В попытке объяснить данный феномен исследователи пришли к гипотезе, что в астеносфере происходит так называемая зонная плавка, которая сопровождается фазовыми физико-химическими превращениями вещества мантии. Вследствие этих превращений в области астеносферы происходит разделение материала по плотности: наверх (по закону Архимеда) вытесняются более легкие элементы, а более тяжелые – опускаются вниз. Это и составляет, собственно, процесс зонной плавки, при которой изменяется фазовое состояние вещества (меняется плотность упаковки атомов и объем, который занимает та или иная составляющая мантии). При этом реакции, меняющие состояние вещества в астеносфере, являются экзотермическими, то есть сопровождаются выделением дополнительного тепла, порождающего нечто вроде фронта повышенной температурыв мантии.
Рис. 76. Астеносфера
Более легкие продукты этих сложных реакций устремляются вверх, и они нас в данном случае не интересуют. А вот более тяжелые – опускаются вниз, разогревая нижележащие слои и запуская в них процесс зонной плавки. Таким образом, астеносфера постепенно как бы сама прокладывает себе путь вниз, вглубь мантии – туда, где вещество еще не претерпело фазового изменения и еще содержит легкие вещества, необходимые для зонной плавки. А вместе с астеносферой в глубь мантии продвигается и фронт повышенной температуры!..
Считается, что астеносфера сформировалась практически одновременно с корой Земли и с тех пор, благодаря свойствам зонной плавки, углубилась на то расстояние, на котором она ныне находится – 100-300 километров. И до сих пор не было никаких оснований для того, чтобы усомниться в столь медленной скорости движения астеносферы вниз. Между тем ничто не мешает это сделать!..
Предположим, что современная астеносфера является уже «вторичной», а до нее существовала некая другая – «первичная» астеносфера, которая после ее формирования (одновременно с формированием коры планеты) двигалась гораздо быстрее, нежели это предполагается, и где-то в районе пермского периода достигла ядра малой Земли.
Однако вместе с зонной плавкой двигается и ее зона повышенных температур, а гидриды (находящиеся в твердом ядре) и водородный раствор в металлах (жидкое внешнее ядро) довольно сильно реагируют на изменение температуры. Ясно, что в этом случае при достижении астеносферой ядра должно начаться активное выделение водорода из него.
Вот и спусковой крючок процесса расширения планеты!..
При этом в начале процесса, когда повышается температура внешнего ядра, где водород лишь растворен в металле и его там меньше, чем в гидриде, выделение водорода не столь активно, хотя явный скачок должен иметь место. Но когда это неизбежно приводит (с некоторой задержкой по времени) к изменению условий и во внутреннем ядре, тогда выделение водорода резко усиливается.
Отметим, что именно такой характер процессов прослеживается и в событиях на поверхности: в конце перми и триасе – лишь раскол старой коры на современные континенты и излияние магмы, вытесняемой водородом из верхней мантии в виде траппов, а с юрского периода – бурное расширение и активный рост новой океанической коры.
Но выделяемый водород, устремляясь вверх в соответствии все с тем же законом Архимеда, производит как механическое перемешивание различных слоев мантии, так и вступает с веществом мантии в химические реакции (о химии процесса – чуть позже), изменяя ее состав и осуществляя своеобразную «водородную продувку». Этот же водород – вместе с другими легкими веществами, которые образуются в ходе «водородной продувки» – и порождает горячие восходящие конвективные потоки в мантии, что вызывает в итоге значительное усиление тектонических и вулканических процессов на поверхности планеты.
При этом «водородная продувка» приводит к насыщению мантии легкими летучими веществами (т.н. флюидами), что создает возможность для повторной «зонной плавки» вещества мантии. Таким образом, через некоторое время (по умозрительным прикидкам, ориентировочно с периода триаса-юры) формируется новая «вторичная» астеносфера, которая вновь начинает свой путь в глубины Земли, и которую мы наблюдаем ныне.
Любопытно, что получаемая в рамках предлагаемой гипотезы скорость продвижения вторичной астеносферы, равная (по порядку величины) около километра за миллион лет, дает именно то значение скорости, которую должна иметь первичная астеносфера для того, чтобы пройти путь от коры до ядра малой Земли как раз за период от момента формирования консолидированной коры до рубежа пермь-триас…
Поскольку зона плавки – это область выделения дополнительного тепла в ходе фазовых физико-химических превращений, постольку и положение самой астеносферы в недрах неизбежно будет отражаться на характере процессов, в том числе, и во внешней оболочке Земли. Ясно, что чем глубже опускается астеносфера, тем меньше ее фронт взаимодействия, тем меньше количество выделяемого нагретого флюида из ее зоны. А это должно проявляться как в снижении тектонической активности внешних слоев планеты, так и в уменьшении притока тепла из недр к поверхности. Именно эти процессы можно наблюдать в целом на протяжении всего протерозоя и особенно палеозоя, конец которого (пермский период) вообще напоминает затишье перед бурей: тектоническая активность минимальна, платформы в целом стабильны, на поверхности заметное похолодание. Оно и понятно – первичная астеносфера опустилась уже довольно глубоко и дополнительное тепло от нее до поверхности практически не доходит…
Геологические события этого периода, несмотря на кажущеюся неинтересной стабильность, представляют очень любопытную картину. Создается впечатление, что Земля как будто «усыхает», а ее кора начинает напоминать кожуру засыхающего яблока, роль морщин и трещин которой выполняют так называемые авлакогены и геосинклинали, а также складчатые области.
«Поздний протерозой явился авлакогенной стадией развития древних платформ. В течение большого отрезка его истории, более 1 млрд. лет, в центральных районах платформ развиваются узкие линейные рвы – авлакогены... В конце протерозоя усиливаются нисходящие вертикальные движения платформ. Раньше всего это происходит в районах, прилегающих к авлакогенам. В прогибание втягиваются смежные с ними области...
Доля магматических пород сокращается до 18-20%. В геосинклиналях [длинные узкие прогибы] в течение позднего протерозоя неоднократно проявлялись эпохи складчатости: готская, гренвильская, катангская и др... Примерно 650 млн. лет назад... на земном шаре проявляется раннебайкальская, или катангская эпоха диастрофизма [сопровождается образованием разрывов и складок – АС]. Сильное сжатие накопившихся осадочных толщ во многих геосинклинальных прогибах, их метаморфизм привели к ликвидации геосинклинального режима в ряде областей Земли... Одновременно с отмиранием одних геосинклиналей в конце позднего протерозоя закладываются новые геосинклинали на севере Северной Америки, в восточной Гренландии, на Британских островах, на севере Скандинавии...
Докембрийские платформы испытывали преимущественно медленные нисходящие вертикальные движения... Постепенно в прогибание втягивались все новые и новые территории платформы, образовались области площадью в несколько миллионов квадратных километров... В силуре размеры геосинклинальных морей резко сократились. Глобальное сокращение площади морей и океанов объясняется тем, что в конце силура особенно интенсивно проявился диастрофизм каледонской тектоно-магматической эпохи. В результате многие геосинклинали преобразовывались в платформы, которые в последующем уже не испытывали активных тектонических движений и вулканизма... В середине каменноугольного периода земная кора начинает испытывать новую волну складкообразовательных движений – герцинский тектогенез. Это была очень важная тектоно-магматическая эпоха в геологической истории Земли, проявившаяся на огромных территориях. На месте многих геосинклиналей возникают горы... (В.Гаврилов, «Путешествие в прошлое Земли»).
