Синхронизация геологических часов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Синхронизация геологических часов

Александр Н. Павлов

энергосодержание порода скорость время

… если мы хотим, чтобы от науки была какая-то польза, мы должны строить догадки, чтобы наука не превратилась в простые протоколы проделанных экспериментов, мы должны выдвигать законы, простирающиеся на ещё не изведанные области. Р.Фейнман

Попробуем сделать такого рода догадки в геологии. Мною была выведена феноменологическая формула [Павлов,1985] для подсчёта энергосодержания породы по известной её массе m, петрографическому составу n_i , минералогическому составу p_j и энергии кристаллических решёток минералов U_p:

Е = ?mn_i p_j U_pj / N_pj (1)

Где N_p - масса одной грам-молекулы рассматриваемых минералов.

Например, если речь идёт только об одной породе, состоящей из кварца и полевого шпата, то i =1, а j = 2, что соответствует кварцу с N_p1, U_p1 и полевому шпату с N_p2, U_p2. Поскольку расчёт ведётся для одной породы, n₁= 1. Если в ней содержится кварца, скажем 30%, а полевого шпата 70%, то p₁=0,3, p₂= 0,7.

Очевидно, что величина m может быть вынесена за знак суммы:

Е = m?n_i p_j U_pj / N_pj (2)

Нетрудно понять, что Е представляет собой средневзвешенную по составу пород энергию кристаллической решётки, которой обладает рассматриваемая породная масса m. Она характеризует данную породу как гарант существования. Иными словами, Е - это энергия существования породы или комплекса пород как геологического массива, блока, какого-то тела и т.д.

В физике среди различных видов энергии (тепловой, механической, электрической и т.д.) известна энергия покоя частицы, описываемая известной формулой А. Эйнштейна

е = m С² (3)

Это энергия, которой обладает частица просто в силу своего существования.

Входя в область догадок [Фейнман, 1987], по аналогии с (3), перепишем (2) в следующем виде:

Е = mV² (4)

Тогда получим, что

V = (?n_i p_j U_pj / N_pj )^0,5 (5)

Это должна быть некая предельная скорость, за которой порода как элемент Земли или Солнечной системы перестаёт существовать

Из феноменологической формулы (1) вытекает, что ?n_i p_j - коэффициент, отражающий средний минералогический состав рассматриваемой массы пород, а ?n_i p_j U_pj / N_pj - их среднее энергосодержание на единицу массы (при условии m = 1).

Посмотрим, какие значения примет величина V [(5)] для основных типов пород: изверженных, осадочных, метаморфических (по их средним составам).

Средний состав магматических пород возьмём по Р. Гаррелсу и Ф. Маккензи [1974] (табл. 1). Покажем вычисление величины V по формуле (5):

V²_м = (0, 06•4808/132 + 0,07•4022/100 + 0,03•3941/116 + 0,18•10372/278 + 0,28•11473/262 +0,119•11495/278 + 0,03•3419/160 + 0,16•3109/60 ) •4,1868•10⁶ = =(2,18 + 2,82 + 1,02 + 6,72 +12,26 + 7,86 + 0,64 + 8,29) • 4,1868•10⁶ = 174,97•10⁶ м²/с² , откуда V_м = 13,23 км/с.

Здесь 4,1868•10⁶ Дж/кг - переводной коэффициент.

Средний состав осадочных пород также возьмём из работы [Гаррелс, Маккензи, 1974] (табл.2). Аналогичный расчёт даёт величину V_ос =12,94 км/с.

Таблица 1 Расчетные параметры для магматических пород

Примечание. Здесь и далее в таблицах: источники [Мамулов, 1961, Щербина, 1972] - экспериментальные данные; источник [Сауков, 1966] - вычислено по экам Е. Ферсмана.

Таблица 2 Расчетные параметры для осадочных пород

Средний минералогический состав метаморфических пород нам неизвестен. Поэтому для оценок используем данные по породам эклогитовой фации, считающейся сегодня продуктом наиболее глубоких метаморфических изменений. Характерным минералогическим парагенезисом для них являются омфацит и гранаты альмандин-пиропового состава [Саранчина, Шинкарёв, 1973]. Для расчётов возьмём условную породу с равным содержанием альмандина, пиропа, диопсида и жадеита (табл.3). Для такой породы получим V_мет = 10,56 м/с. Вычисленные оценки приводят к любопытным результатам (см. табл. 4)

Таблица 3 Расчетные параметры для условных эклогитов

Таблица 4 Сводные результаты

1. Магматические породы как ювенильные или квазиювенильные образования обладают максимальным энергозапасом, и соответственно максимальной предельной для них скоростью существования.

2. Чем более сильным изменениям подвержены породы, тем ниже их энергозапас и соответствующая ему предельная скорость существования.

Очевидно, что эти выводы следует рассматривать как предварительные, однако они настолько интересны, что подводят к целому ряду новых для геологии задач:

1. Полученные значения предельных скоростей существования пород находятся в пределах первой-третьей космических скоростей. Напомним их:

· V₁, V₂ и V₃ соответственно 7,93; 11,16 и 16,67 км/с

Если V < V₁, то тело не может покинуть Землю. При V₁ < V < V₂ тело отрывается от Земли, но движется вокруг неё по эллипсу с одним из центров, совпадающим с центром Земли (тело спутник). Если V=V₂, Тело покидает нашу планету, но движется по параболе.

Для случая V₂ < V < V₃ тело покинет Землю, двигаясь по гиперболе. При V >V₃ тело способно покинуть Солнечную систему.

Полученные значения скоростей существования V говорят, что главные типы известных нам пород энергетически принадлежат Солнечной системе:

V₂ ? V > V₃

2. Мы приходим к пониманию того, что как в физике скорость света в вакууме, в геологии есть своя предельная скорость, определяемая энергией существования пород, а через них и геосфер. По значению такая скорость, по-видимому, совпадает с третьей космической скоростью.

3. Это обстоятельство подводит к аналогии релятивистской аксиоматики для геологии:

· нет привилегированных геологических систем;

· есть привилегированный в геологии параметр - третья космическая скорость, определяющая предельную энергию существования горных пород на Земле.

4. Известно, что прямым следствием релятивистских постулатов А.Эйнштейна является инвариантность интервала между событиями относительно преобразований пространственных координат и времени и соответственно их форма - преобразование Лоренца.

5. Рассматривая вопрос о синхронизации часов в движущихся системах, А. Эйнштейн показывает, что разница в их показаниях составит:

?t = ?t^'/ (1- V²/C²)^0,5 (6)

Ранее мною было показано [Павлов,2009], что в геологии следует говорить не о движущихся системах отсчёта, а о подвижности шкалы времени. Шкала сжимается от древних эпох к настоящему. Это означает, что, оценивая датировку, скажем, начала фанерозоя, мы используем шкалу современных часов, в которых секундная стрелка движется быстрее, чем в докембрии. Сегодня секунда короче. Покажем на примере фанерозоя, как можно оценить временное смещение.

?t = ?t^'/ (1- V²/ V₃ ²)^0,5

Примем для нижней границы фанерозоя временную датировку, приводимую А.А. Баренбаумом [2002] - ?t' = 570 млн. лет. В соответствии с моими данными V = 12,94 км/с (осадочный чехол Земли), V₃= 16,67км/с.

?t = 570•10⁶/ (1- 12,94²/ 16,67²)^0,5

?t = 570•10⁶/ (1- 167,44/277,89)^0,5

?t = 570•10⁶/ (1-0,602)^0,5

?t = 570•10⁶/ (0,398)^0,5

?t = 570•10⁶/ 0,631

?t = 903•10⁶

Получается довольно большая разница между современными часами и часами фанерозоя. Очевидно, что чем дальше вглубь геологических событий мы будем двигаться, тем существенно древнее окажутся геологические события прошлого по отношению к современным часам.

В докембрии геологические «ходики тикали медленнее» по отношению к часам современным. Полученные цифры показывают, что за эон фанерозоя докембрийские часы ускорили свой ход почти на 300 млн. лет. Принимая во внимание теорию расширения Вселенной, можно говорить, что увеличение пространства и укорачивание секунды, создают мощное ускорение эволюционных процессов. Синхронизация геологических часов является важнейшей и принципиальной процедурой при построении геологической истории Земли и отдельных её регионов. Заметим, что эта процедура никогда ещё в геологии не использовалась.

Литература

1. Баренбаум А.А. Галактика, Солнечная система, Земля. - М.: ГЕОС, 2002. 392 с.

2. Гаррелс Р., Макензи Ф. Эволюция осадочных пород. - М.: Мир, 1974. - 272 с.

3. Мамулов С.А. Способы вычисления энергии решёток кристаллов // Тр. Вост. н.-и. горно-рудного института и горн. факультета Сиб. металлургического ин-та им. С. Орджоникидзе. - г. Сталинск,1961, вып.2. - 191 с.

4. Павлов А.Н. О принципе неопределённости в геологии //ДАН СССР, 1985, вып.281,№6. С.1414-1416.

5. Павлов А.Н. Квантовая закономерность геологического развития Земли. ЭФР. 2009.Russika.ru.

6. Саранчина Г.М., Шинкарёв Н.Ф. Петрология магматических и метаморфических пород. - Л.: Недра, 1973. - 392 с.

7. Сауков А.А. Геохимия. - М.:Наука, 1966. - 487 с.

8. Справочник физических констант горных пород. - М.: Мир, 1969. - 543 с.

9. Угаров В.А. Специальная теория относительности - М.: Наука, 1977. - 383 с.

10. Фейнман Р. Характер физических законов.- М.: Наука, 1987. (Библ. «Квант». Вып. 62). - 159 с.

11. Щербина В.В. Основы геохимии. - М.: Недра, 1972. - 295 с.

Размещено на Allbest.ru