Кликабельно
Согласно современной теории литосферных плит вся литосфера узкими и активными зонами - глубинными разломами - разделена на отдельные блоки, перемещающиеся в пластичном слое верхней мантии относительно друг друга со скоростью 2-3 см в год. Эти блоки называются литосферными плитами.
Впервые предположение о горизонтальном движении блоков коры было высказано Альфредом Вегенером в 1920-х годах в рамках гипотезы «дрейфа континентов», но поддержки эта гипотеза в то время не получила.
Лишь в 1960-х годах исследования дна океанов дали неоспоримые доказательства горизонтальных движении плит и процессов расширения океанов за счёт формирования (спрединга) океанической коры. Возрождение идей о преобладающей роли горизонтальных движений произошло в рамках «мобилистического» направления, развитие которого и повлекло разработку современной теории тектоники плит. Основные положения тектоники плит сформулированы в 1967-68 группой американских геофизиков —- У. Дж. Морганом, К. Ле Пишоном, Дж. Оливером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом в развитие более ранних (1961-62) идей американских учёных Г. Хесса и Р. Дигца о расширении (спрединге) ложа океанов.
Утверждается, что ученые не совсем уверены, что вызывает эти самые сдвиги и как обозначились границы тектонических плит. Существует бессчетное множество различных теорий, но ни одна из них полностью не объясняет все аспекты тектонической активности.
Давайте хотя бы узнаем как это себе представляют сейчас.
Вегенер писал: «В 1910 г. мне впервые пришла в голову мысль о перемещении материков…-, когда я поразился сходством очертаний берегов по обе стороны Атлантического океана». Он предположил, что в раннем палеозое на Земле существовали два крупных материка - Лавразия и Гондвана.
Лавразия - это был северный материк, который включал территории современной Европы, Азии без Индии и Северной Америки. Южный материк - Гондвана объединял современные территории Южной Америки, Африки, Антарктиды, Австралии и Индостана.
Между Гондваной и Лавразией находилось первое морс - Тетис, как огромный залив. Остальное пространство Земли было занято океаном Панталасса.
Около 200 млн лет назад Гондвана и Лавразия были объединены в единый континент - Пангею (Пан - всеобщий, Ге - земля)
Примерно 180 млн лет назад материк Пангея снова начал разделяться на составные части, которые перемешались но поверхности нашей планеты. Разделение происходило следующим образом: сначала вновь появились Лавразия и Гондвана, потом разделилась Лавразия, а затем раскололась и Гондвана. За счет раскола и расхождения частей Пангеи образовались океаны. Молодыми океанами можно считать Атлантический и Индийский- старым - Тихий. Северный Ледовитый океан обособился при увеличении суши в Северном полушарии.
А. Вегенер нашел много подтверждений существованию единого материка Земли. Особенно убедительным показалось ему существование в Африке и в Южной Америке остатков древних животных - листозавров. Это были пресмыкающиеся, похожие на небольших гиппопотамов, обитавшие только в пресноводных водоемах. Значит, проплыть огромные расстояния по соленой морской воде они не могли. Аналогичные доказательства он нашел и в растительном мире.
Интерес к гипотезе движения материков в 30-е годы XX в. несколько снизился, но в 60-е годы возродился вновь, когда в результате исследований рельефа и геологии океанического дна были получены данные, свидетельствующие о процессах расширения (спрединга) океанической коры и «подныривания» одних частей коры под другие (субдукции).
Строение континентального рифта
Верхняя каменная часть планеты разделена на две оболочки, существенно различающиеся по реологическим свойствам: жесткую и хрупкую литосферу и подстилающую её пластичную и подвижную астеносферу.
Подошва литосферы является изотермой приблизительно равной 1300°С, что соответствует температуре плавления (солидуса) мантийного материала при литостатическом давлении, существующем на глубинах первые сотни километров. Породы, лежащие в Земле над этой изотермой, достаточно холодны и ведут себя как жесткий материал, в то время как нижележащие породы того же состава достаточно нагреты и относительно легко деформируются.
Литосфера разделена по плиты, постоянно движущиеся по поверхности пластичной астеносферы. Литосфера делится на 8 крупных плит, десятки средних плит и множество мелких. Между крупными и средними плитами располагаются пояса, сложенные мозаикой мелких коровых плит.
Границы плит являются областями сейсмической, тектонической и магматической активности- внутренние области плит слабо сейсмичны и характеризуются слабой проявленностью эндогенных процессов.
Более 90 % поверхности Земли приходится на 8 крупных литосферных плит:
Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (например, Тихоокеанская плита), другие включают фрагменты и океанической и континентальной коры.
Схема образования рифта
Различают три типа относительных перемещений плит: расхождение (дивергенция), схождение (конвергенция) и сдвиговые перемещения.
Дивергентные границы – границы, вдоль которых происходит раздвижение плит. Геодинамическую обстановку, при которой происходит процесс горизонтального растяжения земной коры, сопровождающийся возникновением протяженных линейно вытянутых щелевых или ровообразных впадин называют рифтогенезом. Эти границы приурочены к континентальным рифтам и срединно-океанических хребтам в океанических бассейнах. Термин «рифт» (от англ. rift – разрыв, трещина, щель) применяется к крупным линейным структурам глубинного происхождения, образованным в ходе растяжения земной коры. В плане строения они представляют собой грабенообразные структуры. Закладываться рифты могут и на континентальной, и на океанической коре, образуя единую глобальную систему, ориентированную относительно оси геоида. При этом эволюция континентальных рифтов может привести к разрыву сплошности континентальной коры и превращению этого рифта в рифт океанический (если расширение рифта прекращается до стадии разрыва континентальной коры, он заполняется осадками, превращаясь в авлакоген).
Процесс раздвижения плит в зонах океанских рифтов (срединно-океанических хребтов) сопровождается образованием новой океанической коры за счёт магматических базальтовых расплав поступающих из астеносферы. Такой процесс образования новой океанической коры за счёт поступления мантийного вещества называется спрединг (от англ. spread – расстилать, развёртывать).
Строение срединно-океанического хребта. 1 – астеносфера, 2 – ультраосновные породы, 3 – основные породы (габброиды), 4 – комплекс параллельных даек, 5 – базальты океанического дна, 6 – сегменты океанической коры, образовавшие в разное время (I-V по мере удревнения), 7 – близповерхностный магматический очаг (с ультраосновной магмой в нижней части и основной в верхней), 8 – осадки океанического дна (1-3 по мере накопления)
В ходе спрединга каждый импульс растяжения сопровождается поступлением новой порции мантийных расплавов, которые, застывая, наращивают края расходящихся от оси СОХ плит. Именно в этих зонах происходит формирование молодой океанической коры.
Столкновение континентальной и океанической литосферных плит
Субдукция – процесс поддвига океанской плиты под континентальную или другую океаническую. Зоны субдукции приурочены к осевым частям глубоководных желобов, сопряжённых с островными дугами (являющихся элементами активных окраин). На субдукционные границы приходится около 80% протяжённости всех конвергентных границ.
При столкновении континентальной и океанической плит естественным явлением является поддвиг океанической (более тяжёлой) под край континентальной- при столкновении двух океанических погружается более древняя (то есть более остывшая и плотная) из них.
Зоны субдукции имеют характерное строение: их типичными элементами служат глубоководный желоб – вулканическая островная дуга – задуговый бассейн. Глубоководный желоб образуется в зоне изгиба и поддвигасубдуцирующей плиты. По мере погружения эта плита начинает терять воду (находящуюся в изобилии в составе осадков и минералов), последняя, как известно, значительно снижает температуру плавления пород, что приводит к образованию очагов плавления, питающих вулканы островных дуг. В тылу вулканической дуги обычно происходит некоторое растяжение, определяющее образование задугового бассейна. В зоне задугового бассейна растяжение может быть столь значительным, что приводит к разрыву коры плиты и раскрытию бассейна с океанической корой (так называемый процесс задугового спрединга).
Объём поглощённой в зонах субдукции океанской коры равен объёму коры, возникающей в зонах спрединга. Это положении подчёркивает мнение о постоянстве объёма Земли. Но такое мнение не является единственным и окончательно доказанным. Не исключено, что объём планы меняется пульсационно, или происходит уменьшение его уменьшение за счёт охлаждения.
Погружение субдуцирующей плиты в мантию трассируется очагами землетрясений, возникающих на контакте плит и внутри субдуцирующей плиты (более холодной и вследствие этого более хрупкой, чем окружающие мантийные породы). Эта сейсмофокальная зона получила название зона Беньофа-Заварицкого. В зонах субдукции начинается процесс формирования новой континентальной коры. Значительно более редким процессом взаимодействия континентальной и океанской плит служит процесс обдукции – надвигания части океанической литосферы на край континентальной плиты. Следует подчеркнуть, что в ходе этого процесса происходит расслоение океанской плиты, и надвигается лишь её верхняя часть – кора и несколько километров верхней мантии.
Столкновение континентальных литосферных плит
При столкновении континентальных плит, кора которых более лёгкая, чем вещество мантии, и вследствие этого не способна в неё погрузиться, протекает процесс коллизии. В ходе коллизии края сталкивающихся континентальных плит дробятся, сминаются, формируются системы крупных надвигов, что приводит к росту горных сооружений со сложным складчато-надвиговым строением. Классическим примером такого процесса служит столкновение Индостанской плиты с Евразийской, сопровождающееся ростом грандиозных горных систем Гималаев и Тибета. Процесс коллизии сменяет процесс субдукции, завершая закрытие океанического бассейна. При этом в начале коллизионного процесса, когда края континентов уже сблизились, коллизия сочетается с процессом субдукции (продолжается погружение под край континента остатков океанической коры). Для коллизионных процессов типичны масштабный региональный метаморфизм и интрузивный гранитоидный магматизм. Эти процессы приводят к созданию новой континентальной коры (с её типичным гранито-гнейсовым слоем).
Основной причиной движения плит служит мантийная конвекция, обусловленная мантийными теплогравитационными течениями.
Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли и температуры близповерхностных её частей. При этом основная часть эндогенного тепла выделяется на границе ядра и мантии в ходе процесса глубинной дифференциации, определяющего распад первичного хондритового вещества, в ходе которого металлическая часть устремляется к центру, наращивая ядро планеты, а силикатная часть концентрируются в мантии, где далее подвергается дифференциации.
Нагретые в центральных зонах Земли породы расширяются, плотность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более холодными и потому более тяжёлым массам, уже отдавшим часть тепла в близповерхностных зонах. Этот процесс переноса тепла идёт непрерывно, в результате чего возникают упорядоченные замкнутые конвективные ячейки. При этом в верхней части ячейки течение вещества происходит почти в горизонтальной плоскости, и именно эта часть течения определяет горизонтальное перемещение вещества астеносферы и расположенных на ней плит. В целом, восходящие ветви конвективных ячей располагаются под зонами дивергентных границ (СОХ и континентальными рифтами), нисходящие – под зонами конвергентных границ. Таким образом, основная причина движения литосферных плит – «волочение» конвективными течениями. Кроме того, на плиты действуют ещё рад факторов. В частности, поверхность астеносферы оказывается несколько приподнятой над зонами восходящих ветвей и более опущенной в зонах погружения, что определяет гравитационное «соскальзывание» литосферной плиты, находящейся на наклонной пластичной поверхности. Дополнительно действуют процессы затягивания тяжёлой холодной океанской литосферы в зонах субдукции в горячую, и как следствие менее плотную, астеносферу, а также гидравлического расклинивания базальтами в зонах СОХ.
К подошве внутриплитовых частей литосферы приложены главные движущие силы тектоники плит – силы мантийного “волочения” (англ. drag) FDO под океанами и FDC под континентами, величина которых зависит в первую очередь от скорости астеносферного течения, а последняя определяется вязкостью и мощностью астеносферного слоя. Так как под континентами мощность астеносферы значительно меньше, а вязкость значительно больше, чем под океанами, величина силы FDC почти на порядок уступает величине FDO. Под континентами, особенно их древними частями (материковыми щитами), астеносфера почти выклинивается, поэтому континенты как бы оказываются “сидящими на мели”. Поскольку большинство литосферных плит современной Земли включают в себя как океанскую, так и континентальную части, следует ожидать, что присутствие в составе плиты континента в общем случае должно “тормозить” движение всей плиты. Так оно и происходит в действительности (быстрее всего движутся почти чисто океанские плиты Тихоокеанская, Кокос и Наска- медленнее всего – Евразийская, Северо-Американская, Южно-Американская, Антарктическая и Африканская, значительную часть площади которых занимают континенты). Наконец, на конвергентных границах плит, где тяжелые и холодные края литосферных плит (слэбы) погружаются в мантию, их отрицательная плавучесть создает силу FNB (индекс в обозначении силы – от английского negative buoyance). Действие последней приводит к тому, что субдуцирующая часть плиты тонет в астеносфере и тянет за собой всю плиту, увеличивая тем самым скорость ее движения. Очевидно, сила FNB действует эпизодически и только в определенных геодинамических обстановках, например в случаях описанного выше обрушения слэбов через раздел 670 км.
Таким образом, механизмы, приводящие в движение литосферные плиты, могут быть условно отнесены к следующим двум группам: 1) связанные с силами мантийного “волочения” (mantle drag mechanism), приложенными к любым точкам подошвы плит, на рисунке – силы FDO и FDC- 2) связанные с силами, приложенными к краям плит (edge-force mechanism), на рисунке – силы FRP и FNB. Роль того или иного движущего механизма, а также тех или иных сил оценивается индивидуально для каждой литосферной плиты.
Совокупность этих процессов отражает общий геодинамический процесс, охватывающих области от поверхностных до глубинных зон Земли. В настоящее время в мантии Земли развивается двухъячейковая мантийная конвекция с закрытыми ячейками (согласно модели сквозьмантийной конвекции) или раздельная конвекция в верхней и нижней мантии с накоплением слэбов под зонами субдукции (согласно двухъярусной модели). Вероятные полюсы подъема мантийного вещества расположены в северо-восточной Африке (примерно под зоной сочленения Африканской, Сомалийской и Аравийской плит) и в районе острова Пасхи (под срединным хребтом Тихого океана – Восточно-Тихоокеанским поднятием). Экватор опускания мантийного вещества проходит примерно по непрерывной цепи конвергентных границ плит по периферии Тихого и восточной части Индийского океанов.Современный режим мантийной конвекции, начавшийся примерно 200 млн. лет назад распадом Пангеи и породивший современные океаны, в будущем сменится на одноячейковый режим (по модели сквозьмантийной конвекции) или (по альтернативной модели) конвекция станет сквозьмантийной за счет обрушения слэбов через раздел 670 км. Это, возможно, приведет к столкновению материков и формированию нового суперконтинента, пятого по счету в истории Земли.
Перемещения плит подчиняются законам сферической геометрии и могут быть описаны на основе теоремы Эйлера. Теорема вращения Эйлера утверждает, что любое вращение трёхмерного пространства имеет ось. Таким образом, вращение может быть описана тремя параметрами: координаты оси вращения (например, её широта и долгота) и угол поворота. На основании этого положения может быть реконструировано положение континентов в прошлые геологические эпохи. Анализ перемещений континентов привёл к выводу, что каждые 400-600 млн. лет они объединяются в единый суперконтинент, подвергающийся в дальнейшем распаду. В результате раскола такого суперконтинента Пангеи, произошедшего 200-150 млн. лет назад, и образовались современные континенты.
Тектоника литосферных плит - это первая общегеологическая концепция, которую можно было проверить. Такая проверка была проведена. В 70-х гг. была организована программа глубоководного бурения. В рамках этой программы буровым судном «Гломар Челленджер», было пробурено несколько сотен скважин, которые показали хорошую сходимость возрастов, оцененных по магнитным аномалиям, с возрастами, определенными по базальтам или по осадочным горизонтам. Схема распространения разновозрастных участков океанической коры показана на рис.:
Возраст океанской коры по магнитным аномалиям (Кеннет, 1987): 1 - области отсутствия данных и суша- 2–8 - возраст: 2 - голоцен, плейстоцен, плиоцен (0–5 млн лет)- 3 - миоцен (5–23 млн лет)- 4 - олигоцен (23–38 млн лет)- 5 - эоцен (38–53 млн лет)- 6 - палеоцен (53–65 млн лет) 7 - мел (65–135 млн лет) 8 - юра (135–190 млн лет)
В конце 80-х гг. завершился еще один эксперимент по проверке движения литосферных плит. Он был основан на измерении базовых линий по отношению к далеким квазарам. На двух плитах выбирались точки, в которых, с использованием современных радиотелескопов, определялось расстояние до квазаров и угол их склонения, и, соответственно, рассчитывались расстояния между точками на двух плитах, т. е., определялась базовая линия. Точность определения составляла первые сантиметры. Через несколько лет измерения повторялись. Была получена очень хорошая сходимость результатов, рассчитанных по магнитным аномалиям, с данными, определенными по базовым линиям
Схема, иллюстрирующая результаты измерений взаимного перемещения литосферных плит, полученные методом интерферометрии со сверхдлинной базой - ИСДБ (Картер, Робертсон, 1987). Движение плит изменяет длину базовой линии между радиотелескопами, расположенными на разных плитах. На карте Северного полушария показаны базовые линии, на основании измерений которых по методу ИСДБ получено достаточное количество данных, чтобы сделать надежную оценку скорости изменения их длины (в сантиметрах в год). Числа в скобках указывают величину смещения плит, рассчитанную по теоретической модели. Почти во всех случаях расчетная и измеренная величины очень близки
Таким образом, тектоника литосферных плит за эти годы прошла проверку рядом независимых методов. Она признана мировым научным сообществом в качестве парадигмы геологии в настоящее время.
Зная положение полюсов и скорости современного перемещения литосферных плит, скорости раздвижения и поглощения океанического дна, можно наметить путь движения континентов в будущем и представить их положение на какой-то отрезок времени.
Такой прогноз был сделан американскими геологами Р. Дитцем и Дж. Холденом. Через 50 млн. лет, по их предположениям, Атлантический и Индийский океаны разрастутся за счет Тихого, Африка сместится на север и благодаря этому постепенно ликвидируется Средиземное море. Гибралтарский пролив исчезнет, а «повернувшаяся» Испания закроет Бискайский залив. Африка будет расколота великими африканскими разломами и восточная ее часть сместится на северо-восток. Красное море настолько расширится, что отделит Синайский полуостров от Африки, Аравия переместится на северо-восток и закроет Персидский залив. Индия все сильнее будет надвигаться на Азию, а значит, Гималайские горы будут расти. Калифорния по разлому Сан-Андреас отделится от Северной Америки, и на этом месте начнет формироваться новый океанический бассейн. Значительные изменения произойдут в южном полушарии. Австралия пересечет экватор и придет в соприкосновение с Евразией. Этот прогноз требует значительного уточнения. Многое здесь еще остается дискуссионным и неясным.
источники
http://www.pegmatite.ru/My_Collection/mineralogy/6tr.htm
http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/dvizhenie-litosfernyh-plit.html
http://kafgeo.igpu.ru/web-text-books/geology/platehistory.htm
http://stepnoy-sledopyt.narod.ru/geologia/dvizh/dvizh.htm
Новые факты, полученные геологической наукой за последние
15-20 лет, внесли коренные изменения во многие представления, казавшиеся
ранее фундаментальными.
Космическое землеведение и геолого-геофизические исследования морского
дна позволили по-новому понять развитие Земли. Сформировалась новая
теория тектоники, согласно которой на поверхности нашей планеты
перемещается 8-9 больших плит литосферы - верхней наиболее холодной,
кристаллической, а поэтому твердой и хрупкой оболочки Земли. Эта теория
дала мощный толчок быстрому развитию общей теории эволюции нашей планеты
- глобальной тектоники.
Теория тектоники литосферных плит представляет собой развитие родившейся
еще в начале XX в. гипотезы дрейфа материков.
Понятие "земная твердь" прочно вошло в повседневное
сознание людей. Поэтому с самого зарождения геологии Как самостоятельной
науки в ней сформировалось и многие годы господствовало представление о
невозможности значительных горизонтальных перемещений крупных
геологических тел, а тем более целых материков. Теоретическим
фундаментом геологии на протяжении более чем полувека служила контракцион-ная гипотеза, объяснявшая горообразование остыванием Земли и
сокращением ее радиуса. Но геологические аргументы, накопленные к началу
XX в. (и прежде всего установление областей, расположенных буквально "по
соседству", в одной из которых происходило сжатие земной коры, тогда как
в другой в то же самое время - растяжение), подорвали престиж этой
гипотезы. Главной же причиной крушения контракционной гипотезы было
открытие радиоактивности и обнаружение в континентальной земной коре
значительного количества радиоактивных элементов. (Правда, как мы теперь
понимаем, это представление о высоких концентрациях было в начале нашего
века неоправданно распространено на всю Землкх" Следствием явилось
предположение, что наша планета не только не остывает, но даже
продолжает разогреваться.) Крушение гипотезы контракции привело к общему
кризису в теоретической геологии. Многочисленные попытки спасти красивую
и, казалось бы, естественную гипотезу не увенчались успехом.
Именно в это время появились две статьи американского геолога Ф. Тейлора
(Taylor, 1910) и немецкого геофизика А. Вегенера (Wegener, 1912). В этих
работах допускалась возможность крупных горизонтальных перемещений
континентальных массивов. Так в теоретической геологии родилось новое
направление - мобилизм.
Гипотезу дрейфа материков обычно связывают с именем А. Вегенера, который
наиболее полно разработал эту идею к концу 20-х годов. Прежде всего он
был поражен удивительным сходством очертаний окраин континентов, ныне
разделенных Атлантическим океаном.
Анализ относительного распределения по площади высот суши и глубин моря
позволил А. Вегенеру выдвинуть предположение (которое в настоящее время
полностью подтвердилось) о том, что в среднем составы континентальных
пород и пород, слагающих дно океана, существенно различны. Материки
сложены более легкими, преимущественно гранито-гнейсовыми породами (сиаль),
в составе которых преобладают кремний и алюминий; дно океана сложено
более тяжелым веществом (симой), состоящим в значительной степени из
кремния и магния. На этой основе А. Вегенер создал простую, достаточно
наглядную и для того времени правдоподобную модель строения верхней
оболочки Земли. Согласно этой модели более легкие материки в виде
толстых (до 100 км и более) сиалических плит погружены в пластичную
тяжелую симу, где и плавают подобно айсбергам в океане.
Для подтверждения своей гипотезы А. Вегенер и его последователи
привлекли четыре группы фактов: геоморфологические, геологические,
палеонтологические и палеоклиматологические. Наиболее простым и
убедительным аргументом было сходство береговых линий материков по
разные стороны Атлантического океана. Менее четкое, но все же достаточно
убедительное совпадение очертаний береговых линий удалось установить и
для материков, окружающих Индийский океан. Реконструкция расположения
континентов в геологическом прошлом, проведенная путем сближения до
наилучшего совпадения очертаний их окраин, позволила А. Вегенеру
предположить, что в середине мезозоя (около 200 млн. лет назад) все
материки были сгруппированы в единый гигантский континент - Пан-гею.
Этот суперконтинент образовался около 300 млн. лет назад из двух крупных
частей: северной - Лавразии, объединявшей нынешнюю Европу, Азию (без
Индии) и -Северную Америку, и южной - Гондваны, которая включала в себя
Южную Америку, Африку, Антарктиду, Индостан и Австралию (рис. 1).
Реконструкция Пангеи, выполненная по геоморфологическим данным,
убедительно подтверждалась и сходством геологических разрезов
позднепалеозойских и раннемезозойских пород на смежных материках. В
отдельных случаях удалось установить сходство даже в тонких деталях
состава и строения геологических разрезов в краевых зонах Африки и Южной
Америки, разделенных сейчас Южной Атлантикой на тысячи километров.
Первые различия в геологическом строении береговых районов этих
континентов проявились лишь в позднеюрское- раннемеловое время (около
130 млн. лет назад). Эти различия свидетельствуют о расколе Пангеи,
который сопровождался обильным излиянием базальтовых лав, образовавших
мощные покровы.
Не менее убедительно о единстве материков Лавразии и Гондваны
(объединившихся в конце палеозоя в единую Пангею) свидетельствуют
окаменелые остатки животных и растений. Вся древняя фауна и флора южных
материков образует единое сообщество, некогда заселявшее одну область.
Особенно показательным в этом отношении оказались листрозавры -
пресмыкающиеся, похожие на небольших гиппопотамов, обитавшие в
пресноводных водоемах около 200 миллионов лет назад. В начале XX в. их
остатки были найдены в Африке и Южной Америке (в конце 60-х годов в
Антарктиде было найдено буквально кладбище листрозавров). Невозможно
себе представить, чтобы эти неуклюжие наземные или пресноводные животные
могли проплыть тысячи километров по океану, если бы он разделял в то
время, как и сейчас, Африку, Южную Америку и Антарктиду. Остается
единственный вывод, который и был сделан А. Вегенером:
Рис. 1. Реконструкция пространственного расположения материков по А. Вегенеру (1929)
в триасовое время (около 200 млн. лет назад)
все эти ныне разрозненные материки составляли единый материк - Гондвану,
который, в свою очередь, входил тогда в состав Пангеи.
Сильным аргументом, убедительно свидетельствующим в пользу единой Пангеи,
были и обобщенные А. Вегенером палеоклиматические данные. Геологи,
изучавшие материки современного Южного полушария, давно установили следы
позднепалеозойского покровного оледенения (ледниковые, валунные глины -
тиллиты) в Южной Америке, Африке, Индии и Австралии. В конце 50-х -
начале.60-х годов бесспорные следы пЬзднепалеозойского покровного
оледенения были найдены и в Антарктиде. Трудно себе представить
покровное оледенение в Бразилии, Африке и Индостане в пермское и
карбоновое время при современном расположении материков, тем более что в
том же самом карбоне (около 300 млн. лет назад) на юге и в центре
нынешней Русской платформы отлагались известняки теплого моря, а
найденные в Предуралье коралловые острова в то время изобиловали
тропической фауной.
Простота и наглядность предложенной А. Ве-генером модели движения
материковых глыб^ а главное - убедительность приводимых в защиту
гипотезы дрейфа континентов фактических геологических данных, позволили
этой гипотезе в 20-е годы быстро завоевать широкую известность. Но вслед
за первым успехом мобилистской гипотезы, после трагической гибели ее
автора в 1930 г. во льдах Гренландии, началось быстрое охлаждение к ней
"здравомыслящего" геодрги-ческого сообщества. Начало критическому
отношению положили геофизики; кр^Инейший английский геофизик-теоретик X.
Джефрис (Jeffreys) количественно оценил предложенную Ф. Тейлором и А.
Вегенером "центробежную" модель дрейфа и показал, что центробежная сила
на 2-3 порядка меньше той величины, которая необходима для преодоления
прочности земной коры и смещения континентальных массивов.
Другой удар нанесли геологи; они привели достаточно много аргументов,
свидетельствующих, что наиболее существенный процесс образования
континентальной коры, происходящий в островных дугах, имеет явно
глубинную природу и не связан с внешними силами, которыми первые
мобилисты объясняли механизм перемещения материков. И снова геофизики:
они открыли зоны глубоких (до 600 км) очагов землетрясений под
островными дугами, которые стали трактовать как расколы твердой и
прочной мантии, следовательно (при такой трактовке), не могло быть и
речи о каких-либо перемещениях континентальной коры относительно мантии.
Критические аргументы были настолько убедительными, что к началу 40-х
годов гипотеза растеряла почти всех своих сторонников, и в 50-х годах
абсолютному большинству геологов казалось, что она имеет лишь
историческое значение.
В самом начале 60-х годов американский геолог Г. Хесс
(Hess) высказал предположение, что горячее, частично расплавленное
мантийное вещество поднимается вдоль рифтовых трещин, которые в ту пору
были впервые трассированы по сейсмологическим данным в виде единой
мировой системы осевых зон пологих и обширных подводных хребтов.
Поднимаясь из глубоких недр под такими хребт^Йи, мантийное вещество
согласно модели Хесса должно растекаться в разные стороны от оси хребта
и "растаскивать" океаническое дно*в разные стороны. Кроме того,
поднимающееся расплавленное мантийное вещество заполняет рифтовую
трещину, застывает в ней, а затем, разрываясь примерно посредине,
наращивает таким образом расходящиеся края океанической коры*.
В то же самое время появились новые убедительные геофизические
доказательства перемещения материков, связанные с палеомагнетизмом
древних пород. Первые же палеомагнитные исследования (П. Блеккет -
Blackett и С. Ран-корн - Runcorn, Англия, 1962; Э. Ирвинг - Irving, США,
1964; А. Храмов, 1967) подтвердили вегенеровские реконструкции распада
Пангеи.
В начале 60-х годов появились и сильные палеомагнитные доказательства
разрастания океанического дна, полученные на основании анализа природы
полосчатого аномального магнитного поля. Оказалось, что эти аномалии
симметричны по отношению к гребням срединно-оке-анических хребтов, и
каждая половина симметричной картины с хорошей точностью повторяет
порядок чередования намагниченности континентальных пород по мере
увеличения их возраста. К тому времени было установлено, что изменения
намагниченности континентальных пород связаны с изменениями направления
магнитного поля нашей планеты: за последние несколько миллионов лет
магнитные полюса Земли меняли свою полярность свыше 20 раз. Для
объяснения природы полосчатого аномального магнитного поля океана было
высказано много гипотез. Справедливой оказалась модель английских ученых
Ф. Вайна (Vine) и Д. Мэттюза (Matthews) (1963), которые предположили,
что эти аномалии есть не что иное, как запись инверсий магнитного поля
Земли в геологическом прошлом на гигантской природной "магнитофонной
ленте" - океанической коре, которая, застывая в рифтовой трещине, рвется
в ней примерно посредине, и каждая половина раздвигается в стороны от
места своего рождения. Определив порядок чередования и время каждой
инверсии, можно по рисунку аномалий установить возраст дна океана. Эта
интерпретация, проверенная данными глубоководного бурения, убедительно
показала геологическую молодость океанического дна. Возраст пород в
рифтовых трещинах буквально современный, на флангах
срединно-океанических хребтов - 80-100 млн. лет, а самой древней
океанической коре не более 150-160 млн. лет, что составляет всего v30 от
возраста нашей планеты.
Теперь хорошо известно, что раскол Пангеи произошел около 160-170 млн.
лет назад, когда Африка откололась от Северной Америки. По мере их
удаления друг от друга начала образовываться и расширяться впадина
Северной Атлантики. Полярная и субполярная области Атлантического океана
начали развиваться лишь 60-65 млн. лет назад, когда раскололась
Лавра-зия - Северная Америка отделилась от Гренландии, а Гренландия от
Европы. Южная Америка откололась от Африки 120-130 млн. лет назад,
положив начало разрастанию южноатлантической впадины. Рубеж юрского и
мелового времени - это рубеж распада Гондваны. В это же время Индостан
откололся от Африки и Антарктиды и начал свой стремительный путь к
северу; тогда же началось разрастание современного Индийского океана.
Последний раскол остатков Гондваны - разделение Антарктиды и Австралии -
произошел в раннем кайнозое, всего 60-65 млн. лет назад.
Так палеомагнитные исследования континентальных пород и аномального
магнитного поля океана не только полностью подтвердили аргументы ранних
мобилистов, но и позволили выявить детальные черты геометрии взаимного
перемещения литосферных плит в процессе разрастания геологически молодых
впадин Атлантического и Индийского океанов.
Как мы уже упоминали, геофизиками было установлено, что глубина очагов
землетрясений под островными дугами достигает нескольких сотен
километров; они группируются в сравнительно узкие (до 100 км)
сейсмофокальные зоны. Еще в начале 30-х годов голландский геофизик Ф.
Венинг- Мейнес (Weining-Meines), а в середине 40-х советский геолог
академик В. Заварицкий интерпретировали эти зоны как результат
вдавливания или пододвигания океанической литосферы под материковую. Но,
повторим, в то время большинство геофизиков и геологов традиционно
трактовали глубинные сейсмофокальные зоны как расколы жесткой мантии.
Только в конце 60-х годов американцы JI. Сайке (Sykes), Ж. Оливер (Oliver),
Б. Айсекс (Isacks), анализируя сейсмологические данные, убедительно
показали, что глубинные сейсмофокальные зоны под островными дугами
действительно по своим упругим параметрам представляют плиты, более
жесткие, чем окружающая мантия, и уходящие на глубину под разными
углами.
Другим ярким доказательством погружения океанической литосферы в мантию
под островными дугами служит рельеф дна. В конце 20-х - начале 30-х
годов было установлено, что глубоководные желоба и невулканические гряды
островных дуг далеки от равновесия; для того чтобы их удерживать в таком
состоянии, литосфера должна обладать прочностью порядка 1000 кг см-г,
что соответствует условно-мгновенной прочности кристаллических горных
пород на скалывание. Отсюда автором данной статьи был сделан вывод
(1968), что нескомпенсирован-ные структуры островных дуг могут длительно
существовать только при условии перераспределения напряжений в процессе
пододвигания одной плиты под другую, т. е. они представляют собой
поверхностное проявление динамики конвергентных (сходящихся) краев плит.
Еще один тип границ литосферных плит был впервые выделен в середине 60-х
годов канадцем Дж. Т. Уилсоном (Wilson) - это так называемые
трансформные разломы, вдоль которых края плит скользят без значительного
раздвигания или пододвигания.
Таким образом, к концу 60-х годов были сформулированы основные положения
тектоники литосферных плит. А именно: на поверхности нашей планеты
перемещается ансамбль плит литосферы - верхней наиболее холодной
оболочки Земли, в пределах которой все компоненты находятся в
кристаллическом состоянии. Поэтому только литосфера обладает конечной
длительной прочностью и хрупким разрушением - разрывы литосферы приводят
к землетрясениям. Иными словами, с позиций механики литосфера и является
корой Земли. Нижняя ее граница определяется температурой кристаллизации
(или плавления) базальтов; начало их плавления - фазовый переход
литосферы в астеносферу (неустойчивую сферу). Верхняя граница литосферы
определяет лик нашей планеты.
Наиболее существенные геологические процессы происходят на боковых
границах плит. Эти границы делятся на три главных типа.
Первый - это дивергентные края плит; здесь в образующуюся трещину
поступает расплавленное мантийное вещество, которое, достигая
поверхности, застывает и образует новую океаническую литосферу. Раскол
континентальной литосферы и раздвижение краев двух материков дает начало
образованию между ними нового океана.
Другой тип границ - это конвергентные, которые, в свою очередь, можно
разделить на два подтипа. Первый - когда океаническая плита сталкивается
с другой плитой (океанической или континентальной) и погружается в
мантию. Такое погружение приводит к образованию глубоководных желобов и
островных дуг (например, Курильской) или активных, вулканических
континентальных окраин (андийская окраина Южной Америки, восточная
окраина Камчатки и др.). Второй подтип можно наблюдать там, где
сталкиваются континентальные края плит. Существенно более легкая, чем
мантия, континентальная
Рис. 2. Глобальная модель линейных скоростей относительных и абсолютных перемещений главных литосферных плит (Ушаков, Галушкин, 1978): 1 - дивергентные границы 2 - планетарные пояса плит и величина линейной скорости раздвижения в см/год- сжатия литосферы; 3 - конвергентные границы плит и величина линейной скорости сжатия в см /год; 4 - абсолютная линейная скорость смещения плиты в см/год
кора играет в материковой литосфере роль
"пробки" и не позволяет ей глубоко погрузиться в астеносферу. Поэтому
столкновение континентальных окраин подобно торошению льдин во время
затора при ледоходе; пример такого "торошения" материковой литосферы -
Альпийско-Гималайский горный пояс.
Третий тип границ - это уже упоминавшиеся трансформные разломы.
Деформация и расколы литосферы происходят в основном лишь на границах
плит, при этом на конвергентных границах выделяется 95-96% всей упругой
энергии, тогда как остальные 4-5% - на дивергентных (расходящихся) и
трансформных.
Как уже отмечалось, крупных литосферных плит немного - 8-9; их число
зависит от того, какой характерный линейный размер плиты
и какую скорость их относительного смещения выбрать за начальные. В
настоящее время можно выделить еще свыше 20 малых плит, которые
сосредоточены преимущественно в пределах Альпийско-Гималайского и
Циркум-Тихоокеанского планетарных поясов сжатия литосферы. Грубо можно
считать, что характерный линейный размер крупной плиты - тысячи, а малой
- сотни километров; нижний предел относительной линейной скорости
смещения двух плит 0,5-1 см/год. Пространственное расположение границ
плит на поверхности Земли, а также некоторые другие геофизические
данные, о которых речь пойдет ниже, позволяют предполагать, что
перемещение литосферных плит обусловлено крупномасштабной конвекцией,
охватывающей всю мантию нашей планеты, вплоть до поверхности ядра.
Теперь геологи стали понимать, что непосредственно из мантии рождается
лишь океаническая кора - в рифтовых трещинах срединно-океани-ческих
хребтов. Континентальная кора представляет собой продукт вторичной
переработки и переплавления океанической коры в местах, где происходит
погружение в мантию океанических плит. Когда океаническая кора
переплавляется, слагающие ее породы теряют воду, часть кремнезема,
щелочные металлы, глинозем и некоторые другие подвижные соединения и
элементы. Все эти компоненты в виде богатых водой и кремнеземом магм
поднимаются на поверхность наползающего края плиты, образуя
вулканические цепи островных дуг и континентальных окраин.
На основании принципиально различных по своей физической природе данных
удалось представить картину "мгновенного" движения главных литосферных
плит (характерное время такого "мгновенного" движения в геологическом
масштабе составляет несколько миллионов лет).
Математической основой для этого служит известная теорема Эйлера,
которая гласит, что произвольное перемещение твердого тела с некоторой
неподвижной, расположенной внутри тела точкой можно представить как
результат вращения относительно фиксированной оси, проходящей через эту
точку. Применяя теорему Эйлера к "мгновенному" перемещению литосферных
плит по поверхности сферической Земли, получаем, что это перемещение
(при условии, что плита в некотором приближении ведет себя как жесткое
тело) можно описать вращением с некой угловой скоростью вокруг оси,
проходящей через центр Земли. Следовательно, описание геометрии
перемещения плит базируется на предположении об относительной жесткости
каждой плиты.
Проверка этого предположения и вытекающих из него следствий впервые была
выполнена еще в 1968 г. У. Морганом (Morgan, США) и К. Jle Пишоном (Le
Pichon, Франция). При расчете первой глобальной модели "мгновенной"
кинематики 6 наиболее крупных плит Ле Пишон использовал 30 значений
относительных скоростей на дивергентных границах плит и 30 направлений
смещений, определенных по простираниям трансформных разломов. Дж.
Минстер (Minster, США) и др. (1974) при расчете своей кинематической
модели 10 плит использовали около 200 исходных величин, добавив около
100 направлений смещений на границах плит.
При построении нашей кинематической модели 12 плит (С. А. Ушаков, Ю. И.
Галушкин, 1978) было использовано 300 исходных значений скоростей и
направлений смещений на границах плит. Результаты во всех моделях
получились достаточно близкими. Тектоника плит позволила впервые в
геологической науке получить количественную воспроизводимость глобальной
модели природного процесса.
Используя данные об относительном движении плит, можно попытаться
оценить их "абсолютное" движение в системе координат, не связанной с
самими плитами. Такую систему, основанную на "горячих пятнах" (областях
аномально высокого плавления) в мантии, удалось создать. В этой модели
предполагается, что пояса подводных вулканических хребтов и наземных
щелочных базальтов образовывались при прохождении плиты (океанической
или континентальной) над "горячим пятном". Такое "пятно" создает область
ослабленной литосферы, там концентрируются напряжения, образуются
трещины и проявляется вулканизм. Считая "пятна" неподвижными
относительно друг друга, можно по простиранию вулканических хребтов
(подводных или наземных) определить "абсолютные" направления и скорость
движения плиты.
Наша (Ушаков, Галушкин, 1978) и предыдущая (Минстер и др., 1974) модели
включали 20 направлений простирания линейных поясов подводных гор и
наземных щелочных вулканических провинций. Результаты показали, что
предположение об относительной неподвижности "горячих пятен" за интервал
времени порядка нескольких
Рис. 3. Движение плит в результате мантийной конвекции (схема)
миллионов лет, по-видимому, справедливо и систему
координат, привязанную к "пятнам", в первом приближении можно считать
абсолютной.
Наиболее высокие скорости в этой системе координат у океанических
литосферных плит; они перемещаются в 3-7 раз быстрее, чем те плиты,
значительную часть которых составляют материки. Так, например,
Тихоокеанская плита в районе Гавайских островов движется в
северозападном направлении с линейной скоростью около 10 см/год. Это
самая быстрая из всех плит; Антарктическая и Евроазиатская - самые
медленные (рис. 2).
Таким образом, полученная на основании геомагнитных, геоморфологических
и сейсмологических данных количественная глобальная замкнутая модель
"мгновенной" кинематики литосферных плит принципиально отличает
современную мобилистскую теорию, которая развилась на основе гипотезы А.
Вегенера о дрейфе материков, от всех предшествующих геотектонических
гипотез, объяснявших геологические процессы лишь на качественном уровне.
Этот факт делает тектонику литосферных плит надежной основой для
разработки фундаментальной теории образования и эволюции коры Земли.
Поэтому тектонику литосферных плит следует рассматривать как составную
часть более общей теории - глобальной тектоники.
Согласно современным представлениям, в основу которых
положена космогоническая гипотеза О. Ю. Шмидта, Земля (как и остальные
планеты Солнечной системы) образовалась путем аккреции вещества
холодного протопланетного газопылевого облака, некогда окружавшего
Солнце. Такой* процесс должен был привести к образованию первоначально
достаточно однородной по составу и сравнительно холодной Земли; по
оценкам В. С. Сафронова (1969) средняя температура разогрева первичной
Земли в результате соударения самых крупных кусков протопланетного
облака (планетеземалей) не могла подняться выше 1000-1200° С.
Сейчас наша планета расслоена на оболочки. Важнейшие из них - литосфера,
мантия, простирающаяся до глубины почти 2900 км, и тяжелое ядро,
разделенное на жидкое внешнее и, вероятно, застывшее, но достаточно
горячее внутреннее.
Согласно последним оценкам А. С. Монина, О. Г. Сорохтина и др. (1975,
1979) расслоение нашей планеты на тяжелое ядро и более легкую мантию -
мощнейший источник выделения тепла внутри Земли. С момента ее
образования и до настоящего времени этот энергетический источник дал
(1,5-1,6)- 1038 эрг, тогда как суммарная величина энергии, выделившейся
за счет распада радиоактивных источников за все время жизни Земли,
оценивается в (0,4 - 0,9)-1038 эрг (оценка по нижнему пределу
представляется нам более правдоподобной). Тепловыделение при замедлении
вращения за счет приливного трения оценить трудно. Оценка по верхнему
пределу дает величину не более 0,2-1038 эрг, при этом основная доля всей
приливной энергии, вероятно, выделилась за первые полмиллиарда лет жизни
Земли. Для сравнения заметим, что сейчас полная кинетическая энергия
вращения Земли вокруг своей оси лишь немногим более 0,02- 1038 эрг.
Эти энергетические оценки позволяют предположить, что избыточное тепло
выносится с помощью конвекции при образовании новой океанической
литосферы в рифтовых трещинах (С. А. Ушаков, И. И. Федынский, 1973).
Или, попросту говоря, перемещение ансамбля литосферных плит (а как
следствие - дрейф материков в составе разных плит) есть результат
спасения Землей себя от перегрева теплом, выделяющимся при
гравитационной дифференциации ее недр.
Считая процесс выделения земного ядра главным движущим механизмом
эволюции Земли, О. Г. Сорохтин (1974, 1979) предложил современную
химическую модель состава и глобальной эволюции нашей планеты. Плотность
образцов различных материалов, сжатых взрывами до давлений, существующих
в центральной области Земли, сравнивалась с плотностью земного ядра,
вычисленной по геофизическим данным. Из такого сопоставления было
сделано наиболее вероятное заключение, что ядро на 85-90% состоит из
железа. Легкой добавкой к нему в жидком внешнем ядре, по-видимому,
служит кислород в соединении Fe20 (теоретические оценки Сорохтина
показали, что при высоких давлениях возможно образуется окисел Fe20,
который при таких давлениях не в состоянии кристаллизоваться). Жесткое
внутреннее ядро, как и железные метеориты, вероятно, состоит из сплава
железа с никелем. В современном земном ядре сосредоточена почти треть
всей массы Земли, а выделение из первичной однородной мантии такого
объема железа и кислорода не могло не повлиять самым существенным
образом на глобальное развитие всей нашей планеты.
Наличие резкой плотностной границы между мантией и ядром (разность
плотностей около 4 г см-з) позволяет предполагать, что процесс
дифференциации мантийного вещества в гравитационном поле Земли протекает
лишь в тонком пограничном слое на поверхности ядра. После удаления в
ядро части тяжелой фракции (окислов железа) облегченное мантийное
вещество всплывает вверх. Таким образом, в мантии Земли образуются
мощные восходящие и нисходящие потоки, замыкание которых в непрерывные
конвективные ячейки происходит путем горизонтальных течений вверху - в
астеносфере и внизу - в переходном слое на поверхности ядра (рис. 3).
Наиболее вероятный порядок астеносферных скоростей - дециметры в год
(Ушаков, Красс, 1970; Сорохтин, 1974). Сцепление астеносферы с
литосферой приводит к тому, что под действием конвективных течений в
литосфере возникают механические напряжения. Когда они превышают предел
прочности пород, происходит раскол литосферы на плиты, которые
перемещаются в виде единого ансамбля в соответствии с направлениями
астеносферных течений, определяемыми глобальной структурой мантийной
конвекции. Пространственное распределение дивергентных и конвергентных
границ, а также направления и скорости перемещения литосферных плит в
настоящее время позволяют грубо представить себе современную структуру
конвективных течений в мантии.
В самом общем виде эта структура близка к двуячеистой. Объединение
отдельных материков в единые суперконтиненты в прошлом происходило не
единожды; кроме вегенеровской Пангеи в позднем палеозое, еще раньше - в
протерозое - существовала Мегагея, геологически обоснованная Г. Штилле (Stille,
ГДР). Отсюда следует, что в эти периоды мантийная конвекция была
одноячеистой и дрейф литосферных плит происходил только в одном
направлении - от области восходящих мантийных потоков, расположенной
Рис. 4. Глобальные палеогеографические
реконструкции
(по JI. П. Зоненшайну и А. М. Городницкому):
1 - материки (суша);
2 - границы континентов;
3 - дивергентные и трансформные границы плит;
4 - конвергентные границы плит; 5 - направления палеомеридиана
в океаническом полушарии, к области нисходящих, над
которой сталкивались и собирались воедино разрозненные материки. В
периоды столкновений континентов на них должны были развиваться мощные
геологические процессы, подобные тем, которые уже десятки миллионов лет
идут в пределах Альпийско-Гималайского горного пояса по мере его
формирования.
Возможная физическая природа и схема перестроек мантийной конвекции была
рассмотрена А. С. Мониным и О. Г. Сорохтиным (1977). Не исключено, что
пространственное расположение материков может, в свою очередь, оказывать
определенное влияние на структуру мантийной конвекции.
На выбор между различными теоретическими моделями, объясняющими
структуру мантийной конвекции, окажут сильное влияние глобальные
реконструкции расположения литосферных плит в различные интервалы
геологического прошлого. Для последних 550 млн. лет такие реконструкции
на основании геологических и геофизических (палеомагнитных) данных
независимо и практически одновременно (в 1978 г.) были выполнены в нашей
стране JI. П. Зоненшайном и А. М. Городницким и в Канаде Е. Р.
Кацасеви-чем (Kanasevich) и др.; полученные результаты, в общем,
достаточно близки, хотя, конечно, в деталях имеются определенные
различия (рис. 4).
При глобальных палеотектонических реконструкциях более далекого
геологического прошлого приходится учитывать общую тенденцию эволюции
Земли. Напомним, что согласно модели, которая рассматривается нами как
наиболее вероятная, дифференциация земного вещества происходит главным
образом на поверхности ядра. Следовательно, на начальных стадиях
развития нашей планеты, когда ее ядро еще только формировалось и было
маленьким, и сам процесс дифференциации, и связанные с ним глобальные
геологические явления протекали вяло. По мере роста ядра и его
поверхности ускорялся и процесс дифференциации, возрастала глобальная
тектоническая активность и на некоторой стадии эволюции Земли началось
перемещение по ее поверхности литосферных плит. Однако рост ядра и
переход в него окислов железа постепенно уменьшали их концентрацию в
мантии, что привело к замедлению дифференциации и уменьшению скорости
развития других глобальных геологических процессов. В конечном итоге
глобальная эволюция нашей планеты должна прекратиться и тогда Земля
перейдет в пассивную, подобную современной Луне, стадию медленного
остывания путем теплопотерь через постепенно утолщающуюся литосферу.
Задавшись химическим составом первоначальной однородной Земли, О. Г.
Сорохтин (1974, 1979) рассчитал характер изменения средней скорости
конвективного массообмена в мантии,
Рис. 5. Средняя скорость конвективного массообмена в мантии Земли. На оси времени t точка 0 - настоящее время
Рис. 6. Изменение во времени массы воды, выделившейся из недр нашей планеты: 1 - суммарная масса воды, дегазированная из мантии; 2 - масса воды в гидросфере; 3 - масса связанной воды в породах океанической коры; 4 - то же, в породах континентальной коры. На оси времени г точка 0 - настоящее время
определяющего глобальную тектоническую активность, а
также изменение со временем состава мантии и выделение воды в земную
кору, гидросферу и атмосферу (рис. 5, 6). Эти расчеты позволяют
предполагать, что перемещение литосферных плит должно было начаться не
сразу, а через 500-700 млн. лет после образования -Земли. Как нам
представляется, установленные на границе архея и катархея линейные
складчатые и метаморфические пояса являются индикаторами первых
столкновений конвергентных краев литосферных плит. Если дальнейшие
исследования подтвердят это предварительное заключение, то вся
геологическая история, начиная с архея (3,5+0,15 млрд. лет), должна
рассматриваться с учетом крупных горизонтальных перемещений этих плит.
Максимум глобальной тектонической активности наблюдался в интервале от
2,3 до 1 млрд. лет назад - от середины афе-бия и вплоть до среднего
рифея.
Ряд данных позволяет считать, что Земля никогда, даже в период
максимальной активности, не была полностью расплавленной. Если бы такое
событие произошло, то, вероятнее всего, недра нашей планеты быстро бы
продифферен-цировались и Земля бы уже вступила в стадию пассивного
остывания. Как показывают расчеты (см. рис. 5), перемещение литосферных
плит продлится еще около 1 млрд. лет. Таким образом, все процессы
эволюции литосферы на границах плит взаимосвязаны в единую систему.
Физическую основу этой глобальной взаимосвязи составляют
крупномасштабная мантийная конвекция, жесткость и прочность литосферы.
Естественно, что глобальная химическая эволюция недр нашей планеты в
значительной степени определяет также и общую направленность эволюции ее
гидросферы и атмосферы, а следовательно, и главные изменения климата
Земли. Другой сильный климатообразующий фактор - это пространственное
расположение на поверхности нашей планеты материков и океанов. Попадая в
полярные районы и покрываясь ледниковым покровом, континенты становятся
глобальными холодильниками; наступает резкое похолодание в полярных и
значительное - в умеренных широтах. Когда, перемещаясь в составе
литосферных плит, материки покидают полярные области, то (благодаря
сравнительно небольшой отражательной способности воды и ее
крупномасштабной циркуляции в океане) наступает заметное, на десятки
градусов, потепление в полярных и субполярных районах и, естественно,
смягчение климата на всей нашей планете. Это явление, впервые отмеченное
еще А. Вегенером на примере пермокарбонового покровного оледенения
Гондваны, теперь получило полное подтверждение и развитие.
Выполненные совсем недавно исследования (Ушаков, Ясаманов, 1982) создают
предпосылки для разработки палеоклиматического подхода при прогнозе
размещения гипергенных (т. е. образованных близ поверхности)
месторождений на различных материках в зависимости от их
пространственного расположения в каждый период геологического прошлого.
Становится все более ясным, что глобальная эволюция жизни на Земле тесно
связана с изменениями взаимного расположения материков и океанов
(Ушаков, 1979). Ведь изолированный материк - это своеобразная замкнутая
или полузамкнутая экологическая область. Перемещения материков, их
столкновения и разделения вместе с глобальными изменениями климата и
крупномасштабными циркуляциями воды в океане самым кардинальным образом
должны были влиять на всю эволюцию жизни на нашей планете.
С.А. Ушаков
Русский географ и путешественник
Н. Пржевальский начал свою четвертую экспедицию в Центральную Азию
(вторая Тибетская экспедиция).
Англичанин Э. Арчибальд применил воздушный змей для поднятия небольшого
анемометра на высоту до 500 метров.
Бельгийский зоолог Э. Бенеден провел важные исследования по
цитоморфологии отдельных классов позвоночных животных.
Немецкий физик Ф. Кольрауш применил бифилярный магнетометр, с помощью
которого произвел определение горизонтальной составляющей земного
магнитного поля.
ФИНЛЯНДИЯ. В предположении, что северные сияния происходят от
электрических токов, проходящих через воздух из верхних слоев атмосферы
к земле, гельсинг-форский профессор Лемстрем задался весьма счастливою
мыслью: произвести искусственно род полярного сияния посредством
устройства на вершине одной горы прибора для истечения атмосферного
электричества, и затем доказать электрическое свойство этого света
существованием тока в проводнике, соединявшем этот аппарат с землею у
подошвы горы. Наблюдения, описанные Лемстремом, по-видимому,
подтверждают его идеи. По замечанию академика Г. И. Вильда, данное
открытие важно для этой, еще весьма темной области физики земного шара.
"Записки Российской Академии наук"
ШОТЛАНДИЯ. Р. Кеннеди устроил на заводе "Общества железнодорожных и
электрических приложений" в Паль-мади, в Шотландии, первое практическое
приложение электрической передачи силы на расстоянии для постоянного
ежедневного пользования. При помощи двух динамо-машин, изобретенных
Кеннеди и выполненных на его заводе, от 4-5 паровых сил передаются по
двум тонким медным проволокам из токарной и сборной мастерской завода в
мастерскую для плотников и модельщиков. Переданная сила применяется для
приведения в движение больших циркулярных пил и вполне находится под
контролем рабочих.
"Электричество"
|
|
Сергей Александрович УШАКОВ (р. 1934) - геолог-геофизик, специалист в области геофизических исследований земной коры и теории тектоники литосферных плит, доктор геолого-минералогических наук, директор научно-исследовательского и учебного Музея землеведения МГУ. Родился в Ташкенте. В 1956 окончил геологический факультет МГУ. В 1961 защитил кандидатскую, в 1967 -докторскую диссертации. С 1961 по 1979 работал на кафедре геофизики МГУ сначала в должности младшего, а затем старшего научного сотрудника. С 1980 - профессор кафедры геоморфологии географического факультета МГУ. С. А. Ушаков - участник антарктических экспедиций, почетный полярник. Он автор свыше 150 научных работ, в том числе ряда монографий. В настоящее время под его руководством в содружестве с геофизиками ГДР проводятся геодинамические исследования эволюции земной коры рифтовых зон и континентальных окраин в связи с перспективами их нефтегазоносности. |
Размещение фотографий и цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.
ГИПОТЕЗА ДРЕЙФА МАТЕРИКОВ И ТЕОРИЯ ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ ЧАСТЬ 2 УРОК № 4 “ЛИТОСФЕРА ЗЕМЛИ” Земная кора - самая верхняя часть литосферы. Земная кора - самая верхняя часть литосферы (рисунок 1). Она представляет собой как бы тонкое “покрывало”, над которым скрыты неспокойные земные недра. По сравнению с другими геосферами земная кора кажется тонкой пленкой, в которую обернут земной шар. В среднем толщина земной коры составляет всего 0,6 % от длины земного радиуса. Внешний облик нашей планеты определяют выступы материков и впадины океанов, заполненные водой. Чтобы ответить на вопрос, как они образовались, надо знать различия в строении земной коры. (Выполните ЗАДАНИЕ “Б”) Как же объяснить различия в строении земной коры (рисунок 2)? Большинство ученых считает, что сначала на нашей планете образовалась кора океанического типа (о.з.к.) (рисунок 3). Под влиянием процессов, происходящих внутри Земли, на её поверхности образовались складки, то есть горные участки. Толщина коры увеличилась, образовались выступы материков. Относительно дальнейшего развития материков и впадин океанов существует ряд гипотез. Рисунок 1. Рисунок 2. Рисунок 3. В последние десятилетия создано несколько научных предположений о развитии земной коры, которые можно объединить в два основных направления. Сторонники первого направления считают материки неподвижными, другие, наоборот, говорят об их постоянном движении. Основные геологические теории (современные и исторические) Теория Кто и когда предложил Сущность теории Значение теории Нептунизм А. Вернер, немецкий геолог, 1870-е годы Все горные породы Земли произошли из вод первичного Мирового океана. Развивает исторический подход к изучению Земли. Д. Геттон, шотландский геолог, 1795 год Ведущую роль в геологическом прошлом Земли играли внутренние силы. Представляет Землю как систему, находящуюся в динамическом, подвижном равновесии. Основные геологические теории (современные и исторические) Теории Кто и когда предложил Сущность теории Значение теории Плутонизм Теория контракции Ж. Эли де Бомон, французский геолог, 1852 год Так как Земля остывает и уменьшается в объёме, земная кора сминается в складки. Объясняет процессы складкообразования. Решающую роль в развитии Земли имели вертикальные тектонические движения; горизонтальных почти не было. Обосновывает неизменность положения материков на поверхности Земли. Фиксизм Мобилизм (дрейф материка) А. Вегенер, немецкий геолог, 1912 год Большие участки земной коры совершают горизонтальные перемещения. Объясняет динамику развития земной коры и рельефа. Теория тектоники литосферных плит Середина ХХ века Плиты перемещаются по астеносфере в горизонтальном направлении за счет поступления вещества мантии. Развивает теорию дрейфа материков. Гипотеза дрейфа материков Альфред Вегенер, немецкий геолог, (1880 - 1930) Идея движения материков впервые была высказана ещё в эпоху открытия Америки, когда было обнаружено большое сходство в очертаниях Африки и Южной Америки. Однако самая поэтичная гипотеза происхождения материков и океанов связана с именем немецкого ученого А. Вегенера. Он первый громко заявил о движении материков и в начале ХХ века опублтковал свой труд об их дрейфе. В своей книге “Происхождение материков и океанов” немецкий геофизик А. Вегенер писал: “В 1910 году мне впервые пришла в голову мысль о перемещении материков … , когда, изучая карту мира, я поразился сходством очертаний берегов по обе стороны Атлантического океана”. А. Вегенер исследовал данные по геологии, палеонтологии Африки и Южной Америки, и, как он писал дальше, “изучив эти данные, я убедился в принципиальной правильности своей идеи”. (Подробнее читайте материалы в ХРЕСТОМАТИИ по географии материков и океанов “О дрейфе континентов и происхождении материков и океанов”). Опираясь на сходство очертаний берегов Африки и Южной Америки по обе стороны Атлантического океана, ученый предположил, что сотни миллионов лет назад на Земле существовал гигантский материк ПАНГЕЯ. Его окружал огромный океан ПАНТАЛАССА (рисунок 4). Названия ПАНГЕЯ и ПАНТАЛАССА происходят от греческих pan - “вся”, ge - “земля”, talassa - “море”. Название ТЕТИС - от имени греческой богини моря Thetis. Более детально рассмотрите В УЧЕБНИКЕ рисунок 8 “Изменение очертаний материков в разное время” на странице 26. В дальнейшем, по мнению А. Вегенера, материк ПАНГЕЯ раскололся на две части ГОНДВАНУ (в южном полушарии) и ЛАВРАЗИЮ (в северном полушарии). Ещё десятки миллионов лет спустя образовались современные материки. Таким образом, А. Вегенер предложил и, насколько это было возможно для его времени, обосновал ГИПОТЕЗУ ДРЕЙФА МАТЕРИКОВ (в переводе с голландского языка дрейф означает “плавать”). Рисунок 4. В поисках доказательств истинности гипотезы ученый изучал строение берегов Южной Америки и Африки. В 1930 году А. Вегенер отправился в очередную экспедицию в Гренландию. Он собирался ещё раз определить географические координаты этого острова, сравнить их со сделанными ранее и найти новые подтверждения своей гипотезы. Но в экспедиции А. Вегенер погиб. Поиск новых доказательств ДРЕЙФА МАТЕРИКОВ продолжили последователи ученого, сторонники его гипотезы. Выполните (по желанию) ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНУЮ РАБОТУ “Моделирование положения материков в древности, в настоящее время, в будущем”. К концу ХХ века наука обогатилась новыми данными о процессах, происходящих в недрах планеты, была создана теория строения земной коры, основанная на представлении о литосферных плитах. Теория литосферных плит В современной науке существует уже целая ТЕОРИЯ ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ, над окончательным содержанием которой продолжает спорить уже не одно поколение ученых. Основные положения ТЕОРИИ ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ таковы: ….. ВНИМАНИЕ!!! Откройте и положите перед собой карту “Строение земной коры” в атласе. Все географические объекты, о которых идет речь, находите и показывайте на карте!!! Основные положения теории литосферных плит Согласно теории литосферных плит земная кора вместе с верхней частью мантии (то есть литосфера) не является монолитным панцирем планеты. Она разбита сложной сетью глубоких трещин, которые уходят на большую глубину, достигают мантии. Эти гигантские трещины делят литосферу на несколько очень больших блоков (литосферных плит) толщиной от 60 км до 100 км. Таких громадных литосферных плит - 7: I Тихоокеанская; II Северо-Американская; III Южно-Американская; IV Африканская (Африкано-Аравийская); V Евразиатская; VI Индо-Австралийская; VII Антарктическая (найдите их на карте “Строение земной коры”), и десятки плит - поменьше размером. Литосферными плитами называются огромные по размерам блоки литосферы (то есть земной коры и верхней части мантии), отделенные друг от друга разломами, разрывами (швами) по осевым линиям сейсмических поясов Земли. Основные положения теории литосферных плит Границы между литосферными плитами (найдите условный знак на карте “Строение земной коры”) проходят по срединно-океаническим хребтам - гигантским вздутиям на теле планеты; или по глубоководным желобам - ущельям на океаническом дне. Есть такие трещины и на суше. Они проходят по горным поясам вроде Альпийско-Гималайского, Уральского … Эти горные пояса похожи на “швы на месте залеченных старых ран на теле планеты”. На суше есть и “свежие раны” - знаменитые Восточно-Африканские разломы. горы Гималаи Основные положения теории литосферных плит Большинство литосферных плит включает как материковую, так и океаническую земную кору. Например: (сопоставьте карту “Строение земной коры” и данные таблицы): Название литосферной плиты. Какие материки и океаны Тип земной коры. расположены на литосферной плите? ТИХООКЕАНСКАЯ литосферная плита Тихий океан Океаническая земная кора (о.з.к.) АФРИКАНСКАЯ литосферная плита материк Африка; часть Индийского и Атлантического океанов (океанические котловины); (материковая отмель) Континентальная з.к. (к.з.к.) о.з.к. к.з.к. Основные положения теории литосферных плит Важная особенность литосферных плит залючается в том, что они горизонтально перемещаются относительно друг друга. Литосферные плиты лежат на сравнительно мягком, пластичном слое мантии, по которому и происходит их скольжение. Силы, вызывающие движение плит, возникают при перемещении вещества в верхней мантии. Мощные восходящие потоки этого вещества разрывают земную кору, образуя в ней глубинные разломы. Эти разломы есть на суше, но больше всего их в срединноокеанических хребтах на дне океанов, где земная кора тоньше. Здесь расплавленное вещество поднимается из недр Земли и расталкивает плиты, наращивая земную кору. Края разломов отодвигаются друг от друга. Основные положения теории литосферных плит Литосферные плиты медленно перемещаются от подводных хребтов к линиям желобов со скоростью от 4 мм до 10 см в год (найдите условный знак на карте “Строение земной коры”). Например: Название литосферной плиты Направление движения Скорость движения ТИХООКЕАНСКАЯ литосферная плита в северо - западном направлении 10,0 см в год АФРИКАНСКАЯ литосферная плита в северо - восточном направлении 1,9 см в год Соседние литосферные плиты сталкиваются, расходятся (раздвигаются), скользят одна относительно другой. Литосферные плиты плавают на поверхности верхней мантии, как куски льда на поверхности воды. Теория литосферных плит Основные положения теории литосферных плит Если литосферные плиты, одна из которых имеет океаническую кору, а другая - континентальную (материковую) земную кору, сближаются, то покрытая морем плита изгибается, как бы ныряет под континент. При этом возникают глубоководные желоба, островные дуги, горные хребты. Например, при столкновении Евразиатской(участок к.з.к.) и Тихоокеанской (о.з.к.) литосферных плит на границе столкновения образуются глубоководные желоба: Курило-Камчатский, Марианский, Филиппинский, и островные дуги: Рисунок 5. Курильские острова, Японские о-ва, Филиппинские о-ва. (сопоставьте карту “Строение земной коры” и “Физическую карту мира”) Рисунок 5. Столкновение участков о.з.к. и к.з.к. на примере литосферных плит: Наска и Южно-Американской. Рисунок 6. Столкновение 2-х литосферных плит (участков о.з.к. и к.з.к.) Основные положения теории литосферных плит При столкновении двух литосферных плит с континентальной земной корой (к.з.к.), их края вместе со всеми накопленными на них осадочными породами сминаются в складки, образуются так называемые планетарные пояса сжатия (горные системы) (рисунок 7). Например: на границе Евразиатской (участок к.з.к.) и Африканской (участок к.з.к.) литосферных плит образовались горные системы (области новой складчатости (найдите условный знак на карте “Строение земной коры” и сопоставьте с “Физической картой мира”): Альпы, Карпаты, Пиренеи (в Европе), горы Атлас (в Африке). Рисунок 7. Основные положения теории литосферных плит Расхождение литосферных плит в зоне срединно-океанических хребтов. Центральная часть срединно-океанического хребта обычно рассечена ущельем в несколько десятков км шириной и до 1,5 км глубиной. Вдоль этого ущелья происходит расхождение литосферных плит. Рисунок 8. Мощные восходящие потоки (смотрите слайд 5: рисунок 3) мантийного вещества вновь разрывают земную кору, расплавленное вещество поднимается из недр Земли по трещине (жерло вулкана) и расталкивает литосферные плиты. Вещество мантии застывает, и происходит наращивание земной коры океанического типа (о.з.к.) срединно-океаничекого хребта. При этом края разломов отодвигаются. На рисунке 8 - образование СрединноАтлантического хребта на границе Африканской и Южно-Американской литосферных плит (сопоставьте карту “Строение земной коры” и “Физическую карту мира”). Основные положения теории литосферных плит Ученые пришли к выводу, что в местах разрыва и растяжения земной коры в срединных хребтах образуется новая океаническая земная кора, которая постепенно расползается в обе стороны от породившего её глубинного разлома. На дне океана работает как бы гигантский конвейер. Он переносит молодые блоки литосферных плит от места их зарождения к континентальным окраинам океанов. Скорость движения маленькая, путь длинный. Поэтому эти блоки достигают берега через 15 20 млн. лет. Пройдя этот путь, плита опускается в глубоководный желоб и, “ныряя” под континент, погружается в мантию, из которой она образовалась в центральных частях срединных хребтов. Так замыкается круг жизни каждой литосферной плиты. Интересный факт “В зонах срединно-океанических хребтов происходит расхождение литосферных плит; там по разломам поднимается вещество мантии, застывает, и образуется земная кора океанического типа.” Доказательством этого процесса служат равномерное изменение возраста горных пород по обе стороны от срединноокеанического хребта, аномально высокие температуры морского дна в этих районах. Ученые установили, что скорость растяжения морского дна составляет: в Атлантическом океане - 3,5 см/ год; в Красном море - 1,5 см/год. Интересный факт По результатам погружений подводных аппаратов “Пайсис” в рифтовую зону Красного моря советские океанологи установили, что по своей форме она не отличается от срединно-океанических. Данные экспедиций Института океанологии сообщают, что “трещина, которая начинает развиваться под озером Байкал … ещё не океанический рифт, её возраст около 20 млн. лет, но в будущем, если процесс не остановится, берега Байкала будут постепенно расходиться и на его месте, возможно, возникнет океан” Вставить видео “картинки 6 класс” “озеро Байкал” (А.Подражанский) Рифт (англ. кift, буквально - трещина, разлом), крупная линейная тектоническая структура земной коры протяженностью в сотни-тысячи, шириной в десятки, иногда в первые сотни километров, образованная при её горизонтальном растяжении, обычно происходящем на фоне обширного сводового поднятия. Основные положения теории литосферных плит Существуют разломы, вдоль которых литосферные плиты скользят без существенных смещений, например разломы Восточной Африки. Основные положения теории литосферных плит В основании современных материков лежат древнейшие относительно устойчивые и выровненные участки земной коры - ПЛАТФОРМЫ, то есть плиты, образовавшиеся в далеком геологическом прошлом Земли. При столкновении плит возникли горные сооружения. Некоторые материки сохранили следы столкновения нескольких плит. Площадь их постепенно увеличивалась. Так, например, образовалась Евразия. Участки земной коры Характер движений Сила движений Примеры ПЛАТФОРМА колебательные медленные Южно Американская платформа Области складчатости СКЛАДЧАТЫЕ ПОЯСА (подвижные участки земной коры) складкообразовательны е разрывные (землетрясения, вулканизм) сильные Области новой складчатости - горы Анды Сейсмические пояса Земли Пограничные области между литосферными плитами называют сейсмическими поясами (отгреч. seismos - “землетрясение”). Это самые беспокойные подвижные области планеты. Здесь сосредоточено большинство дейстующих вулканов, происходит не менее 95 % всех землетрясений. Сейсмические пояса протянулись на тысячи километров и совпадают с областями глубинных разломов на суше, в океане - со срединноокеаническими хребтами и глубоководными желобами. На Земле более 800 действующих вулканов, извергающих на поверхность планеты много лавы, газов и водяного пара. Землетрясения и вулканизм Учение о литосферных плитах дает возможность заглянуть в будущее Земли. Предполагают, что примерно через 50 млн. лет разрастуться Атлантический и Индийский океаны, Тихий океан уменьшится в размерах. Африка сместится на север. Австралия пересечет экватор и придет в соприкосновение с Евразией. Однако это только прогноз, который требует уточнения. Значение учения о литосферных плитах Значение знаний!!! Знания о строении и истории развития литосферы имеют большое практическое значение для хозяйственной деятельности человека. Ученые на основе этих данных прогнозируют места поисков месторождений полезных ископаемых. Предполагают, например, что именно на границах литосферных плит образуются магматические и метаморфические рудные ископаемые, происхождение которых связано с внедрением магматических горных пород в земную кору. “Несмотря на сложности, новая теория дает в руки геологов верную нить5 ищи границы литосферных плит, найдешь и полезные ископаемые… Это, главным образом, рудные месторождения” (Л. Зоненшайн) Ученые составляют ПРОГНОЗЫ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ, которые связаны с процессами, происходящими в литосфере. Рекорды земной коры Рекорды земной коры Срединно - Атлантический хребет - самый длинный подводный хребет. Это крупнейшая горная система дна Атлантического океана, одно из звеньев срединно-океанических хребтов Мирового океана. Общая его длина - более 18 000 км, наибольшая ширина 1 500 км. Глубина подошвы - 5 000 м, наибольшая глубина над гребнем - 128 м. На склонах хребта расположен ряд подводных вулканов, вершины некоторых из них представляют собой острова Вознесения, Святой Елены… Впадина Гхор - Эль-Гор, тектоническая впадина в Западной Азии, в Палестине. Длина около 200 км, ширина до 25 км. В пределах днища долина реки Иордан, Тивериадское озеро, Мертвое море (на его берегу - самая низкая точка поверхности земного шара (- 395 м), то есть на 395 м ниже уровня океана. Следовательно, самая глубокая точка на ден Мертвого моря находится на глубине 751 м ниже уровня океана. Рекорды земной коры Марианский глубоководный желоб - наибольшая глубина На снимке Марианский желоб Мирового океана - 11 022 м (по другим данным - 11 034 м). Эта глубина была обнаружена в 1957 году советской океанологической экспедицией на научно-исследовательском судне “Витязь”. Протяженность Марианского желоба - 1 340 км, ширина - 59 км. Курило глубоководный -Камчатский желоб - наибольшая глубина Мирового океана у берегов России - 9 717 м (по другим данным 9 783 м). В Тихом океане, у восточных подводных склонов Курильских островов. Длина Курило Камчатского желоба - около 2 200 км, средняя ширина - 59 км. Алеутский глубоководный желоб - самый длинный (по протяженности) глубоководный желоб Мирового океана - длина свыше 4 000 км. Рекорды земной коры Вулкан Льюльяйльяко - самый высокий действующий вулкан в мире, расположенный в Южной Америке, в Центральных Андах, на Чилийско - Аргентийской границе. Его высота составляет 6 723 м. Последнее извержение произошло в 1877 году. Вулкан Ключевская Сопка - самый высокий действующий вулкан на территории России, на п-ове Камчатка. Его высота - 4 750 м. За последние 270 лет он дал свыше 30 сильных извержений. Вулкан Мауна- Лоа (“Длинная гора”)самый большой действующий вулкан в мире, на Гавайях. Он имеет купол 120 км и шириной 103 км. Лава вокруг вулкана занимает площадь более 5 180 кв.км. Котлованный кратер, площадью 10,4 кв.км и глубиной 150-180 м, поднимается на 4 168 м над уровнем моря. Вулкан извергается в среднем один раз в 3,5 года (с 1832 года).
Зависимость площадь-периметр. Некоторые определения. Фрактальная размерность. Блоковая структура пирамиды. Соотношения площади (S) и периметра (P) для террейнов различного возраста. Соотношения площадей и периметров геологических тел. Фрактальная размерность террейнов. Типы данных. Распределения по размерам. Зависимость фрактальной размерности от возраста. Соотношения площади (S) и периметра. Распределение эпицентров землетрясений.
«Тектоническое строение и рельеф» - Состав земной коры. Древние платформы на карте мира. Антарктическая плита. Субдукция литосферных плит. Тектоническое строение и рельеф. Тектоника плит. Континентальная кора. Возраст океанической коры. Дивергенция. Конвергенция литосферных плит. Толщина земной коры в километрах. Литосфера. Основные положения современной ТЛП. Срединно-океанические хребты. Чёрные курильщики. Тектонические циклы. Сдвиговые перемещения по трансформным разломам.
«Литосфера» - Кальдера. Тянь-шаньское землетрясение. Эффузивный магматизм. Рифты восточной Африки. Сильное землетрясение. Тектонические гипотезы. Складчатые дислокации. Геологический профиль. Грязевой вулкан. Эпейрогенические движения. Тектоническая активизация платформ. Разрывные дислокации. Геохронология. Горст. Литосферные плиты. Герцинская складчатость. Трапп. Землетрясения. Идеи мобилизма. Мрамор. Рельеф. Складчатые и разрывные дислокации пластов.
«Историческая геология» - Ксенолиты. Относительный возраст горных пород. Атмосфера. Литосфера. Принцип финальной сукцессии. Принципы исторической геологии. Сферы Земли. Глубинная геодинамика. Принцип неполноты геологической летописи. Дилювианизм. Принцип Гресли. Историческая геология. Развитие исторической геологии. Схема глобальной тектоники. Геологические карты. Самостоятельная ветвь. Швейцарский геолог. Абраам Готлоб Вернер.
«Движение литосферных плит» - Земная кора. Сейсмические пояса Земли. Марианский глубоководный желоб. Ученые. Расхождение литосферных плит. Рекорды земной коры. Движение литосферной плиты. Подводный хребет. Изменение очертаний материков. Гипотеза дрейфа материков. Положения теории литосферных плит. Участки земной коры. Теории. Теория литосферных плит. Особенность литосферных плит. Значение знаний. Советские океанологи. Название литосферной плиты.
«Строение литосферы» - Определяем настроение. Гранит. Земля и её строение. Экскурсия в виртуальный геологический музей. Вид планеты Земля из космоса и в разрезе. Кварц. Железняк. Литосфера. Строение земной коры. Задания-помощники. Представление о внутреннем строении Земли. Уголь. Решите задачу. Практикум. Задания для закрепления. Внутреннее строение Земли. Гематит. Известняк.
Горные породы, формирующие кору Земли, как мы помним, бывают изверженные – первичные, образовавшиеся при охлаждении и затвердевании магмы, и осадочные – вторичные, образовавшиеся в результате эрозии и накопления осадков на дне водоемов. Осадочные породы почти полностью покрывают поверхность суши, формируя – в числе прочего – значительную часть высочайших горных систем. Это означает, что порода, из которой слагаются ныне вершины Альп или Гималаев, когда-то формировалась под водой, ниже уровня моря. Любой геолог считает это обстоятельство совершенно тривиальным, но первое осознание этого факта обычно поражает человека.
В 1852 году Э. де Бомон предложил для объяснения процесса горообразования (орогенеза) контракционную теорию (от латинского «контракцио» – сжатие); она основывалась на предположении об «изначально горячей» Земле. Итак, имеется огненный шар из раскаленного газа, который, остывая с поверхности, начинает покрываться твердой коркой. Объем любого остывающего тела уменьшается, и остывающая корка «садится», растрескиваясь подобно такыру . Возникшие трещины – самые глубокие части на поверхности планеты, и потому именно в них происходит самое интенсивное осадконакопление. Тем временем внутренние части шара тоже остывают, и весь он начинает уменьшаться в объеме; тогда потрескавшаяся «кожура» начинает собираться в складки, и заполненные осадками трещины выпирают наружу, образуя горные хребты.
Контракционная теория имела множество уязвимых мест. Подсчеты показывали, что для предполагаемых ею изменений объема планеты необходимо изменение температуры на несколько тысяч градусов, что уже само по себе маловероятно. А поскольку различные горные системы образовывались в разное время, то получается, что происходило несколько последовательных падений температуры – на несколько тысяч градусов каждое; исходная же температура получалась просто невообразимой. А на Земле, между тем, в это время заведомо существовала жизнь – соответствующие осадочные породы содержат ископаемых; как такое может быть? Тем не менее, ничего лучшего в распоряжении геологов не было до 1912 года, когда А. Вегенер предложил свою теорию дрейфа континентов (т.е. их горизонтальных перемещений), объяснявшую с единых позиций целый ряд явлений, в том числе – процесс орогенеза.
Отправным пунктом в построениях Вегенера было удивительное сходство береговых линий континентов по разные стороны Атлантического океана, на которое обращали внимание многие естествоиспытатели еще с XVII века (Ф.Бэкон) (рисунок 5, а). Вегенер, однако, не остановился на том, что контуры всех приатлантических и – в несколько меньшей степени – прииндоокеанских континентов могут быть совмещены друг с другом подобно кусочкам мозаики, формирующим единое панно. Он показал практически полную идентичность позднепалеозойских и раннемезозойских геологических разрезов Африки и Южной Америки, находящихся ныне по разные стороны Южной Атлантики, и очень высокое единство позднепалеозойской флоры и фауны всех разделенных теперь океанами материков Южного полушария и Индии. Это привело его к выводу о том, что в конце палеозоя все материки были собраны в единый протоконтинент – Пангею, состоящий из двух блоков: северного, Лавразии (Северная Америка и Евразия без Индостана), и южного, Гондваны (Южная Америка, Африка, Индостан, Австралия и Антарктида), разделенных морем Тетис. Пангея была окружена единственным же – огромным – океаном; таких океанов, как Атлантический и Индийский, в то время еще не существовало.
РИСУНОК 5. Истоки возникновения теории дрейфа континентов. а – совмещение береговых линий приатлантических материков. б – следы пермокарбонового оледенения на современных континентах
Решающими доказательствами того, что в прошлом материки располагались на глобусе иначе, Вегенер вполне справедливо считал данные о климате разных частей Гондваны. С одной стороны, в Трансантарктических горах, у самого Южного полюса, экспедицией Р. Скотта были найдены позднепалеозойские ископаемые деревья, принадлежащие к глоссоптериевой флоре (см. главу 9) – той же самой, что и на прочих Гондванских материках. С другой стороны, в это же самое время в Индии, Бразилии, Экваториальной Африке и Австралии образовывались ледниковые отложения – тиллиты – их основу составляет галька со специфической окатанностью и штриховкой (рисунок 5, б). Согласовать эти факты можно лишь допустив, что некогда Южная Америка, Африка, Австралия и Индия располагались гораздо ближе к Южному полюсу, а Антарктида, напротив, существенно дальше от него, чем в наши дни. (Попытки решить проблему, перемещая по глобусу сам Южный полюс при неизменном, нынешнем, положении материков ничего не дают – при желании можете поскладывать эту мозаику сами).
Надо заметить, что само по себе былое территориальное единство континентов Южного полушария допускалось многими геологами, однако все они (как, например Э. Зюсс, который и ввел сам термин «Гондвана» – от древнеиндийского племени гондов) считали нынешнее положение материков неизменным и предполагали, что между ними существовали некие сухопутные соединения, впоследствии погрузившиеся в океан. Вегенер же, вместо того, чтобы «строить» такие «сухопутные мосты», предположил, что материки именно перемещаются по поверхности глобуса друг относительно друга: Южная Америка отодвигается от Африки, Индия приблизилась к Азии и столкнулась с ней, и т.д.
Дело в том, что ко времени исследований Вегенера уже стало ясно, что существование погрузившихся в океан «сухопутных мостов» невозможно, т.к. континентальная кора принципиально отлична по своему строению от коры на дне океанов. Суть этих различий состоит в следующем. В геофизике уже тогда был разработан и уже широко применялся метод измерения гравитационных аномалий (ГА). Суть его заключается в том, что всем известная величина ускорения свободного падения g = 9,81 м/сек2, характеризующая силу земного притяжения, в действительности есть величина усредненная. Вблизи больших масс сила притяжения (в соответствии с законом всемирного тяготения) будет больше. Поэтому в тех участках Земли, где плотность слагающих ее горных пород превышает среднюю, величина g будет несколько превышать 9,81 м/сек2, там же, где эта плотность ниже средней («дефицит массы») – наоборот; эти отклонения и называют, соответственно, положительными и отрицательными гравитационными аномалиями.
Начав эти измерения еще в 50-х годах прошлого века, ученые не без удивления обнаружили, что вблизи больших гор отсутствуют положительные ГА: эффект притяжения самих горных массивов полностью компенсируется дефицитом массы под ними; вообще под районами с высоким рельефом повсеместно залегают скопления вещества относительно малой плотности. И наоборот, в океанах, где следовало бы ожидать крупных отрицательных ГА (ведь плотность воды, заполняющей впадины океанов, в 2,5-3 раза ниже плотности горных пород, залегающих на таком же уровне на материках) ничего подобного не наблюдается; следовательно, океанское дно должно в основном состоять из пород существенно более плотных, чем те, что слагают материки.
Из всего этого был сделан совершенно правильный вывод о том, что породы коры легче пород мантии и «плавают» в ней подобно айсбергам (или, если угодно, как металлические в тазу со ртутью). Плавающий айсберг, в соответствии с законом Архимеда, должен быть глубоко (на 5/6 своего объема) погружен в воду, и чем выше его надводная часть, тем больше должна быть подводная. На дне океанов слой коры очень тонок, тогда как материки сформированы во много раз более толстой и, соответственно, более легкой корой (в 50-е годы нашего века это было подтверждено прямыми измерениями – средняя толщина континентальной и океанической коры составляет 36 и 7,5 км, соответственно); максимальной же толщины кора достигает под горными системами («У гор глубокие корни») (рисунок 6). Это явление было названо изостатическим равновесием, или просто изостазией – взаимное уравновешивание по закону Архимеда, когда вес погруженного тела (коры) равен весу вытесненной им жидкости (мантийного вещества); необходимо, однако, помнить, что «жидкость», в которую погружена кора, обладает столь большой вязкостью, что при относительно быстрых (сотни – первые тысячи лет) нагрузках ведет себя как твердое тело.
РИСУНОК 6. Изостазия. (а) – Соотношение в различиях между величиной надводных и подводных частей двух айсбергов (a:b); (б) – структура континентальной и океанической коры.
Итак, Вегенер фактически объединил концепцию изостазии (термин этот был введен Даттоном в 1892 году, но сама концепция гораздо старше) с данными по геологии и палеоклиматологии Южных материков и создал в итоге свою теорию дрейфа континентов. Согласно ей изостатические айсберги-материки медленно дрейфуют в чрезвычайно вязком мантийном веществе. Праматерик Гондвана, первоначально располагавшийся в высоких широтах Южного полушария, раскололся на фрагменты, часть из которых затем переместилась еще дальше к Южному полюсу (Антарктида), а остальные, напротив, приблизились к экватору (Южная Америка, Африка, Австралия) или даже пересекли его и оказались в Северном полушарии (Индия). Когда материки сталкиваются между собой, кора сминается в складки, образуя горы; если продолжать аналогию с плавучими льдами, то орогенез соответствует процессу образования торосов.
Теория дрейфа континентов быстро завоевала популярность, которая, однако, оказалась недолгой. Дело в том, что ни Вегенеру, ни его сторонникам не удалось найти сил, заставляющих материк продвигаться вперед, преодолевая колоссальное сопротивление мантийного вещества. Попытки объяснить это движение кориолисовыми силами (инерционные силы, возникающие на поверхности вращающегося тела, вектор которых направлен против направления вращения) и тяготением Луны были тут же отвергнуты геофизиками как несерьезные. Несколько десятилетий к концепции горизонтальных перемещений континентов относились как к изящной фантазии, однако в начале шестидесятых годов она получила подтверждение с совершенно неожиданной стороны – из области палеомагнитных исследований.
Если нагреть постоянный магнит выше определенной температуры, называемой точкой Кюри, то он теряет свои магнитные свойства, но затем, при охлаждении, вновь восстанавливает их. При прохождении точки Кюри застывающая изверженная горная порода, которая содержит ферромагнитные минералы (соединения железа и никеля), намагничиваются и ориентируются в соответствии с существующим в это время магнитным полем; это явление называется остаточной намагниченностью. Иными словами, содержащая соединения железа (или иных ферромагнетиков) горная порода в известном смысле представляет собой стрелку компаса, указывающую направление на магнитный полюс Земли в момент застывания породы. Если же у нас есть более одной такой «стрелки», то пересечение указываемых ими направлений даст нам и точное положение полюса в соответствующую эпоху, и, с другой стороны, географическую широту района образования каждой из наших пород-"стрелок" (направление линий намагниченности породы относительно земной поверхности меняется от 90 на полюсе до 0 на экваторе). А поскольку для изверженной породы можно радиоизотопным методом определить абсолютный возраст (см. главу 1), то возникает возможность нарисовать довольно точную картину расположения континента относительно полюса в различные моменты истории.
В результате этих исследований выяснились две вещи. Во-первых, теперь было прямо доказано, что все «Гондванские» материки действительно находились некогда в гораздо более высоких широтах Южного полушария, чем ныне. Во-вторых, оказалось, что общая картина положения полюсов в геологическом прошлом выходит какая-то странная. Данные по каждому отдельному материку рисуют вполне согласованную траекторию перемещений полюсов (например, Северный полюс относительно Евразии начиная с карбона двигался из центральной части Тихого океана до своего нынешнего положения по S-образной кривой, проходящей через Берингов пролив), однако траектории, даваемые разными материками не совпадают между собой – за исключением того, что все они заканчиваются близ современного полюса (рисунок 7, а и б). Картина эта казалась совершенно необъяснимой до тех пор, пока в 1962 г. С. Ранкорн не догадался «сдвинуть» материки в соответствии с полузабытыми уже реконструкциями Вегенера; при таком их положении соответствующие палеомагнитные траектории совместились между собой практически идеально (рисунок 7, в).
РИСУНОК 7. Траектории движения полюса относительно континентов при их современном расположении: (а) – Северного относительно Европы и Северной Америки, (б) – Южного относительно Африки и Южной Америки. (в) – те же траектории, но при совмещении приатлантических частей континентов в соответствии с реконструкциями Вегенера.
Тем временем накапливались и новые данные о строении дна океанов. Была детально закартирована глобальная (т.е. охватывающая весь земной шар) система срединно-океанических хребтов и располагающихся в периферических частях океанов глубоководных желобов, с которыми связаны районы активного вулканизма и землетрясений. По гребню срединно-океанического хребта проходит глубокая продольная трещина – рифт – над которой фиксируется постоянный мощный тепловой ток. С глубоководными желобами же связаны сильные отрицательные гравитационные аномалии, означающие, что дефицит массы внутри желобов (которые наполнены водой – веществом менее плотным, чем окружающие их горные породы) не компенсируется избытком массы на их дне. Поскольку желоба не имеют «тяжелого» дна, то оно, в соответствии с изостазией, должно было бы «всплывать», ликвидируя тем самым желоб как таковой; а раз этого в действительности не происходит, то должна существовать некая иная, негравитационная сила, удерживающая желоб в прогнутом состоянии.
В 1962 Г. Хесс суммировал эти данные, сформулировав свою гипотезу разрастания (спрединга) океанического дна. Он предположил, что в мантии происходит конвекция – тепловое перемешивание вещества (подробнее об этом – чуть далее). Горячее, частично расплавленное мантийное вещество поднимается на поверхность по рифтовым трещинам; оно постоянно раздвигает края рифта и одновременно, застывая, наращивает их изнутри. При этом возникают многочисленные мелкофокусные землетрясения (с эпицентром на глубине несколько десятков километров). Хесс писал: «Этот процесс несколько отличается от дрейфа материков. Континенты не прокладывают себе путь сквозь океаническое дно под воздействием какой-то неведомой силы, а пассивно плывут в мантийном материале, который поднимается вверх под гребнем хребта и затем распространяется от него в обе стороны.» Срединно-океанический хребет, таким образом, является просто-напросто местом, где на поверхность планеты выходит восходящий конвекционный ток, какие можно наблюдать в кастрюле, где варится кисель или жидкая каша; материк же (в рамках такой аналогии) является пенкой на этом киселе.
Если на срединно-океанических хребтах постоянно образуется новая океаническая кора, то должно быть и место, где происходит обратный процесс – ведь суммарная-то поверхность планеты не увеличивается. Местом, где кора уходит обратно в некогда породившую ее мантию, и являются глубоководные желоба. Именно продольное давление постоянно расширяющейся океанической коры и является той самой силой, что удерживает желоба в прогнутом состоянии и не дает их дну «всплывать». Энергия же напряжений, возникающих, когда твердая кора вдвигается в лишь частично расплавленную мантию, выделяется в виде глубокофокусных землетрясений (с эпицентром на глубине до 600-650 км) и извержений вулканов (рисунок 8).
РИСУНОК 8. (а) – раздвижение литосферных плит с «впаянными» в них континентами в результате конвективных токов в мантии, выходящих на поверхность в рифтовой зоне срединно-океанического хребта. (б) – Пододвигание литосферной плиты под континент с возникновением вулканизма и глубокофокусных землетрясений.
Из представлений об океанском дне как о конвейерной ленте, выходящей на поверхность в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов и затем скрывающейся в глубоководных желобах, следовало, что возраст океанической коры должен увеличиваться по мере удаления от рифта и достигать максимума на окраинах океанов. Эти предположения были блестяще подтверждены открытием на дне океанов так называемых полосовых магнитных аномалий.
Еще в 1906 г. Б.Брюн, изучая остаточную намагниченность некоторых лав, установил, что она противоположна по направлению современному геомагнитному полю. Впоследствии было установлено, что случаи такой обратной намагниченности – явление достаточно распространенное; при этом она явно создается не какими-то особыми свойствами самих этих изверженных пород, а обратной полярностью магнитного поля Земли в момент их остывания. Оказалось, что обращения (инверсии) геомагнитного поля, когда Северный и Южный полюса постоянного магнита (коим является Земля) меняются местами, происходят регулярно. В начале шестидесятых годов в результате определения абсолютного возраста соответствующих лав калий-аргоновым методом была разработана шкала инверсий геомагнитного поля, состоящая из чередующихся эпох нормальной (т.е. такой же, как в наши дни) и обратной полярности; шкала эта стала основой для принципиально нового раздела стратиграфии – магнитостратиграфии.
Понятно, что образующиеся в рифтовых зонах породы океанической коры при своем остывании в соответствующие эпохи полярности тоже должны были приобретать, соответственно, нормальную или обратную намагниченность. Намагниченность эту, как выяснилось, можно измерять прямо с океанской поверхности, не прибегая к анализу самого донного вещества. В 1963-64 годах независимо друг от друга Л. Морли, Ф. Вэйн и Д.Мэтьюз предсказали, что при спрединге океанического дна на нем должны образовываться полосы положительных и отрицательных магнитных аномалий, параллельные срединно-океаническим хребтам и симметричные относительно них; при этом ширина таких полос должна быть пропорциональна длительности соответствующих эпох полярности. Все эти предсказания полностью подтвердились, и с той поры родилась еще одна аналогия: океанское дно – это магнитофонная лента, на которой записана история магнитного поля Земли (рисунок 9, а)
Некоторое время спустя в результате глубоководных бурений были получены образцы как изверженных пород океанической коры (пригодные для определения их абсолютного возраста), так и лежащих непосредственно на них осадочных слоев с ископаемыми. Картина приобрела полную завершенность: возраст океанической коры, например, в Атлантическом океане действительно постепенно удревняется от почти современного у рифта до раннеюрского (170 млн. лет) у побережья северной Америки. При этом ни в одном океане не удалось обнаружить коры более древней, чем юрская; это полностью соответствует предположению, что вся океаническая кора со временем возвращается в мантию – путем ее поглощения в глубоководных желобах (рисунок 9, б).
РИСУНОК 9. (а) – аномалии величины напряженности магнитного поля в районе Срединно-Атлантического хребта; (б) – карта значений карта возраста дна Северной Атлантики.
Спрединг океанического дна – это один из «китов», на которых стоит господствующая ныне в геологии концепция тектоники литосферных плит. Из многих ее аспектов нас здесь будет интересовать лишь рисуемая ею картина перемещения и взаиморасположения континентов в различные периоды прошлого – ибо именно эти перемещения в значительной степени определяет характер климата соответствующей эпохи. Глядя на реконструкции (рисунок 10), мы видим, что материки могут «слипаться» в обширные континентальные массы (Гондвана, Пангея), которые затем раскалываются на отдельные фрагменты; некоторые из них вновь сталкиваются между собой (Азия и Индостан), и так далее. Возникает естественный вопрос: является ли это движение бессистемным, «броуновским», или оно определяется некими закономерностями? И здесь нам придется вернуться к вскользь упомянутом выше процессу мантийной конвекции.
Прежде всего – что такое конвекция вообще? Вот мы поставили на плиту чайник; через некоторое время придонный слой воды нагревается от конфорки. Поскольку любое вещество при нагреве расширяется, эта «придонная вода» начинает занимать, при том же весе, несколько больший объем, а потому «всплывает» на поверхность – в соответствии с законом Архимеда. Холодные и, соответственно, «тяжелые» поверхностные слои «тонут», занимая место всплывших у источника тепла; так образуется круговорот, называемый конвекционным током, который будет работать до тех пор, пока вся вода в сосуде не прогреется до одинаковой температуры.
РИСУНОК 10. Положение материков: (а) – 180 млн. лет назад, (б) – 135 млн. лет назад, (в) – 65 млн. лет назад, (г) – современное.
Тот тип конвекционного процесса, который мы только что описали, называют тепловой конвекцией; сам Холл предполагал, что в мантии имеет место именно он, однако в последнее время геофизики отводят главную роль не тепловой, а фазовой конвекции. Дело в том, что существуют и другие (помимо нагрева) способы создать в среде архимедовы силы плавучести, которые породят конвекционный ток. Вспомним описанный в Главе 2 процесс гравитационной дифференциации недр. Внутренние слои мантии, потерявшие при контакте с поверхностью ядра часть «ядерного» (богатого железом) вещества, обладают пониженной плотностью и положительной плавучестью; внешние слои мантии, напротив, уплотнились в результате выплавки из них «легкого», силикатного, вещества земной коры и обладают отрицательной плавучестью. Под действием этих архимедовых сил плавучести в мантии и развиваются крайне медленные (порядка нескольких сантиметров в год) конвекционные токи.
Объем вещества, охваченный конвекционным током, называют конвективной ячейкой; весь объем греющегося чайника представляет собой единую ячейку, однако если мы станем нагревать широкий таз двумя удаленными друг от друга горелками, то у нас возникнут две относительно независимые системы циркуляции воды, взаимодействующие между собой. Ячейки бывают двух типов – открытые и закрытые. По краям открытых ячеек происходит подъем, а в центре – опускание вещества, то есть в поверхностном слое вещество движется от краев к центру, а в придонном – от центра к краям; в закрытых ячейках, соответственно, все наоборот (рисунок 11).
РИСУНОК 11. Возникновение конвективной ячейки в нагреваемой жидкости; стрелками указано направление токов (справа – вид сбоку, слева – вид сверху). (а) – ячейка открытого типа, (б) – ячейка закрытого типа, (в) – двуячеистая конвекция – две ячейки открытого типа.
Литосферные плиты с «впаянными» в них континентами оказываются вовлеченными в движение вещества мантии в поверхностном слое конвективных ячеек, и перемещаются вместе с ним (мантийным веществом) от областей его подъема к областям опускания (в кастрюле с кипящим молоком – ячейке закрытого типа – пенка собирается у стенок). В толстостенной сферической оболочке (каковой является мантия планеты) лишь две схемы организации конвекционного процесса могут быть относительно устойчивы. Одной – более простой – будет единственная ячейка, охватывающая собою всю мантию, с одним полюсом подъема вещества и одним же полюсом его опускания. В этом случае континенты собираются воедино вокруг полюса опускания, освобождая вокруг полюса подъема «пустое» – океанское – полушарие; такая ситуация существовала, например, во времена Пангеи.
Другая – более сложная – схема действует в наши дни. Это пара открытых ячеек типа «лоскутов теннисного мяча» – очень точное и наглядное определение. Теннисный мяч состоит из двух половинок, соединенных между собой так, что соединяющий их шов волнообразно изогнут относительно экватора двумя гребнями и двумя ложбинами; лоскуты теннисного мяча (в отличие от детского резинового) вытянуты, и их продольные оси взаимно перпендикулярны (см. рисунок 12). Зону подъема вещества, являющуюся одновременно и границей между этими ячейками открытого типа – тот самый волнообразно изогнутый «шов» – и составляет глобальная система срединно-океанических хребтов. Зонами же опускания при такой схеме являются продольные оси ячеек (более или менее перпендикулярные друг другу), вдоль которых должны выстраиваться две цепочки материков. Примерно такая картина и наблюдается на Земле в настоящее время: одну группу материков образуют Африка, Евразия и Австралия, другую – Северная и Южная Америка и Антарктида. (Заметим, что в принципе возможна и такая двухъячеистая конвекция, когда граница между ячейками полностью совпадает с экватором планеты, однако это будет просто частный случай крайне малого искривления «шва».)
РИСУНОК 12. (а) – теннисный мяч, состоящий из двух лоскутов; (б) – схема поверхности планеты, имеющей две конвективные ячейки: «шов» – линия подъема мантийного вещества (срединно-океанические хребты), материки выстраиваются вдоль линии опускания мантийного вещества (оси каждого из лоскутов); (в) – поверхность современной Земли (заштрихован американо-антарктический «лоскут»).
При одноячеистой конвекции положение полюсов подъема и опускания вещества всегда будет несколько отличаться от идеального (точно по диаметру планеты); там, где соединяющие их «меридианы» будут самыми длинными, образуется застойная область, в которой вещество не теряет железа и потому постепенно оказывается тяжелее окружающей его среды. Через некоторое время оно «проваливается» вглубь мантии, создавая второй полюс опускания, и превращая конвекцию в двухъячеистую. Двухъячеистая конвекция постепенно ослабляется и затем переходит в одноячеистую (одна из ячеек как бы «съедает» вторую), и конвекционный цикл начинается заново. Таким образом, взаиморасположение континентов определяется фазой конвекционного цикла в мантии – и наоборот: фаза конвекционного цикла, имевшая место в некую геологическую эпоху, может быть определена исходя из взаиморасположения континентов, реконструированного палеомагнитными, палеоклиматологическими и др. методами. Понятно, что все эти изменения весьма существенно влияют на климат соответствующей эпохи, а через него – на функционирование ее биосферы.
Примечания:
6 Такыр - возникающие в зоне пустынь гладкие и ровные глинистые поверхности, похожие на мостовые: они разбиты трещинами на отдельные (часто - правильно-шестиугольные) плитки площадью около квадратного метра.
