оси постепенно замедляется. На это систематическое, направленное замедление накладываются изменения скорости, связанные с пульсациями объёма планеты. Поэтому общее замедление имеет возвратнопоступательный характер: темп замедления в отдельные геологические эпохи возрастает, в другие снижается. Продолжительность эпох ускорения—замедления должна быть сопоставимой с продолжительностью пульсаций объёма планеты. Поданным Е. Е. Милановского (1978), она равна 20–25 млн. лет, что подтверждается новейшими расчётами И. И. Чебаненко и Я. В. Федорина (1984).

Естественным следствием изменений скорости вращения планеты являются преобразования фигуры Земли. В эпохи ускорения растёт «эллипсоидальность» планеты, в эпохи замедления — её «шаровидность». Преобразования фигуры сопровождаются изменениями главных геометрических параметров планеты: длин радиусов и площади поверхности. Следовательно, в таком преобразовании участвуют генетически взаимосвязанные радиальные и горизонтальные движения. В эпохи увеличения скорости вращения и роста «эллипсоидальности» экваториальные области планеты испытывают общее воздымание, а полярные опускаются; в эпохи замедления — экваториальные области, наоборот, опускаются, а полярные воздымаются. Одновременно с этим в верхних оболочках планеты возникают широтно- и долготно-ориентированные напряжения горизонтального растяжения и сжатия. При уменьшении скорости вращения, когда растёт «шаровидность» планеты, происходят меридиональное растяжение высокоширотных областей (от полюсов до 34°-параллелей), меридиональное сжатие низкоширотных областей (от 34°-параллелей до экватора) и общее долготное горизонтальное сжатие оболочек. Последнее будет максимально интенсивным в экваториальном поясе. При увеличении скорости вращения планеты напряжения в названных частях оболочек меняют свой знак на противоположный.

Амплитуды движений относительно невелики. По данным И. И. Чебаненко и Я. В. Федорина (1984), в эпоху резкого увеличения скорости вращения, имевшую место в интервале 375–350 млн. лет, полярная сплюснутость планеты возросла лишь на 2.5 км. Это вызвало опускание полярных и одновременное воздымание экваториальных областей максимум на 1.0–1.3 км. Вследствие плавности изменения амплитуд движений в направлении от полюсов к экватору они не создали каких-либо контрастных форм рельефа или заметных тектонических структур в земной коре. По-видимому, это может быть отнесено и ко всем другим эпохам возбуждения вертикальных ротационных движений. Аналогичная картина вырисовывается при анализе горизонтальных ротационных движений. По расчётам М. В. Стоваса, в результате уменьшения скорости вращения Земли с раннего протерозоя до современной эпохи длина экватора уменьшилась всего на 19 км. Правда, экваториальное сжатие в это время неоднократно прерывалось эпохами растяжения и удлинения литосферы. Однако и в этом случае суммарное сокращение литосферы вдоль экватора за 2 млрд. лет вряд ли могло превысить 200–300 км. Ещё менее значительными были суммарные удлинения и сжатия литосферы вдоль меридианов.

Скорости ротационных горизонтальных движений, в среднем составляющие 0.015 см/год, по сравнению с раздвигами и смещениями литосферы за счёт мантийных конвекционных потоков ничтожно малы. Очевидно, горизонтальные ротационные движения, как и вертикальные, не могут иметь самостоятельного структуро- и рельефообразующего значения. Всё-таки можно согласиться с мнением В. Е. Хайна и других исследователей, считающих ротационный фактор весьма важным инструментом в тектонической жизни Земли, в формировании её планетарных структур и рельефа. Вполне вероятно, что преимущественно субширотная и субмеридиональная ориентировка планетарных зон спрединга и субдукции, столь характерная для современного режимно-структурного облика литосферы, в определённой мере обусловлена существованием в верхних оболочках планеты широтных и долготных полей напряжений, отражающих ротационные преобразования её фигуры.

Вращающаяся Земля создаёт тангенциальную «полюсобежную» силу, направленную от оси вращения (от полюсов) к экватору. Благодаря этой силе Земля приобрела форму эллипсоида вращения. Её кинетическая энергия вращения (0.85×10⁵⁴ эрг) в 10²¹ раз больше кинетической энергии лунно-солнечных притяжений (0.60×10³³ эрг). Поэтому сила притяжения Луны и Солнца не сможет остановить вращение Земли, но обязана медленно и неумолимо замедлять её вращение. Она же создаёт в литосфере волновые деформации — твёрдые приливные волны. Такие волны движутся в западном направлении. Они неизбежно приводят к возникновению интенсивных необратимых тангенциальных смещений расслоённой литосферы в западном направлении. Так осуществляется её западный дрейф, подтверждённый астрономическими данными (Дедеев и др., 1984). При этом тангенциальные смещения масс будут максимальными в экваториальной области и минимальными на полюсах.

Существующие структурно-вещественные и, как следствие, физико-механические неоднородности литосферы и астеносферы вызывают возникновение различных по величине продольных сферических деформаций, в целом обусловленных внешними ротационными силами. Такая планетарная генерация горизонтальных движений литосферы за счёт приливных сил Луны и Солнца впервые математически обоснована в работах А. И. Добролюбова (1982), а механизм такого движения им назван «дискретно-волновым».

Простейшие расчёты исключают всякие сомнения в способности ротационных сил привести и поддержать движение литосферы, даже как единой целостной сферы. Кинетическая энергия замедления вращения Земли (0.23×10³³ эрг) в 2.6 раза меньше энергии лунно-солнечного притяжения (Дедеев и др., 1984). Поэтому совершенно прав Ю. А. Косыгин, утверждая, что «... организованная энергия космических воздействий может реализоваться в любых формах и наряду с другими источниками служить надёжным энергетическим аргументом для многих геотектонических гипотез» (Косыгин, Маслов, 1986, с. 7).