Лига Геологов

Да, в принципе, ничего сложного. В тот раз, когда геологи спасли меня с Вадиком от голодной смерти в степи южнее Аркалыка (это тут), они в срочном порядке отправили нас на попутных машинах в Кустанай для откорма. Мне водителем попался активист свидетелей Иегова на 131ом Зилке. Все 600 км парил мозги на тему сдать все золото в их секту, продать квартиру, и спастись во веки вечные на небесах. А я, соответственно, вторил ему, находя несоответствия в иеговистских теориях. По пути мы съели несколько арбузов, ибо горло от спора пересыхало в полчаса. Еще и дорога была как стиральная доска. Так что окончательно измочаленный - и проклятый, вдобавок, иеговистом - под вечер я вполз в общежитие геологов. Где меня с воплями встретили, и немедленно залили по самые уши "Чашмой". Это такое узбекское отвратное вино. В какой-то из промежуточных между стаканами моментов я и вспомнил, что не успел взять материал для курсовой. Кроме обрывка карты местности. На нем я - в тот самый миг, когда профессор блевал из окна - красными чернилами и провел линию, определившую дальнейшее развитие человечества. Золото, 10 грамм на тонну, в железистых кварцитах, в жиле длиной 700 м.

- Отлично! - уже в институте сказал доцент Жеребцов, - Теперь смотри карту района, может у жилы есть отростки. И их разработаем!

Отростков не было. Но жила простиралась на 400 км через весь центральный Казахстан.

К сожалению, карту Казахстана переделать было нельзя.

Отступать мне было некуда. И я перестал ходить к Жеребцову, набрал в институте геологии книг с картами, и стал адаптировать похожие картинки к аркалыкскому феномену. Неприятным сюрпризом оказалось то, что в таких железистых кварцитах золото допрежь нигде в мире не встречалось. Пришлось внедрять его в Кордильеры и всякие там Аппалачи. Сами понимаете, мелкими кусками, и по ссылкам на неофициальные источники. Пару раз Жеребцов встретил меня с толстыми стопками книг и ужасно загордился, что у него есть такой студент.

- Самостоятельный, спасу нет! - говорил он профессорам, с которыми шел пить пиво в Деканат.

В общем, после титанического труда по переосмысливанию геологической истории планеты, моя курсовая выглядела весьма достойно. Жеребцов охерел когда ее увидел:

- Это твой диплом и вся твоя будущая жизнь!

Он, кстати, всё время ходил в куртке с капюшоном на голове, даже летом. Говорили, что во время поисков урана в Африке его укусила це-це. И мол с тех пор таким образом Жеребцов от них предохранялся. Но на "Волгу" он там заработал. Диплом прошёл на ура. Сначала, я конечно, опасался профессоров. Но когда понял, что они вообще первый раз слышат о такой природной аномалии, обнаглел. И, гордо и неукротимо глядя в их глаза, пел осанну железистым кварцитам и светлому будущему далекого степного края. Потом мы пошли в Деканат. Это, к слову, пивнушка около института. Потом не помню.

Надеюсь, ни рубля государственных денег на разработку крупнейшего в мире месторождения золота потрачено не было. Хотя чёрт его знает, может золото там и есть. Профессора не ошибаются, у них опыт будь здоров. Не зря же мою работу засекретили.

Обзорная фотография столбчатых базальтов на северном побережье Ирландии. Лестница гигантов и деталь ее обзорной фотографии

В самых разных уголках нашей планеты встречаются удивительно красивые геологические образования — вертикально стоящие базальтовые столбы в форме плотно прилегающих друг к другу правильных призм, чаще всего шестигранных. Все они в пределах одного базальтового массива имеют одинаковую толщину, обычно от нескольких десятков сантиметров до 2 м, но в разных местонахождениях разную. Наиболее известные столбчатые базальты находятся на севере Ирландии. Это так называемая Тропа гигантов, или Лестница гигантов, — структура, которая образовалась из излившейся лавы в рифтовой зоне при раскрытии Атлантического океана и отделении Ирландии от Британских о-вов, прежде составлявших единое целое. Похожие образования есть и во многих других местах на Земле, например в Исландии, в ущелье Гарни в Армении, на вулканическом острове вблизи побережья Шотландии (знаменитая пещера Фингала), в Неваде и наконец в России (мыс Столбчатый на о. Кунашир).

Рождение формы: пробелы в понимании

Геологов давно занимала загадка происхождения таких правильных форм, но удовлетворительной теории их образования до сих пор предложено не было. Высказывались предположения о генетической связи шестигранных базальтовых столбов с шестиугольными ячейками конвекции Рэлея — Бенара. Эта форма конвекции была открыта в начале прошлого столетия французским физиком Анри Бенаром в эксперименте с тонким горизонтальным слоем вязкой жидкости, подогреваемым снизу (английский физик лорд Рэлей провел теоретический анализ явления). При достижении критического значения температурного градиента весь слой разбивался на одинаковые по размеру шестигранные ячейки, в центре которых жидкость поднималась к свободной поверхности, а по их периферии опускалась вниз. Применительно к базальтам в работе Д. Е. Трапезникова и др. [1] выдвинута контракционно-конвективная модель возникновения столбчатой отдельности, согласно которой в слое жидкой излившейся лавы по мере ее остывания создаются условия для конвекции Рэлея — Бенара. Затем при затвердевании и дальнейшем охлаждении слоя объем массива уменьшается и термические напряжения разрывают его на шестигранные столбы по границам бенаровских ячеек.

Однако эту модель также нельзя признать состоятельной: для наблюдаемой в экспериментах бенаровской конвекции характерны горизонтальные размеры ячеек, примерно равные удвоенной толщине слоя жидкости, тогда как в столбчатых базальтах толщина массива превышает размеры ячеек в десятки раз. Кроме того, неясен механизм связи между конвективными ячейками в базальтовом расплаве и инициацией растрескивания. Если же допустить, что охваченный конвекцией слой намного тоньше излившегося слоя базальта, то непонятно, почему инициированные в нем трещины пронизывают весь массив строго вертикально и столбы до самой подошвы имеют плоские вертикальные грани.

При обзоре чрезвычайно обширной литературы по бенаровской конвекции (см., например, [2]) с удивлением обнаруживаешь, что сама эта теория также полна путаницы и нерешенных проблем. Так, во многих источниках указывается на возможность получения простого точного решения уравнений гидродинамики в приближении Буссинеска (т. е. принимая зависимость плотности от температуры линейной и учитывая изменения плотности только при массовых силах), однако лишь в совершенно абстрактной, физически нереализуемой постановке, когда и верхняя, и нижняя границы являются свободными. Часто упоминается также решение в виде чередующихся цилиндрических валов, вращающихся в противоположных направлениях, однако анализ устойчивости такого решения отсутствует. Но, как справедливо указано в «Гидродинамике» Ландау и Лифшица [3], «осуществляющиеся в природе течения должны не только удовлетворять гидродинамическим уравнениям, но должны еще быть устойчивыми: малые возмущения, раз возникнув, должны затухать со временем». В настоящей статье нас совершенно не интересуют нефизические постановки, нереализуемые граничные или начальные условия, а также нефизические моды потери устойчивости, теоретические мыслимые, но реально не наблюдаемые: и исходные состояния, и способы их модификации должны быть естественными и физически наблюдаемыми.

Невозможно также считать удовлетворительным предложенное И. Пригожиным [4] объяснение геометрии наблюдаемой в экспериментах с тонкими слоями жидкости в прямоугольных кюветах валиковой конвекции трансляцией граничных условий, когда прямолинейная вертикальная стенка как бы распространяется далее по кювете от предыдущего цилиндрического вала к последующему. Ведь валиковая конвекция наблюдается также в чашке Петри или другой круглой посуде, где никаких прямолинейных бортиков нет, причем валы, как правило, подходят к краю кюветы под прямым углом. При этом характерный пространственный период валиковой конвекции может быть в десятки раз меньше диаметра круглой кюветы, так что влиянием боковых границ вдали от них можно смело пренебречь. Валиковая конвекция происходит также в облачном слое атмосферы, порождая часто наблюдаемые протяженные облачные гряды, разделенные равными промежутками (их хорошо видно на фотографии с борта самолета), — а в этом случае никаких твердых границ нет вообще. Наконец, странно было бы для объяснения линейных цилиндрических валов искать одно объяснение, а для шестигранных ячеек Бенара — совсем другое, ни с какими граничными условиями на бортиках не связанное.

Конвективные валы в облачном слое. Вид с самолета

Поэтому попробуем рассмотреть бенаровскую ячеистую конвекцию, исходя непосредственно из соображений устойчивости покоя и устойчивости движения, чтобы понять, какие формы конвекции в этой задаче можно действительно встретить в природе. Начнем с рассмотрения устойчивости тонкого горизонтального слоя вязкой несжимаемой жидкости со свободной верхней границей, с условием прилипания (фиксации) на нижней горизонтальной границе и в приближении отсутствия боковых границ (горизонтальная протяженность слоя настолько больше его толщины, что влиянием боковых границ можно пренебречь). Пусть этот слой покоится, равномерно подогревается снизу, и в нем за счет теплопроводности устанавливается линейный вертикальный градиент температуры и плотности. Теплая, менее плотная жидкость находится ниже более плотной, так что потенциальная неустойчивость налицо. Но сможет ли она реализоваться при любых значениях градиента плотности?

Вихрь из капли

И эксперимент, и теоретический анализ устойчивости позволяют однозначно ответить на этот вопрос отрицательно. Действительно, пусть где-то в объеме жидкости возникла флуктуация плотности / температуры, т. е. некий малый по сравнению с толщиной слоя сферический объем оказался перегретым относительно окружающей его жидкости. (Мы считаем этот объем сферическим, так как уравнение теплопроводности исключает устойчивость иных геометрий возмущений температуры.) Что произойдет с этой теплой каплей дальше? Она начнет всплывать вверх под действием архимедовых сил, подобно аэростату-монгольфьеру. Двигаясь вверх, она попадет в еще более холодный слой жидкости, так что при отсутствии диссипации тепла архимедова сила только увеличится. Но, как мы предположили, жидкость вязкая и теплопроводная, так что всплытию капли будут противодействовать вязкие напряжения, а сама капля начнет остывать и терять плавучесть. И если вертикальный градиент плотности / температуры мал, диссипативные эффекты погасят флуктуацию, она просто рассосется. Итак, существует некое пороговое значение температурного градиента, такое, что малые флуктуации разрастаются, если градиент больше этого значения, и угасают, если он меньше. При этом мы рассматриваем лишь малые флуктуации, порожденные молекулярным хаосом, так как пороговое значение градиента очевидно зависит от масштаба флуктуаций: оно больше для меньших флуктуаций и меньше для больших.

Пороговое значение температурного градиента рассмотрено в [3] и дается формулой

Теперь рассмотрим эволюцию возмущения в случае, когда градиент достаточно велик для разрастания этого возмущения. Силы вязкости жидкости, обтекающей всплывающую каплю, создадут внутри капли нисходящие течения (на ее боковых границах) в системе отсчета, связанной с центром капли, и компенсирующие их восходящие противотечения в ее центре и по оси подъема. Получится тороидальный вихрь.

В результате действия аэродинамических сил капля будет деформироваться: растягиваться в горизонтальной плоскости и сплющиваться по вертикальной оси (по теореме Жуковского аэродинамическая сила ориентирована перпендикулярно направлению движения профиля и пропорциональна циркуляции вектора скорости вокруг профиля). В некоторый момент раскручивающийся тороидальный вихрь создаст гидродинамические силы, достаточные для разрыва сплошности капли, и сплющенная сфера превратится в тор. При этом описанная выше аэродинамическая сила будет продолжать растягивать вращающийся тор по горизонтали и, соответственно, уменьшится малый радиус тора. Окружающая первоначальную каплю жидкость будет силами вязкости вовлечена в оба эти процесса: тороидального вращения относительно кольцевой вихревой линии и вертикального подъема.

Теперь вся эта масса жидкости окажется подверженной действию конвективных сил — подъему по центру и опусканию по периферии возникающей конвективной ячейки. Относительно теплая жидкость будет подсасываться внизу ячейки и подниматься вверх по ее центру, а относительно более холодная опускаться по ее периферии. Архимедовы силы будут способствовать и тому и другому. В тонких слоях рост ячейки будет продолжаться до тех пор, пока ячейка при своем разрастании не коснется дна, где действуют условия прилипания, и некоторое время после этого, пока диссипация энергии вязкими силами у дна не уравновесит ее выигрыш за счет конвекции. На этом дальнейшее разрастание ячейки закончится, и течение внутри ячейки станет стационарным.

Танец в ансамбле

Приведенное рассмотрение, однако, неполно, так как мы пока считали всю окружающую ячейку жидкость покоящейся. Однако на самом деле это не так, и окружающая жидкость также будет вовлекаться в движение вязкими силами. Распространение возмущений приведет к раскрутке рядом с первоначальной ячейкой соседних ячеек, движение жидкости в которых будет согласовано с ее движением в исходной ячейке вследствие условия непрерывности вектора скорости в вязкой жидкости. В принципе возможна (и в некоторых экспериментах действительно наблюдалась) картина течения в виде концентрических кольцевых валов с чередующимся направлением вращения, однако такая конфигурация неустойчива при тех значениях градиента температуры, при которых молекулярных флуктуаций достаточно для инициации конвекции. По-видимому, концентрические конвективные валы можно получить лишь при субкритических для бенаровской конвекции значениях градиента, инициировав конвекцию искусственным созданием сверхкритического возмущения в центре круглой кюветы.

В более реалистичном случае при достижении порогового для ячеистой конвекции значения градиента возникнет множество ячеек, причем раскрутка жидкости по соседству с уже раскрученными ячейками будет облегчена уже наличествующим возмущением. Образуются сначала пары соседних ячеек, которые будут способствовать возникновению третьей и четвертой ячеек рядом с первыми двумя, и так фронт конвекции быстро распространится по всему объему горизонтального слоя. Движение жидкости в каждой такой ячейке можно описать как порожденное находящимся в ее центре вихревым кольцом, а упорядоченный ансамбль таких ячеек — как результат «кристаллизации» вихревых колец, притягивающихся друг к другу, если расстояние между ними слишком велико, и отталкивающихся, если оно слишком мало. В результате достигается наиболее устойчивая структура: гексагональная плотнейшая упаковка, как в монослое одинаковых сферических бусинок на плоскости.

Однако мы пока рассмотрели лишь случай тонкого слоя, когда толщина сопоставима с максимальным размером ячейки, при котором силы вязкости начинают препятствовать дальнейшему разрастанию, или же меньше этого размера. Что произойдет, если этот слой существенно толще? В этом случае мы получим многоярусную ячеистую конвекцию, где над нижним слоем ячеек появится следующий слой, раскрученный в противоположном направлении, т. е. с ячейками, в которых опускание происходит по центру, а подъем — по периферии. В принципе вся описанная выше для монослоя конвективных ячеек картина сохраняется с точностью до обращения векторов скорости, если мы рассмотрим не всплытие горячей капли, а опускание холодной, т. е. начальное возмущение противоположного знака.

В тонких слоях такая обратная ориентация ячеек обычно не наблюдается, так как распределение температуры на дне, создаваемое подобной схемой, термодинамически неустойчиво: оно состоит из холодных точек на горячем фоне. Уравнение теплопроводности требует обратной картины неоднородностей температуры, т. е. горячих точек на холодном фоне. Ведь пара расположенных рядом восходящих потоков — неустойчивое образование, эти потоки конкурируют друг с другом, стремясь расширить свою область питания. Более сильный поток при этом поглощает более слабый, отбирая у него область питания. В гипотетической картине с монослоем бенаровских ячеек обратной ориентации, т. е. с подъемом по периферии, наиболее горячими точками будут стыки трех соседних ячеек. Эти потоки в углах ячеек перетянут на себя восходящие потоки на их границах и станут центрами ячеек с нормальной ориентацией, т. е. произойдет фазовый переход к дуальной гексагональной решетке. Однако в случае многоярусной конвекции, где по вертикали чередуются слои ячеек с опусканием по центру и подъемом по периферии и слои ячеек с противоположным направлением вращения кольцевых вихрей, указанная конфигурация является единственно кинематически возможной и потому устойчивой.

Что же случится, если слой жидкости, напротив, окажется слишком тонким, т. е. тоньше минимального вертикального размера шестигранной бенаровской ячейки, при котором (при заданных значениях теплового потока) диссипация энергии движения силами вязкого трения и теплопроводности еще компенсируется подкачкой энергии силами плавучести? В этом случае ячейка не сможет расти сразу во всех направлениях, но сможет удлиняться, образуя пару конвективных валов с противоположными направлениями вращения, и раскручивать аналогичные валы по обе стороны от первоначальной пары. Это означает разрыв вихревого кольца и продолжение (рост) кинематически спаренных вихревых линий далее от точки разрыва. Шестигранные ячейки станут в этом случае неустойчивыми, а валы, напротив, устойчивыми.

Если теперь увеличить подвод тепла, кинематически возможен процесс, обратный только что описанному: возникновение поперечной неустойчивости пар конвективных валов, пересоединение вихревых линий соседних валов с их замыканием друг на друга и возникновением замкнутых, хотя и сплющенных (точнее, горизонтально вытянутых) вихревых колец. В этом случае конвективный слой распадается на продолговатые вытянутые ячейки — ламели. Их дальнейшему округлению будет препятствовать взаимное притяжение протяженных частей спаренных вихревых линий, подобное тому, что наблюдается у пар смерчей, движущихся как единое целое и вращающихся в противоположных направлениях. Характерное расстояние между ними поддерживается равновесием сил притяжения вихревых линий и сил отталкивания, которые связаны с упругостью линий тока, определяемых инерцией жидкости. При дальнейшем усилении подогрева получившиеся ламели распадаются на нормальные круглые вихревые кольца, т. е. возникает типичная бенаровская конвекция.

Застывшее движение

Возвращаясь к геологическим структурам, видим, что многоярусная ячеистая конвекция — не просто допустимое уравнениями гидродинамики решение, но и реально наблюдаемое явление, если не в процессе, то по своему итогу. Именно окаменевшие результаты этого явления мы и наблюдаем в столбчатых базальтах, например в виде Лестницы гигантов на севере Ирландии. Еще одно название данной формации — Мостовая гигантов. На приведенной в начале статьи фотографии видно, откуда оно взялось. Обширные площади словно вымощены базальтовыми плитками примерно одинакового размера и правильной формы, в основном шестиугольными. Поперечный размер плитки около 1,5 м. На фотографии детали этой «мостовой» при большем увеличении видно, что боковые вертикальные грани плиток — почти правильные плоскости. Верхние горизонтальные грани могут быть плоскими, но порой они выпуклые или вогнутые.

Горизонтальный участок Лестницы гигантов, называемый Мостовой гигантов, и его деталь при большем увеличении

На обзорной фотографии заметны вертикальные плоские грани конвективных колонн, их почти одинаковый поперечный размер и членение каждой колонны по вертикали на горизонтальные плитки почти одинаковой толщины. Горизонтальные границы плиток соседних столбов находятся на одном уровне. Если рассмотреть детали снимка при большем увеличении, то можно увидеть некоторые другие интересные особенности членения данного базальтового массива. Это сколы на угловых вертикальных ребрах ячеек, преимущественно в донных частях ячеек, но иногда и у их верхних горизонтальных граней; округлые трещины на боковых гранях, особенно на узких гранях у ячеек неправильной формы; видно также, что упомянутые выше сколы происходят именно по этим трещинам, а у наиболее правильных ячеек сколоты и углы, и горизонтальные ребра, так что базальтовая плитка больше всего напоминает по форме традиционную шестигранную гайку со снятыми фасками по верхним и нижним ребрам и со скругленными углами, примыкающими к шестиугольным поверхностям.

Все эти особенности нуждаются в объяснении, которое и будет предложено ниже. Для начала отметим, что минеральный и гранулометрический состав базальта варьирует в зависимости от местонахождения образца в пределах ячейки. Это указывает на два сопряженных процесса: механическую сортировку материала конвективными движениями застывающей лавы и минералогическую сортировку по кривой солидуса из-за различной температуры в пределах ячейки. Зерна минералов разной плотности обладают разной плавучестью и в результате оседают вниз или всплывают вверх, а кроме того, увлекаются конвективными движениями по-разному в зависимости от их формы — округлой, пластинчатой или игольчатой. Пластинки и иглы в сдвиговом течении при этом будут преимущественно ориентированы по наибольшим измерениям вдоль линий тока и плоскостей сдвига.

Затвердевание начинается на углах и ребрах ячеек и лишь затем распространяется в центральные области, где температура всегда выше, чем на периферии ячеек. После затвердевания начинается объемное сжатие материала по мере охлаждения и растрескивание массива, причем трещины проходят по спайности, а спайность на границах ячеек идет по поверхностям скольжения в сдвиговом течении. Вот так отдельность наследует спайности, а спайность, в свою очередь, наследует поверхностям скольжения в сдвиговом ламинарном течении многоярусной бенаровской конвекции.

Заметим также, что вязкость базальтовой или андезитовой лавы сильно зависит от температуры расплава, поэтому еще до начала затвердевания конвекция вдали от центральной оси конвективных колонн прекращается и поддерживается лишь в их центральных частях, а периферия (более холодная, а следовательно, более вязкая) превращается в застойные зоны. Именно в них и будут откладываться минералы, первыми выпадающие из расплава. Так образуются вторичные внутренние границы, вдоль которых преобладают ориентированные по поверхностям скольжения в ламинарном потоке пластинчатые и игольчатые минералы и по которым впоследствии идет растрескивание. Отсюда сколотые под 45° к горизонтали углы ячеек и их горизонтальные ребра. В проекции на вертикальные грани ячеек эти внутренние трещины образуют овальные трещины, видные на фрагменте обзорной панорамы при большем увеличении.

Возвращаясь к вопросу о возможных формах конвективной неустойчивости, альтернативных многоярусной бенаровской конвекции, следует упомянуть о встречающемся в литературе термине «конвективные колонны». Имеются в виду бенаровские ячейки с вертикальными размерами, существенно превышающими горизонтальные. Безусловно, такая форма конвекции возможна как кинематически, так и динамически, но она не удовлетворяет третьему, самому важному критерию, а именно устойчивости этой формы движения жидкости (или газа).

Такие колонны окажутся подверженными поперечной (горизонтальной) неустойчивости восходящих и нисходящих потоков: соседние линии тока с противоположным направлением движения будут легко разрываться и замыкаться друг на друга, что приведет к перестройке картины движения к описанной выше многоярусной бенаровской конвекции, которая окажется уже устойчивой. Тем самым конвективные колонны будут в лучшем случае переходной неустойчивой стадией развития конвекции, если вообще смогут возникнуть. Поэтому как по горизонтали, так и по вертикали в толстом слое подогреваемой снизу жидкости ячейки не смогут неограниченно разрастаться, а произойдет «квантование» течения на ячейки, размер которых определится соотношением сил инерции и вязкости, т. е. числом Рейнольдса для данной жидкости, зависящим от характерного масштаба течения. При усилении нагрева упорядоченная ячеистая конвекция просто разрушится и перейдет в неустойчивую хаотическую конвекцию.

Такой переход хорошо виден на фотографии пещеры Фингала, где базальтовый массив четко делится по вертикали на три слоя: сплошной скальный массив без всяких трещин внизу, столбчатая отдельность в промежуточном среднем слое и хаотическое нагромождение базальтовых глыб поверх слоя столбчатых базальтов, причем границы между этими тремя слоями строго горизонтальны. Согласно нашей интерпретации этой геоморфологии, в нижнем слое излившейся базальтовой лавы температурный градиент был недостаточен для возникновения конвективной неустойчивости, в среднем слое он обеспечивал многоярусную бенаровскую конвекцию, в свою очередь поддерживавшую этот линейный температурный градиент, и, наконец, в верхнем слое градиент был слишком велик и приводил к хаотической конвекции, порождающей нагромождение базальтовых глыб, которые образуются при их быстром остывании и растрескивании.

Стопки базальтовых плиток, образующих вертикальные столбы рядом с пещерой Фингала. На верхнем снимке отчетливо прослеживаются три горизонтальных пласта базальтового массива: сплошной нерасчлененный массив внизу, столбчатые базальты в среднем слое и хаотическое нагромождение бесформенных базальтовых глыб в верхнем слое

Отметим также, что растрескиванию базальтового массива при затвердевании (кристаллизации) способствует значительное сокращение его объема при этом процессе (примерно на 12%). Это означает коэффициент линейного сжатия около 4%, что согласуется с величиной вертикального зазора между плитками около 3 см при диаметре плиток примерно 1,5 м (как на фотографиях Мостовой гигантов). Вогнутость в центре горизонтальных поверхностей верхнего слоя плиток так же связана с их объемным сжатием при кристаллизации, как и выпуклость верхних горизонтальных поверхностей нижележащего слоя плиток, остающихся в полужидком состоянии после затвердевания верхнего слоя и наследующих форму выпуклой вверх горизонтальной границы между верхним и нижележащим слоем. Форма этой границы в виде сферического сегмента, четко видная на снимках, легко объяснима выдавливанием полужидкого содержимого ячейки в результате сокращения горизонтального размера боковых граней в процессе их затвердевания. Верхняя граница ячейки затвердевает раньше нижней, и объемное сокращение оставшегося расплава осуществляется деформацией нижней границы.

* * *

Разумеется, приведенные рассуждения носят качественный характер, они не позволяют количественно сопоставить различные физические и гидродинамические факторы, от роли и взаимодействия которых зависит ход процесса и в конечном счете форма и размеры наблюдаемых образований. Строгое исследование процессов, приведших к образованию базальтовых столбов, должно быть основано на анализе моделей, адекватных той расплавленной среде, из которых они образовались, что пока трудно реализовать, поскольку нет достаточной информации о свойствах расплавленного базальта и соответствующих числовых значениях параметров.

Литература

1. Трапезников Д. Е., Сунцов А. С., Рыбальченко Т. М. К вопросу о происхождении столбчатой отдельности в базальтах и ее аналогов // Вестник Пермского университета. Геология. 2012. Вып. 2(15). С. 8–15.

2. Гетвиг А. В. Конвекция Рэлея — Бенара. Структуры и динамика. М., 1999.

3. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Гидродинамика. Т. VI. М., 1986.

4. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М., 1990.

Сергей Чудов

«Природа» №6, 2017
http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434352/St...

Вся прошлая зима 2017-2018 в разрезе. Интересно, какая погода ждёт этой зимой? Снято в Москве 22 марта 2018 г.

Заранее предупреждаю, получилось очень многобукв.

Славик довольно прищурился, глядя на полуденное солнце. Лучи с трудом пробивались через паутину замшелых ветвей, раскинувшихся где-то над головой. Жизнь была прекрасна. Физические нагрузки, здоровое питание, свежий воздух, дух приключений – всё это Славик испытывал каждый день благодаря своему дяде. И почему он раньше не соглашался поработать с ним? Дядя ведь (целый начальник геологической партии, между прочим) делал предложения поехать в глухую якутскую тайгу каждый год, но Славик постоянно отмазывался: другие планы, девушка не пустит, неинтересно.

В этот раз он согласился исключительно из-за денег, которые были остро нужны на ремонт любимой «девятки». И только оказавшись среди молчаливых гор, заливистых ручьёв и звенящего комарья, Славик понял, от чего отказывался все эти годы. Работать с геологами было реально прикольно! Каждый день он открывал для себя что-то новое, будь то дикорастущий лук (кто вообще мог подумать, что лук растёт не на грядках!) или внезапно пришедший в лагерь мишка, которого геологи почему-то сильно испугались и сразу же прогнали дикими воплями и выстрелами в воздух. А сколько кайфа доставляло пение под гитару у костра и распитие чая со спиртом – ммм… Словами не передать.

Славик каждый день снимал по несколько гигабайт видео на свою экшн-камеру и вёл записи в небольшом блокноте о том, через какие трудности ему пришлось пройти, чтобы выжить в суровых условиях тайги. Он уже ярко себе представлял, как будет набирать кучу просмотров на ютубе и как будет рассказывать своим друганам, какие они лохи, что сидят в своём мегаполисе и настоящей жизни не видали. Особенно всё это хотелось рассказать и показать Катюхе, которая работала невзрачной офисной мышью в салоне сотовой связи. Тогда она точно оценит его по достоинству и поймёт, от кого отказывалась все эти месяцы. Да, Слава чувствовал себя по-настоящему крутым и непобедимым покорителем целины. Хотя геологи что-то и говорили на тему того, что здесь уже работали их предшественники сорок лет назад, а до них ещё и какие-то картографы, молодой человек был уверен, что это всё ерунда и настоящий первопроходец тут именно он – мужчина в самом расцвете сил (двадцать три года как-никак), самый настоящий, с бородой, и не торчащей клочьями, как у некоторых, а красивой, ухоженной.

Не нравились Славику только три вещи. Во-первых, ему всегда поручали самую тяжёлую и неинтеллектуальную работу: наколоть дрова, сходить по воду, разжечь костёр и приготовить что-нибудь. С одной стороны, он понимал, что его взяли обычным работягой, с другой – нельзя же человека, тем более человека с высшим образованием, рекламщика, постоянно нагружать всякой ерундой. Он ведь неглупый и запросто смог бы сам вести маршрутную группу через леса, болота и горы: есть карты, GPS-навигатор, компас – ничего сложного.

Во-вторых, Славик искренне возненавидел радиометр – хитрую приблуду, которая измеряла радиационный фон. Зачем она нужна геологам, Славик так и не понял, вроде не в Чернобыле работают. Но тем не менее, ему приходилось таскать эту бандуру у себя на шее, слушать монотонный треск в единственном наушнике и сообщать напарнику-геологу показания с циферблата по первому требованию. Ремень натирал шею, одна рука была всё время занята, провод, соединяющий разные блоки радиометра, постоянно цеплялся за ветки. Работать с этой штукой было неприятно и неудобно, о чём Славик каждый день напоминал своему напарнику в надежде, что тот смилуется и разрешит убрать ненавистный прибор в рюкзак. Но напарник был непреклонен и отдавал долгожданное приказание только у самого лагеря.

В общем-то, как раз напарник и был третьим элементом, который не нравился Славику.

Звали напарника Кирилл. Он был грузным серьёзным мужчиной немного старше самого Славика. Улыбался или шутил Кирилл только со своими коллегами-геологами, а на Славика как будто и внимания не обращал. Тот неоднократно пытался наладить с ним дружеский контакт, но безуспешно. На все классные и задорные идеи (такие как бросить газовый баллон в костёр, покурить припасённой на всякий пожарный травки или нырнуть под водопад) Кирилл реагировал крайне бурно и совсем не так, как ожидал Славик. Геолог делал страшные глаза и начинал живо объяснять, чем может закончиться такое ухарство, как важно соблюдать технику безопасности и всё в таком духе. Ну не зануда ли? А когда Славик случайно нажал на кнопку SOS на спутниковом телефоне, геолог вообще разорался, покрыл его отборным матом и принялся судорожно кому-то звонить, чтобы сообщить о ложном вызове. А ещё Кирилла раздражала музыка, игравшая у Славика из портативной колонки в течение всего маршрута. Он постоянно просил сделать потише, а то и вовсе выключить обалденные тайские рейвы или шедевральные ремиксы на Ласковый май от Степаныча Адского. Похоже, что в искусстве Кирилл понимал столько же, сколько Славик в геологии, то есть нисколько.

Сейчас, пока Кирилл был занят отколачиванием очередного камня, Славик сидел рядом и с удовольствием курил. Половина геологосъёмочного маршрута была уже пройдена и усталость потихоньку давала о себе знать. Сладкий момент отдыха был грубо прерван появившейся прямо перед носом рукой геолога, сжимавшей очередной булыжник.

– На, себе убери, – сказал Кирилл.

– А чё снова мне? Ты себе-то вообще камни берёшь? У меня спина скоро сломается! – справедливо возмутился Славик.

– У нас одинаковые по весу рюкзаки.

– Ну да, ну да!

– Не веришь – сравни, – предложил геолог своему радиометристу.

Славик нехотя встал, с недоверием глянул на Кирилла и взял в руки оба рюкзака. Рюкзаки были почти одинаковые. Славик чувствовал, что где-то тут подвох, но где – понять не мог.

– Убедился? Потопали, – сказал Кирилл, закинул свой рюкзак за спину и тяжёлой походкой зашагал вверх по склону очередной сопки.

Слава затушил окурок о подошву сапога, поправил ремень радиометра и поплёлся за геологом, тихо матерясь на залетевшую в ухо мошку.

Они шли то вверх, то вниз, следуя причудливым изгибам горного хребта. На вершинах кутались в штормовки от пронизывающего ветра, в распадках изнывали от жары и вездесущих насекомых. Перепрыгивали через ручьи, перелезали через буреломы, продирались через стланик. Кусты стланика росли на склонах сопок сплошным ковром. Внешне милое хвойное растение с длинными мягкими иголочками обладало крайне скверным характером: упругие ветки было тяжело согнуть и невозможно сломать, твёрдые зелёные шишки больно били прямо по лбу (а то и по затылку, если неудачно отогнуть ветку), стволы сочились липкой смолой. А ещё, находясь в кустах стланика невозможно было увидеть что-либо на расстоянии больше двух метров. Славик частенько терял из виду Кирилла в этом лабиринте. Он начинал звать его, геолог откликался, и молодой покоритель тайги шёл на голос напарника, обнаруживая его прямо перед собой буквально в трёх шагах.

Провод от радиометра очередной раз зацепился за ветку стланика. Слава чертыхнулся и принялся высвобождать ненавистный прибор. Вдруг где-то впереди раздался вскрик Кирилла и шорох осыпающихся камней. Славик замер и громко спросил:

– Э, Кирюх, всё в порядке? Ты где?

– Здесь я! Иди сюда! Только очень осторожно! – ответил Кирилл. Голос напарника звучал как-то приглушённо. Осторожно отводя в сторону гибкие ветви Славик двинулся через кусты. Через несколько метров, поднырнув под очередное сплетение ветвей, радиометрист схватился за ближайшую ветку и выдал непечатную тираду. Он едва не свалился с каменистого обрыва – прямо перед ним была огромная яма глубиной в дюжину метров и раза в четыре больше в диаметре. Внизу поблёскивало озерцо голубовато-зелёной воды. Славик слышал, что геологи называли такие провалы карстовыми воронками, но сам ни разу их не видел. Посередине между ним и озерцом на склоне лежал Кирилл и тяжело дышал.

– Ты как там? Живой? – спросил Славик.

– Да вроде, – ответил Кирилл и начал вставать. Однако, только поднявшись на ноги, он вскрикнул и тут же повалился обратно на каменную осыпь.

–Твою мать! Кажись, стопу вывихнул, – взвыл Кирилл. – Ползком придётся.

Кирилл встал на коленки и пополз наверх, но почти сразу же понял бесполезность своих действий: камни под ним осыпались и с шумом падали в озерцо. Выбраться самому было невозможно.

– Погоди, я сейчас, – в голосе Славы слышалось волнение, – только радиометр сниму и спущусь.

– Нет! Не вздумай! – резко выкрикнул геолог. – Спустишься – оба пропадём! Тут осыпь «живая»!

– И что делать? – Славик был растерян и напуган. К такому его жизнь не готовила. Он сейчас предельно ясно осознал, что понятия не имеет в какой стороне лагерь, куда идти и как позвать на помощь. И тут его осенило:

– Ты же можешь лагерь по рации вызвать! Они придут и помогут! – радостно воскликнул Славик.

– Да если бы. Я ж в яме, рация отсюда не возьмёт. Но попробовать стоит, – ответил Кирилл и достал небольшую рацию, с помощью которой обычно осуществлялась связь дежурных по лагерю и маршрутных групп.

– База, ответь Кириллу, приём! База, как слышишь меня, приём? – несколько раз повторил геолог, но в ответ из рации не донеслось ни звука. – Не, бесполезно. Надо что-то думать. Блин, была бы верёвка.

Слава сразу начал вспоминать, как в таких ситуациях поступали герои фильмов. Связать верёвку из одежды? Нет, длины не хватит. Может как-то сплести между собой ветви стланика? Нет, тоже отпадает. Да что же делать? Слава обхватил голову руками. По щеке чирканул браслет из паракорда – троса из синтетики, который ему подарил дядя. «На всякий случай, вдруг пригодится» – сказал он тогда. Слава же решил, что это просто забавная фенечка и носил его просто так, по приколу. В голове родилась обнадёживающая мысль:

– Киря, а паракорд крепкий?

– Да, очень, – ответил Кирилл. – Точно! Твой браслет! Расплетай, длины должно хватить!

Славик принялся расплетать дядин подарок. По итогу получилась верёвка около семи метров длиной. Слава даже удивился – браслетик-то был совсем небольшой, а вон сколько на него материала понадобилось!

Привязав к концу троса небольшой камень, Слава кинул его в сторону Кирилла. Тот упал рядом с его покалеченной ногой и сразу стало ясно, что длины верёвки хватает более чем.

- Молодец! – похвалил напарника геолог и начал обвязывать себя тросом. – Тяни!

Слава напрягся и стал тащить Кирилла наверх. Сам Кирилл как мог помогал радиометристу: встав на четвереньки, он полз вверх, вгрызаясь молотком в склон, как будто это был альпинистский ледоруб. Через несколько минут оба, взмокшие и уставшие, сидели на краю воронки и тяжело дышали.

– Дай закурить, – попросил Кирилл.

– Ты же не куришь, – ответил Слава, но всё же протянул геологу сигарету, после чего закурил сам.

– В таких случаях курю, – отрезал Кирилл и затянулся горьким дымом дешёвой сигареты. Его потихонечку отпускало, руки уже почти не тряслись. Сегодня ему стало по-настоящему страшно. Он очень любил жизнь и совсем не спешил с ней расставаться. Более того, страшно ему было ещё и за Славика, за которого он отвечал как ведущий маршрутной пары. Не окажись у радиометриста спасительного браслета, он сам так бы и остался лежать на склоне воронки с вывихнутой ногой, а Слава благополучно бы заблудился по пути к лагерю и сгинул в этих гнилых дремучих лесах. Конечно, их бы начали искать, вызвали бы вертолёт МЧС, но какова вероятность найти двух маленьких людей в «зелёном море тайги»?

– Возьми мою ногу и резко потяни на себя и направо, – сказал геолог Славику.

– Ты уверен? Это же больно!

– Не впервой.

– Ладно, попробую, – Слава встал, обхватил руками сапог Кирилла и резко дёрнул.

– Аааааа, твою ж мать! – Кирилл сморщился от боли, но через несколько секунд облегчённо выдохнул. – Спасибо, друг! Справился!

Слава удивлённо смотрел то на свои руки, то на напарника. У него действительно получилось, он смог спасти человека и даже вылечить его! И теперь этот человек назвал его «другом»! Кто бы мог подумать?

Эх, жаль камеру не догадался включить.

P.S. Конструктивная критика приветствуется.

Южная Танзания.

Мощная сдвиговая зона с кварцевой жильно-прожилковой зоной в центральной части. В старательском шурфе очень хорошо виден подвал пород по склону вниз, со смещением. От субвертикального падения, как в северо-западном, так и в юго-восточном направлении, (Аз пр 70 ЮВ 80-85) до достаточного полого на северо-запад( Аз пр 55 СЗ 50).

Как правило канавы при разведке пробивают в лучшем случае до структурного элювия, а то и останавливаются на уровень выше. В СССР при поисково-оценочных работах как правило били до смещенных по склону пород. Поэтому бурение, заданное по результатам пробитых так канав - не подсечет искомую рудную зону. А учитывая, что на таком типе месторождений, при активной сдвиговой и взбросо-сдвиговой тектонике, главная рудная зона будет иметь массу более пологих и наоборот, крутых, оперяющих маломощных рудных тел, их скорее всего и подсекут. Сделав вполне закономерный вывод о выклинивании рудного тела, уменьшении мощности и содержания золота на глубине в 100-150 метров.

Именно чтобы избежать таких ошибок, как в определении простирания рудной зоны ( смещение составило 15-20! градусов), так и падения, нужны площадные комплексные поисковые работы. Именно для этого нужна качественная детальная геофизика, те же ТЭЗ-ВП, электротоммография и т.д., качественная структурно-тектоническая интерпретация полученных результатов, то есть нормальная камеральная обработка материалов, и прочая прочая, что обычно кажется блажью умников-геологов, как для производственников, так и для менеджеров, заказывающих работы.