Планета Земля. Познакомьтесь с миром, который мы называем домом

Не вполне ясно, какие механизмы здесь задействованы. Стандартный подход теории тектоники плит заключается в следующем. Вещество, погружающееся вниз в зонах субдукции, перерабатывается в неглубоко залегающей мантии и вновь появляется на поверхности в результате вулканической активности вблизи от границы взаимодействия двух плит (или немного дальше того участка, где плиты расходятся). Однако размытые, но очень интересные сейсмограммы показывают наличие участков субдуцированных плит, которые находятся на различных стадиях спуска во внутреннее пространство Земли – к нижней мантии (см. рис. 5.4).

Рис. 5.4. Сейсмографические изображения показывают, что «закулисье», спрятанное в глубине Земли, существенно влияет на явления, происходящие на поверхности.

Бернхард Штейнбергер, работающий в Университете Осло (Норвегия), совместно со своими коллегами построил модель, из которой следует, что плита, погрузившись вниз и дойдя до границы между мантией и ядром, может сдвинуть вещество вдоль этого слоя. Далее, когда это вещество встречается с термохимической сваей, выше места «встречи» начинают образовываться плюмы. Моделирование, проведенное Штейнбергером, демонстрирует, что плюмы образуются в более-менее «нужных» местах. Например, результаты модели показывают, что плиты, погрузившись под Алеутскими островами возле Аляски, могут вызвать образование плюма под Гавайскими островами, создав горячую точку, которая питает местные вулканы.

Группа Клинта Конрада в Гавайском университете в Маноа смоделировала эффект, который получится, если тектоническая плита будет двигаться в одну сторону, а мантия под ней – в противоположную. Они обнаружили, что в некоторых случаях эффект сдвига может привести к плавлению и поднятию вещества мантии.

Согласно этой модели, подводные вулканы должны присутствовать на западе, а не на востоке Восточно-Тихоокеанского поднятия – срединно-океанического хребта, который проходит почти параллельно западному побережью Южной Америки. Результаты моделирования соответствуют сейсмическим измерениям, из которых следует, что мантия и плита движутся в противоположных направлениях именно на западе, а не востоке. Модель также предсказывает, что наибольший эффект сдвига присутствует в западной части США, на юге Европы, в восточной части Австралии и в Антарктиде – во всех этих случаях области вулканической активности находятся далеко от границ между плитами.

Тектоника плит и не только

Если сегодня динамические процессы, происходящие внутри Земли, могут изменить карту рельефа на поверхности, то же самое должно было происходить и в прошлом. Но мы уже убедились, что расшифровать историю Земли в отдаленном прошлом не так-то просто.

В 2011 году группа ученых под руководством геолога Ники Уайт из Кембриджского университета смогла восстановить некоторые особенности рельефа далекого прошлого у западного побережья Шотландии. Они устроили несколько взрывов и изучили отраженные сейсмические волны, чтобы проанализировать состав пород, лежащих под морским дном. Исследователи увидели, что под более поздними слоями пород и отложений погребены ископаемые ландшафты. Их возраст насчитывал 55 миллионов лет, а сами они изобиловали холмами, долинами и речными руслами.

С течением времени русла у рек менялись. Исследуя эти трансформации, ученые показали, что когда-то ландшафт был выше уровня моря почти на километр, после чего снова погрузился в него. И все это произошло всего лишь за миллион лет. Процессы, связанные с тектоникой плит, не смогли бы так быстро поднять хребет гор, а у эрозии не получилось бы развеять горные породы за это время. Уайт считает, что пузырь из горячего вещества мантии отделился от плюма и устремился наружу в радиальном направлении; он же, возможно, подпитывает и вулканы в соседней Исландии.

Другие исследователи обнаружили, что такие же вертикальные перемещения суши происходили в восточной Австралии в меловой период. С точки зрения тектоники плит, эти передвижения опять не укладываются в слишком короткие сроки. Наиболее вероятный механизм этих процессов – конвективные потоки в мантии.

Даже основные события тектонического прошлого Земли могли быть не такими, какими они представляются сейчас. Гималаи образовались 35 миллионов лет назад, после того как Индийская плита устремилась на север и врезалась в Евразийскую. Но теория тектоники плит не может объяснить, почему Индия неслась к своей цели со скоростью почти 18 сантиметров в год. Сегодняшние скорости движения плит достигают всего около 8 сантиметров в год. Одна из дискуссионных версий, объясняющих такую большую скорость, – стремительный бег был спровоцирован верхушкой мантийного плюма.