С разнообразными проявлениями вращательных движений и вихревых структур человек познакомился буквально с момента своего появления как вида. При употреблении в пищу морских и наземных моллюсков древний человек не мог не обратить внимание на спиральное (право- и левозакрученные раковины) внутреннее строение раковин многих из них, которые к тому же использовались им еще и в качестве одних из первых украшений. Столь же рано человек непосредственно испытал воздействие водяных вихрей - водоворотов на реках, которые ему приходилось преодолевать, а позднее по ним и плавать. Сталкивался он и с мощными воздушными вихрями – смерчами, хотя вряд ли предполагал общую вихревую природу смерчей и водоворотов. Причем очень давно человек подсознательно видел в вихрях и нечто мистическое: недаром спиральные вихри часто присутствуют на древних наскальных рисунках и орнаментах.

С античных времен и позже с развитием механики, математики, астрономии вихри и вихревые движения уже использовались для различных технических целей, создания механизмов и приборов, построения космогонических гипотез. Регулярные метеорологические наблюдения позволили открыть, описать и объяснить происхождение гигантских спиральных воздушных вихрей – разнообразных типов циклонов и антициклонов. Как и все названные выше проявления вращательных движений и вихревых структур циклоны и антициклоны тоже обязаны своим возникновением именно ротационному эффекту, обусловленному быстрым вращением Земли. В свою очередь, через посредство глобальной циркуляции атмосферы и деятельность ее наиболее активных компонентов – циклонов и антициклонов – вращательные движения получили возможность влиять на весь комплекс физико-географических условий, динамику всех компонентов природной среды, рельефообразующие процессы и биосферу.

Что касается воздействия ротационного эффекта на собственно геологические процессы, имевшие место на Земле, то здесь существовало негласное табу, основанное на представлении о земной поверхности и верхней оболочке планеты как тверди. Твердь же, по определению, не должна была подвергаться воздействию от вращения Земли. В глобальном масштабе исключение допускалось лишь для работы текучей воды по известному закону Бэра-Бабинэ. Это правило, согласно которому реки, текущие на равнинах Северного полушария, подмывают преимущественно правые берега, а Южного – левые берега. В основе его лежит закон Кориолиса, утверждающий, что всякое тело, движущееся у поверхности Земли, независимо от направления движения, отклоняется в Северном полушарии вправо, в Южном – влево, вследствие вращения Земли с запада на восток.

Запрет о влиянии ротационного эффекта на другие геологические процессы был нарушен только в первой половине XX века. Этому способствовало несколько благоприятных факторов: 1) создание относительно точных и достоверных географических и геологических карт на обширные территории земного шара, 2) детальные геологические исследования и 3) высокоточные геодезические измерения.

Так, практически одновременно в конце двадцатых-начале тридцатых годов XX века появились две работы.

В первой из них молодой китайский геолог Ли Сы-гуан в своей публикации 1928 г. (Lee J.S., 1928) впервые выделил и описал вихревые структуры в геологических разрезах в Китае. Это были преимущественно вихревые структуры с горизонтальной осью вращения. Изложенные там представления получили дальнейшее развитие в монографиях Ли Сы-гуана "Геология Китая" (1952) и "Вихревые структуры Северо-Западного Китая" (1958). Однако в СССР работы Ли Сы-гуана были встречены неоднозначно, что хорошо видно из "Предисловия" и раздела "От редактора" ко второй из этих книг. В "Предисловии" его автор – Министр геологии и охраны недр СССР П.Антропов писал: "Мы хорошо сознаем, что далеко идущие теоретические выводы, которые делает Ли Сы-гуан, такие, например, как вращение крупных масс земной коры в связи с вращением Земли, не могут быть доказаны только экспериментальным путем. Для этого необходимо проделать еще очень большую исследовательскую работу…" (с.5). Научный редактор монографии профессор В.Павлинов отметил, что: "Вопросам развития структур в геосинклинальных или платформенных условиях, как они понимаются советскими геологами, Ли Сы-гуан отводит …скромное место…, так как автор…придерживается в основном идей А.Вегенера (в СССР они в то время, по идеологическим соображениям, отвергались, прим. автора настоящей публикации) о горизонтальном дрифте материков… На современной стадии развития геотектонических знаний пока невозможно безапелляционно решить вопрос о справедливости всех заключений автора в отношении причин и механизма формирования складчатых и разрывных структур, возникших в результате вращательных движений отдельных масс земной коры" (с.7).

В 1933 г. была опубликована работа С.Фузыхара и др. (Fujiwhara et al., 1933), подготовленная на основе данных результатов повторных геодезических работ в 1884-1889 гг. и 1924-1925 гг. в районе залива Сагами на Тихоокеанском побережье о.Хонсю (Япония). На помещенном там рисунке (рис. 1) впервые было показано вращение крупного блока земной коры вокруг залива Сагами. При этом весьма интересно, что вторая (1924-1925 гг.) серия измерений была проведена сразу после знаменитого мощнейшего (М 8.2) землетрясения 1923 г. с эпицентром в заливе Сагами, откуда тогда подводным обвалом было удалено около 70 км³ осадков, а дно самого залива углубилось на 400 м.

Следующий крупный вклад в проблему изучения вихревых структур земной коры был сделан в 60-70-ых годах XX в. после составления уточненных батиметрических карт океанов и массового распространения космических изображений земной поверхности. Именно тогда исследователи самых разных специальностей смогли реально "увидеть" из космоса детальную структуру спиральных вихрей - циклонов, включая тропические циклоны – тайфуны, смотрящиеся наиболее эффектно. В то же время были открыты с помощью спутников спиральные вихри в океанах – ринги. Их диаметр составлял 300-500 км, а длительность существования достигала 3-4 лет. По сравнению с воздушными вихрями (циклонами) эти водяные вихри (ринги) жили примерно на два порядка дольше, что хорошо коррелируется с разницей (тоже на 2 порядка) вязкости воздуха и воды.

Кроме того, ряд исследователей обратил внимание на большое сходство изображений облачных систем циклонов с рисунком наземных геологических структур (Назиров, 1975 и др.). Распределение вулканических образований, созданных за последние 50-100 млн. лет на дне океанов, позволило создать вихревую вулканическую гипотезу (Мелекесцев, 1979; 1980), так как многие вулканы там приурочены к спиральным вихревым структурам, очень напоминающим циклоны. Только вместо паровых облаков у них "облака" как бы выплавлены из камня.

С помощью космических аппаратов была выявлена гигантская вихревая структура на Марсе (рис. 2). Она охватывает большую часть северного полушария этой планеты. На Юпитере активной вихревой структурой является Большое Красное пятно диаметром ~40 тыс. км. При этом необходимо отметить, что на медленно вращающихся планетах вихревые структуры отсутствуют. Их нет, например, на Меркурии (период вращения 59 земных сут.), Венере (период вращения 243 сут.). Наша Луна тоже лишена следов вихревых структур по аналогичной причине.

Таким образом, полученные в XX в. данные уже сейчас позволяют сделать вывод о большом воздействии ротационного эффекта помимо физико-географической среды на формирование геологических структур, магматическую деятельность и распределение вулканов на быстро вращающихся планетах, включая Землю. Правда, показать с помощью точных расчетов, как и с помощью какого механизма все это происходило и происходит, пока еще не удалось.

ЛИТЕРАТУРА

1.      Ли Сы-гуан. Геология Китая. М.: Изд. иностр. литературы. 1952. 146 с.

2.      Ли Сы-гуан. Вихревые структуры Северо-Западного Китая. М.: Госуд. научно-техн. изд. литературы по геологии и охране недр. 1958. 132 с.

3.      Мелекесцев И.В. Вихревая вулканическая гипотеза и некоторые перспективы ее применения // Проблемы глубинного магматизма. М.: Наука, 1979. С.125-155.

4.      Мелекесцев И.В. Вулканизм и рельефообразование. М.: Наука, 1980. 212 с.

5.      Назиров М. Исследование закономерностей формирования крупномасштабных геолого-геоморфологических структур по космическим фотоизображениям // Изв. высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 1975. № 4. С.67-75.

6.      Fujiwhara S., Tsujimura T., Kusamitsu S. On the Earth-vortex, Echelon Faults and allied Phenomena // Gerlands Beiträge zur Geophysik, zweite Supple mentband. 1933. P.303-360.

7.      Lee J.S. Some Characteristic Structural Types in Eastern Asia and Their Bearing upon the Problems of Continental Movements // Geol. Mag. LXVI. 1928. P.422-430.

8.      Whitney M.I. Aerodinamic and vorticity erosion of Mars: Part II. Vortex features, related sistems, and some possible global patterns of erosion // Geol. Soc. America Bull., Part I. V. 90. 1979. P.1128-1143.

 И.В. Мелекесцев