ГЕОДИНАМИКА КАК ВОЛНОВАЯ ДИНАМИКА БЛОКОВОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ СРЕДЫ

The geomedium block concept envisages that stresses in the medium composed of rotating blocks have torque and thus predetermine the medium's energy capacity (in terms of [Ponomarev, 2008]). The present paper describes the wave nature of the global geodynamic process taking place in the medium characterized by the existence of slow and fast rotation strain waves that are classified as a new type of waves. Movements may also occur as rheid, superplastic and/or superfluid motions and facilitate the formation of vortex geological structures in the geomedium.Our analysis of data on almost 800 strong volcanic eruptions shows that the magma chamber’s thickness is generally small, about 0.5 km, and this value is constant, independent of the volcanic process and predetermined by properties of the crust. A new magma chamber model is based on the idea of 'thermal explosion’/‘self-acceleration' manifested by intensive plastic movements along boundaries between the blocks in conditions of the low thermal conductivity of the geomedium. It is shown that if the solid rock in the magma chamber is overheated above its melting point, high stresses may occur in the surrounding area, and their elastic energy may amount to 1015 joules per 1 km3 of the overheated solid rock. In view of such stresses, it is possible to consider the interaction between volcano’s magma chambers as the migration of volcanic activity along the volcanic arc and provide an explanation of the interaction between volcanic activity and seismicity within the adjacent parallel arcs.The thin overheated interlayer/magma chamber concept may be valid for the entire Earth's crust. In our hypothesis, properties of the Moho are determined by the phase transition from the block structure of the crust to the nonblock structure of the upper mantle.В работе развивается концепция блоковой геосреды применительно к геодинамическому (сейсмическому и вулканическому) процессу. Работу, в целом, можно представить в виде четырех частей: введения, шести разделов, кратко описывающих разработанную ранее автором ротационную модель сейсмотектонического процесса, трех разделов, посвященных развитию блоковой концепции применительно к вулканическому процессу, и обсуждения результатов.Во введении на примере анализа исследований, проводимых в течение последних десятилетий сотрудниками Института земной коры СО РАН, показывается, что концепция тектонофизического процесса Байкальской рифтовой зоны, разрабатываемая в рамках разломной тектоники на региональном уровне, не позволяет видеть всю картину в целом. Региональные концепции существенным образом опираются на представления о разломах, представления о блоковой среде используются чисто формально. И, несмотря на большие успехи [Sherman, 2014], уже на первых этапах построения региональной модели ученые вынуждены вводить взаимосвязи между ее параметрами, тем самым резко ограничивая возможности интерпретации модели на заключительных этапах исследования. Отмечается, что принцип Сен-Венана в применении к задачам сейсмологии и геодинамики не может рассматриваться как фундаментальный.В разделе «Напряжения с моментом силы» проводится построение механически очевидной модели движения блока, являющегося частью вращающейся среды – геосреды. Показывается (рис. 1), что в блоковой вращающейся и передвигающейся вдоль поверхности Земли геосреде генерируется упругое поле с моментом силы, которое действует на блоки через их поверхности. Такие свойства упругого поля являются следствием закона сохранения момента количества движения. Движение блока во вращающейся системе координат ме- ханически эквивалентно движению блока в невращающейся (инерциальной) системе координат под действием собственного момента силы (спина), который в окружающем блок пространстве создает упругое поле с моментом силы. Такие напряжения в геосреде накапливаются, что и может объяснить ее известное свойство – энергонасыщенность [Ponomarev, 2008].В разделе «Близкодействие и дальнодействие ротационного упругого поля» показывается, что поле упругих напряжений с моментом в геосреде описывается симметричным тензором напряжений. Оно характеризуется близкодействием – «моментным» взаимодействием рядом расположенных блоков, и дальнодействием – «энергетическим» взаимодействием всех блоков сейсмического пояса, протягивающегося на десятки тысяч километров, что может являться отражением общего физического принципа – корпускулярно–волнового дуализма. В ротационной концепции не требуется привлекать модель Коссера, которая является математической, не физической.В разделах «О ротационных волнах в блоковых вращающихся геосредах»и «Новый тип геодинамических колебаний» описывается разработанная ранее автором в рамках блоковой концепции геосреды модель ротационного сейсмотектонического процесса [Vikulin, 2011]. Характерными скоростями волновой модели являются Сo

NEW TYPE OF ELASTIC ROTATIONAL WAVES IN GEO-MEDIUM AND VORTEX GEODYNAMICS

Natural-science concepts of rotational movements and the ‘lumpy’ structure of medium are reviewed with a focus on key aspects. Through using torsional traps for hunting and «implementing» mechanical torque for ignition, Homo sapiens developed to man. Vortex movements «impregnated» in spiral structures of shells and torsional movements of toothy whales and fish were intuitively perceived by man as major stable movements of the environment. Based on the above, the ancient philosophy established the concept of the uniform world represented by atomic («noncuttable») structure of medium and vortex movements of ether. Based on conclusive arguments stated by R. Dekart, H. Helmgolz, Lord Kelvin and others within the framework of classical physics and in the first half of the 20th century by scientists in quantum physics and cosmogony, both «quantum structure» («lumpiness») and rotation («vorticity») are integral features of matter – space – time throughout the whole range from elementary particles to galaxies and galactic clusters.Nowadays researchers in natural sciences, particularly in the Earth sciences, call attention again to the problem of structure of matter and its movements. In the 1920s, Chinese geologist Li Siguang established fundamentals of vortex geodynamics. In the second half of the 20th century, Li Siguan’s concepts were developed by geologists O.I. Slenzak and I.V. Melekestsev. Geologist A.V. Peive, mechanic L.I. Sedov and physicist M.A. Sadovsky put forward a concept of block structure of the geo-medium (geological and geophysical medium) and proposed a justified assumption that such blocks can move by own torque. This method of movement is confirmed by results of geological and tectonophysical studies, as well as instrumental geophysical measurements obtained from a variety of stations and focal zones of strong earthquakes. Many researchers, including W. Elsasser and V.N. Nikolaevsky, develop fundamentals of nonlinear wave mechanics of the geo-medium, admitting rotational movements of blocks. According to М.V. Stovas, V.Е. Khain and other researchers, rotation of the planet around its axis is of critical importance for understating the origin of geodynamic movements.Based on the review of results from the previous comprehensive geological and geophysical studies, a conclusion is made on the torque origin of rotating block geo-medium which is termed as Peive–Sedov–Sadovsky medium. Analyses of migration of earthquake foci and volcanic eruptions and movements of edges of tectonic plates provided grounds to design a principally new model, and this rotational model is described in the present publication. Blocks and plates interacting with each other in the model are interrelated by long-range elastic fields which comprise a uniform planetary geodynamic medium, i.e. ‘self-consistent’ state of the geo-medium. Briefly reviewed are data about vortex geological structures and rotary motions of blocks and plates; such data have been detected and recorded in abundance in a variety of geophysical fields. It is stressed that similar, in principle, vortex movements / flows are solutions of the well known Dirichlet–Dedekind–Riemann problem of rotating and gravitating liquid drop that is the problem of the Earth’s equilibrium shape. According to the proposed rotational model, geodynamic solutions of the rotational model combine geodynamic flows in the solution of the problem of the Earth’s equilibrium shape and geologic-geophysical vortex structures and movements on the Earth’s surface in one and the same class of phenomena. It is proposed to apply such solutions for establishing a new geological paradigm – new torque (and/or wave / vortex) geodynamics

ТЕКТОНИКА ПЛИТ И ГЕОДИНАМИКА БЛОКОВОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ГЕОСРЕДЫ: ОТВЕТ НА КОММЕНТАРИЙ Ю.Л. РЕБЕЦКОГО К ПУБЛИКАЦИИ А.В. ВИКУЛИНА «ГЕОДИНАМИКА КАК ВОЛНОВАЯ ДИНАМИКА БЛОКОВОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ СРЕДЫ» [ГЕОДИНАМИКА И ТЕКТОНОФИЗИКА, 2015, Т. 6, № 3, С. 345–364]

.

НОВЫЙ ТИП УПРУГИХ РОТАЦИОННЫХ ВОЛН В ГЕОСРЕДЕ И ВИХРЕВАЯ ГЕОДИНАМИКА

Natural-science concepts of rotational movements and the ‘lumpy’ structure of medium are reviewed with a focus on key aspects. Through using torsional traps for hunting and «implementing» mechanical torque for ignition, Homo sapiens developed to man. Vortex movements «impregnated» in spiral structures of shells and torsional movements of toothy whales and fish were intuitively perceived by man as major stable movements of the environment. Based on the above, the ancient philosophy established the concept of the uniform world represented by atomic («noncuttable») structure of medium and vortex movements of ether. Based on conclusive arguments stated by R. Dekart, H. Helmgolz, Lord Kelvin and others within the framework of classical physics and in the first half of the 20th century by scientists in quantum physics and cosmogony, both «quantum structure» («lumpiness») and rotation («vorticity») are integral features of matter – space – time throughout the whole range from elementary particles to galaxies and galactic clusters.Nowadays researchers in natural sciences, particularly in the Earth sciences, call attention again to the problem of structure of matter and its movements. In the 1920s, Chinese geologist Li Siguang established fundamentals of vortex geodynamics. In the second half of the 20th century, Li Siguan’s concepts were developed by geologists O.I. Slenzak and I.V. Melekestsev. Geologist A.V. Peive, mechanic L.I. Sedov and physicist M.A. Sadovsky put forward a concept of block structure of the geo-medium (geological and geophysical medium) and proposed a justified assumption that such blocks can move by own torque. This method of movement is confirmed by results of geological and tectonophysical studies, as well as instrumental geophysical measurements obtained from a variety of stations and focal zones of strong earthquakes. Many researchers, including W. Elsasser and V.N. Nikolaevsky, develop fundamentals of nonlinear wave mechanics of the geo-medium, admitting rotational movements of blocks. According to М.V. Stovas, V.Е. Khain and other researchers, rotation of the planet around its axis is of critical importance for understating the origin of geodynamic movements.Based on the review of results from the previous comprehensive geological and geophysical studies, a conclusion is made on the torque origin of rotating block geo-medium which is termed as Peive–Sedov–Sadovsky medium. Analyses of migration of earthquake foci and volcanic eruptions and movements of edges of tectonic plates provided grounds to design a principally new model, and this rotational model is described in the present publication. Blocks and plates interacting with each other in the model are interrelated by long-range elastic fields which comprise a uniform planetary geodynamic medium, i.e. ‘self-consistent’ state of the geo-medium. Briefly reviewed are data about vortex geological structures and rotary motions of blocks and plates; such data have been detected and recorded in abundance in a variety of geophysical fields. It is stressed that similar, in principle, vortex movements / flows are solutions of the well known Dirichlet–Dedekind–Riemann problem of rotating and gravitating liquid drop that is the problem of the Earth’s equilibrium shape. According to the proposed rotational model, geodynamic solutions of the rotational model combine geodynamic flows in the solution of the problem of the Earth’s equilibrium shape and geologic-geophysical vortex structures and movements on the Earth’s surface in one and the same class of phenomena. It is proposed to apply such solutions for establishing a new geological paradigm – new torque (and/or wave / vortex) geodynamics.В работе представлен обзор естественно-научных представлений о вращательном движении материи и ее «кусковатом» строении. Обращается внимание на следующие узловые моменты. Вихревые движения, «зашитые» в спиральных структурах раковин и в крутильных движениях тел зубатых китов и рыб, интуитивно воспринимались человеком как основные устойчивые движения окружающего его мира, что позволило античным мыслителям сформулировать очевидную для них концепцию единого мира в виде атомарного («неразрезаемого») строения материи и вихревых движений эфира. Р. Декартом, Г.Ф. Гельмгольцем, лордом Кельвиным и другими в рамках классической физики, а затем исследователями первой половины ХХ в. в рамках квантовой физики и космогонии было убедительно показано, что и «квантованность» («кусковатость»), и вращение («завихренность») являются неотъемлемыми свойствами материи–пространства–времени во всем масштабе – от элементарных частиц до галактик и их скоплений.В настоящее время наблюдается очередное в истории естествознания повышение интереса к проблеме строения материи и ее движения, и это происходит именно в науках о Земле. В 1920-х гг. китайским геологом Ли Сыгуаном закладываются основы вихревой геодинамики. Во второй половине ХХ в. представления Ли Сыгуана развиваются геологами О.И. Слензаком и И.В. Мелекесцевым. Геологом А.В. Пейве, механиком Л.И. Седовым и физиком М.А. Садовским предлагается концепция блокового строения геосреды, геологической и геофизической, и обосновывается возможность движения слагающих ее блоков под действием собственных моментов. Такой механизм движения подтверждается геологическими и тектонофизическими исследованиями, инструментальными геофизическими измерениями, выполненными на разных базах и в эпицентральных зонах сильных землетрясений. В. Эльзассером, В.Н. Николаевским и многими другими исследователями разрабатываются основы нелинейной волновой механики геосреды, допускающей вращательные движения блоков. М.В. Стовасом, В.Е. Хаиным и другими обращалось внимание на исключительную важность вращения планеты вокруг собственной оси для понимания природы геодинамических движений.Обобщением результатов предыдущих комплексных геолого-геофизических исследований является сформулированный в работе вывод о моментной природе вращающейся блоковой геосреды – среды Пейве–Седова– Садовского. Анализ миграции очагов землетрясений и вулканических извержений и перемещения участков границ тектонических плит позволил выявить у таких движений общие свойства и обосновать их волновую природу, для описания которой построена и аналитически решена принципиально новая модель – ротационная. Показано, что взаимодействующие между собой блоки и плиты в рамках ротационной модели взаимосвязаны упругими дальнодействующими полями, формирующими единое планетарное геодинамическое поле – «самосогласованное» состояние геосреды. Проводится краткий обзор большого объема накопленных данных о вихревых геологических структурах и поворотных движениях блоков и плит, выделяемых и регистрируемых в различных геофи- зических полях. Обращается внимание на то, что такие же, по сути, вихревые движения – течения – являются решениями известной задачи Дирихле–Дедекинда–Римана о вращающейся гравитирующей капле жидкости – задачи о равновесной форме Земли.Предлагается объединить в один класс явлений гидродинамические процессы, уравновешивающие форму Земли при вращении, с тектоническими движениями, вызывающими формирование геолого-геофизических вихревых структур, для построения новой геологической парадигмы – моментной (и/или волновой, и/или вихревой) геодинамики

ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ И ГРАВИТАЦИЯ

 Gravity phenomena related to the Earth movements in the Solar System and through the Galaxy are reviewed. Such movements are manifested by geological processes on the Earth and correlate with geophysical fields of the Earth. It is concluded that geodynamic processes and the gravity phenomena (including those of cosmic nature) are related.  The state of the geomedium composed of blocks is determined by stresses with force moment and by slow rotational waves that are considered as a new type of movements [Vikulin, 2008, 2010]. It is shown that the geomedium has typical rheid properties [Carey, 1954], specifically an ability to flow while being in the solid state [Leonov, 2008]. Within the framework of the rotational model with a symmetric stress tensor, which is developed by the authors [Vikulin, Ivanchin, 1998; Vikulin et al., 2012a, 2013], such movement of the geomedium may explain the energy-saturated state of the geomedium and a possibility of its movements in the form of vortex geological structures [Lee, 1928]. The article discusses the gravity wave detection method based on the concept of interactions between gravity waves and crustal blocks [Braginsky et al., 1985]. It is concluded that gravity waves can be recorded by the proposed technique that detects slow rotational waves. It is shown that geo-gravitational movements can be described by both the concept of potential with account of gravitational energy of bodies [Kondratyev, 2003] and the nonlinear physical acoustics [Gurbatov et al., 2008]. Based on the combined description of geophysical and gravitational wave movements, the authors suggest a hypothesis about the nature of spin, i.e. own moment as a demonstration of the space-time ‘vortex’ properties.   Проводится обзор гравитационных явлений, связанных с движениями Земли в Солнечной системе и Галактике. Эти движения и их вариации отражаются в геологических процессах, происходящих в Земле, и коррелируют с ее геофизическими полями. Формулируется вывод о существовании взаимосвязи между геодинамическими процессами и гравитационными (космической природы в том числе) явлениями. Состояние геосреды, являющейся блоковой по своему строению, определяется напряжениями с моментом силы и новым типом движений – медленными ротационными волнами [Vikulin, 2008a, 2008b, 2010]. Показано, что для гео­среды характерны реидные [Carey, 1953] свойства – способность течь в твердом состоянии [Leonov, 2008]. Такое движение геосреды позволяет в рамках развиваемой авторами ротационной модели с симметричным тензором напряжений [Vikulin, Ivanchin, 1998; Vikulin et al., 2012a, 2013] объяснить ее энергонасыщенное состояние и возможность движения в виде вихревых геологических структур [Lee, 1928]. Обсуждается метод регистрации гравитационных волн, в основе которого заложена идея их взаимодействия с блоками земной коры [Braginsky et al., 1985]. Формулируется вывод о том, что в рамках такой методики с использо­ванием в качестве детектора медленных ротационных волн оказывается возможным зарегистрировать гравитационные волны. Описание геогравитационных движений возможно в рамках как теории потенциала с учетом гравитационной энергии тел [Kondratiev, 2003], так и нелинейной физической акустики [Gurbatov et al., 2008]. Обобщение гео­физических и гравитационных волновых движений позволило авторам предложить гипотезу о природе спина – собственного момента как проявления «вихревых» свойств пространства–времени. 

МИГРАЦИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ И ВУЛКАНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ КАК ПРОЯВЛЕНИЕ ВОЛНОВОГО ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Publications about the earthquake foci migration have been reviewed. An important result of such studies is establishment of wave nature of seismic activity migration that is manifested by two types of rotational waves; such waves are responsible for interaction between earthquakes foci and propagate with different velocities. Waves determining long-range interaction of earthquake foci are classified as Type 1; their limiting velocities range from 1 to 10 cm/s. Waves determining short-range interaction of foreshocks and aftershocks of individual earthquakes are classified as Type 2; their velocities range from 1 to 10 km/s. According to the classification described in [Bykov, 2005], these two types of migration waves correspond to slow and fast tectonic waves. The most complete data on earthquakes (for a period over 4.1 million of years) and volcanic eruptions (for 12 thousand years) of the planet are consolidated in a unified systematic format and analyzed by methods developed by the authors. For the Pacific margin, Alpine-Himalayan belt and the Mid-Atlantic Ridge, which are the three most active zones of the Earth, new patterns of spatial and temporal distribution of seismic and volcanic activity are revealed; they correspond to Type 1 of rotational waves. The wave nature of the migration of seismic and volcanic activity is confirmed. A new approach to solving problems of geodynamics is proposed with application of the data on migration of seismic and volcanic activity, which are consolidated in this study, in combination with data on velocities of movement of tectonic plate boundaries. This approach is based on the concept of integration of seismic, volcanic and tectonic processes that develop in the block geomedium and interact with each other through rotating waves with a symmetric stress tensor. The data obtained in this study give grounds to suggest that a geodynamic value, that is mechanically analogous to an impulse, remains constant in such interactions. It is thus shown that the process of wave migration of geodynamic activity should be described by models with strongly nonlinear equations of motion.Проведен обзор работ по миграции очагов землетрясений. Важным результатом явилось установление волновой природы миграции сейсмической активности, которая осуществляется  двумя типами ротационных волн, ответственными за взаимодействие очагов землетрясений и распространяющимися с разными скоростями. Первому типу с предельными скоростями 1–10 см/с соответствуют волны, определяющие дальнодействующее взаимодействие очагов землетрясений, второму – с предельными скоростями 1–10 км/с – соответствуют волны, определяющие близкодействующее взаимодействие форшоков и афтершоков в пределах отдельно взятых очагов землетрясений. Согласно классификации [Bykov, 2005], такие типы волн миграции соответствуют медленным и быстрым тектоническим волнам. В едином формате представлены наиболее полные данные о землетрясениях за 4.1 тыс. лет и извержениях вулканов за 12 тыс. лет. Собранные данные систематизированы и проанализированы с помощью разработанных авторами методик. Для трех наиболее активных поясов Земли – Пацифики, Альпийско-Гималайского и Срединно-Атлантического – установлены новые, отвечающие первому типу ротационных волн, закономерности пространственно-временного распределения сейсмической и вулканической активности. Подтверждена волновая природа их миграции. Полученные в работе данные в совокупности с данными о скоростях движения границ тектонических плит предлагается использовать в качестве нового подхода к решению задач геодинамики. В основе такого подхода заложена идея единства сейсмического, вулканического и тектонического процессов, протекающих в блоковой геосреде и взаимодействующих между собой посредством ротационных волн с симметричным тензором напряжений. Полученные авторами данные позволяют предположить, что при таком взаимодействии сохраняется геодинамическая величина, механическим аналогом которой является импульс. Показано, что процесс волновой миграции геодинамической активности должен описываться в рамках моделей с сильно нелинейными уравнениями движения