НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОЛОГІЧНИХ НАУК

ШМУРАТКО Валерій Іванович

УДК 551.24.03

ГРАВІТАЦІЙНИЙ РЕЗОНАНС І ГЕОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ

(теоретичне обґрунтування концепції

і її практичне застосування)

04.00.01 - Загальна і регіональна геологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора геологічних наук

КИЇВ - 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі інженерної геології і гідрогеології

Одеського національного університету ім. І. І. Мечникова.

Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук, професор,

академік АН Казахстану, член-кореспондент

НАН України

Паталаха Євген Іванович,

завідувач відділу геотектоніки

(Відділення морської геології та осадочного

рудоутворення НАН України)

доктор геолого-мінералогічних наук, професор

Русаков Олег Максимович,

головний науковий співробітник

(Інститут геофізики ім. С. І. Суботіна)

доктор геологічних наук

Єсипович Станіслав Михайлович,

головний спеціаліст відділу геології нафти та газу (НАК “Надра України”)

Провідна установа: Київський національний університет

імені Тараса Шевченка

Захист відбудеться “___26____” ___жовтня_________________ 2005 р. о ___10_____годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.162.02 Інституту геологічних наук Національної Академії наук за адресою: , м. Київ, вул. О. Гончара б

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту геологічних наук НАН України за адресою: 01054, м. Київ, вул. О. Гончара б

Автореферат розісланий “___23_____” ______вересня____________ 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат геологічних наук Т. М. Сокур

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

В роботі пропонується концепція гравітаційно-резонансного екзот ектогенезу (ГРЕ), заснована на теоретичних і емпіричних положеннях геології, геотектоніки, планетології і геофізики, які уявляються автору найбільш надійними в контексті сучасного світового геологічного досвіду. Концепція є “аксіоматичною” системою, відкритою для подальшого вдосконалення. Вона створювалася як методологічна основа для вирішення певної категорії неотектонічних і палеогеографічних задач новітньої геологічної історії південно-західного (ПЗ) Чорномор'я, а також інженерно-геологічних (ІГ) і еколого-геологічних (ЕГ) проблем території Одеси. Тому багато які її положення ілюструються і обґрунтовуються на регіональному фактичному матеріалі.

В основі концепції лежать три, взагалі кажучи, давно відомих принципи (просто в науках про Землю вони не розглядалися раніше як якась єдина теоретична основа): принцип симетрії (П. Кюрі), принцип міжпланетного резонансу (О.М. Молчанов) і принцип тектогенезу (Б.Л. Лічков, Г.М. Каттерфельд, В.Г. Бондарчук, І.І. Чебаненко). Ці принципи ми називаємо “базовими” постулатами. Крім того, нами сформульовані і обґрунтовані два “спеціальні” постулати: принцип бінарності і принцип планетарного резонансу. “Спеціальні” постулати, як частина концепції ГРЕ, є одним з положень дисертації, що захищаються. Відзначимо, що хоча вони сформульовані вперше, їх елементи можна зустріти в роботах багато яких дослідників. Так, у зв'язку з принципом бінарності ми не можемо не назвати імена О.В. Пейве, І.І. Чебаненко, В.В. Кесарєва, І.А. Одеського, В.Н. Жаркова, А.В. Чекунова. Принцип планетарного резонансу асоціюється, в першу чергу, з іменами Р. Вольфа і О.Л. Чижевського.

Концепція ГРЕ розвиває традиції української геологічної школи, представники якої спільно з ученими ленінградської школи, вперше в середині ХХ століття на просторі колишнього СРСР намітили, а потім успішно і послідовно проводили фундаментальні дослідження по вивченню планетарних і астрономічних чинників геологічного розвитку (Б.Л. Лічков, В.Г. Бондарчук, Н.А. Козирєв, М.В. Стовас, М.С. Ейгенсон, Г.Ф. Лунгерсгаузен, Г.М. Каттерфельд, І.І. Чебаненко, С.І. Субботін, Я.М. Бєлєвцев, Ф.П. Бєлянкин, М.П. Балуховській, В.О. Зубаков, М.Ф. Векліч, К.Ф. Тяпкин та ін.).

Актуальність теми. Протягом кількох десятиріч в Одеському національному університеті ім. І.І. Мечникова (ОНУ) розробляється два наукові напрями. Один пов'язаний з вивченням геологічної будови, неотектоніки, палеогеографії і пліо-плейстоценової історії ПЗ Чорномор'я, розробкою ЕГ проблем і виявленням законів формування ІГ властивостей ґрунтів в межах сучасної акваторії шельфу і прилеглої суші. Ціль другого — створення теоретичної і методологічної бази для вирішення ІГ і ЕГ проблем території Одеси, Одеської і Миколаївської областей, берегової зони Одеського регіону.

Дослідження 1960-80-х рр. привели до успішного рішення багатьох наукових і прикладних задач, але, разом з тим, на початку 1990-х років виявився ряд проблем, без рішення яких подальше просування як в теоретичній області, так і в практичних втіленнях, виявилось скрутним. Це призвело до необхідності розробити таку теоретичну модель, яка б сприяла їх розв'язанню. Запропонована концепція ГРЕ значною мірою відповідає цій потребі. З єдиних теоретичних позицій вона дозволяє по-новому підійти до рішення широкого кола регіональних проблем, і, — що не менш важливо, — застосовна не тільки до даного регіону, а є набагато більш універсальною (у методологічному відношенні), ніж це передбачалося на перших етапах її розробки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на основі фактичного матеріалу і результатів, отриманих автором в ході досліджень ПНДЛ-1 ОНУ (1975-1999 рр.) в межах наукового напряму “Теорія і методика прогнозування і моделювання геологічних і техногенних процесів на узбережжі і дні морів і водосховищ” по ряду тем, де автор був одним з виконавців (реєстраційні номери тем: 76008737, 81076195), відповідальним виконавцем (0194U044441, 0197U008982, 0197U008990), і науковим керівником (0193U033114).

Мета і задачі дослідження. В ході роботи переслідувалися дві головні цілі. Перша — розробити логічно несуперечливу систему положень, здатну грати роль теоретичного інструменту геологічних досліджень прикладного характеру і інтерпретації одержуваних результатів. Друга — проаналізувати евристичні можливості теорії на конкретних прикладах. Об'єктом досліджень в роботі є тектоносфера і кліматосфера, які є найбільш важливими елементами природно-технічних і природних геосистем всіх можливих просторово-часових масштабів. Предметом досліджень було вивчення законів залежності еволюції геосистем від впливу астрономічних і планетарних чинників, що “вимушують”.

Вирішені наступні задачі:

1) виконано аналіз теоретичних і емпіричних досягнень сучасної науки в області геолого-геофізичних, геотектонічних і планетологічних досліджень, що дозволило сформулювати три базових і два спеціальні постулати, на основі яких створена концепція ГРЕ і базова геотектонічна модель;

2) виконано аналіз будови і історії геологічного розвитку земної кори ПЗ Чорномор'я, спрямований на виявлення ознак її поверхової геолого-геофізичної будови;

3) виконано аналіз плейстоценової історії Чорноморського басейну, спрямований на виявлення можливого резонансу його еволюції з астрономічними і планетарними подіями;

4) виконано морфометричний аналіз рельєфу основних геологічних поверхонь післясарматських відкладів в межах території Одеси і виявлена система диз'юнктивів, які створюють основні структурно-динамічні неоднорідності геологічного середовища міста;

5) на основі комп'ютерної обробки даних 30-річного гідрогеологічного моніторингу на території Одеси вивчена динаміка змін НДС порід і виявлено резонансний характер зв'язку цих змін з астрономічними і планетарними подіями, а також їх залежність від геометрії диз'юнктивних ґрат.

Фактичний матеріал. В роботі використані фондові матеріали Причорноморського державного регіонального геологічного підприємства (ПДРГП), Проблемної науково-дослідницької лабораторії № 1 ОНУ (ПНДЛ-1), Одеського Протизсувного управління, Управління інженерного захисту території міста. Теоретична частина роботи спиралася, головним чином, на численні опубліковані в наукових і академічних виданнях статті і монографії автора.

Наукова новизна отриманих результатів:

1) створено концепцію ГРЕ, засновану на системі постулатів, що узагальнюють емпіричний і теоретичний досвід наук про Землю; на її основі сформульована базова геотектонічна модель;

2) виконана нетрадиційна інтерпретація даних сейсмічної томографії і показано, що радіально-сферична симетрія тектоносферы в широтному розрізі біля екватору створюється спіральною структурою п'яти суперплюмов. Передбачається, що їхнє спіралєвидне переміщення до поверхні Землі і є основним ендогенним "рушієм", що, квазіциклічно "зароджуючись" у ядрі планети, забезпечує геотектонічну еволюцію протягом "галактичного року" (тектоно-магматичного циклу);

3) на кількісному рівні обґрунтовано резонансний характер зв'язку між астрономічними, планетарними і регіональними геолого-геофізичними (ГГФ) подіями. Цей факт може і повинен стати відправною точкою в розробці нового напряму досліджень по створенню методів прогнозу на основі астрономічних подій, які можуть бути передобчислені;

4) показано, що в стратегії вивчення геологічної історії ПЗ Чорномор'я ключову роль повинен грати факт бінарної будови тектоносфери, наявності в її складі георецепторів радіальної і сферичної симетрії;

5) сформульована і обґрунтована модель нелінійної залежності між ізотопно-кисневим (ІК) сигналом і глобальним об'ємом льоду; на цій основі обчислена крива гляціоевстатичних змін рівня Світового океану для останнього мільйона років;

6) обчислена, — з урахуванням специфічних особливостей зв'язку з океаном в плейстоцені, — крива гляціоевстатичних змін рівня Чорноморського басейну за останній мільйон років;

7) на основі чисельного моделювання створена регіональна неотектонічна модель ПЗ шельфу Чорного моря;

8) на основі даних буріння і морфометричного аналізу рельєфу основних геологічних поверхонь в межах території Одеси створена схема диз'юнктивів, формуючих ієрархічно-блокову структуру геосередовища міста і відіграючих граючих роль основних джерел її динамічної неоднорідності;

9) вперше в такому об'ємі виконано всебічний комп'ютерний аналіз даних, отриманих в ході 30-річного моніторингу РҐВ території Одеси; виявлено і обґрунтовано чисельним моделюванням резонансний зв'язок міжрічних коливань РҐВ з планетарними і астрономічними подіями; сформульовані моделі структурно-тектонічного дренажу та дисперсного екзотектогенезу;

10) на базі постулатів концепції ГРЕ розроблені основи методу довгострокового прогнозу РҐВ на території Одеси; показана принципова перевага методів прогнозування ГГФ параметрів стану геосистем на основі урахування резонансного зв'язку між ними і астрономічними і планетарними чинниками, що вимушують;

11) в межах ідеології концепції ГРЕ розроблені основи методів ЕГ типізації території Одеси і обґрунтована необхідність і перспективність їх подальшого вдосконалення.

Практичне значення отриманих результатів. Основні положення концепції ГРЕ протягом ряду років використовуються при виконанні наукових робіт з держбюджетної і кафедральної тематики ОНУ. Зокрема, в 1999 р. завершена робота по темі “Інженерно-геологічна типізація території міст на основі концепції бінарного екзотектогенезу з метою великомасштабного геоекологічного картування (на прикладі м. Одеси)”. Матеріали і результати досліджень, пов'язаних з мікроблоковою будовою території Одеси і режимом високочастотних змін НДС масиву порід, неодноразово використовувалися, — хоча, кінець кінцем, і не повністю взяті до уваги, — в ході обговорення проблеми захисту Одеського театру опери і балету. Управління інженерного захисту території міста Одеського міськвиконкому в своїй діяльності використовує результати, отримані нами при вирішенні прикладних задач, пов'язаних з оцінкою ІГ і гідрогеологічних умов на локальних ділянках території Одеси. В першу чергу — це закономірності внутрішньо- і міжрічних змін РҐВ, які дозволили дати довгостроковий прогноз підтоплення території міста як у часі, так і у просторі. Багато які аспекти концепції ГРЕ, а також отримані на її основі геологічні і гідрогеологічні результати використовуються в учбовому процесі, зокрема, при читанні лекцій і в ході семінарів з курсів “Геоморфологія з основами четвертинної геології”, “Системні методи інженерної геодинаміки” і “Еколого-геологічний моніторинг”.

Особистий внесок автора. Постановка і рішення всіх задач, перерахованих в пунктах “Мета і задачі дослідження”, “Наукова новизна отриманих результатів” і “Основні положення, що захищаються”, є розробками автора. Зокрема, автор самостійно (1) сформулював систему постулатів концепції ГРЕ та її наслідки, (2) сформулював основні положення оптимальної геотектонічної моделі, (3) на підставі новітніх даних сейсмічної томографії (H. Davies) построїв екваторіальний розріз Землі, (4) розробив методику порівняльного частотно-резонансного аналізу часових рядів ГГФ систем і зовнішніх чинників, що вимушують, (5) виконав комп'ютерний частотно-резонансний аналіз різних ГГФ часових рядів, (6) вичислив часовий ряд індексу астрономічних подій для інтервалу часу з 1701 до 2040 рр., (7) виконав аналіз опублікованих геолого-геофізичних даних щодо будови тектоносфери ПЗ Чорномор'я, який був спрямований на з'ясування її поверхової будови, (8) обґрунтував модель нелінійного зв'язку між ІК сигналом та рівнем Океану у плейстоцені, (9) на підставі моделі нелінійного зв'язку та новітньої еталонної ІК кривій (Shackleton та ін.) вичислив криві рівня Океану і Чорного моря для останнього мільйона років з кроком 3 тисячі років, (10) розробив (та реалізував на прикладі терасових рядів о-ва Сумба (Індонезія) та ПЗ шельфу Чорного моря) метод неотектонічного аналізу на основі гляціоевстатичних кривих рівня моря, (11) сформулював модель космозалежної геологічної еволюції ПЗ Чорномор'я у плейстоцені, (12) виконав комп'ютерне моделювання рельєфу основних геологічних поверхонь території Одеси і на цієї основі побудував карту диз'юнктивів, (13) виконав комп'ютерну обробку даних 30-річного моніторингу РҐВ на території Одеси, (14) сформулював модель структурно-тектонічного дренажу, яка пояснює поліциклічний характер коливань РҐВ в Одесі, та підтвердив комп'ютерним моделюванням її працездатність.

Апробація результатів дисертації. Частина теоретичних положень роботи і значна частина результатів прикладних регіональних досліджень були представлені на таких форумах: Міжнародному симпозіумі “Тектоніка і вулканізм планет” (Єреван, 1977), семінарі “Застосування експресних методів при виконанні екологічних досліджень” (Київ, 1996), 3-ій Українській науково-технічній конференції “Механіка ґрунтів і фундаментобудування” (Одеса, 1997), 1-му Азіатському симпозіумі “Environmental and Safety Concerns in Underground Construction” (Корея, 1997), науково-технічній конференції “Основні напрями забезпечення безпеки населення та стійкості функціонування господарства України при загрозі виникнення природних та техногенних катастроф” (Київ, 1996), науково-технічній конференції “Проблемі техноприродних аварій і катастроф у зв'язку з розвитком небезпечних геологічних процесів” (Київ, 1997), 2-й міжнародній конференції “Environment Management (ICEM2)”, (Австралія, 1998), науково-методичній конференції, присвяченій 85-річчю В.Д. Ломтадзе (С.-Петербург, 1997), 8-му міжнародному конгресі “Engineering geology and environment” (Канада, 2000), 2-ій міжнародній конференції “Application Micro- and Meioorganisms to Environmental Problems” (Канада, 2000).

Публікації. Всього по темі дисертації опубліковано 35 наукових робіт, у тому числі: 2 монографії (об'ємом 10,8 і 29,0 друк. арк.), 19 статей в наукових спеціалізованих виданнях, 14 статей в “Матеріалах” і “Тезах” симпозіумів і конференцій.

Структура й обсяг роботи. Обсяг тексту складає 333 сторінки, робота складається з "Вступу", 6 розділів, "Висновків" і списку літературних джерел (249 найменувань). Робота містить 63 малюнка і 12 таблиць.

Подяки. На протязі кількох років автор відчував постійну увагу і доброзичливе відношення до його роботи з боку друзів і колег — О.І. Висоцького, Ю. Гороховича, В.М. Забудського, Л.В. Іщенко, Т.В. Козлової, В.М. Кравцова, О.Г. Ліходедової, О.П. Прошіна, Є.О. Чеміза, Є.А. Черкеза. Їх тепло і підтримка були важливим стимулом в роботі. Автор вдячний М.Ф. Ротарю, яки взяв на себе турботи по перекладу тексту автореферату на українську мову. Автор вдячний за допомогу співробітникам кафедри інженерної геології і гідрогеології — Н.В. Дащенко, О.В. Драгомірецкому, В.І. Калініченко, Є.Г. Конікову, О.В. Кругловії, І.М. Крижановськой, Д.В. Мелконян, Л.Ф. Назаренко, Г.С. Педан, М.Ф. Ротарю, О.Е. Чуйко, Є.С. Штенгелову. Автор вдячний Г.М. Каттерфельду, а також І.О. Одеському, А.Х. Кагарманову (Гірський ін-т ім. Г.В. Плеханова, С.-Петербург), В.П. Палієнко (Ін-т Географії НАНУ), Б.І. Кислому (Казахстан) за високу оцінку і ряд корисних зауважень по монографії “Гравітаційно-резонансний екзотектогенез”.

Консультантами автора з деяких питань були Е.А. Черкез і Ю.Д. Шуйський. Автор виражає їм свою вдячність.

Першими критиками і “жертвами” пошуків автора були його дружина Ніна і сини В'ячеслав і Олексій. Низький їм уклін за те терпіння і мужність, з якими вони “несли свій хрест”.

ЗМІСТ РОБОТИ

1. Базові принципи концепції ГРЕ. В розділі сформульовано три принципи, які можна вважати надійно обґрунтованими положеннями природознавства взагалі і наук про Землю, зокрема. Один з них — сформульований в 1896 р. П. Кюрі універсальний принцип симетрії. Звичне в кристалографії поняття симетрії було поширено їм на все фізичні явища. В межах концепції ГРЕ принцип симетрії сформульований таким чином: в загальному випадку будь-який об'єкт, що еволюціонує, містить елементи симетрії формуючого його середовища; в неспотвореному вигляді зберігаються тільки ті елементи власної симетрії, які співпадають з елементами симетрії середовища; диссиметрія об'єкту — це важлива діагностична ознака впливу на об'єкт якихось додаткових “екзогенних” або “ендогенних” чинників.

Важливо підкреслити, що в прийнятій нами інтерпретації принцип симетрії розповсюджується не тільки на просторовий, але і на часовий аспект взаємодії.

Другий базовий постулат — принцип міжпланетного резонансу — заснований на гіпотезі, запропонованій в 1960-х роках радянським математиком О.М. Молчановим: Сонячна система — це нелінійна коливальна система, яка в геологічному масштабі часу еволюціонує у напрямі максимальної синхронності більшості різночастотних астрономічних, планетарних і геофізичних подій. На сучасному часовому зрізі вона знаходиться в стані, близькому до резонансного; це виражається в наявності зв'язку між орбітальним рухом і осьовим обертанням деяких планетних тіл (спін-орбітальний резонанс), а також в том, що орбітальні частоти багатьох планетних тіл рівні, кратні або знаходяться в раціональних відношеннях між собою (орбітальний резонанс). Геологічно важливим окремим випадком є спін-орбітальний резонанс Землі.

Третій базовий постулат (в основі якого лежать головним чином результати робіт Б.Л. Лічкова, Г.М. Каттерфельда, В.Г. Бондарчука, І.І. Чебаненко) — принцип тектогенезу: тектогенез, як планетарне явище, — це функція маси планети, він можливий тільки на такому планетному тілі, гравітаційний потенціал якого, перевищує деяку критичну величину. Тектогенез включає два елементи: екзотектогенез (реакція тектоносфери на астрономічні події) і ендотектогенез (направлена еволюція протопланетної речовини). Енергетичне “підживлення” екзотектогенезу неухильно зростає за рахунок еволюційного наближення Сонячної системи до стану гравітаційного резонансу; енергія, яка “живить” ендотектогенез, навпаки, неминуче вичерпується в геологічному процесі у міру того, як вона витрачається на ускладнення структури тектоносфери. Відносна роль екзотектогенезу і структурованість спектру його активізації в геологічному часі зростають на фоні поступово затухаючого ендотектогенезу.

Запропонована нами теза “розділення” єдиного процесу тектогенезу на “ендогенний” і “екзогенний” компоненти важлива не тільки і, можливо, не стільки в змістовному відношенні, скільки з методичної точки зору. Мається на увазі перспектива розробки і вдосконалення методів вивчення реакції геосистем на зовнішні збурюючи впливи. В першу чергу це торкається “високочастотних” подій, актуальних при вивченні природи сучасних небезпечних геологічних процесів.

2. Бінарна структура тектоносфери. Глобальний тектогенез (і ендогенний, і екзогенний) відбувається під контролем гравітаційних сил. З принципу Кюрі витікає, що просторова симетрія тектогенезу в загальному випадку повинна підкорятися симетрії поля земного тяжіння, тобто в першому наближенні симетрії кулі. Осі і площини симетрії кулі повинні контролювати тип тектогенезу, який ми називаємо “радіальним”, а симетрія подібності А.В. Шубнікова, або “симетрія матрьошки”, — тип тектогенезу, названий нами “сферичним”. Основні тенденції розвитку геотектоніки підтверджують такий наслідок принципу Кюрі. Двом названим типам тектогенезу — сферичному і радіальному — відповідають, в порядку переліку, такі поняття сучасної геології як “тектонічна розшарованість” і “блоково-мозаїчна будова літосфери”. Перше з них в нинішній час зв'язується з концепцією тектонічної розшарованості літосфери (О.В. Пейве, С.В. Руженцев, В.Г. Тріфонов, Л.І. Лобковській, Ю.Г. Леонов, Ю.М. Пущаровській та ін.), а друге — з концепцією геоблокової подільності і геосинклінально-платформеної еволюції земної кори (Дж. Хол, Е. Ог, М.С. Шатський, В.В. Белоусов, В.Є. Хаїн, І.І. Чебаненко та ін.).

Фактичний матеріал, накопичений в межах названих концепцій особливо виразно підкреслює саме ті особливості будови тектоносфери, які теоретично виходять з базових принципів концепції ГРЕ — принципів симетрії і тектогенезу. Найважливіша з цих особливостей — тангенціальна і радіальна структурно-реологічна диференційованість речовини тектоносфери на “крихке” і “пластичне”, на “рухливе” і “інертне”. Концепція розшарованості і теорія геосинкліналей дають емпіричну базу, а принципи симетрії і тектогенезу — теоретичну підставу для того, щоб узагальнити уявлення про ГГФ неоднорідність властивостей речовини тектоносфери в понятті “георецептор”.

Георецептором ми називаємо елемент геосистеми будь-якого рівня ієрархії, що має максимальну "піддатливість" і здатний, завдяки цьому, першим реагувати на зовнішнє збурення, що змушує, активізуючи тим самим зв'язану з ним геосистему і погоджуючи тимчасову симетрію її відповідних реакцій із симетрією впливів, що змушують, у загальному випадку прагнучи перевести геосистему в резонансний режим з цими зовнішніми впливами.

Відповідно до симетрії гравітаційного поля, георецептори тектоносфери ми поділяємо на два класи — георецептори сферичної і радіальної симетрії. Георецептори сферичної симетрії –– це астеносфери й астеношари, розташовані на декількох гіпсометричних рівнях тектоносфери (вони контролюють тектогенез, який ми іменуємо сферичним). Георецептори радіальної симетрії — це дизъюнктивы різних ієрархічних рівнів, за посередництвом яких здійснюється енергомасообмін між астеносферами різних глибин (радіальний тектогенез).

З погляду концепції ГРЕ, саме георецептори — за фактом свого існування — не дозволяють тектоносфері залишатися незмінною у фізичних полях Землі, що змінюються, і Сонячної системи.

Сферичний тектогенез. Результати ГГФ досліджень і теоретичні моделі (В.Н. Жарков, В.В. Кесарєв, В.М. Миколаївський, В.І. Шаров, О.В. Пейве, А.В. Чекунов та ін.) дозволяють обґрунтовано говорити про існування, як мінімум, п'яти астеносфер планетарного масштабу. Це — внутрішньокоровий хвилевід, зона підвищеної пластичності поблизу межі Мохо, “класична” астеносфера, зона зниженої механічної добротності на глибині 700-900 км, зона низької механічної добротності на межі ядро-мантія. Перераховані “пластичні” геосфери (георецептори) чергуються з більш “в'язкими” (“інертними”) геосферами.

Концентрична вкладеність геосфер, спряжені пари яких володіють контрастними реологічними властивостями, створює сферично-симетричну бінарну структуру тектоносфери. Дві спряжені і взаємодіючі геосфери, одна з яких виконує роль георецептора, а інша — роль інертної ланки, утворюють своєрідний “бінарний квант” тектоносфери. Бінарні кванти сферичної симетрії в масштабі планетарної тектоносфери формують декілька структурно-геофізичних поверхів (СГП). На планетарному рівні обґрунтовано можна говорити про п'ять СГП — внутрішньокоровий, коровий, літосферний, верхньомантійний і ніжньомантійний. Літолого-петрографічна розшарованість геологічного розрізу будь-якого відносно крупного осадового басейну — універсальне явище. Тому виділення “бінарних квантів” структурно-геофізичних поверхів та ярусів (СГП і СГЯ) можливо і методично доцільно, якщо цього вимагає ціль дослідження, в геосистемах регіонального і локального масштабів.

Радіальний тектогенез контролюється і керується субвертикальною системою дискретності геопростору — системою потенційних і реально існуючих диз'юнктивів різного масштабу, різної природи і морфології; вони сприяють зменшенню інертності тектоносфери по радіальній координаті на різних її поверхах у відповідь на зовнішнє збурення, створюючи тим самим її “радіальну міру свободи”.

На відміну від традиційного розуміння цього терміна, у рамках концепції ГРЕ диз'юнктивом називається георецептор радіальної симетрії, такий, що фізичні властивості геосередовища усередині зони його впливу і за її межами істотно розрізняються; у структурному відношенні диз'юнктив — це тривимірне геологічне тіло, принаймні, один з лінійних розмірів якого набагато більше інших. Прикладами диз'юнктивів можуть бути зони підвищеної проникності, підвищеної тріщинуватості, глибинних розломів, геосинклінальні пояси, магматичні канали вулканічних структур, астеноліти, плюми і т. п.

Подібно сферичним георецепторам, радіальні георецептори — диз'юнктиви — утворюють складну ієрархічно побудовану систему. Відповідно до логіки концепції ГРЕ, система диз'юнктивів даного ієрархічного рівня генетично і просторово пов'язана зі “своєю” астеносферою, утворюючи тим самим тривимірну систему георецепторів даного СГП. З принципу глибинності В.Є. Хаїна і В.В. Белоусова (“чим ширше площа, охоплена однозначними рухами і деформаціями, тим глибше лежить джерело їх збудження”) витікає, що характерний тектонічний крок латеральної розчленованості даного СГП або СГЯ пропорційний глибині залягання його астенослоя. Тому у загальному випадку верхня частина земної кори — це найбільш складно побудована зона тектоносфери, куди, як на екран, “проектуються” диз'юнктиви всіх СГП і СТЯ; тут максимально можливу ширину має як діапазон характерних розмірів геоблоків (від багатьох тисяч кілометрів до декількох десятків метрів і менше), так і діапазон періодів активізації диз'юнктивів (від багатьох сотень млн. років до декількох діб і годин).

Радіально-сферична симетрія тектоносфери на глибинних рівнях до ядра переконливо підтверджується даними сейсмічної томографії. На підставі томографических карт Дж. Х. Девіса (Кардиффський університет, Уельс) нами побудований широтний розріз земної кулі по 20° півн. шир. (рис. 1). “Малюнок” розподілу плюмов (точніше, аномалій знижених сейсмічних швидкостей) відповідає теоретично очікуваній спіральній структурі (спіральна структура обумовлена гравітаційним впливом Місяця і планет, що приводить до поліциклічного зменшення швидкості осьового обертання Землі в геологічному часі, у результаті чого речовина астеносфер планети “біжить” вперед у напрямку її обертання відносно до більш в'язких геосфер). Радіальні рецептори тектоносферы (диз'юнктиви), що у верхніх поверхах тектоносфери представлені активними поясами, геосинклінальними зонами, глибинними розломами і т. п., на глибинних рівнях в екваторіальному зрізі планети утворюють п'ять спіральних рукавів перегрітої (“пластичної”) речовини. При цьому “внутрішня структура” рукавів також не випадкова. У “увігнутих” (західних) частинах кожного з п'яти рукавів спостерігаються субгоризонтальні “відгалуження”, що створюють у цілому асиметричну “пір'ясту” структуру рукавів.

Якщо наші припущення і наша інтерпретація приведених даних томографії є вірними, то в цілому для Землі варто визнати, по-перше, екваторіальне “скручування” геосфер із заходу на схід, по-друге, глибокі (до ядра) і досить стійкі в геологічному часі спіралєвидні енергетичні канали, що “живлять” тектонічну активність поверхневих геоструктур, по-третє, у цілому досить високу “пластичність” речовини тектоносфери. Останнє саме і дозволяє тектоносфері адекватно реагувати на зовнішні збурення в широкому діапазоні частот.

Зараз “відірваність” окремих плюмів один від одного, їх “плямистий” і, на перший погляд, хаотичний розподіл у просторі тектоносфери інтерпретується як указівка на те, що плюми здатні зароджуватися і зароджуються на різних гіпсометричних рівнях. У рамках концепції ГРЕ і з урахуванням спіральної структури екваторіального сейсмотомографічного зрізу Землі цей факт можна трактувати трохи інакше. У нашій інтерпретації, окремі “плями” плюмів у межах деякого спірального рукава є не самостійними плюмами, що зародилися на різних глибинах, а елементами єдиного енергомасопотоку, що виникає в головній “реакційній” геосфері планети — на границі ядро-мантія — на визначеному етапі тектоно-магматичного циклу. Потім, у ході подальшої еволюції енергомасопотоку, він переміщується нагору, зустрічаючи і перетинаючи кілька астеносфер. У межастеносферному просторі потік відносно “остигає” і “розривається”, а в просторі астеносфер, навпроти, “нагрівається” за рахунок ротаційно-інерційних сил, активізується й утворює бічні відгалуження від основного каналу.

Уява про бінарну структуру тектоносфери чудово узгоджується з відомими фактами і моделями регматогенезу, тобто теоретично пояснює зв'язки радіального тектогенезу з ротацією. Вона відкриває перспективи нових підходів до проблем “сферичний тектогенез і ротація”, “радіальний тектогенез і ротація” “георецептори і тектонічні хвилі”.

На закінчення 2-го розділу сформульований принцип бінарності: тектоносфера Землі має бінарний тип будови. Сферичні і радіальні георецептори утворюють планетарну ієрархічно побудовану тривимірну “астеномережу” радіально-сферичної симетрії, яка, перебудовуючись в ході геотектонічної еволюції, на будь-якому часовому зрізі закономірно “квантує” геологічний простір за реологічними та іншими геолого-геофізичними властивостями, забезпечуючи тим самим дві потенційні міри свободи для розповсюдження різночастотних тектонічних імпульсів. В геологічній еволюції система радіальних і сферичних георецепторів, по-перше, грає роль енергетичних субгоризонтальних поверхонь і міжастеносферних субвертикальних каналів енергомасопереносу і, по-друге, дає можливість синхронізації геолого-геофізичних і геотектонічних подій з подіями астрономічними.

3. Принцип планетарного резонансу. В даному розділі розглянуті можливості застосування принципу Кюрі у часовому аспекті. Траєкторію еволюції геосистеми можна представити у вигляді часових рядів зміни тих або інших параметрів її поточного стану. В цьому випадку спектр періодів зміни параметрів стану є ключем до розуміння природи геосистеми. У зв'язку з вивченням резонансних властивостей геосистем нами введено поняття “часової симетрії системи”. У нашому розумінні часова симетрія геосистеми — це властиві геосистеме будь-якого рівня ієрархії особливості активізації в часі, що віддзеркалюються у хронологічній структурі і періодограмі (частотному спектрі) часового ряду деякого параметра її стану.

Формування і розвиток будь-якої геосистеми, будь-якого планетного тіла і Сонця відбувається в середовищі Сонячної системи, тобто в просторі збурених фізичних полів, що безперервно змінюються, у тому числі і гравітаційного. Відповідно до принципу Кюрі, часова симетрія цих збурень може частково або повністю зберігатися в часовій симетрії функціонування більшості або навіть всіх типів ГГФ систем. Згідно принципу бінарності, необхідною умовою еволюції геосистем в резонансі (квазісинхронно) із зміною фізичних полів Сонячної системи є наявність в структурі геосистеми георецепторів. Для відповіді на питання, чи реалізується така можливість насправді, важливо з'ясувати в першу чергу, чи існує резонансний зв'язок між зміною параметрів екзосфери Сонця і гравітаційними збуреннями, створюваними рухом планет.

Як відомо, є дві гіпотези, покликані пояснити спостережувану періодичність сонячної активності — так звані “екзогенна” і “ендогенна”. Перша пов'язує циклічність з “елітними” конфігураціями планет (Е. Аббе, В. Делярю, К. Біркеланд, Е. Браун, Р. Вольф та ін.), друга — з процесами, що відбуваються на Сонці і пояснюються виключно направленою “самоорганізацією” зоряної речовини (В. Бьеркнес, Вальдмайер та ін.).

Певним конфігураціям планет вже давно надається провідне значення як чиннику, потенційно здатному генерувати в просторі Сонячної системи передбачені варіації фізичних полів (у тому числі і гравітаційного). В цьому відношенні найбільшу увагу привертають лінійні конфігурації — розташування двох і більш планет в якийсь момент часу на одній лінії одна з одній і по одну сторону від Сонця. Для епохи 1701-2040 рр. нами обчислений часовий ряд параметра, який ми назвали “індексом астрономічних подій F” (Індекс астрономічних подій F (індекс F) — сума таких потрійних з'єднань планет, що мали місце протягом даного року, при яких максимальний діапазон довготи трьох даних планет, розташованих по одну сторону від Сонця, не перевищував 10 градусів). Цей ряд використовується нами для з'ясування питання про можливу резонансну реакцію Сонця і геосистем різного типу на передбачувані гравітаційні збурення з боку планет.

Порівняльний частотно-резонансний аналіз рядів різних ГГФ процесів і індексу астрономічних подій виконувався на основі авторської методики, в основі якої лежить припущення про те, що Земля, як планетарна геосистема, що еволюціонує у фізичних полях Сонячної системи, що змінюються, і — у загальному випадку –– усі її підсистеми є нелінійними, дисипативними, здатними генерувати параметричні збуджені коливання. Як відомо, параметричний резонанс виникає за умови: 2p де p — це період зміни зовнішнього впливу, w – період параметрично збуджених коливань у системі, n = 1, 2, 3 ... (чим більше n, тим менше енерговплив на систему).

Нами виконаний порівняльний аналіз часових рядів індексу астрономічних подій (F) і чисел Вольфа (W). З'ясовується, що на інтервалі 1701-2000 рр. сонячна активність знаходить велику кількість резонансів з астрономічними подіями. Між часовими рядами F і W на 40 різних частотах, відповідних періодам від 2,13 до 23,81 року, виявляються (с точністю не менш 1%) резонанси 2:1 (на 15-ти частотах), 1:1 (на 21-ої частоті), 2:3 (на 15-ти частотах), 1:2 (на 11-ти частотах), 2:5 (на 5-ти частотах), тобто всього 67 резонансів. Це означає що у формуванні різнопорядкової хронологічної структури циклів сонячної активності якщо не єдину, то важливу роль грають гравітаційні збурення планет. Ендогенна еволюція Сонця, що відбувається по “своїх” (“зоряних”) законах, узгоджується у часі з багаточастотним ритмом, що вимушує, який задається рухом планет.

З цього факту ми робимо висновок: Сонце — це своєрідний природний інструмент, який інтегрально реєструє часову симетрію гравітаційних збурень. Звідси витікає, що ряд W можна інтерпретувати не тільки як показник електромагнітних збурень сонячної атмосфери, але і як непрямий показник гравітаційних збурень в просторі Сонячної системи, він — фундаментальна динамічна характеристика її гравітаційного простору, простору, який є середовищем, де еволюціонують Сонце, планети і геосистеми будь-якого ієрархічного рівня. В цьому зв'язку важливим виявляється питання, чи існують подібні резонансні зв'язки між часовою симетрією астрономічних і ГГФ подій? Обчислення показують, що позитивна відповідь на це питання не тільки витікає, як логічний наслідок, з принципу Кюрі, але і узгоджується з фактичними даними.

Нами обчислені резонансні співвідношення між астрономічними (ряді декількома ГГФ подіями, між геліофізичними (ряд W) і ГГФ подіями, а також між деякими ГГФ подіями. Всього, з цієї точки зору, нами вивчені резонансні зв'язки в 12 парах часових рядів (табл. ). На рис. для приклада показані результати аналізу частотно-резонансного зв'язку астрономічних подій і сейсмічної активності Землі. У тексті роботи аналогічні рисунки ілюструють усі пари часових рядів, яки указані в табл. 1. Наш загальний висновок можна сформулювати так: всі вивчені пари часових рядів, принаймні, не дають підстав відкинути гіпотезу про резонансний зв'язок астрономічних подій з ГГФ подіями і ГГФ подій між собою.

Отримані результати дозволяють вивести наступне. Вивчені ГГФ події на самих різних частотах відбуваються в резонансі з геліофізичними і астрономічними подіями. При цьому, природно, ми не заперечуємо внутрішніх причинно-наслідкових зв'язків в геосистемах. Зрозуміло, наприклад, що активність Сонця безпосередньо впливає на атмосферні і численні інші процеси в екзосфері Землі. Проте наша точка зору полягає в тому, що часова симетрія процесів в атмосферах Землі і Сонця (W-GT, W-SOI) обумовлена не стільки тим, що процеси в земній атмосфері породжуються варіаціями сонячної активності, а в основному тим, що існує загальна для них причина — гравітаційні збурення в просторі Сонячної системи (F-W, F-GT, F-SOI). Саме тому ми вважаємо, що електромагнітна активізація сонячній екзосфери, з одного боку, і активізація атмо-гідросферних подій і сейсмічності тектоносфери Землі, з іншого, — це процеси одного генетичного рівня. Вони мають загальний “хронометр”, загальні події, що “вимушують”, — багаточастотні гравітаційні збурення в просторі Сонячної системи.

Таблиця 1. Резонанс астрономічних і ГГФ подій

Часові ряди | Інтервал

(роки) | n | Кількість резонансів

(з точністю не менш 1%) | Q | N1 | N2 | R1 | R2

2:1 | 1:1 | 2:3 | 1:2 | 2:5

F – LOD | 1855-2001 | 147 | 11 | 9 | 6 | 7 | 7 | 40 | 31 | 21 | 25 | 68 | 81

F – MAG | 1895-2001 | 107 | 2 | 2 | 3 | 3 | 3 | 13 | 27 | 14 | 22 | 52 | 81

F – GT | 1876-1996 | 141 | 8 | 6 | 10 | 5 | 4 | 33 | 32 | 23 | 26 | 64 | 79

F – SOI | 1866-1994 | 129 | 7 | 4 | 8 | 7 | 8 | 34 | 29 | 20 | 24 | 69 | 83

F – DAN | 1871-1988 | 128 | 5 | 7 | 6 | 2 | 3 | 23 | 27 | 18 | 21 | 67 | 81

F – BSL | 1876-1991 | 116 | 7 | 9 | 8 | 5 | 3 | 32 | 29 | 20 | 24 | 69 | 83

F – ODP | 1876-1993 | 118 | 1 | 4 | 1 | 4 | 4 | 14 | 17 | 10 | 15 | 59 | 88

W – GT | 1856-1996 | 141 | 8 | 2 | 3 | 5 | 3 | 21 | 20 | 12 | 16 | 60 | 80

W – SOI | 1866-1994 | 129 | 6 | 11 | 5 | 5 | 7 | 35 | 29 | 19 | 28 | 66 | 97

LOD – MAG | 1895-2001 | 107 | 3 | 8 | 4 | 4 | 1 | 20 | 27 | 16 | 23 | 59 | 85

GT – BSL | 1876-1991 | 116 | 4 | 6 | 4 | 6 | 2 | 22 | 26 | 16 | 24 | 62 | 92

SOI – BSL | 1876-1991 | 116 | 4 | 7 | 4 | 5 | 5 | 25 | 26 | 16 | 22 | 62 | 85

n — довжина часового ряду (в роках). P — теоретична сумарна кількість можливих резонансних співвідношень 2:1, 1:1, 2:3, 1:2 і 2:5, обчислених на основі часового ряду чинника. Q — кількість значущих періодів в періодограмі часового ряду параметра системи, що вивчається. N1 — сумарна кількість спостережуваних резонансних періодів (з точністю не менш 1%). N2 — сумарна кількість спостережуваних резонансних періодів (з точністю не менш 2%). R1,2 — індекс часової симетрії параметра геосистеми (R = N / Q ). Індекс диссиметрії D рівний, відповідно, D = 100 – R.

Першим в кожному рядку таблиці вказаний часовий ряд, що грає роль чинника, який вимушує.. F — індекс астрономічних подій. W — числа Вольфа. LOD – прискорення осьового обертання Землі. MAG — сумарна магнитуда зареєстрованих на Землі землетрусів. GT — глобальна температура атмосферного повітря на рівні моря. SOI — індекс Південного коливання. DAN — середньорічний об'єм природного стоку Дунаю. BSL — рівень Чорного моря. ODP — кількість атмосферних опадів в Одесі.

Висловлені результати, а також сучасні ІК літописі пліо-плейстоцену у зв’зку з теорією М. Міланковича, дозволяють сформулювати принцип планетарного резонансу: еволюційна самоорганізація геосистем відбувається не в “вільному режимі”, а під впливом багаточастотних збурень фізичних полів Сонячної системи, який змушує. У геологічному масштабі часу в широкому діапазоні частот виникає резонанс активізації геосистем, що піддається кількісній оцінці, і космічного середовища, у якій вони еволюціонують. Квазісинхронність геліофізичних і багатьох геолого-геофізичних подій виникає в результаті єдиної для всіх природних систем причини їхньої активізації — збурень гравітаційного й інших фізичних полів в біля-сонячному просторі.

Що стосується фізичних механізмів, за допомогою яких ті або інші геосфери реагують на збурення зовнішніх впливів, то для атмосфери такими механізмами можуть