Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты

Второй главный принцип геологии (после геологического времени), в котором основной упор сделан на объяснении, как устроена планета, – это тектоника плит. Значение этой объединяющей теории, одного из самых важных научных открытий XX в., нельзя переоценить. Тектонические процессы ответственны за формирование структуры континентальной и океанической коры, разрушение океанских бассейнов и континентов, возникновение поясов гор и образование океанических желобов. Более того, они объясняют, где именно и почему происходит большинство землетрясений, извержений вулканов и образуются рудные тела.

Теперь геологи знают, что движение плит – больших фрагментов литосферы (см. цветную вклейку 5.1) – обусловлено тепловой энергией мантии и коры Земли. В результате вулканической активности срединно-океанических хребтов и рифтов создается новое океаническое дно, а старые плиты разрушаются и уничтожаются вследствие поглощения по мере их погружения под другие плиты. В результате «борьбы» плит за положение на изогнутой поверхности Земли образуются крупные трансформные разломы – сдвиговые разломы (вдоль которых происходит преимущественно горизонтальное скольжение плит) на границе между двумя плитами, – которые простираются на тысячи километров, поскольку земная кора приспосабливается к массивным сдвигам. В среднем скорость движения литосферных плит примерно равна скорости роста ногтей: приблизительно 2 см в год. Но это движение происходит в течение миллионов лет и является причиной столкновения континентов, уменьшения и исчезновения океанов, поднятия горных хребтов, роста новых океанов, формирования и распада суперконтинентов. На нашей планете существует семь крупных литосферных плит площадью более 20 млн км², десять малых плит площадью от 1 до 20 млн км² и множество микроплит, площадь которых менее 1 млн км². Согласно имеющимся данным, общее число плит, которые являются фрагментами земной коры, варьировалось, но сегодня семь крупных плит составляют 78 % поверхности Земли. На эти семь плит и еще 73 плиты меньшего размера приходится более 99 % поверхности Земли. Меньше 1 % земной поверхности состоит из 47 «микроплит», представляющих собой маленькие упругие фрагменты земной коры, которые двигаются независимо от других плит. Литосферные плиты включают океаническую и континентальную части, но ни одна плита не состоит только из континентальной коры.

Как уже отмечалось, плиты приводятся в движение в результате конвекции тепла внутри мантии (см. цветную вклейку 5.2). Земная кора – это относительно тонкий слой, мощность которого больше под континентами (до 100 км) и меньше под океанами. Литосфера состоит из земной коры и твердого верхнего слоя верхней части мантии, под которым находится астеносфера. Эти две оболочки – литосфера и астеносфера – представляют собой важнейшие элементы тектоники плит, поскольку твердые литосферные плиты зависят от пластичной астеносферы, которая нагревается ядром Земли.

До подтверждения теории тектоники плит частоту землетрясений, извержений вулканов и оползней не связывали ни с одним из известных земных процессов. Но после Второй мировой войны геологи нанесли на карту все известные случаи землетрясений в мире поверх участков, в то время считавшихся границами плит. Корреляция была очевидной и поразительной: землетрясения обозначали края плит. С развитием теории тектоники плит ученые осознали, что многие геологические риски напрямую связаны с напряжением на границах плит. Землетрясения порождаются движениями плит, когда происходит разрыв и энергия Земли передается на поверхность. Оползни и обвалы рыхлых осадков происходят в результате сотрясения и связаны с землетрясениями. Геологи выяснили, что вулканы образуются по краям крупных плит в результате «плавления» вещества плиты, когда плита и захваченные океанские воды затягиваются в глубоководные желоба по краям плиты. До подтверждения этой теории местоположение экономически важных залежей руд, имеющих промышленное значение рудных тел, необходимых для добычи минералов, казалось случайным. Однако теория тектоники плит предсказывает, что большинство рудных месторождений находится в зонах высокого давления и температур: вдоль границ взаимодействия плит.

Иными словами, теория тектоники плит произвела революцию в геологии за последние 60 лет. Многие из ныне работающих геологов могут вспомнить, что во времена их учебы в университете профессора геологии даже не преподавали тектонику плит, потому что это была новая теория. А история о том, как происходило преобразование идей от гипотезы дрейфа континентов до основанной на доказательствах объединяющей теории тектоники плит, сама по себе является поучительной.

Подготовка почвы для гипотез дрейфа континентов и тектоники плит