Рис.1. Возникновение ячеек Бенара при разности температур, больше критической.
Но дело не только в этаком рецидиве. Чрезвычайно сложно применить идею Г.Н. Лукьянова к евразийскому сейсмическому поясу, где надвигающиеся друг на друга компоненты этого материка и без того сжаты до полного вырождения упругих элементов, разделяющих эти компоненты. Тем не менее, сжатие по этому поясу продолжается. Вполне вероятно, что соответствующими ухищрениями в рамках предложенной идеи эту неприятность удастся обойти, но нужно ли?В свое время в [2] была высказана гипотеза о возможном "приводном" механизме тектоники плит, но, видимо, сделано это было недостаточно подробно.
Прежде всего, несколько слов о "ячейках Бенара". Представим себе, что пространство между двумя горизонтальными параллельными пластинами, расположенными на расстоянии, много меньшем их линейных размеров, заполнено жидкостью с нормальным коэффициентом теплового расширения. Сила тяжести перпендикулярна плоскости пластин, нижняя пластина нагревается, а верхняя охлаждается. Вполне очевидно, что нагретые нижние слои жидкости имеют меньшую плотность, чем холодные верхние и под действием силы тяжести стремятся поменяться местами, то есть должна начаться конвекция. Но симметричный характер системы способен существенно задержать начало процесса, поэтому вертикальное движение жидкости начинается только при довольно значительном перепаде температур. Было показано, что в слое жидкости этот обмен приводит к возникновению ячеек, подобных показанным на рис. 1 и названных по имени автора "ячейками Бенара".
Эти факторы, конечно, исключают применение аппарата Бенара в чистом виде, но допускают его применение к концентрическим сферам в соответствующей модификации. Основанием для такого заявления могут послужить наблюдения глобальной циркуляции в атмосфере и гидросфере Земли. На рис. 3 показана атмосферная циркуляция в меридиональном сечении, а на рис. 4 - возможный вид этой циркуляции извне. На этих рисунках хорошо видны тороидальные "трубы" циркуляции, в которых легко опознать сильно деформированные ячейки Бенара.В атмосферной глобальной циркуляции существуют 6 зон - по три зоны в каждом полушарии:
Рис. 3. Схема атмосферной циркуляции.
Рис.4. Воздушные течения как модификация ячеек Бенара применительно к сферическому случаю
(приповерхностные потоки показаны пунктиром).
1. У экватора воздух поднимается, отклоняясь к западу, затем смещается в меридиональном направлении к полюсам, на широте 300 образует нисходящий поток, отклоняясь в восточном направлении и, наконец, течет вдоль поверхности земли к экватору, создавая хорошо известные пассаты.Ничего подобного нельзя наблюдать в гидросфере, которая находится в тех же условиях, кроме одного: в океанах градиент температуры положителен и конвекция отсутствует. Конечно, материки сильно искажают картину океанских течений, но в просторах Тихого океана, по крайней мере, в его центре, хоть какие-то следы циркуляции, подобной атмосферной, должны бы были проявиться при неконвективной их природе. Однако, их нет (см. рис.5), следовательно, основным "виновником" атмосферной циркуляции является именно конвекция, влияние же сферичности и вращения вторично.
2. Две другие зоны с противоположным вращением расположены между 300 и 600 соответственно северной и южной широты. Воздух в них поднимается, отклоняясь к западу, на широте 600, течет в направлении экватора, продолжая отклоняться на запад, опускается на широте 300 к твердой поверхности, образуя общие с 1-ми зонами нисходящие потоки, затем течет вдоль поверхности, отклоняясь к востоку и создавая своего рода антипассаты
3. В зонах от 600 до полюсов вращение воздушных потоков снова совпадает с приэкваториальным: на широте 600 воздух поднимается, создавая совместные со среднеширотными зонами восходящие потоки, затем течет к полюсам, отклоняясь к востоку (и, вполне вероятно, создавая устойчивые полярные вихри), затем опускается на полюсах и растекается вдоль поверхности земли.
Между тем, в мантии Земли градиент температуры снова отрицателен (температура ядра существенно выше температуры коры), следовательно, жидкая магма должна конвектировать.Обратим внимание на то, что в верхних слоях атмосферы возникают 3 зоны растекания (на экваторе и на 600 северной и южной широты) и 4 зоны стекания (на полюсах и 300 северной и южной широты). С учетом этого замечания и того факта, что афро-евразийское сжатие расположено на широте 300, можно допустить аналогичную зональность конвективных потоков в мантии. Однако дальнейшие аналогии между атмосферой и мантией становятся опасными, прежде всего, из-за огромной разницы в вязкости сред.
Ничтожная по сравнению с жидким базальтом вязкость воздуха позволяет считать линейную скорость (при радиальном его движении) постоянной, для магмы же это неверно. Поскольку магма не твердое тело, ее угловая скорость при радиальном смещении будет меняться, но в значительно меньших пределах, чем в твердом теле.Следовательно, широтные составляющие - магматические "пассаты" и "антипассаты" - будут существенно меньше, хотя полярные вихри, пожалуй, все-таки должны проявляться.Нельзя не учитывать и тот факт, что толщина атмосферы много меньше радиуса Земли, поэтому поведение атмосферы довольно близко к плоскому случаю, чего никак нельзя сказать о мантии.
Это означает, что в мантии (из-за малости широтных смещений и большой толщины конвектирующего слоя) возможно возникновение ячеек циркуляции внутри зон - дробление единого зонального "тора" на части как в радиальном, так и в тангенциальном направлениях. Такому дроблению могут способствовать и материки. Конечно, выступ в десяток километров на фоне 3,5 тыс. - величина малая, но, может быть, вполне достаточная для создания возмущения.В пользу такого предположения свидетельствуют разные составы лав, изливающиеся из вулканов одной широтной зоны. Ведь наличие единого для всей зоны конвективного кольца должно было бы давно перемешать всю магму, по крайней мере, в пределах зоны.
Можно вспомнить и о магнитном поле. Если допустить, что магнитное поле Земли создается как результат суперпозиции магнитных потоков, создаваемых магматическими "пассатами" и "антипассатами" и в основном компенсирующих друг друга, то дробление магматических "торов" на случайные (или инициированными выступами вглубь материков) ячейки несомненно будет влиять на результат суперпозиции вплоть до смены магнитных полюсов.Мы не располагаем достаточным экспериментальным материалом даже для приближенных расчетов, но одно экспериментальное доказательство изложенной гипотезы могло бы быть получено сравнительно легко.
При любой конечной вязкости жидкое состояние магмы не может не привести к возникновению вихревого течения у полюсов. Поэтому опережающее вращение на восток антарктического материка, которое можно обнаружить современными методами, могло бы стать таким доказательством.Литература
1. Г.Н. Лукьянов "Аналогия колебаний системы связанных осцилляторов и движения земных материков".\\Демиург, 1, 2004, http:\\att.da.ru
2. С.И. Марков "О модели Земли".\\ Виртуальный мир, 1, 2002, http:\\att.da.ru
Мастеров В.Ф., Мамыкин А.И. Физическая картина мира ".\\ Демиург, 1, 1999, http:\\att.da.ru