НАЗАД

УДК 551.1.001 © В.Д.Любалин, 1997

Научно-техническая революция последних десятилетий, сопровождавшаяся глобальной компьютеризацией во всех сферах деятельности, ознаменовалась глубокими концептуальными изменениями в естествознании и гносеологии как одной из основных его составляющих. Появилась парадигма И. Пригожина. Если в традиционной науке прошлого изучались замкнутые системы и линейные соотношения, то сейчас основное внимание акцентируется на разупорядоченности, неустойчивости, разнообразии, неравновесности, нелинейности соотношений. Это также темпоральность — повышенная чувствительность материального мира к ходу времени — и другие разнообразные явления в диссипативных структурах, возникающих в открытых динамически неравновесных системах. Возникла синергетика, которая, как считает В.И.Гольданский [1], изучает сложные взаимосвязи усиливающих друг друга процессов, приводящих к бифуркациям — смене постепенного развития системы скачкообразным изменением ее важнейших свойств и качеств. Как бифуркация рассматривается Биологический Большой Взрыв, приведший к возникновению кирально чистой биосферы из оптических антиподов мира добиологической химии. Что же касается условий спонтанного нарушения безжизненного хаоса, или безжизненной симметрии, то предполагается, что их, возможно, удастся проследить в истории Земли или Космоса [2 ].

По мнению О.Тоффлера [5], идеи И.Пригожина образуют новую, всеобъемлющую теорию изменения, в которой проблемы времени и развития представлены в широком междисциплинарном аспекте, а исторический подход приобретает приоритетное значение. Понятие самоорганизации предполагает существенно личностный, диалоговый способ мышления — открытый будущему, развивающийся во времени необратимый коммуникативный процесс. Организация подобного диалога — а это одна из основных задач в любых сложных комплексных междисциплинарных исследованиях — с необходимостью предполагает единство формальных и неформальных методов мышления, единство логики и творческой интуиции. Отсюда и личностный аспект диалога. С другой стороны, несколько перефразируя Д.С.Лихачева, можно сказать, что время отвоевывает и подчиняет себе все более крупные участки в сознании людей. Историческое понимание действительности проникает во все формы и звенья творчества (Лихачев Д.С., 1979). И дело не только в историчности, а в стремлении воспринимать весь мир во времени и через время, которое становится объектом, субъектом и орудием познания и изображения.

В последние годы новая парадигма проникает в ряд геолого-геофизических институтов. Н.П.Лаверов сформулировал понятие исторической металлогении. Ф.Д.Летников сделал вывод, что практически все металлогенические системы являются диссипативными структурами, в которых на иерархических уровнях все время происходит противоборство между кооперативными процессами самоорганизации и естественным отбором наиболее устойчивых фаз и т.д. (Летников Ф.Д., 1992). М.А.Садовский (1991) установил, что структура литосферы определяется эффективной диссипацией подкачиваемой в нее энергии. Образование структур отдельностей геофизической среды может рассматриваться как ее самоорганизация.

Ю.М.Пущаровский ввел понятие "нелинейная геодинамика". Поскольку геосферы являются открытыми системами со значительной диссипацией, поле приложения нелинейной геодинамики оказалось необычайно обширным. В основу должны быть положены классические мобилистские представления о превалирующем значении крупных горизонтальных перемещений и тангенциальных напряжений. Они окажутся базисными в геологической теории будущего (Пущаровский Ю.М., 1994). Ю.Н.Авсюк (1994) обратил внимание, что все разнообразие природных процессов относится к разным формам реализации диссипативных потерь, сопутствующих эволюции динамических параметров Земли.

В русле с изложенным оказались исследования, носящие диалоговый характер и проводившиеся автором статьи около трех десятилетий в восточных и западных районах б.Союза. Одним из основных отправных моментов явился поиск закономерностей пространственного размещения разнообразного эндогенного оруденения, связанного с позднемезозойской эпохой тектономагматической активизации на территории Забайкалья. Специфичность проблематики подсказала целесообразность историко-геологического анализа эталонных объектов и системного исследования источников гравитационных аномалий. Довольно органично возникла потребность перехода от морфологической системы к процессорной, т.е. к системе, демонстрирующей способ соотнесения формы с процессом (Любалин В.Д., 1977; 1980). В итоге был сделан вывод, что множество гравитационных блоков 1-го рода (высокоплотные блоки фемического состава раннего палеозоя — докембрия), являющихся источниками положительных локальных аномалий силы тяжести, по своей структуре упорядочение и иерархично. Что же касается месторождений, то они оказались совмещенными с "особыми точками", специфика которых определялась поступательно-вращательными перемещениями гравитационных блоков 1-го рода в позднемезозойскую эпоху тектономагматической активизации в связи с разрывно-глыбовым течением (РГТ) земной коры в понимании А.В. Пейве (1967). В поздней юре течение горных масс было направлено с запада на восток, в раннем мелу, наоборот, с востока на запад. Процесс активизации завершился незначительным возвратным перемещением масс с запада на восток. Было высказано предположение, что РГТ обусловлено изменениями скорости вращения Земли, а перемещения отдельных блоков происходят по инерции и их вращательная компонента определяется эксцентриситетом, асимметрией в меридиональном сечении (Любалин В.Д., 1980; 1984).

Изучение динамической обстановки формирования Оловского месторождения урана показало, что рудовмещающие структуры образовались в результате разрядки избыточных напряжений в позднем мезозое в виде сдвигов вдоль разломов древнего заложения. Сдвиги характеризуются ограниченной по простиранию протяженностью, односистемными оперяющими сколами и т.д. Достаточно определенно наметился пульсирующий характер динамического нагружения за счет субширотной составляющей РГТ. Кроме того, появилось основание считать, что РГТ имело место не только в позднем мезозое, но периодически проявлялось в течение всего фанерозоя (Любалин В.Д., 1982).

Реконструкция палеодинамических условий кимберлитообразования показала, что РГТ, помимо субширотной, имеет меридиональную составляющую. Возраст тектономагматической активизации — средний — поздний палеозой. Основной тип деформации — сдвиги, оперяющиеся односистемными сколами. Их образованием достигалась более плотная упаковка динамически нагруженного материала. При пульсации односистемные сколы из квадранта сжатия попадали в квадрант растяжения. Увеличение сжатия сопровождалось локализацией площадей проявления сдвиговых деформаций, что в конечном счете приводило к упрочнению фундамента и т.д. (Любалин В.Д., 1991).

Анализ материалов ГСЗ по Забайкалью, Прибайкалью и Байкальской рифтовой зоне, Якутии, Кольскому полуострову, Балтии, Фенноскандии и др. показал, что в стандартной модели выделяется три оболочки: верхняя (до 10 км, V= 5,8 км/с), средняя (10-18 км, V= 6,4 км/с) и нижняя (18-40 км, V= 6,7 км/с). Подстилающая мантия имеет V= 7,9-8,1 км/с, эмпирическая формула для определения плотности s = 0,2V+ 1,45. Количественная интерпретация гравитационных аномалий с предварительным спектральным разложением показала, что в верхней оболочке выделяются блоки древних метаморфических пород фемического состава, ассоциирующие с ними магматиты основного и ультраосновного составов (s = 2,72 г/см³ и более — источники положительных локальных аномалий) и блоки разуплотненных сиалических пород гранитного ряда с объемной "пустотностью" до 4-5 %, своего рода "курумники" на оболочечном уровне (s = 2,47-2,52 г/см — источники отрицательных локальных аномалий).

Как показали специальные исследования, разуплотнение связано с тектоническим "разрыхлением", т.е. имеет дилатансионную природу (Любалин В.Д., 1983; 1986; 1991).

Вертикальная мощность разнородных блоков достигает 7-8 км. Породный фон верхней оболочки создают граниты и гранитогнейсы с s= 2,62 г/см³.

Судя по соотношению маскирующих и слабогравитирующих элементов с аномалиеобразующими объектами и аномалиеобразующих объектов разного порядка друг с другом, верхняя оболочка характеризуется тектонической расслоенностью, причем максимально она проявляется в самых верхних частях (глубина до 1 км).

Зоны уплотнения и разуплотнения в средней оболочке — источники региональных аномалий. Их Ds изменяется от 0,05 до -0,08 г/см³. Плотность породного фона 2,73 г/см . Линейные размеры плотностных неоднородностей средней оболочки на несколько порядков превышают таковые в верхней оболочке.

Нижняя оболочка почти однородна. Выделяющиеся в ней источники трансрегиональных аномалий имеют громадные размеры. Так, в Якутии от Анабарского до Алданского щита нижняя оболочка представляет собой единую зону уплотнения, а в Забайкалье она почти на всю мощность низкоплотная (Ds до -0,07 г/см³).

Исследование геолого-плотностных срезов в разных регионах показало, что вещество оболочек представляет собой различные упорядоченные образования — сетчато-ячеистые структуры, обладающие удивительным свойством повторяемости. Вначале была рассмотрена верхняя оболочка. Плотностные неоднородности в ней образуют протяженные зеленокаменные пояса и гранитогнейсовые купола — главные структурные элементы ранних стадий развития литосферы (Любалин В.Д., 1990). Зеленокаменные пояса ветвятся, обтекают гранитогнейсовые ядра и образуют структуры "конус в конус". Структурная картина расклинивания — обтекания (виргации) ориентирована с востока на запад. Значительно более мелкие по площади виргации ориентированы наоборот — с запада на восток (Любалин В.Д., 1984; 1990). В восточной части Сибирской платформы севернее байкалид и в пределах Фенноскандии крупные виргации ориентированы в субмеридиональном направлении (Любалин В.Д., 1991; 1996).

Как пишут И.Пригожин и И.Стенгерс, "... существует и еще одна вполне очевидная проблема: поскольку окружающий нас мир никем не построен, перед нами возникает необходимость дать такое описание его мельчайших "кирпичиков", которое объяснило бы процесс самосборки" [4 ].

Сделан вывод, что основным фактором структурирования верхней оболочки является РГТ. Оно рассматривается как направленное перемещение высокоплотных фемических элементов относительно вмещающего сиалического субстрата, чем обусловливается пульсирующее изменение напряженного состояния верхней оболочки. РГТ охватывает всю обозримую геологическую историю, носит турбулентный характер, имеет две составляющие — субширотную и субмеридиональную (полюсную) — и сопровождается вибрацией. Субширотную составляющую можно считать обусловленной направленным изменением скорости вращения Земли, т.е. существованием углового ускорения, а субмеридиональную — направленным перемещением оси ее вращения. На рубеже докембрий — фанерозой произошла инверсия геодинамических условий, связанная с изменением знака углового ускорения. Вероятно, к этому рубежу приурочен Биологический Большой Взрыв, который обусловливался "гигантской флуктуацией, стабилизированной потоками энергии и вещества" [4 ].

Благодаря феномену РГТ высокоплотные фемические блоки стали рассматриваться как гигантские природные штампы. Были выделены докембрийские и фанерозойские расклинивающие ("жесткие") элементы (РЭ), обнаружившие зональное строение. Первые обычно на несколько порядков превышают размеры вторых.

На первом этапе в обстановке постепенно увеличивающегося сжатия и перекоса гранитного субстрата хаотически распределенные микроскопические плоскости среза w выстраивались в макроскопические сколы — типичные диссипативные структуры, формирующиеся за счет притока внешней энергии. Так сказать, хаос превращался в порядок. При этом, с одной стороны, происходила более плотная упаковка динамически нагруженного материала и сохранялась его целостность, а с другой — создавались пути перетока материала из высокобарической области в область пониженного давления.

Из изложенного сделан вывод, что образование разуплотненных блоков гранитов является результатом длительного (докембрий — фанерозой) взаимодействия высокоплотных фемических блоков и гранитного субстрата. Это взаимодействие, как и при образовании протяженных трещин, рассматривается как двухактный процесс. На первом этапе, в докембрий, на наиболее жестких "участках", характеризующихся аномальным сжатием гранитного субстрата, формировались глубокопроникающие зоны скалывания, вертикальная мощность которых определялась вертикальной мощностью соседних высокоплотных блоков фемического состава и достигала 6-8 км. На втором этапе, в фанерозое, происходило разрыхление глубокопроникающих зон скалывания за счет частичного или полного снятия напряжений вследствие того, что докембрийские сколы трансформировались в трещины отрыва. Этот, по сути дела, дилатансионный процесс носил прерывистый характер. В Забайкалье разуплотнение достигло своего максимума (но не предела) к позднему мезозою, когда в процессе возвратного сдвига началось расщеливание докембрийских линеаментов и формирование впадин (Любалин В.Д., 1990). Вероятно, что к этому времени в разуплотнениых, точнее разуплотняющихся, блоках поя вились большие объемы материала в квазипластичном состоянии. Не вызывает сомнений, что эта фаза интенсивного разрыхления инициировалась внешним силовым полем, обусловившим какую-то аномальную пульсацию динамической обстановки. Появление больших объемов квазипластичного материала не могло не сказаться на резком повышении "чувствительности" верхней оболочки как системы к изменениям внешнего силового поля, и в этом, по-видимому, кроется главная причина аномальности динамической обстановки в эпоху активизации, особенно на заключительных ее стадиях.

Кратковременность активизации — своего рода темпоральность — можно расценивать как свидетельство существования эффективных механизмов быстрого уравновешивания системы, ее загрубления путем развязывания поступательно-вращательных перемещений высокоплотных фемических блоков, сопровождающихся упрочнением материала в окрестностях морфологических аномалий этих блоков и связывающих их перемычек.

Специальное изучение зон аномального сжатия в разных районах показало, что в эпоху активизации возрастали скорость деформаций и частота пульсаций динамической обстановки. Об этом свидетельствуют эффекты "прилипания — отщепления (адгезии)" на контактах древних фемических блоков и гранитного субстрата. Они привели к образованию буферных зон, прогрессирующему уменьшению углов скалывания в процессе деформации этих зон, резким перепадам давления внутри древних фемических блоков, кавитации (?) и "сдиранию" покрышек над этими блоками, сопровождавшихся появлением локальных термических аномалий, выплавки из которых давали начало дайкам, отщеплением сателлитов от некков и экструзивов, признаков деформации не успевшего закристаллизоваться материала даек при возобновлении сжатия вмещающих сколов, формированием магнитоупругих элементов (эффект Виллори) и др.

Участки верхней оболочки, где наблюдается вложенность более молодых РЭ по отношению к древним (эффект телескопирования), характеризуются упрочнением в результате прогрессирующей пластической деформации. На ранних этапах упрочнение происходило главным образом за счет медленно протекавшей пластической деформации, сопровождавшейся вязкими срезами. В эпоху активизации большую роль играли скоростные упругопластические деформации, сопровождавшиеся хрупким скалыванием и консолидацией верхней оболочки дайками и субвулканами. Можно думать, что к "моменту" рудообразования полностью исчерпывался запас плоскостей среза ш и приток внешней энергии за счет пульсации динамической обстановки приводил уже не к механическим, а к термодинамическим эффектам, сопровождавшимся необратимыми минеральными преобразованиями.

Таким образом, в процессе развития верхней оболочки происходят усложнение структуры и повышение степени упорядоченности. Это явилось следствием наличия определенных сборочных единиц и управляющих параметров Космоса. Как видно, природные структуры построены на небольшом числе простых соотношений и кинематических картин. Они имеют признаки, указывающие на наличие динамической связности мироздания. К параметрам динамического подобия можно отнести, вероятно, так называемые фликкер-шумы — длиннопериодные пульсации поверхности Земли и Солнца, вариации электромагнитного излучения Солнца и интенсивности космических лучей и т.д. Как считает И.Пригожий, мы живем в когерентной Вселенной. "Когерентной называется система, ведущая себя как единое целое. Когерентность может быть объяснена либо как проявление дальнодействующих сил, либо как реакция на некую вселенскую физическую систему времени" [3 ].

Как отмечалось, появление жизни на Земле происходило при инверсии геодинамических условий. Этот период характеризуется резким усилением потоков гигантских пульсаций, явившихся специфическими управленческими параметрами. Особенно интенсивно они проявились в зонах сдвиговых деформаций, прежде всего в пределах развития гидросферы. Здесь стали появляться сис темы, которые в соответствии с принципом Ле-Шателье вызывали компенсирующие процессы, гасящие флуктуации. К таким системам, например, по всей вероятности, относятся системы зеркально-асимметричных изомеров аминокислот и природных сахаров. Как считает Л.Л.Морозов [2], их появление должно связываться с новым типом селекции при сортировке молекул, с ловушками, представляющими детектор внешнего слабого возмущения или вообще некоторую коллективную моду о коллективными кооперативными эффектами в процессах самоорганизации и естественным отбором наиболее устойчивых фаз. Возникновение биосферы как результат появления кирально чистых асимметричных систем описывается на языке математики и теоретической физики с помощью нелинейных дифференциальных уравнений. Этот процесс можно представить как пертурбации, характерные для колоды карт, имеющей три составляющих элемента — красный, черный и джокерный (бесцветный). Если джокерная карта появляется рядом с красной или черной, то она окрашивается соответственно в красный или черный цвет. Если же совмещаются разноцветные элементы, то каждый из них превращается в джокерный элемент, т.е. обесцвечивается и т.д. [1 ].

Перейдем к анализу сетчато-ячеистой структуры средней оболочки. Структурный рисунок зон наиболее интенсивного разуплотнения отвечает в ней кинематической картине правостороннего сдвига. В соответствии с результатом палеодинамической реконструкции в верхней оболочке такое направление сдвига в сиалических элементах характерно для докембрия, т.е. во взаимодействии плотностные неоднородности средней оболочки обнаруживают сходство с плотностными неоднородностями верхней оболочки. Это позволяет считать сходным и их вещественный состав. Следовательно, плотностные неоднородности средней оболочки являются мегаблоками фемического и мегаядрами сиалического состава, т.е. крупнейшими элементами раннедокембрийской структуры. Для сиалических элементов характерно турбулентное течение, переход к которому, как считает И.Пригожин, является процессом самоорганизации. В докембрии вращательная компонента была направлена против часовой стрелки, а в фанерозое — наоборот, по часовой. Поэтому местами наблюдается тектоническая дилатансионная разуплотненность, объемная "пустотность" достигает 2,0-2,5 %. В сейсмоактивных регионах к зонам разуплотнения приурочены волноводы, мощные геоэлектрические горизонты пониженных сопротивлений и гипоцентры роев слабых и средних по интенсивности землетрясений. Плотность неразуплотненного сиалического субстрата повышается приблизительно на 0,1 г/см³ по сравнению с плотностью такового в верхней оболочке, что связывается со сжатием средней оболочки.

Как показывает сравнительный анализ, Земля существенно отличается от других планет Солнечной системы характером аккреции и степенью расчлененности в ее верхних частях. Отличие проявляется в том, что по сравнению с другими планетами на заключительной стадии, имеющей как минимум две фазы, произошел захват наиболее низкоплотного газопылевого материала сиалического состава, содержащего до 40 % довольно крупных высокоплотных фемических блоков, являющихся, вероятно, продуктами катастроф определенных космических тел, систем этих тел и т.д.

Основу эволюции структуры земной коры составляет феномен дилатансии. Если в докембрии в обстановке прогрессирующего сжатия происходило прогрессирующее упрочнение "жестких" сиалических мегаядер и ядер, то в фанерозое началось разуплотнение этих элементов, началось разрыхление и появление в их пределах квазипластичного материала. Параллельно с этим происходило прогрессирующее упрочнение высокоплотных фемических элементов и т.д.

С.Вайнберг писал, что "... в дальнейшем возможно еще более значительное "Великое объединение", способное объединить открытые нам тени законов неживой и живой материи, включить возникновение и развитие живого в единую цепь эволюции Вселенной, показать, что возникновение, по крайней мере первичных, законов биоорганического мира — явление того же порядка, что и генезис других законов физической природы" [2 ].

К диалогу с настоящим и прошлым как к эталону относятся палеодинамический анализ и оценка современной геодинамической обстановки территорий. Моделирование геолого-геофизической среды и учет особенностей эволюции структуры земной коры дают основу для самых разнообразных практических реализации. В частности, появляется возможность выделения сейсмогенерирующих структур и наиболее вероятных концентраторов напряжений и возможность благодаря этому организации таких систем мониторингов, которые способны обеспечить локальное пространственно-временное прогнозирование землетрясений. Такой прогноз, по-видимому, окажется особенно ценен при предупреждении мелкофокусных (глубина очага до 4-5 и даже 10 км) катастроф в сейсмоопасных районах, прежде всего вблизи крупных городских агломераций. Если для твердых полезных ископаемых, включая алмазоносные кимберлиты, закономерности пространственного размещения месторождений более или менее определены — это так или иначе участки разрядки избыточных девиаторных напряжений — глубинные сдвиги в областях прогрессирующего упрочнения земной коры, то поисковые модели нефтегазовых объектов предстоит еще только разработать. В итоге может быть получена ценная информация в области диалога, реологии, динамико-кинематических и биогенных аспектов и установлены новые ранее неизвестные закономерности генетического плана.

1. Гольданский В.И.: Предисл. к кн. Л.Л.Морозова "Поможет ли физика понять, как возникла жизнь?" // Природа. - 1984. - № 12.

2. Морозов Л.Л. Поможет ли физика понять, как возникла жизнь? // Природа. - 1984. - № 12.

3. Николе Г., Пригожий И. Самоорганизация в неравновесных системах. От диссипативных структур к упорядочению через флуктуации. - М.: Мир,1979.

4. Пригожий И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. - М.: Прогресс, 1986.

5. Тоффлер О. Наука и изменение: Предисл. к кн. И.Пригожина, И.Стенгерс "Порядок из хаоса". -М.: Прогресс, 1986.