100 великих тайн Земли - Александр Волков

Александр Волков

100 великих тайн Земли

Прошлое и будущее

Глобальная тектоника плит

Шестого января 1912 года на главном собрании Германской геологической ассоциации тридцатиоднолетний Альфред Вегенер прочитал доклад о возникновении океанов и континентов, повергнув в шок ученую публику. Вегенер говорил о том, что континенты не всегда находились там, где мы видим их на карте. Нет, на протяжении всей истории нашей планеты они меняли свое положение.

Коллеги встретили его теорию в штыки. Само представление о том, что части земной коры, включая материки, могут перемещаться по поверхности планеты, казалось им абсурдным. Оно противоречило всему, что было известно тогдашней науке. Прошло почти полвека, прежде чем эта «абсурдная теория» была реабилитирована и легла в основу современной географии. Почему же научный мир так долго отказывал Вегенеру в признании?

Начиная с XVII века ученые пытались объяснить происхождение нашей планеты, а также ее характерного рельефа. Так, знаменитый английский физик Роберт Гук, ревностный соперник Ньютона, обратив внимание на то, что вдали от моря обнаруживают останки морских животных, сделал вывод, что на протяжении земной истории очертания морей и суши неоднократно менялись.

Но к началу ХХ века большинство географов считало, что соотношение морей и континентов оставалось неизменным с древнейших времен. Рельеф планеты менялся только за счет того, что ее недра постепенно остывали и она неравномерно сжималась. Другие полагали, что горы возникают оттого, что накапливаются отложения осадочных пород.

Среди этих дискуссий памятный доклад Вегенера прозвучал подобно взрыву разорвавшейся бомбы. Он говорил о дрейфовавших континентах, разраставшихся морях, о том, что расположенные в глубине Евразии Уральские горы и Гималаи образовались в результате столкновения континентов – одни (Гималаи) сравнительно недавно, другие очень давно.

Альфред Вегенер своей теорией о возникновении океанов и континентов поверг в шок ученую публику

Его не слушали. Его теория убедительно объясняла целый ряд событий в истории нашей планеты, но и впрямь была плохо аргументирована. Вегенер не мог объяснить, какие силы приводят в движение целые континенты.

Важнейший вклад в популяризацию его теории внес британский геолог Артур Холмс. Он предположил, что силой, движущей континенты, могут быть мощные конвективные потоки вещества в недрах Земли. Горячие массы медленно поднимаются из глубины планеты, в то время как более холодные породы постепенно опускаются вглубь.

Еще при жизни Вегенера, в 1925 году, посреди Атлантического океана была обнаружена протяженная горная цепь. Позднее было установлено, что срединно-океанические хребты тянутся по всему земному шару, а в 1953 году американские физики Морис Эвинг и Брюс Хизен открыли, что вдоль подводных хребтов простираются желоба – глубокие разломы в земной коре. Через несколько лет еще один американский ученый, Гарри Хесс, предположил, что система срединных хребтов – это область, где постоянно рождается новая океаническая кора. Сквозь разломы к поверхности устремляется горячая магма, раздвигая лежащие по обе стороны желоба участки морского дна. Так была найдена главная движущая сила глобальной тектоники плит. С середины 1960-х годов гипотеза Вегенера окончательно утвердилась в науке, став основой современной географии.

Как мы теперь знаем, земная кора состоит из семи крупных и целого ряда небольших литосферных плит, охватывающих всю ее поверхность. Они перемещаются, сталкиваются друг с другом, цепляются краями или «подныривают» одна под другую.

При столкновении двух океанических плит или океанической и континентальной образуется зона субдукции. Край одной из плит здесь погружается в глубь Земли и полностью расплавляется уже на глубине около 100 километров, где царят температуры от 1000 до 1500° С. Вдоль края другой плиты образуется цепь вулканических гор. Часто в зонах субдукции пролегают глубоководные желоба. Пример тому – Марианский желоб, возникший при столкновении Филиппинской и Тихоокеанской плит.

При столкновении двух континентальных плит образуются высокие горные системы, например Альпы или Гималаи. Последние возникли при столкновении Индо-Австралийской плиты с Евразийской (оно произошло около 40 миллионов лет назад). Индия и теперь подвигается на север со скоростью 5 сантиметров в год, а потому Гималаи продолжают расти.

Часто плиты не сталкиваются друг с другом в лоб, а скользят рядом, цепляясь краями. Возникающее при этом напряжение разряжается в виде сейсмических ударов, иногда очень мощных. Так, в районе Калифорнии, где Северо-Американская плита скользит вдоль Тихоокеанской, в результате такой сейсмической активности образовался разлом Сан-Андреас.

С появлением глобальной тектоники плит взгляд на эволюцию нашей планеты решительно изменился. Недаром эту теорию ставят в один ряд с учением об эволюции Дарвина и теорией относительности Эйнштейна. Но так ли она совершенна? В последние годы ставший уже классическим взгляд на движение литосферных плит постепенно меняется по мере того, как мы узнаем все новые факты.

Теперь тектоника плит, чем больше мы ее изучаем, представляется нам неким саморегулирующимся механизмом, в работе которого участвуют все системы, составляющие нашу планету.

Известно, например, что горы оказывают очень большое влияние на климат Земли. Но теперь становится ясно, что и климат влияет на тектонические процессы, протекающие в ее недрах. Пример тому – Анды, горная система, возникшая там, где океаническая плита Наска погружается под Южно-Американскую плиту. В южной части Анд климат влажный, что способствует развитию эрозионных процессов. Поэтому в Тихий океан попадает большое количество осадочных отложений. Они смягчают соударение плит. В северной и центральной частях Анд климат сухой. Здесь почти не образуется осадочных отложений, а потому океаническая плита буквально соскребает край континента. Сила трения плит здесь так велика, что расположенная вдоль побережья горная система Анд вздымается все выше. Дождевые тучи все реже перебираются через эту стену, вознесшуюся у них на пути. Как следствие, на западных склонах Анд все реже идут дожди, что лишь ослабляет эрозионные процессы.

Ученые продолжают спорить и о том, по какой причине движутся литосферные плиты. Здесь много неясного, как и во времена Вегенера. Большинство придерживается мнения о том, что главной движущей силой являются медленные конвективные течения, которые возникают благодаря переносу тепла между расплавленным ядром Земли и ее мантией. Однако это плохо согласуется с наблюдаемой нами картиной тектонических движений.

Сторонники другой теории исходят из того, что в недрах планеты имеются два центра конвекции. Главный лежит под Африкой. Другой центр конвекции расположен на противоположной стороне земного шара – под Тихоокеанской плитой, которая постепенно уменьшается в размерах. Возможно, когда-нибудь все нынешние материки сойдутся на территории, занимаемой Тихим океаном, и, как это уже было в истории Земли, образуют суперконтинент, чтобы потом, со временем, когда он разломится на отдельные части, пуститься в обратном направлении. Начнется очередной цикл движения континентов.

Итак, идея Вегенера положила начало грандиозной революции в наших воззрениях на природу Земли. Эта революция не окончилась, она продолжается в тиши научных кабинетов, за экранами компьютеров и в экспедициях, проводимых в «горячих точках планеты» – там, где сталкиваются друг с другом не люди, а глыбы, материки.

Так ли безупречна тектоника плит?

Итак, за последние десятилетия гипотеза Вегенера превратилась во всесильную – и единственно верную – теорию, с помощью которой ученые готовы объяснить любой геологический феномен. В наше время трудно найти какой-либо раздел наук о Земле, в котором не используется тектоника плит. Так ли это необходимо? И все ли ясно с движением плит? Почему все-таки разламываются континенты? Почему литосферные плиты до сих пор не раздавили Африку? Куда исчезает старое океаническое дно? Почему землетрясения иногда происходят посреди литосферных плит? Рассмотрим подробнее некоторые из этих вопросов.

Границы тектонических плит Земли

Через весь Мировой океан тянутся срединно-океанические хребты. Это – швы, скрепляющие литосферу. По классической теории тектоники поток горячих базальтовых пород, изливающихся из недр Земли, поднявшись к ее поверхности, раздвигает океанические литосферные плиты. Затем он растекается по обе стороны шва и застывает. Так разрастается земная кора. Под напором магмы океаническая плита, словно перемещаемая громадным транспортером, надвигается на другую литосферную плиту, движущуюся ей навстречу, например более тяжелую континентальную плиту. В результате их столкновения край океанического дна «подныривает» под эту плиту и погружается в мантию Земли. Эту зону, где край одной литосферной плиты затягивается под другую, называют зоной субдукции. В самой мантии также движется поток вещества. В зоне срединно-океанического хребта он поднимается к поверхности и, изливаясь, раздвигает лежащие над ним плиты. Все повторяется. Потоки вещества непрерывно циркулируют, то исчезая в недрах Земли, то растекаясь по дну океана.