Плитотектоника на страницах журнала "Знание — сила"
В 60-70-е годы прошлого века
П. Кропоткин. "Куда течет земная твердь". 1967
"Мы живем на медленно, но неуклонно меняющейся планете. Продолжается разбегание берегов Индийского, Северного Ледовитого и Атлантического океанов, начавшееся сто пятьдесят миллионов лет назад. Неумолимо наступают раздвигаемые континенты на самый древний из существующих — Тихий океан. Не ожидает ли Великий океан судьба Тетиса? И не столкнутся ли через десятки миллионов лет его берега?"
Поддержка мобилюма приходит от геофизиков.
В. Хайн "Эволюция взглядов...". 1978
"Если, например, мы попытаемся совместить положение палеомагнитных полюсов конца палеозоя — начала мезозоя для разных континентов с современными географическими полюсами, то мы тем самым сдвинем и континенты, придя к реконструкции Пангеи, которую предложил в свое время Вегенер.
...К середине 60-х годов удалось уточнить картину распределения зон сейсмической активности на поверхности Земли, причем оказалось, что сейсмоактивные зоны достаточно узки и совпадают с молодыми складчатыми системами окраин материков и островных дуг, а в океанах — со срединными хребтами. Обширные промежуточные области практически асейсмичны. Именно это дало основание считать, что литосфера разделена на ограниченное число плит (первоначально считали 6-8), разделенных тектонически активными шовными зонами. Отсюда появился и сам термин — "тектоника плит".
И вот теория дрейфа континентов — нет, пока гипотеза — предъявлена во всей полноте. Согласно ей, океаны образуются в процессе раздвига (спрединга) континентальной коры под действием восходящих и расходящихся в стороны конвекционных течений. А в местах контакта океанических плит с континентальными образуются зоны субдукции (погружение океанической плиты под континентальную).
Л. Зоненшайн "На дне Красного моря". 1980
"Океаны зарождаются в срединноокеанических хребтах.
...Выяснилось, что и сейчас есть на земной поверхности участки, где происходит раскол континентов. Это те места, где мировая система срединноокеанических хребтов выходит из океана на сушу.
Наиболее яркий из таких участков — район Красного моря. Здесь срединный хребет Индийского океана переходит сначала в структуру Аденского залива, потом продолжается по суше через провинцию Афар, в Эфиопии, и переходит, с одной стороны, в Красное море, а с другой — в рифты Восточной Африки.
Возникло предположение, что рифты Восточной Африки и Красного моря представляют собой последовательные стадии раскола континента.
По своей форме Красноморский рифт почти ничем не отличается от срединно-океанических рифтов. Красное море еще очень молодо, но если процесс разлвижения Аравийской и Африканской плит на его дне пойдет и дальше со скоростью полтора сантиметра в год (как это происходит сейчас), то через 10-20 миллионов лет здесь будет бассейн с океанической корой шириной 300-500 километров и срединно-океаническим хребтом на дне. По сути дела, мы присутствуем при рождении нового океана".
Движение континентов многое (но, как позже выяснилось, далеко не все) объясняло. Но чем объяснялось оно само?
Л. Зоненшайн "И на земном ядре есть пятна". 1990
"Это первое обстоятельство, порождавшее скептицизм.
Считалось: главные геологические события, преобразования лика Земли, происходят вдоль границ литосферных плит. Но ведь целый ряд событий, явлений, в том числе и очень важных, например внутриплитный вулканизм, наблюдается и за пределами границ литосферных плит.
Еще в начале семидесятых годов геологи предположили, что где-то в мантии Земли су шествуют гипотетические горячие точки.
Было высказано предположение, что они неподвижны относительно мантии, по поверхности которой "скользят" плиты. Значит, плита, проходя над такими горячими точками мантии, как бы прожигается ими снизу, и след движения над такой горячей точкой мы наблюдаем в виде появления на поверхности серии вулканов.
И действительно, многие современные горячие точки, Гавайи, например, сопровождаются хвостами из цепочек вулканических гор, хребтов тянущихся на две-три тысячи километров.
По аналогии с "горячими точками" можно было бы ввести понятие "горячих полей". Оказывается, что с "горячими полями" связаны самые крупные нарушения в форме геоида Земли. Выяснено, что есть два крупных поднятия, где геоид на 50-70 метров поднимается, а есть места, где на такое же расстояние геоид опущен.
80-е годы XX века стали временем проникновения взгляда исследователей в глубь Земли, до самого ее ядра. Было сделано очень важное открытие. Оказалось, что мы можем закартировать положение астеносферы. И обнаружилось, что это отнюдь не ровная поверхность. Разница в положении "зеркала" астеносферы может составлять до пяти километров. И разница эта обусловлена тем, над каким полем находится астеносфера — горячим или холодным.
Если совместить карту распределения горячих точек и горячих полей на поверхности Земли с данными сейсмической томографии, то обнаружится, что не меньше чем 85 процентов всех горячих точек и все контуры горячих полей совпадают с горячими областями в нижней мантии".
Следующий важный шаг в решении загадки, что же заставляет плиты двигаться, сделали японские геофизики в начале 90-х годов.
Н. Максимов "Ледоколы земной геологии". 1997
"Мантия — слой между твердой поверхностью планеты и ее ядром, занимающий больше восьмидесяти процентов объема Земли, предстала в виде сложной и целостной системы горячих (восходящих) и холодных (нисходящих) потоков вещества.
Поражают размеры этих структур — они свидетельствуют о том, что обмен вещества между верхней и нижней мантией происходит очень активно и на протяжении очень длительного времени.
Проделав сложнейшую работу, японцы дали фактический материал большой важности. Но так и не нашли достойного ответа на вопрос: как огромные вертикальные перемещения вещества согласуются с горизонтальными движениями твердых плит?
А если подойти совсем с другой стороны?
Н. Максимов "Шаг вперед, два шага вниз". 1999
"Российские ученые В. Трубицын и В. Рыков не стали строить гипотезы, позволяющие примирить новые факты с уже имеющимися. Они начали с нуля и создали стройную и красивую математическую модель, описывающую конвекцию в мантии Земли с учетом влияния на нее океанической литосферы и дрейфующих континентов.
Наглядный результат их сложной и долгой работы прост — это компьютерная программа, выдающая последовательность разнообразных цветных двухмерных картинок, на которых происходит перемещение нескольких модельных континентов и вещества мантии под ними.
Известно, что с момента рождения на Земле континентов примерно через каждые восемьсот миллионов лет на нашей планете возникали единые суперконтиненты: Моногея — 2,6-2,4 миллиарда лет назад; Мегагея — 1,8: Мезогея — 1; Пангея — 200 миллионов лет назад.
Раньше было ясно, что конвекционные потоки в мантии перемещают континентальные плиты по земному шару, но механизм, который заставляет их собираться с такой периодичностью, оставался загадкой, и считалось, что это результат очень большого числа взаимодействующих хаотических процессов. Российские ученые выяснили, что это "нечто" есть сами континенты. Сами континенты управляют сложной динамикой в недрах Земли, играя "на клавишах" восходящих и нисходящих потоков вещества в мантии. Вновь возникающий мощный нисходящий поток, как воронка, затягивает вещество в глубь Земли и одновременно сбивает в кучу континенты. Но стоит заткнуть эту воронку твердой пробкой из континентов, как примерно через двести миллионов лет мантия под ними нагреется и, вместо нисходящего холодного потока, здесь возникает поток восходящий и горячий. Он, в свою очередь, разбивает единый суперконтинент и разносит образовавшиеся его части в разные стороны, пока вновь, через сотни миллионов лет, на другом месте не начнет действовать воронка нисходящего потока.
...До сегодняшнего дня геохимики утверждают, что, судя по анализу пород на поверхности Земли, существуют два резервуара поступления вещества из мантии.
Однако, по данным сейсмологии, получается, что зоны столкновения литосферных плит уходят глубоко до ядра и ни о каких двух резервуарах речи идти не может. Эти глубинные разломы, подобно ножу, разбивающему яйцо, нарушают двухуровневые ячейки конвекции в мантии.
Как согласовать такие разные позиции? В. Трубицын утверждает, что двухслойной конвекция была на начальных стадиях формирования Земли, а потом стала общемантийной. По его расчетам, оказалось, что в горячей мантии возникает многоэтажная конвекция, а с понижением температуры мантия становилась более вязкой и в настоящий момент может перемешиваться в основном только как целое. Современного нагрева уже недостаточно для полного поддержания двухъячеистой конвекции. А на полученных учеными картах видно, что в мантии Земли сейчас в основном существует одноячеистая конвекция, перемешивающая вещество до самого ядра. Но и геохимики тоже правы! Сведения о двух резервуарах запечатлены в породах, которые образовались не сегодня, а значит, несут информацию о двухъячеистой конвекции, существовавшей в мантии в прошлые несколько миллиардов лет!"
Очевидно, еще рано ставить точку в истории плитотектоники. Остается множество вопросов — как частных, касающихся геодинамической ситуации в отдельных районах, так и глобальных: как и когда начался процесс дифференциации вещества Земли? Как сформировалось ядро Земли? Как возникли первые протоконтиненты? Все это — предмет дальнейших научных исследований. и, смеем надеяться, темы наших будущих публикаций.
СКЕПТИК
Александр Макарович