WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Казанский Борис Андреевич

БАТИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОКЕАНОВ

Специальность: 25.00.28 - «Океанология»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора географических наук

Владивосток

2006

Работа выполнена в Тихоокеанском океанологическом институте

им. В.И. Ильичева ДВО РАН

Официальные оппоненты:

доктор географических наук Бровко Петр Федорович

доктор географических наук Пушкарь Владимир Степанович

доктор геолого-минералогических наук Кулинич Руслан Григорьевич

Ведущая организация:

Тихоокеанский институт географии ДВО РАН

Защита состоится  20 апреля 2007 г. в 14 ч. на заседании Диссертационного совета Д 005.017.02 

при Тихоокеанском океанологическом институте

им. В.И. Ильичева (ТОИ) ДВО РАН

Адрес: 690041, Владивосток, ул. Балтийская, 43, ТОИ

Тел.:  (4232) 311 400

Факс: (4232) 312 573

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТОИ ДВО РАН

Автореферат разослан  12 февраля 2007 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета, к.г.н.                                                                                (подпись) Ф.Ф. Храпченков

ВВЕДЕНИЕ (Общая характеристика работы)

       

       

Актуальность проблемы

       Проблема происхождения и эволюции океанов (равно как и Земли в целом) остается актуальной уже более 200 лет, начиная с Джеймса Геттона (J. Hutton), основоположника плутонизма, автора книги «Theory of the Earth», 1775 г. [Хаин, 1996; Кэри, 1991]. Актуальность изучения рельефа дна океанов впервые отметил в 1888 г. «отец современной морской геологии» [Кеннет, 1987, с.16], Джон Мерей (J. Murray) [Murray, 1888], издавший совместно с Й. Хьортом (J. Hjort) монографию «Глубины океана» [Murray, Hjort, 1912]. Сейчас известно, что из-за незначительной роли экзогенных процессов в океанах, вся эволюция океанов зафиксирована в рельефе дна в практически неискаженном виде, что является важнейшей предпосылкой для успешной дешифровки этой информации. Но к началу 21-го века в науках о Земле сложилось удручающее положение: несмотря на гигантский прирост знаний по рельефу, геологии и геофизике дна океанов за последние десятилетия, до сих пор не удается построить единую непротиворечивую теорию эволюции Земли, что отмечается во многих обзорах [Власов, 1995; Казанский, 1980-2006; Пущаровский, 1991; Хаин, 1987, 2002, и др.]. И не будет преувеличением сказать, что главными в решении этой, остающейся актуальной задачи представляются вопросы происхождения и эволюции современных океанов (а здесь «проблема проблем», по В.Е. Хаину, - происхождение Тихого океана [Хаин, 1987]), т.е. самый последний, занимающий менее 5% во времени, отрезок геологической истории, но наиболее полно обеспеченный фактическим материалом – геологическими и геофизическими данными.

       Причиной сложившейся ситуации является недостаточное (или ошибочное) понимание физической сущности даже уже известных закономерностей распределений глубин (высот рельефа дна) океанов, как в пространстве, так и во времени, оцениваемых до недавнего времени по данным низкоточных картометрических измерений. Но в настоящее время, во многом благодаря широкомасштабным промерам глубин для проектов бурения DSDP и ODP, а также спутниковой альтиметрии [Sandwell, 1990], имеются глобальные базы цифровых данных различной детальности по топографии земной поверхности, позволяющие получить уточненные и совершенно новые данные по распределению высот рельефа дна (батиметрии) океанов в пространстве и во времени, пригодных для геодинамической интерпретации.

       Цель исследований

       Цель исследований, проводимых на основе цифровых данных по топографии земной поверхности, состоит в получении, демонстрации и интерпретации новых и детальных статистических данных по батиметрии Мирового океана и его различных частей (т.е батиметрический анализ), пригодных для дальнейшего использования в различных приложениях – в постановке и решении геологических, геоморфологических, тектонических и геофизических задач, возникающих  на пути построения единой и непротиворечивой теории для «океанического» этапа эволюции Земли. Подобные масштабные исследования (батиметрический анализ) до настоящего времени не проводились (именно из-за отсутствия цифровых баз данных), а крупные работы по анализу рельефа дна океанов обычно сводились к сравнительным региональным описаниям вообще без использования статистических батиметрических данных [Канаев, 1979; Литвин, 1987; Удинцев, 1987].

       Достижение этой цели обеспечивалось решением следующих задач, каждой из которых отведена соответствующая глава:

1 – критической оценкой состояния проблемы и путей ее решения,

2 – созданием  удобной  для  персонального  компьютера  цифровой

  базы данных по глубинам Мирового океана, подбором и апробацией

  необходимого программного обеспечения,

3 – статистическим анализом данных и выбором способов наглядного 

  графического отображения результатов статистического (батиметрии-

  ческого) анализа,

4 – геофизической интерпретацией распределений глубин (высот рельефа дна) 

  океанов  в пространстве  и во времени  с энергетических позиций.

       Методика исследований включала: анализ предшествующих работ, касающихся изучения рельефа дна Мирового океана и его статистического (батиметрического) анализа; опробование и обоснование адекватности различных новых (в данном приложении) методик статистического анализа рельефа и графического отображения результатов, предоставляемых современным программным обеспечением для персональных компьютеров; геофизическую интерпретацию полученных закономерностей распределений глубин с позиций принципов симметрии и энергетического принципа.

       

Научная новизна:

  • Рассчитаны и продемонстрированы детальные статистические данные о пространственных (в зависимости от широты и долготы) закономерностях распределений глубин в океанах;
  • Выявлены и продемонстрированы неизвестные ранее закономерности глобальной симметрии в распределении акваторий и морфоструктур дна океанов;
  • Обоснован теоретический закон распределения глубин в океанах и дана его геофизическая интерпретация с позиций энергетического принципа;
  • Рассчитана топографическая энергия (потенциальная энергия рельефа дна в поле силы тяжести) океанов и ее глобальное пространственное (широтное и долготное) распределение;
  • Сделан физически (термодинамически) обоснованный прогноз дальнейшей эволюции океанов.

       Основные защищаемые положения:

       1 – Распределение акваторий и морфоструктур дна океанов на поверхности Земли, асимметричное по отношению к современной оси вращения и современному экватору, симметрично относительно плоскости, названной Тектоническим экватором, и антисимметрично относительно ортогональной ему плоскости и линии пересечения этих плоскостей.

       2 – Несмотря на значительные структурно-тектонические различия океанов, распределение глубин океанов (в первом приближении) однотипно, аппроксимируется законом распределения Релея и подчиняется общему геотермическому процессу.

       3 – Тихий океан является энергетическим и пространственным донором для расширения других океанов.

       4 – Равенство теплового потока в океанах и равенство площади Тихого океана суммарной площади остальных океанов свидетельствуют о достижении глобального теплового баланса, делающего масштабный спрединг в океанах далее невозможным.

       Практическая значимость работы

       Многочисленные позитивные и негативные примеры использования прежних, менее детальных батиметрических данных и статистических характеристик рельефа дна океанов в геологических, геофизических и тектонических работах доказывают необходимость обновления и уточнения этих данных на современном уровне знаний и технических возможностей. Получение на их основе теоретического закона распределения высот рельефа дна (глубин) океанов открывает путь для объективной геофизической интерпретации эволюции океанов с позиций принципа симметрии и с энергетических позиций, и для критической оценки существующих представлений. Полученные результаты не должны быть проигнорированы при разработке единой и непротиворечивой теории эволюции Земли.

       Фактический материал и личный вклад автора

       Фактическую основу выполненной работы, помимо литературных источников и карт, составили цифровые данные по топографии земной поверхности ЕТОРО 2, доступные через Data Acquisition Form сайта <http://topex.ucsd.edu>. Указанный сайт предоставляет высоты 68 миллионов точек земной поверхности в целых метрах и их координаты с точностью до десятков метров по равномерной сетке 2х 2 (в районе экватора) для проекции Меркатора в пределах от 72 с.ш. до 72 ю.ш. На основе этих данных построены получившие широкое распространение карты (несколько версий) топографии земной поверхности и карты (тоже несколько версий) топографии дна океанов В. Смита и Д. Сэндвелла (W. Smith and D. Sandwell).

Что касается личного вклада автора, то он не только более 40 лет занимается анализом и обработкой батиметрических (и гипсометрических) данных, но и сам принимал активное участие (с 1963 г.) в их получении в более чем 40 океанических экспедициях на научно-исследовательских судах «Витязь» (13 рейсов), «Каллисто» (4 рейса), «Первенец» (8 рейсов), «Вулканолог», «Академик А. Несмеянов» и др., внедрив в методику и технику эхолотного промера несколько рацпредложений и одно изобретение (авт. свид. №472315). Все расчеты и графические построения для данной работы выполнены автором самостоятельно на персональном компьютере.

       Поскольку необходимых названий для впервые рассчитанных статистических характеристик рельефа дна океанов не существует, пришлось использовать собственные названия, которые в будущем  могут быть и пересмотрены.

       Апробация работы

       Основные научные результаты и отдельные положения диссертационной работы докладывались или представлялись и обсуждались на множестве совещаний различного уровня – от регионального до международного, в том числе на двух Международных геологических конгрессах (Рио де Жанейро, 2000 г.; Флоренция, 2004 г.), на пяти Межведомственных тектонических совещаниях в Москве (2001-2006 гг.), на Симпозиуме по новым концепциям в глобальной тектонике (Цукуба, 1998 г.), на четырех Международных междисциплинарных сипозиумах (Хабаровск-Владивосток, 2000, 2001, 2003, 2005 гг.), на V Косыгинских чтениях (Хабаровск, 2006), на нескольких международных и региональных (Тихоокеанских) школах по морской геологии, на заседаниях Океанографической комиссии ДВНЦ АН СССР и ДВО РАН, и пр. Доклад по основным результатам этой работы («Анализ энергетики эволюции океанов») включен в программу очередного (юбилейного 40-ого) Межведомственного тектонического совещании в начале 2007 г.

       Публикации

       Основные результаты и положения диссертации опубликованы в препринте [Казанский, 1980],  в  монографии [Казанский, 2002], в двух коллективных монографиях, в многочисленных (> 50) статьях в научных журналах (в том числе 18 – в реферируемых) и сборниках и в тезисной форме докладов на научных совещаниях различного уровня.

       

Структура и объем работы

Диссертация  общим объемом 160 стр. состоит из введения,  4  глав и заключения. Она включает  73  рисунка, 3 таблицы, список использованной литературы из  ~160  наименований.  Автореферат соответствует диссертации по содержанию и структуре изложения, но количество, нумерация и размещение рисунков в автореферате не совпадает с таковыми в диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 (БАТИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КАК ОСНОВА ДЛЯ ДЕШИФРОВКИ ПРИРОДЫ ОКЕАНОВ)  раскрывается содержание понятия «батиметрический анализ» в понимании автора, анализируется современное состояние изученности рельефа дна океанов и обосновывается необходимость ревизии и пересмотра существующих представлений о распределении глубин (высот рельефа дна) океанов для обоснования теоретического закона распределения, пригодного для геофизической интерпретации.

       Под батиметрическим (гипсометрическим) анализом автор подразумевает не только получение статистических данных о глубинах океанов (высотах рельефа дна), отображаемых обычно в виде одномерных батиграфических кривых S(h), но и расчет пространственных распределений глубин (высот рельефа дна) в зависимости от широты и долготы, а также аналитическое описание, аппроксимацию и геофизическую интерпретацию статистических данных. Важнейшей предпосылкой для успешного решения этих задач является тот факт, что из-за очень незначительной роли экзогенных процессов в океанах рельеф дна целиком определяется его тектоникой, т. е. вся эволюция океанов зафиксирована в рельефе дна.

       Батиметрический же анализ океанов в указанном выше смысле до настоящего времени не проводился (что не помешало написанию множества монографий и статей о рельефе дна и происхождении океанов, оставшемся-таки невыясненным), а более-менее близкий по смыслу гипсометрический анализ рельефа дна океанов по разномасштабным картам был проведен 40 лет назад Г. Менардом и С. Смитом [Menard, Smith, 1966], использовавшим термин «гипсометрия» вместо «батиметрии». С большой натяжкой к батиметрическому анализу можно отнести содержание отдельных статей [Ларина, 1968; Литвин, Емельянова, 1970; Казанский, 1972-2005, и др.].

       Последующие крупные работы по анализу рельефа дна океанов обычно сводились к сравнительным региональным описаниям без использования статистических батиметрических данных. Так, к примеру, вышедшая в 1987 г. монография крупнейшего специалиста, члена редколлегий всех издававшихся атласов океанов Г.Б. Удинцева «Рельеф и строение дна океанов» при объеме в 239 стр. содержит всего 23 иллюстрации, из которых большую часть составляют региональные структурные профили, а список литературы включает всего 50 названий. В монографии В.М. Литвина «Морфоструктура дна океанов» (275 с.), того же года издания, иллюстраций 63, но опять-таки в основном это мелкомасштабные копии эхолотных профилей и батиметрические карты небольших полигонов, хотя автор и причастен к расчетам батиграфических кривых [Литвин, Емельянова, 1970]. Аналогично построено описание океанов в объяснительной записке к Международной тектонической карте мира масштаба 1:15000000 [Тектоника..., 1988].

       Такое положение вещей с явно актуальной задачей объяснялось чрезвычайной трудоемкостью статистического анализа глобального рельефа картометрическими методами и сравнительно (с континентами) слабой до недавних пор изученностью рельефа дна океанов. С появлением же цифровых баз данных по топографии всей земной поверхности и с развитием компьютерных технологий статистический анализ рельефа стал рутинной задачей, но лишь предварительным этапом для гипсометрического (батиметрического) анализа, к которому автор оказался достаточно подготовлен предыдущими работами 1971-2005 гг.

       Современное состояние изученности рельефа дна океанов, во многом благодаря спутниковой альтиметрии [Sandwell, 1990] и более простой топографии, сопоставимо с изученностью  рельефа суши, что делает предлагаемый батиметрический  анализ  вполне своевременным  (хотя, в принципе, мог быть сделан еще несколько лет назад).

       Поскольку необходимых названий для впервые рассчитанных статистических характеристик рельефа дна океанов не имеется, автор использует собственные названия (которые в будущем могут быть пересмотрены), придерживаясь, для определенности,  общего правила: батиграфическими (гипсографическими в общем случае) называются характеристики (кривые, гистограммы, поверхности, диаграммы, функции), выражающие зависимости площадей от глубины (называемые также интегральными или кумулятивными распределениями), а производные от них по высоте – (дифференциальные распределения) батиметрическими. Те и другие будут представляться в абсолютных масштабах площади (выраженной в км2 или количеством точек – площадок по 13.7 км2 равномерной сетки 2х2 морские мили) или в относительном  масштабе (в % от какой-либо общей площади).

В главе 2 (МЕТОДИКА БАТИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ОКЕАНОВ) излагается методика статистического анализа топографии дна океанов от организации базы данных на основе цифровой базы данных ЕТОРО 2, выбора минимального программного обеспечения и практики расчетов одномерных и пространственных распределений глубин (высот рельефа дна) до их графического отображения и интерпретации. Попутно вводятся (предлагаются) новые для геоморфологии названия для новых полученных результатов.

       Интернет в настоящее время предоставляет достаточно широкий спектр цифровых баз данных по топографии земной поверхности (ЕТОРО, GTOPO) по сеткам со сторонами ячеек от 30 минут дуги до 15 секунд (последние, правда, только на коммерческой основе), а для суши и более детальные. После оценки возможностей каждой из названных баз данных автором был сделан выбор в пользу данных ЕТОРО 2 [Казанский, 2005],  позволяющих анализировать не только глобальный рельеф, но и региональный (отдельные моря, крупные острова и т.п.) с разрешением по высоте, обеспечивающим построение не только гистограмм, но и достаточно гладких кривых и поверхностей распределений. К тому же данные ЕТОРО 2, в отличие от других, представлены в удобном текстовом формате (без архивации), распознаваемым всеми используемыми программами, в виде таблицы в три столбца, первый из которых дает долготу точки (в градусах от 0 до 360) в формате ХХХ,ХХХХ, второй – широту в формате ХХ,ХХХХ (со знаком минус для южных широт), а третий – высоту в целых метрах в формате ХХХХХ,00 (со знаком минус для глубин).

       База данных ЕТОРО 2 создана для равномерной сетки Меркаторской проекции, в которой построены указанные выше карты В. Смита и Д. Сэндвелла. Для батиметрического анализа необходима статистика точек с равномерным распределением на поверхности Земли, что достигалось пересчетом для каждой расчетной трапеции частот распределения высот (глубин) по выбранным интервалам (в основном использовался 100-метровый интервал, в отдельных случаях – 10-метровый) введением поправочного множителя cos2, где – средняя широта расчетной трапеции. Это сократило количество расчетных точек (соответствующих площадкам в 4 квадратных морских мили или 13.7 км2) до 35 миллионов. В качестве основной расчетной единицы поверхности в конечном итоге была выбрана трапеция 5 по широте на 10 по долготе. Координаты и высоты точек этих 1080 трапеций и составили базу данных (1080 текстовых файлов общим объемом около 2 Гб) для последующего батиметрического (и гипсометрического) анализа. Исходное количество оцифрованных точек поверхности Земли, попадающих в границы таких трапеций, составило от 45000 в районе экватора до 118200 в широтных зонах 65-70. Самые высокоширотные трапеции (72 по 83700 точек) занимают 2 по широте (от 70 до 72°). Акватории трех океанов попадают в пределы ~7500 трапеций, охватывающих более 95% общей площади океанов (Северный Ледовитый океан, на долю которого приходится 4.1% площади Мирового океана [Никольский, 2002], остался вне пределов батиметрического анализа. Еще менее 1% акватории океанов в высокоширотных районах также выпадают из анализа).

       Минимальный набор программ для выполнения данной работы включал программы Maple 7-9, Surfer 8, MS Office 2000-2003, Bred 2, CorelXara 2.

       Методика статистического анализа включала рутинные стандартные процедуры, заложенные в программы Surfer и Excel. С помощью тех же программ получались и графические материалы – карты, графики, диаграммы, 3-хмерные модели и пр., представленные в иллюстрациях работы. Научную новизну представляет не сам процесс статистического (батиметрического) анализа, а рассмотрение распределения глубин не только в традиционном одномерном варианте (батиграфических и батиметрических кривых), но и в пространственном варианте (батиметрических и батиграфических поверхностей) – с учетом  зависимости от географических координат (широты и долготы) и во времени, а также в использовании распределений глубин для расчетов распределений энергии рельефа дна океанов. Получать такие данные можно было бы и раньше (в принципе) с помощью картометрических методов, но их реализация была практически невозможна из-за чрезвычайной трудоемкости, отпугивавшей тех, кто мог бы это делать.

       Основным объектом статистических расчетов и анализа выступают, таким образом, различные распределения, поэтому, а также из-за некоторой специфики используемых в батиметрии распределений, приходится дать определение понятию распределения и функции распределения, используемых в математике (теории вероятностей, математической статистике и др.) и в данной работе.

       В простейшем, одномерном случае, функция F(x)  распределения случайной величины x обладает свойствами монотонности, ограниченности и непрерывности [Боровков, 1972, с. 42; Хастингс и Пиккок, 1980] и изображаются в виде графиков, где х – горизонтальная координата. У нас же «случайной» величиной являются высоты и глубины, т.е вертикальные по природе координаты точек земной поверхности, поэтому и соответствующие рельефу графики функций распределения строятся относительно вертикальной оси h (или z), т.е с поворотом графика на 90°. Кроме того, за значение функции F(x) в математике принимаются значение вероятности (в % или долях от единицы) того, что случайная величина х не превосходит заданного значения. В переводе на гипсометрический (батиметрический) «язык» это означало бы (относительную или абсолютную) величину площади S, где высоты h равны или меньше заданной. На самом же деле принято указывать площадь S(h) с высотами >h (площадь горизонтального сечения рельефа на высоте h), т.е. не саму функцию распределения F(h), а ее дополнение до 1, которое в математической статистике имеет весьма странное название «функции выживания», вместо которого мы используем названия гипсографическая или батиграфическая функции (в первом случае для рельефа вообще, а во втором – для акваторий), а вместо обозначения F(h) используется S(h)=1-F(h).

       В силу естественной ограниченности высот, глубин, площадей и координат, распределениями (при соответствующей нормировке) являются также обратные функции типа h(S).

       Производная от функции распределения f(h)=dF/dh называется в математике плотностью вероятности, у нас же будет гипсометрическая (батиметрическая) функция f(h)=-dS/dh. Аналогично для графиков, гистограмм, диаграмм и их пространственных аналогов. В частности, топографическая карта представляет собой распределение высот как функцию широты и долготы. И вообще, в отличие от абстрактных случайных величин и вероятностей в математике, распределения, связанные с рельефом, имеют вполне конкретный физический смысл. К тому же,  гипсографическая функция (кривая) S(h) является одновременно функцией (кривой) плотности распределения объемов и масс горных пород, создавших рельеф, а первый момент этого распределения определяет потенциальную энергию (топографическую энергию) рельефа в поле силы тяжести [Казанский, 1974, ...2005, 2006], определяемую соотношениями:

                       (1)

       В работе, помимо традиционных (одномерных) вариантов распределений (графиков, кривых, гистограмм), впервые широко использованы их пространственные аналоги – карты, поверхности и диаграммы, для которых пока еще нет традиционных названий, поэтому используемые в работе названия нужно рассматривать как предварительные, которые в будущем могут быть изменены. Но в этих названиях, как и в наших публикациях, соблюдается общий принцип: интегральным или кумулятивным  функциям распределения и их графическим отображениям соответствует определение «гипсографическая» (или «батиграфическая» - для акваторий), а их производным по высоте – «гипсометрическая» («батиметрическая»).

В качестве примера впервые полученных характеристик глобального рельефа на рис.1 представлены контурные карты распределения средних высот и стандартных отклонений высот для трапеций 5х10, рассчитанных программой Surfer и построенная в редакторе Excel. Граница континент-океан четко выделяется на карте средних высот темной областью (изначально рисунок построен в цвете по умолчанию), соответствующей интервалу -1...-2 км. Другие примеры новых (в батиметрии) распределений в зависимости от широты и долготы приводятся на иллюстрациях следующей главы.

Для аппроксимации полученных распределений, вместо простого подбора близких по форме стандартных распределений, используется энергетический принцип, согласно которому рельеф и его энергия взаимосвязаны [Казанский, 1973, 1974б, в]. Этот принцип является следствием теоремы Лиувилля в статистической физике, которая доказывает, что «функция распределения должна быть лишь функцией энергии» [Иванов, 1973, с. 78].

Рис. 1. Карты распределения средних высот (вверху) и стандартных отклонений высот

  (внизу) для трапеций 5° по широте и 10° по долготе в равнопромежуточной

  цилиндрической проекции. 

Прямая связь между рельефом и энергией при любом S(z) выражается интегралами из формул (1), а обратная связь между энергией и рельефом может быть различной (должна задаваться на основе тех или иных «геоморфологических» моделей). В наших работах 1972-2006 гг. используются простейшие модели обратной связи, задаваемые дифференциальными уравнениями:

                                       (2)

       Решение первого уравнения с учетом нормировки при естественных условиях S(0) = 1, S(z) 0 при z представляет собой стандартное распределение Вейбулла [Хастингс, Пикок, 1980],  примеры использования которого для аппроксимации реальных геоморфологических распределений приведены в [Казанский, 2001в], а второе соотношение совместно с уравнением для прямой связи между энергией и рельефом приводит к дифференциальному уравнению второго порядка (уравнению Бесселя):

       ,                                        (3)

общим решением которого (при тех же условиях нормировки для положительных z) является функция [Казанский, 2000, 2001в, 2005г]:

               (4)

где  K(z) – модифицированная функция Бесселя (функция

Макдональда), Г () – гамма функция, 0 < = (1- .)/(3- .) 1.

       Для z < 0  S(z) =0.

       Функция (4) является новым (не известным пока в статистике) типом распределения, которое предложено называть по определяющей его функции К-распределением [Казанский, 1973, 1974б, 2000, 2001в, 2005г]. Графики этого распределения и его плотности в традиционном для статистики стиле приведены на рис. 2, а примеры использования для аппроксимации эмпирических распределений показаны в работах [Казанский, 2001в, 2005г] и в более ранних публикациях, позволяющих причислить это распределение к «чисто геоморфологическим». В данной работе именно это распределение (его частные случаи) будет использоваться для аппроксимации гипсографических и батиграфических кривых. Особо важная роль досталась К-распределению с =0.5, которое тождественно распределению Вейбулла при =2, известному в статистике также под названием распределения Релея (inverse Gaussian, в англоязычной литературе).

       Функций для аппроксимации двухмерных аналогов гипсографических (батиграфических) кривых – поверхностей S(z, ) и  S(z,), зависящих от широты и долготы, пока нет из-за естественного сложного «рельефа» этих поверхностей (см. рис. 5, 7, 8), которые, в свою очередь, могут стать объектом «гипсометрического» анализа. Анализировать эти поверхности приходится пока с помощью одномерных распределений по широтным или долготным зонам (транссектам), или по отдельным трапециям.

Рис. 2. Кривые К-распределения и его плотности для от 0.1 до 0.9 [Казанский, 2001в,

2005г].

       При оценке средних глубин океанов традиционно используют две средние глубины – для океана с окраинными морями и без них. Имея аппроксимирующую функцию для батиметрической кривой, можно добавить третью оценку – среднюю глубину по аппроксимирующей кривой. Очевидно, что Нср1<Hcp2<Hcp3. Все эти три оценки средней глубины для океанов и их частей приведены в Таблице 1 в разделе 3.1. Кроме того, теоретическая аппроксимирующая кривая (распределение Релея, в частности) дает еще одну характерную глубину, соответствующую нулю этой кривой (началу отсчета высот рельефа дна и его энергии), которую можно считать (и называть) «теоретически предельной глубиной океана», Н0, соответствующей понятию «свободной поверхности субстрата» в изостатических моделях равновесия [Магницкий, 1965; Сеначин, 2005]. Глубины желобов при этом оказываются вне диапазона «теоретических» глубин океана и их следует рассматривать как аномальные, отсчитываемые от Н0. К сожалению, величина Н0 зависит от возраста соответствующего участка океанической коры, поэтому общего нулевого уровня для отсчета глубин желобов нет, а для океана (океанов) в целом Н0 близка к глубинам самых древних участков океанической коры (с поправкой на осадочный слой).

Анализ симметрии глобального рельефа и отдельных океанов производился, исходя из мобилистских представлений, используя палеореконструкции [Казанский,  1983а-в, 1998а-в, 2002а; Owen, 1976; Briden, Drewry, Smith, 1974; Smith, Briden, 1973], с помощью составленной автором для MAPLE 8 математической программы для пересчета географических координат при заданных поворотах, позволяющей строить контурные карты поверхности Земли с произвольным центром проекции (косые проекции), а также с помощью онлайновой программы “Paleomap” сайта www.odsn.de для прямых проекций. Основной проекцией для анализа симметрии-антисимметрии признана равноплощадная проекция Ламберта, сохраняющая симметрию и антисимметрию относительно всех больших кругов, проходящих через центр проекции. Контуры континентов и островов, внутриконтинентальных морей и озер, оси срединно-океанических хребтов и сетка географических координат в MAPLE задавались массивами координат равномерно (примерно через 1° дуги для контуров и точно 2° для сетки географических координат) распределенных точек. Сейчас, правда, на сайте NGDC уже имеется доступная цифровая база данных и для контуров береговой линии.

В главе 3 (РЕЗУЛЬТАТЫ БАТИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА) демонстрируются результаты статистического анализа рельефа дна океанов и проводится сравнительный анализ сходства и различия батиметрии и морфометрии отдельных океанов и их частей, широтных и долготных зон, Западно-Тихоокеанской зоны перехода. Сначала анализируется батиметрия Мирового океана и его место в глобальном рельефе, затем батиметрия отдельных океанов (рассматриваемых в алфавитном порядке, совпадающим с порядком усложнения их тектоники, по [Пущаровский и др.,1999]), в глобальном рельефе, а также и экспериментальные зависимости (распределения), связывающие между собой глубины, площади и возраст базальтов дна океанов. Результаты анализа представляются в наглядной (графической) форме. Делается вывод об общей термической причине мезозойско-кайнозойской эволюции океанов, соответствующей идее вторичного разогрева верхней мантии в фанерозое [Yano et al., 2001].

       Мировой океан в глобальном рельефе. Океаны (Мировой океан) занимают большую часть поверхности Земли и в отношении границ Мирового океана нет никаких разногласий, как в случае границ  отдельных океанов [Леонтьев, 1975; Никольский, 2002], — это просто береговая линия континентов и островов. Но в географическом и геологическом отношении понятие «Мировой океан» (как и его размеры) существенно различаются, поскольку, в первом случае, в пределы Мирового океана включены и значительные части подводных окраин континентов, т.е. участков с корой континентального и переходного типа. Наиболее точно границы Мирового океана в геологическом смысле обозначаются интервалом глубин от 1 до 2 км, четко выделенном на карте средних высот (рис.1), хотя на новой гипсометрической кривой (рис. 3, пунктир) локальный минимум, разделяющий континентальную и океаническую части приходится на интервал глубин 0.8-0.9 км. Карта средних высот в океанической части весьма близка (что естественно) мелкомасштабной карте топографии дна океанов.

Рис. 3. Сопоставление глобальных гипсометрических характеристик по различным

данным, приведенным к 50-метровому интервалу высот (слева) и график кумулятивной площади поверхности океанической литосферы с юры по

  настоящее время [Maxlow, 1998].

       Для общей характеристики батиметрии Мирового океана использована получившая широкое распространение (в различных версиях) карта  «Seafloor Topography»  В. Смита и Д. Сандвелла (W.H.F. Smith, D.T. Sandwell), построенная по цифровым данными ЕТОРО 2, по которым автором была рассчитаны и традиционные распределения — гипсометрическая и гипсографическая кривые, приведенные на рис. 3 в сопоставлении с результатами предшествующих расчетов по менее точным картометрическим данным. Как видно по рисунку, наибольшие расхождения между гипсометрическими данными разной детальности наблюдаются именно в океанической части, что лишний раз подчеркивает актуальность ревизии этих данных на основе цифровых данных максимальной детальности. На этом же рисунке показано и возрастное распределение площади океанической коры по [Maxlow, 1998].

       Сопоставление основных морфометрических характеристик Мирового океана и его частей, полученных в разное время по разным данным, сделано в Табл. 1. За центральную часть Атлантического океана (СА) взяты низкоширотные площади между параллелями 25°, а за северную (NA) и южную (SA) – площади соответственно севернее и южнее. Деление Индийского океана на западную и восточную части сделано по меридиану 80° в.д,, а Тихого океана – по меридиану 210° в.д. (150° з.д.).

Таблица 1

Основные морфометрические характеристики океанов, в м

Океаны  и их части

1

2

3

4

5

6

7

8

Атлантический океан

3597

3900

3575

3663

4200

2167

1630

1640

Северная часть (NA)

3187

1900

Центральная часть (СА)

3984

1443

Южная часть (SA)

3830

1422

Индийский океан

3711

3987

3840

3694

4100

2106

1700

1441

Западная часть (WI)

3679

1329

Восточная часть (EI)

3710

1555

Тихий океан

3976

4334

3940

4108

4300

2092

1900

1327

Западная часть(WP)

4260

1545

Восточная часть (EP)

3937

1000

Мировой океан

3847

4141

3729

3900

4220

2100

1880

-

1 – Средняя глубина для полной площади океанов, по Атласу океанов, 1980 г., Табл.8,

2 – Средняя глубина для океанов без морей, по Атласу океанов, 1980 г., Табл. 8,

3 – Средняя глубина океанов по [Menard, Smith, 1966].

4 – Расчетное значение средней глубины, по цифровым данным ЕТОРО 2,

5 – Расчетное (графически) значение средней глубины для релеевской составляющей,

6 – Расчетное значение средней высоты рельефа дна, по цифровым данным,

7 – Расчетное значение средней высоты рельефа дна для релеевской составляющей,

8 – Расчетное значение  среднеквадратичного отклонения, по цифровым данным.

       Распределение площади океанической коры Мирового океана по возрасту отображается на многочисленных опубликованных (в печати и в Интернет) картах, наиболее авторитетными из которых признаются карты Мюллера и др. «Digital Isochrons of the Ocean Floor» [Mller et al., 1997], построенные на основе цифровой базы данных для 6-минутной равномерной сетки.  Статистику этого распределения и показывает график  кумулятивной площади поверхности океанической литосферы на рис. 3. Этот график рассчитан по картам палеомагнитных изохрон, указанных на графике, с позиций гипотезы расширения Земли (ГРЗ), отчего появилась «неучитываемая литосфера», которая, с позиций постоянства размеров Земли, соответствует не учитываемой площади древнего Тихого океана, за счет которой и расширялись другие океаны. В учитываемую океаническую литосферу включены и площади подводных окраин континентов. Другими словами, график на рис. 3 однозначно показывает только современное распределение площади океанической коры по возрасту независимо от позиции автора графика. Этот график, как и подобные ему, обычно аппроксимируют экспонентой типа S = S0exp(-kt).

Рис. 4. Широтная гипсографическая поверхность глобального рельефа  (вверху слева) и

долготная гипсографическая поверхность глобального рельефа (ниже), а справа – соответствующие им батиграммы.

       Двумя приведенными на рис. 3 типами распределений и ограничивалось, собственно, современное статистическое описание рельефа дна океанов. Встречаются еще и графики широтного распределения суши и океанов, иллюстрирующие экваториальную асимметрию глобального рельефа [Carey, 1976]. Этому распределению соответствует изолиния (изогипса) 0 м на широтной гипсограмме (рис. 4) – проекции широтной гипсометрической поверхности глобального рельефа (пространственного аналога гипсографической кривой) на плоскость h (рис. 4), показанной в абсолютном и в относительном масштабах [Казанский, 2006].

       Помимо широтных распределений h(S,), на рис. 4 приведены и впервые рассчитанные долготные распределения h(S, ).

       Частные производные от h(S,) и h(S, ) по высоте – пространственные аналоги гипсометрической кривой, гипсометрические поверхности, — показаны на рис. 5 (слева),  а их проекции на горизонтальную плоскость (контурные карты) – справа.

Рис. 5. Широтная (вверху слева) и долготная (внизу) гипсометрические поверхности –

плотности распределения высот глобального рельефа и контурные карты их проекций на горизонтальную плоскость.

       Приведенные рисунки 4 и 5 демонстрируют широтную и долготную асимметрию в распределении океанов на поверхности Земли. На широтных распределениях, в отличие от долготных, отдельные океаны не выделяются, а абсолютный максимум плотности распределения глубин 103700 точек в широтном диапазоне 0-5° с.ш. приходится на интервал глубин 4300-4400 м, имеющийся во всех океанах.

На долготной  контурной карте рис. 5 границы между океанами определяются очень четко, а два близких по абсолютным значениям максимума плотности (83187 и 85129 точек) приходятся на глубины 4500 и 5200 м в долготных зонах 230-240° и 200-210° в.д., относятся к Тихому океану.

Более детально распределение глубин Мирового океана показывают батиметрические диаграммы «с накоплением» по 5-градусным широтным и 10-градусным долготным зонам в абсолютном и в относительном масштабах, представленные на рис. 6.

Рис. 6. Контурные широтные (вверху) и долготные (внизу) батиметрические диаграммы 

  «с накоплением» в относительном и абсолютном масштабах.

       Для характеристики берегов Мирового океана рассмотрены гистограммы распределения высот континентов в диапазоне от 100 м до -200 м с шагом 10 м. Эти гистограммы представлены на рис. 7.

       Все гистограммы показывают максимальную площадь для батиметрической ступени 0…-10 м, но для следующего интервала глубин наблюдается существенное различие между северными и южными континентами: сокращение площади ступени -10…-20 м у северных континентов носит аномальный характер, свидетельствуя о не полном достижении частью шельфов северных континентов состояния динамического равновесия после четвертичных оледенений.

Рис. 7. Гистограммы плотности вероятности распределения высот окраин континентов

(берегов Мирового океана): 1 – Ю.Америка, 2 – Африка, 3 – Австралия, 4 – Европа, 5 – С. Америка. За 100% принята площадь указанного интервала высот.

Дальнейшая детализация распределений глубин (высот рельефа дна) осуществлена при батиметрическом анализе отдельных океанов и некоторых специфических регионов.

Симметрия глобального рельефа. Необходимость изучения симметрий в распределении блоков литосферы по поверхности Земли определяется тем, что «в основе современной физико-математической культуры заложен факт: свойства симметрии заменяют физические законы, знание которых у нас неполно» [Семихатов, 1996, с. 21], и тем, что «только научным изучением симметрии можно выяснить, какие геометрические состояния могут на Земле встречаться» [Вернадский, 1987, с. 154]. Важность и роль принципов симметрии в геоморфологии обсуждалась автором в специальных статьях [Казанский, 1983, 1992, 1998, 1999, 2004], где также уточнены определения и границы применимости ряда понятий теории симметрии.

В отличие от предшественников, пытавшихся выявлять элементы симметрии литосферы Земли с фиксистских позиций для современной оси вращения и в очень неподходящих для этого картографических проекциях, автор исследовал симметрию с мобилистских позиций в равноплощадной проекции Ламберта, используя палеореконструкции, не привязываясь к современной системе географических координат. В результате было показано изменение симметрии с начала раскола Пангеи до настоящего времени [Казанский, 1983, 1992, 1998, 1999, 2002, 2004] от типа L22P2L2PC  до PL2PC, где штрихами отмечены элементы антисимметрии. Главным и элементом симметрии, сохраняющимся на протяжении океанического этапа эволюции, является впервые выявленная автором плоскость симметрии Р (см. рис. 8), названная Тектоническим экватором (ТЭ) [Казанский, 1983], наклоненная к плоскости современного экватора под углом 44° . Максимальное отклонение плоскости ТЭ от плоскости современного географического экватора в восточном полушарии по величине и направлению совпадает с пространственными характеристиками (длина, направление) хребта 90-го градуса в Индийском океане. На этом же меридиане находится и максимальная аномалия рельефа континентов [Казанский, 2006].

На рис. 8, иллюстрирующим первое защищаемое положение, приведена контурная карта для настоящего времени в косой равноплощадной проекции Ламберта, демонстрирующая современную симметрию и антисимметрию в распределении континентов и океанов, а на рис. 9 показан результат совмещения контуров при повороте этой проекции вокруг ее центра (оси антисимметрии) на 180°, дающий самое оптимальное из всех возможных решение задачи. Сходную картину дает и зеркальное отражение проекции относительно плоскости антисимметрии Р, являющейся мезозойской границей

Рис. 8. Косая равноплощадная проекция Ламберта (вверху) с центром в точке 35° с.ш.

и 140° в.д., демонстрирующая элементы симметрии и антисимметрии в распределении континентов и океанов: Р – плоскость симметрии (Тектони-ческий экватор, ТЭ), Р - плоскость антисимметрии. Заливкой выделен Тихо-океанский подвижный пояс по [Маслов, 1996], пунктиром – оси срединно-океанических хребтов, ортогональных ТЭ. Внизу показан вид трех больших кругов симметрии и антисимметрии в наиболее популярных проекциях – прямоугольной и Мольвейде.

Тихого океана в мобилистских реконструкциях [Казанский, 1983, 1992, 1998, 1999, 2002, 2004], проходящей по желобам Тихого и Атлантического океанов.

Рис. 9. Совмещение контуров континентов с рис. 8 при повороте на 180° вокруг

центра проекции (оси антисимметрии).

       Распределение энергии рельефа дна океанов [Казанский, 2006] также подчиняется, как можно видеть по рис. 10, выделенным элементам симметрии литосферы: максимум широтного распределения энергии, как и распределение площади океанов, сдвинут в южное полушарие, 4 максимума долготного распределения энергии коррелированны с 4 сегментами Тектонического экватора, а 4 минимума – с 4 сегментами круга антисимметрии.

       В работе отмечена также корреляция описанных выше элементов симметрии с векторным полем «скоростей современных движений литосферы, рассчитанном по коэффициентам С10, С11, S20, S11 тороидальной части модели Дж. Минстера и Т. Джордана (Minster, Jordan, 1979)» [Маслов, 1996].

Рис. 10. Сопоставление графиков распределения энергии рельефа дна океанов с

элементами глобальной симметрии литосферы [Казанский, 2006].

Результаты анализа симметрии доказывают единственность полученного автором решения, но вместе с тем, если исходить из правила, что «всякий природный объект по внутренним причинам развивается как тело симметричное» [Шубаев, 1970, с. 109], то современную симметрию-антисимметрию литосферы Земли нельзя объяснять внутренними причинами. А это – серьезное ограничение, накладываемое на возможные варианты объяснения эволюции Земли на этапе океанизации.

Атлантический океан имеет промежуточное значение по площади среди трех океанов, но главенствующее по роли, выпавшей на его долю в разработке и становлении всех мобилистских построений. Начиная с работ А. Вегенера, этому океану  обычно отводится роль главной иллюстрации, хотя общее решение проблем происхождения и эволюции океанов целиком завязано на Тихом океане.

По структурно-тектоническим  характеристикам Атлантический океан считается самым простым по строению и самым симметричным [Пущаровский и др., 1999], имея в виду долготную симметрию относительно его осевой линии (линии спрединга, она же ось Срединно-Атлантического хребта — САХ). В региональном масштабе выявляются многочисленные отклонения от простых мобилистских моделей и от симметрии рельефа и тектонических структур относительно САХ [Пущаровский и др., 1999; Пущаровский, 2002]. В глобальном же рельефе, как видно на рис. 8 и 11, Атлантический океан имеет и широтную симметрию относительно Тектонического экватора, образуя с Индийским и Северным Ледовитым океаном симметричную водную систему Индо-Атлантического полушария (или сегмента, по [Пущаровский, 1985]).

Рис. 11. Широтная батиграмма Атлантического океана.

Рис. 11 и 12 дают общее представление о батиметрии Атлантического океана: на рис. 14 приводится широтная батиграмма океана, иллюстрирующая широтные различия в распределении глубин в связи с не одновременностью начала раскрытия различных частей океана, а рис. 12 показывает возможность аппроксимации его батиметрической кривой распределением Релея.

Рис. 12. Аппроксимация батиметрической кривой Атлантического океана одним (слева)

и суммой двух распределений Релея (пунктир).

Индийский океан – минимальный по площади среди океанов, целиком расположенный к югу от Тектонического экватора. По структурно-тектоническим  характеристикам этот океан считается  структурно дисгармоничным или тектонически рассогласованным, с «весьма прихотливым общим контуром»  [Пущаровский и др., 1999, с. 75], хотя, как отмечено в разделе «Симметрия…» и заметно на рис. 11, можно говорить о симметрии Индийского океана относительно ортогональной Тектоническому экватору диагональной оси Срединно-океанического хребта, нарушающего глобальную симметрию. В глобальном же рельефе Индийский океан образует симметричную относительно Тектонического экватора пару с северной частью Атлантического океана и Северным Ледовитым океаном, который некоторые предлагают считать просто большим заливом Атлантического океана или его окраинным морем [Леонтьев, 1975]. Даже «нетипичный» Западно-Индийский хребет образует довольно симметричную пару с северной частью САХ.

       Структурная дисгармония Индийского океана проистекает из-за наличия «тройной точки» почти в центре океана и отходящего от нее  «нетипичного» Западно-Индийского хребта), «экзотичного» хребта 90° и  «неупорядоченного» распределения по площади поднятий [Пущаровский и др., 1999], что позволяет авторам делить Индийский океан на 4 «совершенно разных и несопоставимых по строению тектонические области» [там же, с. 75], тогда как рифтогенная система срединных хребтов делит океан естественным образом на 3 сектора: Северо-Восточный, Западный и Южный [Удинцев, 1987]. Формирование Индийского океана проходило на первом этапе под влиянием Атлантического океана с запада, а на втором (кайнозойском) – преимущественно под влиянием Тихого океана с востока. 

       Батиграммы Индийского океана не выявляют каких-либо особенностей рельефа дна Индийского океана, несмотря на признаваемую сложность его тектоники, явившейся «результатом воздействия большого спектра нелинейных геодинамических эффектов» [Пущаровский и др., 1999, с. 75]. Самым спорным вопросом эволюции Индийского океана (которые некоторые исследователи просто стараются избегать) остается проблема океана Тетис: происходило ли расширение Индийского океана, как и Атлантического, просто за счет раздвига континентальных блоков, либо (и) за счет закрытия Тетиса. Именно решение этой проблемы  с учетом принципов симметрии  (см. раздел «Симметрия…») предоставило бы возможность окончательного выбора между конкурирующими мобилистскими гипотезами [Казанский, 2001а, 2002б].

Несмотря на структурную дисгармонию Индийского океана, распределения глубин и средние глубины в его западной и восточной половинах оказываются практически одинаковыми – 3679 м и 3710 м соответственно (таблица 1, рис. 13), по аппроксимирующей кривой средняя глубина на 100 м меньше, чем у Атлантического океана, а асимптотически предельная глубина такая же, -5800 м, что подчеркивает общность эволюции двух этих океанов.

Рис. 13. Батиметрические кривые Индийского океана, его восточной (В) и западной (З)

половин. Пунктиром показана кривая распределения Релея, а стрелкой – средняя глубина для него.

       Распределение площади базальтов дна Индийского океана по возрасту приводится на общем графике на рис. 26; оно такое же, как и в Атлантическом океане.

Тихий океан – главный океан планеты Земля, не только из-за своей величины, но и по ключевой роли, какая ему досталась (во многом благодаря наличию уникальной активной зоны перехода) в моделях тектонической эволюции планеты. Ему также часто приписывают эпитет «древнейший» при сопоставлении с другими океанами, что абсолютно ничем не доказано, а по распределению S(t) океанической коры по возрасту, показанному на рис. 23, Тихий океан ничем не отличается от других.

В чем исследователи почему-то единодушны, так это в характеристике Тихого океана как асимметричного, с ярко выраженной асимметрией как относительно экватора, так и меридиональной (рис. 14), как морфологической, так и возрастной [Пущаровский и др, 1999; Казанский, 2006]. Вся мезозойская океаническая кора  сосредоточена в западной половине Тихого океана (точнее – в северо-западном квадранте) со средней глубиной 3915 м, примерно половина которой приходится на Западно-Тихоокеанскую зону перехода [Казанский, 1999б, 2002а, 2006ж], а вся восточная половина Тихого океана со средней глубиной 3873 м имеет кору только кайнозойского возраста. По дисперсии высот (2) эти половины различаются вдвое (см. Табл. 1).

Рис.14. Иллюстрация батиметрической асимметрии Тихого океана относительно

экватора и меридиана 150° з.д. (С – батиметрическая кривая северной половины Тихого океана, Ю – батиметрическая кривая южной половины, З – западной, В – восточной) в сопоставлении с суммарной батиметрической кривой в абсолютном масштабе – количестве точек (площадок 13.7 км), приходящихся на 100-метровый интервал глубин.

Но это единодушие в оценке симметрии (т.е. ее отсутствии) оказывается обоснованным только за счет анализа симметрии по картам в прямой проекции. В косой проекции (рис. 8 и 9) Тихий океан обнаруживает не такую уж плохую симметрию относительно плоскости Тектонического экватора, что подтверждает и попарное подобие батиметрических кривых В-Ю, З-С на рис. 14. Два пика (локальные максимумы) суммарной батиметрической кривой Тихого океана, приходящиеся на интервалы глубин 4300-4400 и 5200-5300 м, соответствуют максимумам батиметрических кривых его асимметричных половин. Теоретически-предельные глубины северной и западной половины, определяющие таковую и всего Тихого океана, равны 6200 м, а в восточной и южной – такие же, как в Атлантическом и Индийском океанах, 5800 м. Долготную и широтную асимметрию Тихого океана иллюстрируют также и соответствующие батиграммы, приведенные на рис. 15.

       Диаграммы «с накоплением» дифференциальных двухмерных (долготного и широтного) распределений глубин Тихого океана приведены на рис. 16.

 

Рис. 15. Долготные и широтные батиграммы Тихого океана в абсолютном и в 

  относительном масштабе.

 

Рис. 16. Плотность распределения глубин Тихого океана по 10-градусным долготным и 

  по 5-градусным широтным зонам в абсолютном и в относительном масштабе.

Широтная батиметрическая поверхность Тихого океана и ее проекция на горизонтальную плоскость показаны на рис. 170. Главный максимум плотности широтного распределения (67300 точек, или 922 тыс. км2, или 9.12% площади широтной зоны 0-5° с.ш.) приходится на интервал глубин 4.5-5 км, совпадающий с локальным минимумом  на батиметрической кривой Тихого океана и с глубинами Восточной котловины. Второй максимум с глубинами 5.5-5.6 км на 20° с.ш. соответствует модальным глубинам Филиппинской и Северо-Западной котловин. Оба эти максимумы находятся в полосе, приуроченной к Тектоническому экватору – линии тренда максимумов на рис. 17. Тренд относительного  минимума  на  этой  батиметрической поверхности  соответствует второй, параллельной полосе, смещенной на 30° к югу и совпадающей с длинной осью древнего поднятия Дарвина. Она проходит через поднятия Каролинских островов, вала Капингамаранги, островов Кука, Туамоту, самую широкую часть Восточно-Тихоокеанского поднятия и по Чилийскому поднятию.

Рис. 17. Широтная батиметрическая поверхность Тихого океана и ее проекция на

плоскость h в абсолютном масштабе.

       О долготной батиметрической поверхности можно судить по рис. 4 и 5 для глобального рельефа. 

       Более детальный анализ рельефа дна Тихого океана выполнен в работе по 5-градусным широтным и 10-градусным долготным зонам, по трапециям 5х10° и 5х5° отдельных широтных танссектов с расчетом нескольких статистических характеристик, а также для Западно-Тихоокеанской переходной зоны, представляющей особый интерес. В отличие от Атлантического и Индийского океанов, распределение глубин по широтным и долготным зонам, даже пересекающим все возрастные границы, характеризуется очень большим разнообразием графиков, не имеющих подобия с графиками для всего океана, которые аппроксимируются распределением Релея  [Казанский, 1973…2006].

       Западно-Тихоокеанская переходная зона, занимающая около 6% от общей площади поверхности Земли, является ключевой зоной и самой сложно устроенной частью Тихоокеанского подвижного пояса, соотношение которого с глобальным рельефом было видно на рис. 8. По определению Л.А.Маслова, «Тихоокеанский подвижный пояс суть деформированная в ходе тектонических движений относительная узкая область – окружность большого круга – разделяющая два полушария, различия между которыми определяют меридиональную антисимметрию Земли» [Маслов, 1996, с. 147]. Эта окружность соответствует плоскости антисимметрии Р на рис. 8.

       Западно-Тихоокеанская переходная зона (ЗТПЗ), на которой апробируются различные геоморфологические, тектонические и геофизические модели [Казанский, 1992а, 2006ж], включает окраинные моря востока Азии, Австралии и Австрало-Азиатские (Индонезийские) моря, существенно различающиеся по размерам. Поэтому, для удобства площадных сопоставлений, мелкие Индонезийские моря были объединены в две группы – северную и южную.  Расчетные границы анализировавшихся морей и транссектов ЗТПЗ показаны на рис. 18, а на рис. 19 приведены нормированные батиграфические кривые этих морей и ненормированные батиметрические графики. Рис. 19 показывает существенные различия батиметрии всех морей ЗТПЗ: вопреки результатам многолетней давности, полученным на основе картометрических данных для 500-метровых интервалов [Ларина, 1968], где батиграфические кривые разделены на три типа (выпуклые, вогнутые и прямолинейные), практически нет ни одной пары объектов с одинаковыми (подобными) батиметрическими и батиграфическими кривыми, т.е. в формировании рельефа дна морей ЗТПЗ элементы случайности превалируют над общими закономерностями. Более-менее близки только батиграфические кривые Южно-Китайского моря (6) и южной группы Индонезийских морей (8), и батиграфические кривые Кораллового (10) и Соломонова (9) морей, которые морфологически вообще можно было объединить в один объект. Суммарная батиграфическая кривая ЗТПЗ, показанная на рис. 19 пунктиром, очень близка к батиграфической кривой северной группы Индонезийских морей (также являющейся суммой нескольких морей). Среди батиграфических кривых особенно резко выделяются кривые Берингова (1) и Филиппинского морей (5): первая имеет максимальную крутизну (резко сокращенная доля промежуточных глубин), пересекая  другие кривые, а вторая вообще располагается вне всех остальных кривых за счет аномально большой глубины при аномально малой доле шельфовых глубин (менее 2% в интервале 0-100 м). Филиппинское море вообще выглядит на рис. 19  как чужеродный элемент среди других морей. Батиграфическая кривая моря Фиджи (11) также пересекает несколько других кривых, но уже за счет меньшей крутизны.

Рис. 18. Карта расчетных границ морей Западно-Тихоокеанской переходной зоны:

1 – Берингова моря, 2 – Охотского моря, 3 – Японского моря, 4 – Восточно-Китайского моря, 5 – Филиппинского моря, 6 – Южно-Китайского моря, 7 – северной группы Индонезийских морей, 8 – южной группы Индонезийских морей, 9 – Соломонова моря, 10 – Кораллового моря, 11 – моря Фиджи, 12 – Тасманова моря. Пунктиром обозначены границы анализируемых транссектов.

Рис. 19. Нормированные батиграфические кривые морей Западно-Тихоокеанской

переходной зоны (слева) и  их ненормированные батиметрические графики (справа) для глубин больше 200 м. На круговых диаграммах показано распределение  площади глубин 0-200 м (слева) и полных площадей морей. Цифровые обозначения соответствуют карте на рис. 18.

Соответствующая ей батиметрическая кривая не имеет четкого максимума. Батиметрическая кривая Берингова моря (1) имеет четкий пик в интервале глубин 3,5-4 км, проявляющийся и на суммарной батиметрической кривой, а батиметрическая кривая Филиппинского моря (5) – типичное бимодальное распределение с локальными максимумами в интервалах глубин 4,5-5 км и 5,5-6 км. Последний максимум, обусловленный глубинами Филиппинской котловины (т.е. западной частью Филиппинского моря с «океанической» асимптотически-предельной глубиной, лежащей полностью за пределами глубин остальных морей ЗТПЗ. Уже на этом основании (не учитывая спрединг в этой котловине) глубины западной части Филиппинского моря можно называть океаническими, а переходной зоне по глубинам и морфологии соответствует только восточная часть Филиппинского моря, включающая островные дуги и котловины Нампо и Западно-Марианская, хотя средние глубины обеих частей Филиппинского моря (4644 и 4017 м) больше, чем средняя глубина Тихого океана. Примечательно, что максимальные значения плотности вероятности распределения глубин Филиппинского моря оказались такими же, как и в распределениях глубин всех океанов, т.е. на уровне 3.5-4%, но характер распределения существенно отличается от всех океанов.

Среди батиметрических кривых на рис.19 также выделяется кривая Тасманова моря (12), имеющая два пика – в интервале 1,4-1,5 км и 4,6-4,7 км. Первый соответствует глубинам подводных хребтов Лорд-Хау и Норфолк, а второй, более «мощный», -  зоне кайнозойского спрединга в Тасмановой котловине, разделяющей этот сектор ЗТПЗ на две разные части – зоны перехода пассивного и активного типов. Глубины этого пика совпадают с глубинами восточной части Филиппинского моря и локальным максимумом Кораллового моря (10), но опять же – с локальным минимумом батиметрической кривой Тихого океана. Филиппинское и Тасманова моря из-за их большой площади определяют в основном и вид суммарного распределения переходной зоны, показанного на  рис. 19 пунктирной линией. Отсутствие общих закономерностей в форме распределений глубин морей ЗТПЗ связано, вероятно, с тем, что большая часть из этих морей (морских впадин) генетически и в геоморфологическом смысле не является самостоятельными (изолированными) системами, а являются частями более сложных систем или комплексов, включающих и участки суши [Казанский, 1997]. Поэтому и закономерности в распределениях глубин морей переходной зоны следует искать в ином контексте (в иных границах). Анализ вариантов  [Казанский, 2006ж] показал, что весьма информативными являются батиметрические и батиграфические кривые (графики) для 5-градусных широтных полос (транссектов), пересекающих ЗТПЗ, имеющую в общем-то долготное простирание.

В подтверждение сказанному на рис. 20 представлены ненормированные батиметрические графики и нормированные батиграфические кривые для пяти широтных транссектов северной части ЗТПЗ от 35° до 60° с.ш. с выходом в Тихий океан, границы которых показаны пунктиром на рис. 18 (аналогичные и более детальные данные представлены в работе и для остальных транссектов, указанных на рис. 18). Здесь уже четко просматривается корреляция и определенная закономерность в распределениях глубин: для 4 из 5 транссектов океанические глубины (>5 км) отделены от глубин морей переходной зоны широким и глубоким минимумом на батиметрических графиках (самая северная полоса 1, 55-60° с.ш., не выходит в океан, а заканчивается в Командорской котловине Берингова моря) и ступенью на батиграфических кривых. Глубины морей переходной зоны ограничены (снизу) уровнем около 4 км, а океанические – уровнем около 5 км (сверху). Смещение вверх «океанического» максимума в полосе 3 обусловлено подводной возвышенностью Шатского. Обращает на себя внимание сходство распределений глубин в полосах 3 (45-50°) и 4 (40-45° с.ш.). Первая пересекает южную (наиболее глубокую) часть Охотского моря, а вторая –  северную (тоже самую глубокую) часть Японского моря. Сходство распределений позволяет говорить об общем происхождении (общей природе) глубоководных котловин этих морей. Выход транссектов на океанические глубины порядка 6 км нормализует батиграфические кривые и по глубине, что позволяет их классифицировать, а также выстаивать определенные эволюционные последовательности кривых более объективно, чем это было сделано ранее [Казанский и др., 1985].

Рис. 20. Ненормированные батиметрические графики для глубин >200 м и

нормированные батиграфические кривые 5-градусных широтных транссектов от береговой линии до выхода в океан, показанных на рис. 18, от 60° (1) до 35° (5) с.ш.

       Сопоставляя батиметрические графики, можно обнаружить не только корреляцию распределений глубин на соседних транссектах, но и сходство распределений для весьма удаленных транссектов (и для отдельных трапеций). Что же касается батиметрических ступеней на большей части транссектов, то их глубины (интервалы глубин) изменяются в пределах  3-5 км, но эти глубины характеризуют не какой-то специфический для коры зоны перехода интервал глубин, а мощность накопившихся в глубоководных котловинах осадков. Глубина же базальтовой коры (акустического фундамента) в зоне перехода, как показывают результаты сейсмических исследований, практически такая же, как в прилегающих частях океана [Казанский и др., 1985], где мощность осадков во много раз меньше. Следовательно формирование батиметрической ступени в зоне перехода связано со спецификой режима осадконакопления в котловинах окраинных морей, длительное время отделенных от открытого океана барьером островных дуг. Этот барьер делает понятие «зона перехода» на западе Тихого океана семантически двусмысленным, но позволяет более обоснованно говорить о реальной геологической границе Тихого океана, проходящей по осям глубоководных желобов. Окраинные же моря (дальневосточные, по крайней мере) следует относить к Тихоокеанской окраине Азии [Казанский, 1992а, 1997], подвергшейся в связи с эволюцией Тихого океана глубокой тектонической переработке [Уткин, 1987; Милановский, Никишин, 1988; Казанский, 1997]. Именно дешифровка этого процесса тектонической переработки может быть ключом в решении «проблемы проблем» происхождения и эволюции Тихого океана.

       Некоторое подобие ЗТПЗ в распределении глубин обнаружено только еще на двух транссектах зон перехода – в Карибском море на 10-20° с.ш.

       Нормированные распределения глубин шельфов Дальневосточных морей, показанные на рис. 21, различаются незначительно: их можно разделить всего на две группы – выпуклые (которые можно назвать нормальными) и прямые (аномальные шельфы, обычно не заканчивающиеся на глубине 200 м). По этому критерию Охотское и Японское моря также обнаруживают большое сходство.

Рис. 21. Нормированные батиграфические кривые шельфов Дальневосточных морей:

1 – Японское мор, 2 – Берингово море, 3 – Южно-Китайское море, 4 – Охотское море, 5 – Восточно-Китайское море. Утолщенной линией показана суммарная кривая для дальневосточных морей.

Но локальные батиметрические характеристики шельфов всех морей зоны перехода могут существенно отличаться от приводимых на рис. 21. Так, например, на шельфе залива Петра Великого в Японском море на интервал глубин 0-10 приходится более 50% площади, тогда как в среднем по Японскому морю он занимает 25% шельфа. Особенно контрастны распределения глубин разных частей шельфов Берингова и Охотского морей, опровергающие хрестоматийные представления о шельфе, как о предельно ровной поверхности с небольшим уклоном. На шельфах этих морей фиксируются изолированные поднятия и впадины с перепадами глубин до 100 м, что связано, скорее всего, с последним оледенением.

В главе 4 (АППРОКСИМАЦИЯ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ГЛУБИН В ОКЕАНАХ) анализируются эмпирические данные по распределению глубин в океанах, отображаемые в виде графиков распределений площади по глубинам и площади и глубин по возрасту, позволяющие рассматривать эволюцию океанов как единый геотермический процесс и описать ее математически.

       

Рис. 22. Батиметрические кривые всех океанов в относительном (слева) и в абсолютном

масштабах. Для мирового океана (М, пунктир) справа приведена аппроксимирующая кривая и соответствующие ей начало отсчета высот и средняя высота (стрелка) рельефа дна.

       Эмпирические данные по распределению глубин в океанах отображаются в виде:

  • графиков распределений площади океанов по глубине,
  • графиков распределения площади дна океанов в зависимости от возраста базальтов, и
  • графиков зависимости (распределения) глубины дна океанов от возраста базальтов.

Hа рис. 22, иллюстрирующем 2-е защищаемое положение, сведены батиметрические кривые  всех океанов в абсолютном и в относительном масштабах. Несмотря на морфологические, тектонические и генетические различия океанов, акцентируемые исследователями в сравнительных описаниях океанов [Удинцев, 1987; Леонтьев, 1987; Казанский, 1999; Пущаровский и др., 1999; Никольский, 2002; и др.], батиметрические кривые их очень близки (в отличие от гипсометрических кривых континентов, например [Казанский, 1974, 1988, 2005], или окраинных морей), поэтому все они могут аппроксимироваться одним теоретическим законом распределения. Близость (3.5-4%) максимальных относительных значений плотности распределений в трех океанах при двукратном различии абсолютных значений говорит об общем энергетическом источнике энергии в эволюции океанов и одинаковой плотности рельефообразующей энергии во всех океанах. Потенциальная энергия рельефа дна океанов (топографическая энергия), аккумулировавшая лишь малую часть рельефообразующей энергии, оценивается  величиной  1,3х10  эрг [Казанский, 2005, 2006]. Напомним, что и в Филиппинском море модальные значения плотности распределения глубин такие же, как в океанах, но батиметрическая кривая отличается от океанических (рис. 19).

Рис. 23. Современное распределение площади дна океанов по возрасту [Верба, 1998;

Никольский, 2002] и аппроксимирующая их экспонента.

Распределения площади океанической коры по возрасту S(t) для всех океанов показано на рис. 23 [Верба, 1998; Никольский, 2002].  Графики такого рода предпочитают использовать сторонники гипотез расширения Земли, а не сторонники плитовой тектоники, которым подобные графики обязаны своим происхождением. В оригинале приведенные графики представлены как «динамика прироста площади земного шара в процессе формирования современных океанов» [Никольский, 2002, рис. 18], т.е. для иллюстрации масштабов расширения Земли за последние 170 млн. лет. Причем в начальные значения площади океанов включены и площади подводных окраин континентов и площади с корой переходного типа. Но независимо от этого и от тектонической ориентации авторов, приведенные графики являются изображениями функции современного распределения площади океанической коры по возрасту и (исключительно единодушно) аппроксимируются экспоненциальной зависимостью S(t) = S0exp(-t). ( S0 здесь – площадь океана на момент t=0, который не обязательно совпадает с сегодняшним).

       

Рис. 24. Профиль рельефа дна Восточно-Тихоокеанского поднятия [Bullard, 1969] и

аппроксимирующая его парабола. На горизонтальной оси отмечены пересечения профиля изохронами 20 и 40 млн. лет.

Распределение глубин океанов в зависимости от возраста коры (базальтов) обычно иллюстрируют профилями рельефа дна перпендикулярных осям спрединга. Пример такого профиля для Тихого океана из [Сорохтин, 1974] приведен на рис. 24; аналогичные профили (но более короткие) имеются и для других океанов. Эти профили (также единодушно) аппроксимируются параболической зависимостью D(t) = a + bt1/2, где D – глубина океана (на рис. 24 – z). Для глобального распределения глубин статистически определены величины: а=2.5 км, b = 0.214 [Кабан, 1988].

       Аппроксимирующую батиметрические кривые океанов теоретическую функцию распределения можно получить, используя приведенные на рисунках экспериментально полученные зависимости – экспоненциальное распределение площади океанической коры по возрасту S ~ exp(t) [Maxlow, 1998; и др.] и квадратическую зависимость глубины океана от возраста z~ t [Сорохтин, 1974].

       Исключая из соотношений время (т.е. возраст), получим [Казанский, 2005, 2006]:

               S(z) = exp(-z)  и  f(z) = - dS/dz = 2z exp(-z)                (5)

Функция (5) называется распределением Релея [Хастингс, Пиккок, 1980], график которого и приведен на рис. 22 в качестве аппроксимирующей кривой для Мирового океана (в англоязычной литературе это распределение называют также “the inverse Gaussian distribution” [Folks, Chhikara, 1978; Moore, Clarke, 1981, 1983]). Максимальная глубина океана, соответствующая нулю z распределения Релея, равна 6100 м, средняя глубина по распределению Релея равна 4220 м, что дает среднюю высоту рельефа дна Мирового океана 1880 м. Расчет потенциальной энергии рельефа дна океанов U по распределению Релея по формулам (2) показывает [Казанский, 2005, 2006], что плотность энергии U/S и dU/dS оказывается постоянной  для любой глубины, а близость (в относительном масштабе) батиметрических кривых всех океанов позволяет распространить это утверждение на отдельные океаны. Соотношение U/S = const (или dU/dS = const), таким образом, можно было взять за исходное (соответственно идее постоянства теплового потока) для вывода теоретического распределения высот рельефа дна океанов. А поскольку распределение Релея  также может быть получено из одномерного уравнения теплопроводности для бесконечного полупространства  [Джеффрис и Свирлс, 1969, Шайдеггер, 1987]:

               ,                                        (6)

имеющего фундаментальное решение:

       ,                                (7)

можно твердо говорить о термической природе источника энергии эволюции океанов, а во всех эмпирических соотношениях вместо площадей можно рассматривать эту энергию.

       Современное распределение площади океанической коры по возрасту, приводимое на рис. 23, можно аппроксимировать экспонентой с общим для всех океанов показателем . А это свидетельствует о том, что относительная скорость новообразования океанической коры одинакова во всех океанах, а абсолютная скорость (-dS/dt=S) оказывается пропорциональной площади океана также с общим коэффициентом пропорциональности, но не площади литосферных плит, не скорости их движения и не длине линий спрединга (осевых линий срединных хребтов), т.е. континенты, впаянные в отдельные литосферные плиты, оставались полностью инертными в процессе эволюции океанов. Океаны служили как бы «отдушинами», через которые происходил сброс избыточной тепловой энергии мантии, а континенты являются хорошими теплоизоляторами и не влияли на скорость расширения океанов, хотя прогрев континентальной коры снизу вызвал «первые обширные базальтовые излияния вдоль окраин материков около 200 млн. лет назад» [Диц, Холден, 1974, с.322], послужившие «непосредственной прелюдией к распаду Гондваны» [там же].

       Но рис. 23 рассматриваются авторами [Верба, 1998; Никольский, 2002] с позиций гипотезы «умеренного» расширения Земли, в рамках которой все приведенные графики можно экстраполировать в будущее (по той же экспоненте). В рамках же представлений о постоянстве площади океанов и континентов экстраполяция в будущее возможна только для Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого океанов, которые расширялись за счет сокращения площади Тихого океана (Панталассы), сократив её вдвое. Это отображено на рис. 25, иллюстрирующем 3-е защищаемое положение, где представлены перестроенные (модифицированные) графики бюджета литосферы для постоянной суммарной площади океанов и континентов, а в площади последних учтена площадь подводных окраин [Казанский, 2006].

       Вместо кривых для отдельных океанов приводится кривая для суммарной площади расширяющихся Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого океанов (АИС) и кривая современного распределения площади Тихого океана по возрасту коры (ТО), т.е. та же, что и на рис. 23, но с вычетом площади неокеанической коры.  Пунктирной кривой, которая зеркальна кривой АИС, показано изменение площади Тихого океана во времени, а экспоненциальными кривыми ТО-100 и ТО-50 показаны гипотетические распределения площади коры Тихого океана по возрасту 100 и 50 млн. лет назад в предположении, что в прошлом экспоненциальный закон прироста площади сохранялся и в Тихом океане, который даже сторонник гипотезы расширения Земли считает единственным «плейттектоническим тектонотипом» [Никольский, 2002, с. 109].

Как видно из сопоставления кривых ТО, ТО-50 и ТО-100, говорить о равенстве относительных скоростей и в прошлом уже нельзя, поскольку скорость генерации новой коры и скорость перераспределения ее по возрасту на площади Тихого океана до недавнего времени в несколько раз превышала

Рис. 25. Модифицированные графики бюджета литосферы.

скорость сокращения его площади (и скорость спрединга в других океанах). То же относится, очевидно, и к тепловым потокам. Так, например, площадь океанической коры в Тихом океане древнее 100 млн. лет сократилась за период 50-100 млн. лет в 2.5 раза и еще более чем вдвое за следующие 50 млн. лет при более скромном сокращении полной площади океана, что невозможно без привлечения дополнительного механизма регулирования этих процессов. В качестве такого механизма в плитовой тектонике привлекается механизм субдукции со всеми сопутствующими ей противоречиями и дискуссионностью. В числе таковых следует отметить, что сохранность в западной части Тихого океана обширного мезозойского ядра должна либо отвергать возможность существенной субдукции в западном (северо-западном) направлении, либо там происходила субдукция коры древнее сохранившейся (по странному стечению обстоятельств оказавшейся  в наши дни одновозрастной с древнейшей корой Атлантического и Индийского океанов), либо там, как и в противоположном направлении, происходила субдукция более молодой коры, а мезозойская кора Тихого океана изначально являлась ядром, образовавшимся в его центральной части, для объяснения чего потребуется пересмотр уже и механизмов спрединга. Всего же, для соблюдения баланса, через субдукцию за 170-200 млн. лет необходимо пропустить площадь во много раз больше современной площади Тихого океана (!). Но из реконструкций плитовой тектоники такого результата получить нельзя.

       Другими словами, с позиций плитовой тектоники экстраполяция зависимости S(t) для Тихого океана в прошлое (как и в будущее) вызывает проблемы, чем, видимо, и объясняется непопулярность подобных графиков в плитовой тектонике. Субдукция была бы весьма убедительной, если бы современное распределение коры Тихого океана по возрасту существенно отличалось от распределений в других океанах, но этого-то и нет.

       Но есть и альтернативный механизм, учитывающий специфические отличия геодинамики Тихого океана от геодинамики остальных океанов, проявляющиеся и на рис. 25: Тихий океан не только предоставляет свою территорию для возможности расширения других океанов, но сам, обладая более высоким тепловым потоком (потенциалом), является и термическим источником энергии для их эволюции, получившим свою энергию от «повторного нагрева верхней мантии в фанерозое» [Yano et al., 2001], хотя «остаются нерешенными вопросы ... процесса и причины неоднородного вторичного нагрева верхней мантии в фанерозое» [там же, стр. 164], а констатируется лишь сам факт этого нагрева (рис. 26), произошедшего на фоне длительного периода прогрессивного остывания недр Земли (как и других планет земной группы [Барсуков, 1985; Шмакин, 1991]), приведшего к глобальному покровному оледенению в период 900-650 млн. лет назад [Ушаков, Ясаманов, 1984; Казанский, 2002а, б; Чумаков, 2001, 2005], следы которого известны на всех континентах. Этому же периоду соответствует минимум (менее 10% современной или рифейской) интенсивности магнитного поля Земли [Hale, 1987] и виртуального дипольного момента [Merrill, 1987], что можно трактовать с термических (тектонофизических) позиций как свидетельство остывания и нижней мантии, поскольку магнитное поле Земли связывают с жидким проводящим слоем на границе нижней мантии и ядра, для существования которого нужны высокие температуры [Стейси, 1972].

       Механизм же «повторного разогрева» практически целого полушария объясняет, помимо альтернативной интерпретации геодинамики и структур Тихого океана [Yano et al., 2001], и специфику климата Земли в период «океанизации», самый длительный период, когда на Земле не было оледенений [Чумаков, 2001, 2005], когда до конца третичного периода «почти вплоть до параллели 80° развивалась древесная флора» [Фурмарье, 1971, с. 126], а температура придонных вод существенно превышала современную [Богданов и др., 1978]. Этот же механизм (разогрев) стимулировал и эволюцию биосферы Земли в фанерозое.

Рис. 26. Схематический график термической истории Земли по [Yano et al., 2001].

Заливкой выделен интервал глобального покровного оледенения континентов 950-600 млн. лет назад.

       При таком механизме, признавая «геотермический поток первопричиной всей геодинамики» [Голицын, 2003, с. 7] мезозоя и кайнозоя, «новообразование» океанической коры в Тихом океане можно рассматривать просто как процесс постепенного остывания литосферы Тихого океана, нагретой выше точки Кюри. Палеомагнитный возраст базальтов как раз и указывает на время достижения температурой поверхности точки Кюри для базальтов, а изохроны палеомагнитного возраста можно рассматривать как изотермы точки Кюри на данный момент. В таком случае,  кривая ТО на рис. 25 уже может рассматриваться как близкая к реальному распределению площади «остывшей» коры Тихого океана для всего интервала в 170 млн. лет, когда остывание распространялось концентрически от древнего ядра (поднятия Дарвина) в западной части океана, а сокращение площади (более скромная субдукция) происходило в основном за счет надвига («наезда», по [Трубицын, 2006]) континентов на  «перегретые» участки ложа восточной части Тихого океана (гипотетические кривые ТО-50 и ТО-100 при этом можно удалить, а вместо них нарисовать изотермы). Никакого спрединга в Тихом океане, как и субдукции, в этом случае вообще не нужно, хотя они и не исключаются в ограниченных масштабах.

       В любом случае механизм образования новой коры Тихого океана оказывается отличным от механизма спрединга (или расширения) в Индо-Атлантическом  сегменте (по [Моссаковский и др, 2001]), а современное равенство теплового потока в океанах при равенстве площади Тихого океана суммарной площади остальных океанов говорит о достижении теплового равновесия, что и является конечной (финальной) стадией любого термического процесса, в данном случае – эволюции океанов. Экстраполяция же всех графиков распределений на рис. 25 в будущее должна представлять собой при этом просто горизонтальную прямую линию вправо от современной точки пересечения графиков.

       Как бы то ни было, полученный результат позволяет обобщить на всю земную кору выводы Г.Штилле, изучавшего в первой половине прошлого века тектонику континентов, о том, что «современную тектонику мы должны рассматривать как последнюю и даже окончательную главу истории непрерывного, последовательного развития.... Современое состояние земной коры представляет полную или почти полную консолидацию» и «сжатие альпийского типа более невозможно в условиях такой консолидации» [Штилле, 1957, с. 205].  Нам же остается добавить, что масштабный спрединг в океанах более невозможен при достигнутом тепловом балансе, когда снова стали возможными оледенения, а интенсивность магнитного поля начала снижаться.

Этот вывод (последнее, 4-е защищаемое положение) и следует считать главным результатом батиметрического анализа океанов, избавляющим от неопределенности в представлениях о дальнейшей эволюции Земли.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

       В работе продемонстрированы современные возможности статистического анализа рельефа на основе цифровых данных с помощью персонального компьютера и стандартного программного обеспечения, которые впредь могут быть широко использованы и в практике региональных и локальных геоморфологических исследований.

       Проделанный нестандартный анализ симметрии и батиметрии океанов позволил существенно уточнить представления о глобальном рельефе вообще и рельефе дна океанов в особенности, показав недостаточное (или ошибочное) понимание физической сущности  даже давно известных закономерностей в распределении глубин океанов.        

Вопреки бытующим представлениям о симметрии в глобальном рельефе (или ее отсутствии) относительно современной оси вращения, показано, что симметрия и антисимметрия глобального рельефа (и у океанов) связана с другой системой координат, повернутой по отношению к современной, наследующей элементы симметрии и антисимметрии с момента зарождения современных океанов (начала распада суперконтинента Пангея).        

Получение (теоретически, а также и из эмпирических данных) аналитического выражения общей для всех океанов батиметрической функции впервые дало прямой выход на физическую (энергетическую) интерпретацию графиков распределения площади океанов в зависимости от возраста базальтов ложа, в результате чего сделан вывод о неприменимости механизма классического спрединга к эволюции Тихого океана, который обладал повышенным тепловым потоком и служил источником (донором) энергии и площади для расширения других океанов. Поэтому современное глобальное равенство теплового потока в океанах при равенстве площади (и энергии) Тихого океана суммарной площади (и энергии) остальных океанов делает невозможным их дальнейшее масштабное расширение, что снимает неопределенность в вопросе о будущей эволюции океанов, проявляющуюся в современных мобилистских моделях. Этот результат позволяет распространить на всю эволюцию Земли вывод, сделанный ранее Г. Штилле по результатам изучения тектоники континентов, о том, что современную тектонику Земли следует «рассматривать как последнюю и даже окончательную главу истории непрерывного, последовательного развития». 

       Полученные результаты не должны быть проигнорированы при разработке единой и непротиворечивой теории глобальной эволюции Земли, а должны получить адекватную трактовку и место в рамках такой теории.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии

  1. Симметрия рельефа. Упорядоченность в  рельефе и морфогенезе. М.: Наука. 1992 (соавтор). 252 с.
  2. Геоморфология зон перехода от континентов к океанам. М.: Наука. 1992 (соавтор). 240 с.
  3. Палеореконструкции в моделировании эволюции Земли. Владивосток: Дальнаука. 2002. 108 с.

Статьи в реферируемых (по перечню ВАК) журналах

  1. Об аналитическом выражении гипсометрических функций континентов // Изв. АН СССР, сер. геогр. 1971. С. 18-21.
  2. Анализ распределения высот рельефа дна некоторых морей и котловин переходной зоны Тихого океана // Океанология. 1972. Т. XII. Вып. 3. С. 445-448.
  3. Батиметрическая функция Атлантического и Тихого океанов // Океанология. 1974. Т.XIV. Вып.3. С.489-492.
  4. Структурно-цифровая модель рельефа для банков геоморфологической информации // Геоморфология. 1988. № 2. С. 47-52.
  5. Ревизия данных по гипсометрии континентов // Геоморфология. 1988. №3. С.13-18.
  6. Количественная характеристика формы географических объектов // Изв. АН СССР, сер. геогр. 1989. №6. С. 114-119.
  7. Роль уравнения диффузии в математической геоморфологии // Геоморфология. 1990. № 2. С. 20-26.
  8. Об энергетическом подходе к анализу рельефа // Геоморфология. 1992. №2. С. 26-27.
  9. Упорядоченность рельефа Тихоокеанской окраины Азии // Тихоокеанская геология. 1997. Т.16. №3. С. 29-33.
  10. Роль принципов симметрии в геоморфологии // Геоморфология. 1998. №2. С. 23-28.
  11. Региональный уровень упорядоченности рельефа // Геоморфология. 1998. №4. С. 22-27.
  12. Гипсометрический анализ континентов по цифровым данным // Геоморфология. 2005. №1. С.60-67.
  13. Гипсометрия крупнейших океанических островов // Геоморфология. 2005. №3. С. 66-71.
  14. Прямой расчет потенциальной энергии рельефа поверхности Земли по цифровым данным // Физика Земли. 2005. №12. С. 72-75.
  15. Энергетический анализ глобального рельефа // Геотектоника. 2006. №2. С. 83-93.
  16. Статистическое описание глобального рельефа по цифровым данным ЕТОРО 2 // Геоморфология. 2006. №2. С.73-82.
  17. Батиметрический анализ Тихого океана по цифровым данным ЕТОРО 2 // Тихоокеанская геология. 2006. Т. 25. №5. 115-123.
  18. Батиметрия морей Западно-Тихоокеанской переходной зоны по цифровым данным ЕТОРО 2 // Тихоокеанская  геология2007 (в печати).

               

       

       

       

       

 






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.