Связь галактического движения Солнца с геологией

В процессе орбитального движения Солнце квазипериодически в течение ~1-4 млн. лет пересекает струйные потоки и спиральные галактические рукава. И всякий раз в такие эпохи Солнечная система подвергается воздействию присутствующих в них объектов, в первую очередь, звезд и комет. Все без исключения такие события отмечены в истории Земли как эпохи глобальных геологических, климатических, биотических и иных катастроф, выступающих естественными границами геохронологической шкалы.

В табл. 2 и на рис.10 расчетные времена попадания Солнечной системы в струйные потоки и спиральные рукава Галактики [54] сопоставлены с эпохами массового вымирания (МВ) на Земле живых существ по данным Дж. Сепкоски [55].

Таблица 2.

Времена эпох вымирания организмов по наблюдениям и данным расчета

№	Стратиграфическое положение эпохи массового вымирания	Уровень вымирания	Геологический возраст границ веков по шкале [56], млн. лет.	Расчетное время, млн. лет
	Плиоцен		5.3 – 1.8
	Олигоцен – миоцен		23.8
	Ср.эоцен – приабонский век		37.0
	Маастрихт – даний	ВМВ	65.0±0.1
	Сеноман – турон		93.5±0.2
	Баррем – апт		121.0±1.4
	Киммеридж – титон		150.7±3.0
	Плинсбах – тоар		189.6±4.1
	Норий – рэт	ВМВ	209.6±4.1
	Анизин – ладин		234.3±4.6
	Татарский – грисбахский века	ВМВ	248.2±4.8
	Сакмарский-артинский века
	Степанская эпоха		303 – 290
	Серпухов – башкир
	Турне – визе	(ВМВ)
	Фран – фамен	(ВМВ)
	Лудловская эпоха		423 – 419
	Ашгилл – лландовер	ВМВ
	Лланвирн – лландейло
	Тремадок – арениг
	Дресбахский век		505 – 495
	Ботомский век		524 – 518
	Томмотский век		534 – 530
	Начало фанерозоя (шкалы до 1993г)		570±15

Примечание: через черточку приводятся значения начала и конца одного века или эпохи, если событие массового вымирания (МВ) охватило большую часть или весь этот интервал. ВМВ – великие массовые вымирания. В скобках указаны события, признаваемые «великими» лишь отдельными исследователями. Для данных в последней колонке предполагается, что Солнце входит в струйный поток на 2 млн. раньше и выходит из него на 2 млн. лет позже расчетного значения.

Рис. 10. Сопоставление кривой смертности семейств морских животных в фанерозое по подсчетам Дж. Сепкоски (а) с положением Солнца на орбите и его удалением от центра Галактики и четырех спиральных рукавов (б): I-IY – номера спиральных ветвей Галактики (рис. 8). Ширина галактических ветвей (заштрихованы) условно принята 1 кпк. На кривой, отражающей положение Солнца на орбите, точки с цифрами – моменты попадания Солнца в струйные потоки (табл. 2), квадраты – моменты его одновременного пребывания в струйных потоках и спиральных рукавах.

Таким образом, между эпохами биотических кризисов и бомбардировками галактическими кометами существуют четкая причинно-следственная связь. Времена кометных падений также тесно коррелируют с эпохами повышенной тектонической активности Земли, так называемыми фазами Штилле [57]. Последние, как правило, отстают от эпох вымирания организмов на несколько млн. лет [58].

Смертность организмов и активность тектонических процессов резко возрастают в моменты пребывания Солнца в областях газоконденсации и звездообразования галактических рукавов. В истории Земли почти все они выделены как эпохи «великих массовых вымираний». Геологи с ними связывают границы периодов геохронологической шкалы фанерозоя. Тогда как обычные моменты попадания Солнца в струйные потоки отражены в этой шкале границами ее более мелких подразделений – отделов.

Вследствие неравномерного движения Солнца по орбите, интервал времени между эпохами земных катастроф подвержен модуляции с периодом, равным длительности аномалистического «галактического года» (рис.11). Этот график хорошо объясняет результаты многочисленных эмпирических работ по цикличности биосферных кризисов и эпох образования месторождений отдельных полезных ископаемых [3-5, 59-61].

Рис. 11. Промежутки времени между последовательными попаданиями Солнца в струйные потоки Галактики для последних 700 млн. лет. Цифры – номера стратонов в табл. 2. Внизу показано общепринятое подразделение этого временного интервала на геохронологические периоды и эры: кайнозойскую kz, мезозойскую mz и протерозойскую pz; I-IV – один из возможных вариантов объединения периодов в мегациклы.

Вычисленная орбита Солнца позволяет найти значения коэффициентов в формуле (1) для сферически симметричного гравитационного потенциала Галактики:

, где R₀ = 10 кпк. (2)

Первый, зависящий от R член разложения, определяет движение Солнца по эллиптической орбите, а второй – медленный поворот линии апсид эллипса в направлении перемещения Солнца. Членами разложения более высокого порядка можно пренебречь.

Модель изотермической сферы звезд с распределением гравитационного потенциала (2) устраняет проблему «темной материи». Она естественным образом объясняет выполаживание кривой вращения спиральных галактик за пределами их изотермического ядра (см. рис. 4), а также крайне слабое изменение радиальной скорости движения струйных потоков, требуемое архимедовым типом их закрученности (см. рис. 2).

9. Геохронологическая шкала

Основой современной геохронологической шкалы является шкала стратиграфическая. Первая такая шкала, как отражение естественных этапов геологической истории Земли, была утверждена на VIII сессии Международного геологического конгресса в 1900 г. В 1960-е годы границы стратоны этой шкалы получили датировку изотопными методами измерения возраста пород, что дало толчок к разработке достаточно полной и точной шкалы геохронологической [62]. Тогда же стало окончательно ясно, что многие геологические процессы циклически повторяются на Земле с периодами ~10⁶¸10⁹ лет.

Согласно галактоцентрической парадигме вся совокупность таких циклов отражает не только внутреннее эндогенное развитие Земли. Она служит также индикатором ряда мощных космических событий, которые квазипериодически повторяются в Солнечной системе и оказывают сильное влияние на природные процессы нашей планеты.

На протяжении геологической истории Земли механизм этого влияния оставался неизменным и по существу сводился к бомбардировке нашей планеты крупными космическими телами: астероидами и кометами. Поэтому современная геохронологическая шкала, построенная в виде иерархической системы вложенных друг в друга циклов разной длительности, может рассматриваться как эмпирическая информация о повторяющихся космических воздействий близкой природы. Они ранжированы по трем признакам: 1) по величине сообщаемой Земле энергии, 2) по преобладавшему типу падавших тел и 3) по одиночному или массовому характеру их падений [54, 63].

Соответствие рубежей геохронологической шкалы основным космическим событиям отражено в табл. 3. Там же указаны периоды повторяемости этих событий и их энергетическое влияние на Землю [40, 54].

Таблица 3.