тектонічний розлом літосферний геомагнітний
Починаючи з раннього протерозою швидкість руху літосферних плит послідовно знижувалася з 50 см/рік до її сучасного значення близько 5 см/рік.
Зниження середньої швидкості руху плит відбуватиметься і надалі, аж до того моменту, коли завдяки збільшенню потужності океанічних плит та їх тертю одне про одного воно взагалі не припиниться. Але станеться це, мабуть, лише через 1-1,5 мільярда років.
Для визначення швидкостей руху літосферних плит зазвичай використовують дані розташування смужчастих магнітних аномалій на океанському дні. Ці аномалії, як тепер встановлено, з'являються в рифтових зонах океанів завдяки намагнічування базальтів, що вилилися на них, тим магнітним полем, яке існувало на Землі в момент виливу базальтів.
Але, як відомо, геомагнітне поле іноді змінювало напрямок прямо протилежне. Це призводило до того, що базальти, що вилилися у різні періоди інверсій геомагнітного поля, виявлялися намагніченими у протилежні сторони.
Але завдяки розсування океанського дна в рифтових зонах серединно-океанічних хребтів більш давні базальти завжди виявляються відсунутими на великі відстані від цих зон, а разом з океанським дном відсувається від них і "вморожене" в базальти давнє магнітне поле Землі.
Мал.
Розсування океанічної кори разом із разнонамагниченными базальтами зазвичай розвивається суворо симетрично з обох боків від рифтового розлому. Тому і пов'язані з ними магнітні аномалії також розташовуються симетрично по обох схилах серединно-океанічних хребтів і навколишніх абісальних улоговин. Такі аномалії тепер можна використовувати для визначення віку океанського дна та швидкості його розсування у рифтових зонах. Однак для цього необхідно знати вік окремих інверсій магнітного поля Землі та зіставити ці інверсії з магнітними аномаліями, що спостерігаються на океанському дні.
Вік магнітних інверсій було визначено за детальними палеомагнітними дослідженнями добре датованих товщ базальтових покривів та осадових порід континентів та базальтів океанського дна. В результаті зіставлення отриманої таким шляхом геомагнітної тимчасової шкали з магнітними аномаліями на океанському дні вдалося визначити вік океанічної кори на більшій частині акваторій Світового океану. Всі океанічні плити, що сформувалися раніше пізньої юри, вже встигли зануритися в мантію під сучасними або стародавніми зонами підсуву плит, і, отже, не збереглося на океанському дні і магнітних аномалій, вік яких перевищував би 150 млн. років.
Наведені висновки теорії дозволяють кількісно розраховувати параметри руху на початку двох суміжних плит, а потім для третьої, взятої в парі з однією з попередніх. Таким шляхом поступово можна залучити до розрахунку головні з виділених літосферних плит та визначити взаємні переміщення всіх плит на поверхні Землі. За кордоном такі розрахунки були виконані Дж. Мінстером та його колегами, а в Росії – С.А. Ушаковим та Ю.І. Галушкиним. Виявилося, що з максимальною швидкістю океанське дно розсувається у південно-східній частині Тихого океану (біля Великодня). Тут щорічно нарощується до 18 см нової океанічної кори. За геологічними масштабами це дуже багато, тому що тільки за 1 млн років таким шляхом формується смуга молодого дна завширшки до 180 км, при цьому на кожному кілометрі рифтової зони за той же час виливається приблизно 360 км3 базальтових лав! За цими ж розрахунками Австралія віддаляється від Антарктиди зі швидкістю близько 7 см/рік, а Південна Америка від Африки – зі швидкістю близько 4 см/рік. Відсув Північної Америки від Європи відбувається повільніше - 2-2,3 см/рік. Ще повільніше розширюється Червоне море - на 1,5 см/рік (відповідно, тут менше виливається і базальтів - всього 30 км3 на кожен погонний кілометр Красноморського рифту за 1 млн років). Зате швидкість "зіткнення" Індії з Азією досягає 5 см/рік, чим пояснюються інтенсивні неотектонічні деформації, що розвиваються на наших очах, і зростання гірських систем Гіндукуша, Паміра і Гімалаїв. Ці деформації і створюють високий рівень сейсмічної активності всього регіону (тектонічне вплив зіткнення Індії з Азією позначається далеко за межами зони зіткнення плит, поширюючись аж до Байкалу і районів Байкало-Амурської магістралі). Деформації Великого та Малого Кавказу викликаються тиском Аравійської плити на цей район Євразії, проте швидкість зближення плит тут суттєво менша – всього 1,5-2 см/рік. Тому меншою тут виявляється і сейсмічна активність регіону.
Сучасними геодезичними методами, включаючи космічну геодезію, високоточні лазерні вимірювання та іншими способами встановлені швидкості руху літосферних плит і доведено, що океанічні плити рухаються швидше за тих, до структури яких входить континент, причому, чим товщі континентальна літосфера, тим швидкість руху плити нижча.
Тверді планети у своєму розвитку проходять період нагрівання, основну енергію для якого дають уламки космічних тіл, що падають на поверхню планети. см. Гіпотеза газопилової хмари). При зіткненні цих об'єктів з планетою майже вся кінетична енергія падаючого об'єкта миттєво перетворюється на теплову, оскільки його швидкість руху, що становить кілька десятків кілометрів на секунду, у момент удару різко падає до нуля. Всім внутрішнім планетам Сонячної системи - Меркурію, Венері, Землі, Марсу - цього тепла вистачало якщо не для того, щоб повністю або частково розплавитися, то хоча б для того, щоб розм'якшитися і стати пластичними та текучими. У цей період речовини з найбільшою густиною пересувалися до центру планет, утворюючи ядро, а найменш щільні, навпаки, піднімалися на поверхню, утворюючи земну кору. Приблизно так само розшаровується соус для салату, якщо його залишити надовго на столі. Цей процес, званий диференціацією магмипояснює внутрішню будову Землі.
У найменших внутрішніх планет, Меркурія і Марса (а також Місяця), це тепло зрештою виходило на поверхню і розсіювалося в космосі. Потім планети тверділи і (як у випадку з Меркурієм) у наступні кілька мільярдів років виявляли низьку геологічну активність. Історія Землі була зовсім іншою. Оскільки Земля — найбільша із внутрішніх планет, у ній зберігся і найбільший запас тепла. А чим більша планета, тим менше у неї відношення площі поверхні до об'єму і тим менше вона втрачає тепла. Отже, Земля остигала повільніше, ніж інші внутрішні планети. (Те саме можна сказати і про Венеру, розмір якої трохи менше Землі.)
З початку формування Землі у ній відбувався розпад радіоактивних елементів, що збільшувало запас тепла у її надрах. Отже, Землю можна розглядати як кулясту піч. Усередині неї безперервно утворюється тепло, переноситься до поверхні та випромінюється у космос. Перенесення тепла викликає переміщення у відповідь мантії -оболонки Землі, розташованої між ядром і земною корою на глибині від кількох десятків до 2900 км ( см. теплообмін). Гаряча речовина з глибини мантії піднімається, охолоджується, а потім знову занурюється, заміщаючись новою гарячою речовиною. Це класичний приклад конвективного осередку.
Можна сказати, що порода мантії вирує так, як вода в чайнику: і в тому, і в іншому випадку тепло переноситься в процесі конвекції. Деякі геологи вважають, що для завершення повного конвективного циклу породам мантії потрібно кілька сотень мільйонів років — за людськими мірками дуже багато часу. Відомо, що багато речовин з часом повільно деформуються, хоча протягом людського життя вони виглядають абсолютно твердими і нерухомими. Наприклад, у середньовічних соборах старовинні шибки внизу товщі, ніж нагорі, тому що протягом багатьох століть скло стікало вниз під дією сили тяжіння. Якщо за кілька століть це відбувається з твердим склом, то неважко уявити собі, що те саме може статися з твердими гірськими породами за сотні мільйонівроків.
Нагорі конвективних осередків земної мантії плавають породи, що становлять тверду поверхню Землі, — так звані тектонічні плити. Ці плити складаються з базальту, найпоширенішої магматичної гірської породи, що вилилася. Товщина цих плит приблизно 10-120 км, і вони переміщаються поверхнею частково розплавленої мантії. Материки, що складаються з відносно легких порід, таких як граніт, утворюють верхній шар плит. Найчастіше товщина плит під материками більше, ніж під океанами. Згодом процеси, що відбуваються всередині Землі, зсувають плити, викликаючи їх зіткнення та розтріскування, аж до утворення нових плит або зникнення старих. Саме завдяки цьому повільному, але безперервному переміщенню плит поверхня нашої планети постійно перебуває в динаміці, постійно змінюючись.
Важливо розуміти, що поняття «плита» та «материк» — не те саме. Наприклад, Північно-Американська тектонічна плита тягнеться від середини Атлантичного океану до західного узбережжя Північно-Американського континенту. Частина плити вкрита водою, частина – сушею. Анатолійська плита, на якій розташовані Туреччина та Близький Схід, повністю покрита сушею, тоді як Тихоокеанська плита розташована повністю під Тихим океаном. Тобто межі плит та берегові лінії материків не обов'язково збігаються. До речі, слово «тектоніка» походить від грецького слова. tekton("будівельник") - той же корінь є і в слові "архітектор" - і має на увазі процес будівництва або складання.
Тектоніка плит найпомітніше там, де плити стикаються один з одним. Прийнято виділяти три типи кордонів між плитами.
Дивергентні кордони
У середині Атлантичного океану піднімається до поверхні розпечена магма, що утворилася в глибині мантії. Вона проривається крізь поверхню і розтікається, поступово заповнюючи собою тріщину між плитами, що розсуваються. Через це морське дно розширюється і Європа та Північна Америка розходяться у сторони зі швидкістю кілька сантиметрів на рік. (Цей рух спромоглися виміряти за допомогою радіотелескопів, розташованих на двох континентах, порівнявши час приходу радіосигналу від далеких квазарів.)
Якщо дивергентна межа розташована під океаном, в результаті розходження плит виникає серединно-океанічний хребет — гірський ланцюг, утворений за рахунок скупчення речовини там, де воно виходить на поверхню. Серединно-Атлантичний хребет, що тягнеться від Ісландії до Фолклендів, - це найдовший гірський ланцюг на Землі. Якщо ж дивергентний кордон перебуває під материком, він буквально розриває його. Прикладом такого процесу, що відбувається в наші дні, служить Велика долина розломів, що тягнеться від Йорданії на південь до Східної Африки.
Конвергентні кордони
Якщо на дивергентних кордонах утворюється нова кора, то десь в іншому місці кора повинна руйнуватися, інакше Земля збільшувалася б у розмірах. При зіткненні двох плит одна з них підсувається під іншу (це явище називається субдукцією,або підсунення). При цьому плита, що опинилася внизу, поринає в мантію. Що відбувається на поверхні над зоною субдукції залежить від місцезнаходження меж плити: під материком, на кордоні материка або під океаном.
Якщо зона субдукції розташована під океанічною корою, то в результаті підсування утворюється глибока серединно-океанічна западина (жолоб). Прикладом цього може бути найглибше місце у Світовому океані — Маріанська западина біля Філіппін. Речовина нижньої плити потрапляє вглиб магми і розплавляється там, а потім може знову піднятися на поверхню, утворюючи гряду вулканів — як, наприклад, ланцюг вулканів Сході Карибського моря і західному березі Сполучених Штатів.
Якщо обидві плити на конвергентному кордоні знаходяться під континентами, результат буде зовсім іншим. Материкова кора складається з легких речовин і обидві плити фактично плавають над зоною субдукції. Оскільки одна плита підсувається під іншу, два материки стикаються, і їх межі змінюються, утворюючи материковий гірський хребет. Так сформувалися Гімалаї, коли Індійська плита близько 50 мільйонів років тому зіткнулася з Євразійською. В результаті такого самого процесу сформувалися й Альпи, коли Італія поєдналася з Європою. А Уральські гори, старий гірський ланцюг, можна назвати «зварювальним швом», що утворився при об'єднанні європейського та азіатського масивів.
Якщо материк спочиває лише на одній із плит, на ньому утворюватимуться складки та зминання в міру його наповзання на зону субдукції. Прикладом цього є Анди на Західному узбережжі Південної Америки. Вони сформувалися після того, як Південно-Американська плита напливла на плиту Наска в Тихому океані, що занурилася під неї.
Трансформні кордони
Іноді буває так, що дві плити не розходяться і не підсуваються одна під одну, а просто труться краями. Найвідоміший приклад такого кордону — розлом Сан-Андреас у Каліфорнії, де рухаються пліч-о-пліч Тихоокеанська та Північно-Американська плити. У разі трансформного кордону плити стикаються на якийсь час, а потім розходяться, вивільняючи багато енергії і викликаючи сильні землетруси.
На закінчення хотів би підкреслити, що, хоча тектоніка плит включає в себе поняття про рух материків, це не те саме, що гіпотеза дрейфу материків, запропонована на початку ХХ століття. Ця гіпотеза була відкинута (справедливо, на думку автора) геологами через деякі експериментальних і теоретичних проблем. І той факт, що наша сучасна теорія включає один аспект з гіпотези дрейфу материків — переміщення материків, — не означає, що вчені відкинули тектоніку плит на початку минулого століття тільки для того, щоб прийняти її пізніше. Теорія, яка прийнята зараз, докорінно відрізняється від колишньої.
Теорія тектоніки плит - це сучасна наука про походження та розвиток літосфери Землі. Основні ідеї теорії тектоніки плит такі. Літосферні плити знаходяться над пластичною та в'язкою оболонкою, астеносферою. Астеносфера - це шар зниженої твердості та в'язкості у верхній частині мантії Землі. Плити плавають і повільно переміщуються в горизонтальному напрямку астеносферою.
При розсуванні плит на протилежному боці океанічних рифів, що знаходяться в середині долини, з'являються тріщини, що заповнюються молодими базальтами, що піднімаються з мантії Землі. Океанічні плити іноді виявляються під континентальними плитами, або ковзають щодо один одного вертикальною площиною розломів. Розсування та підлізання плит компенсується народженням нової океанічної кори на місцях тріщини.
Сучасна наука пояснює причини переміщення літосферних плит тим, що у надрах Землі накопичується тепло, через яке виникають конвекційні течіїречовини мантії. Мантійні струмені виникають навіть на межі ядра та мантії. А охолоджені океанічні плити поступово поринають у мантію. Це дає поштовх до гідродинамічних процесів. Падаючі плити затримуються близько 400 млн. років на кордоні 700 км, і після накопичення достатньої ваги «провалюютьсякрізь межі, в нижню мантію, досягаючи поверхні ядра. Це стає причиною підйому мантійних струменів на поверхню. На межі 700 км ці струмені розщеплюється, і проникають у верхню мантію, породжуючи в ній висхідну течію. Над цими течіями утворюється лінія просування плит. Під дією мантійних струменів відбувається тектоніка плит.
У 1912 році німецький геофізик, метеоролог Альфред Вегенер, на основі схожості атлантичних берегів Північної та Південної Америки з Європою та Африкою, а також на основі палеонтологічних та геологічних даних довів дрейф материків». Ці дані він опублікував у 1915 році в Німеччині.
Згідно з цією теорією, материки «плавають» на нижньому базальтовому «озері» як айсберги. Згідно з гіпотезою Вегенера, 250 млн. років тому існував суперматерик Пангея(гр. пан - все, а гея – Земля, тобто. Уся Земля). Близько 200 млн років тому Пангея розділилася на Лавразіюна півночі та Гондвануна півдні. Між ними було море Тетіс.
Існування суперконтиненту Гондвани на початку мезозойської ери підтверджується схожістю рельєфу Південної Америки, Африки, Австралії та півострова Індостан. В Антарктиді знайдено поклади кам'яного вугілля, які свідчать про те, що в минулому в цих місцях був спекотний клімат і рясна рослинність.
Палеонтологи довели, що флора та фауна материків, які утворилися після розпаду Гондвани, є однаковими та становлять одну родину. Схожість вугільних пластів Європи та Північної Америки та однаковість останків динозаврів свідчать про те, що ці материки розділилися після тріасового періоду.
У ХХ столітті з'ясувалося, що в середині океанів існують підводні гори заввишки близько 2 км, завширшки від 200 до 500 км та з довжиною до кількох тисяч км. Їх назвали середньоокеанічними хребтами (СХ). Ці хребти кільцеподібно охоплювали всю планету. Встановлено, що найбільш сейсмоактивними місцями земної поверхні є СГ. Основним матеріалом цих гір є базальт.
Вчені виявили під океанами глибокі (близько 10 км) океанічні жолоби, які здебільшого розташовуються на берегах материків чи островів. Їх виявили у Тихому та Індійському океанах. А в Атлантичному океані їх нема. Найглибший жолоб – це Маріанський жолоб, глибиною 11022 м-код, що знаходиться в Тихому океані. У глибоких жолобахспостерігається велика сейсмічна активність і земна кора таких місць провалюється всередину мантії.
Американський вчений Г. Хесс припустив, що речовина мантії через рифтові (англ. рифт - видалення, розширення) тріщини піднімається вгору до центральних частин СГ, і заповнюючи тріщини, кристалізується, орієнтуючись у напрямку магнітного поля Землі. Через деякий час, під час видалення один від одного, знову з'являється нова тріщинаі процес повторюється. Вчені, враховуючи напрямок магнітного поля кристаликів вулканічного походження та Землі, шляхом кореляції встановили місцезнаходження та напрямок руху материків у різних геологічних часах. Екстраполюючиу зворотному напрямку рух материків, вони отримали суперматерики Гондвану та Пангею.
Найактивніше місце гірських хребтів – це лінія, що проходить посередині хребтівде з'являються розломи, що досягають до мантії. Довжина розломів сягає від 10 км до 100 км. Рифти поділяють СГ на дві частини. Рифти, що знаходяться між півостровом Аравія та Африкоюмають довжину близько 6500 км. У сумі довжина океанічних рифтів близько 90 тисяч кілометрів.
Осадові породи накопичувалися, починаючи з юрського періоду. Поблизу СГ осадові породи відсутні, а напрямок магнітного поля кристаликів збігається з напрямком магнітного поля Землі. Виходячи з цих даних, в 1962 році американські геологи Г. Хес і Р. Дітц, пояснили причини виникнення СГ тим, що земна кора під океанами ковзає в протилежний бік. І з цієї причини, з'являються рифтові тріщинита СГ. Причини дрейфу континентів пов'язані з виникненням СГ, які розширюючись, відштовхують літосферні плити, і тим самим наводять їх у рух.
Підводні плити важкіВони при зустрічі з континентальними плитами провалюються в мантію Землі. Поблизу Венесуели Караїбська плита рухається під Південноамериканську. В останні роки, за допомогою космічних апаратів встановлено, що швидкості руху плит різні. Наприклад, швидкість руху півострова Індостанна північ становить близько 6 см/рік, Північної Америкиу бік заходу - 5 см/рік та Австраліїна північний схід - 14 см/рік.
Швидкість утворення нової земної кори дорівнює 2,8 км2/рік. ПлощаСХ дорівнює 310 млн. км2, отже, вони сформувалися за 110 млн. років. Вік гірських порід кори західної Тихого океану дорівнює 180 млн. років. За останні 2 млрд років близько 20 разів виникали нові і зникали старі океани.
Південна Америка відокремилася від Африки 135 млн. років тому. Північна Америка відокремилася від Європи 85 млн. років тому. Індостанська плита 40 млн. років томузіткнулася з Євроазіатською, внаслідок чого з'явилися гори Тибету та Гімалаїв. Наукою встановлено, що після утворення земної кори (4,2 млрд років тому) в результаті тектонічних процесів чотири рази відбувався розпадта освіту Пангеї з періодом близько одного мільярда років.
На стиках плит зосереджена вулканічна активність. Уздовж лінії стику плит виникають ланцюжки вулканів, наприклад, на Гавайських островах та у Гренландії. Довжина вулканічних ланцюгів нині дорівнює близько 37 тисяч км. Вчені вважають, що за кілька сотень млн. років Азія об'єднається з Північною та Південною Америкою. Тихий океан закриється, а Атлантичний океан розшириться.
Запитання для самоконтролю
1. Як називається теорія про походження та розвиток літосфери Землі?
2. Як називають шари зниженої твердості та в'язкості, у верхній частині мантії Землі?
3. Де океанічні плити розсуваються на протилежному боці?
4. Як пояснює сучасна наука причини переміщення літосферних плит?
5. Які плити поринають у мантії Землі?
6. Що спричиняє підйом мантійних струменів на поверхню?
7. Хто і коли, на основі схожості атлантичних берегів Північної та Південної Америки з Європою та Африкою, довів « дрейф материків».
8. Скільки мільйонів років тому існував суперматерик Пангея?
9. Скільки мільйонів років тому Пангея розділилася на Лавразіюна півночі та Гондвануна півдні?
10. Де було море Тетіс?
11. Де знайдено поклади кам'яного вугілля, що свідчать про те, що в минулому в цих місцях був спекотний клімат і рясна рослинність?
12. Флора і фауна, яких материків є однаковими і становлять одну сім'ю?
13. Про що свідчить схожість вугільних пластів Європи та Північної Америки?
14. Коли з'ясували, що у середині океанів існують середньоокеанічні хребти?
15.Середньоокеанічні хребтикільцеподібно охоплюють усю планету чи ні?
16. Де розташовуються океанічні ринви?
17. Який океанічний жолоб найглибший і де він знаходиться?
18. Наскільки частин ділять рифти (тріщини) середньоокеанічні хребти?
19. Скільки тисяч кілометрів у сумі, довжина океанічних рифтів?
20. Хто і коли пов'язували причини дрейфу континентів з виникненням середньооканічних хребтів?
21. Чому підводні плити при зустрічі з континентальними плитами провалюються в мантію Землі?
22. Скільки см/рік швидкість руху Північної Америкиу бік заходу?
23. Скільки см/рік швидкість руху Австраліїна північний схід?
24. Скільки км 2 /рік швидкість утворення нової земної кори?
25. Скільки млн. км 2 площа середньоокеанічних хребтів?
26. Скільки мільйонів років формувалися середньоокеанічні хребти?
27. Чому виникають ланцюжки вулканів?
28. На яких островах спостерігається ланцюжок вулканів?
29. Наскільки тисяч кілометрів простяглася довжина вулканічних ланцюгів, нині?
…******…
Тема 21. Екології та здоров'я
Минулого тижня публіку сколихнула новина, що півострів Крим рухається у бік Росії не лише завдяки політичній волі населення, а й згідно із законами природи. Що таке літосферні плити та на яких із них територіально розташована Росія? Що змушує їх рухатись і куди? Які території хочуть ще "приєднатися" до Росії, а які загрожують "втекти" до США?
"А ми кудись їдемо"
Так, ми всі кудись їдемо. Поки ви читаєте ці рядки, ви повільно рухаєтеся: якщо ви в Євразії, то на схід зі швидкістю приблизно 2-3 сантиметри на рік, якщо в Північній Америці, то з тією ж швидкістю на захід, а десь на дні Тихого океану (як вас туди занесло?), то забирає на північний захід на 10 сантиметрів на рік.
Якщо ви відкинетеся в кріслі і почекайте приблизно 250 мільйонів років, то опинитеся на новому суперконтиненті, який об'єднає всю земну сушу, - на материку Пангея Ультіма, названому так на згадку про стародавнього суперконтиненту Пангея, що існував якраз 250 мільйонів років тому.
Тому звістка про те, що "Крим рухається" навряд чи можна назвати новиною. По-перше, тому, що Крим разом із Росією, Україною, Сибіром та Євросоюзом є частиною Євразійської літосферної плити, і всі вони рухаються разом в один бік останню сотню мільйонів років. Однак Крим – це ще й частина так званого Середземноморського рухомого пояса він розташований на Скіфській плиті, а більша частина європейської частини Росії (включаючи місто Санкт-Петербург) - на Східно-Європейській платформі.
І тут часто виникає плутанина. Справа в тому, що окрім величезних ділянок літосфери, таких як Євразійська або Північно-Американська плити, існують і зовсім інші менші "плитки". Якщо дуже умовно, то земна кора складена із континентальних літосферних плит. Самі вони складаються із давніх і дуже стабільних платформ.та зон гороутворення (стародавніх та сучасних). А вже самі платформи діляться на плити - дрібніші ділянки кори, що складаються з двох "шарів" - фундаменту і чохла, і щити - "одношарові" оголення.
Чохол у цих нелітосферних плит складається з осадових порід (наприклад, вапняку, складеного з безлічі черепашок морських тварин, що мешкали в доісторичному океані над поверхнею Криму) або магматичних (викинутих із вулканів та застиглих мас лави). Афундамент плит та щити найчастіше складаються з дуже старих гірських порід, головним чином метаморфічного походження. Так називають магматичні та осадові породи, що поринули у глибини земної кори, де під впливом високих температур та величезного тиску з ними відбуваються різноманітні зміни.
Іншими словами, велика частина Росії (за винятком Чукотки та Забайкалля) розташовується на Євразійській літосферній плиті. Однак її територія "поділена" між Західно-Сибірською плитою, Алданським щитом, Сибірською та Східно-Європейською платформами та Скіфською плитою.
Ймовірно, про рух двох останніх плит заявив директор Інституту прикладної астрономії (ІПА РАН), доктор фізико-математичних наук Олександр Іпатов. А пізніше, в інтерв'ю виданню Indicator, уточнив: "Ми займаємося спостереженнями, які дозволяють визначити напрямок руху плит земної кори. Плита, на якій розташована станція Сімеїз, рухається зі швидкістю 29 міліметрів на рік на північний схід, тобто туди, де Росія . А плита, де знаходиться Пітер, рухається, можна сказати, до Ірану, на південь-південний захід».Втім, і це не є таким вже відкриттям, тому що про цей рух вже кілька десятків років, а саме він почався ще в кайнозойську еру.
Теорія Вегенера була прийнята зі скепсисом - переважно тому, що він не міг запропонувати задовільного механізму, що пояснює рух материків. Він вважав, що континенти рухаються, проламуючи земну кору, немов криголам лід, завдяки відцентровій силі від обертання Землі та приливних сил. Його опоненти говорили, що континенти-"крижаки" в процесі руху змінювали б свій вигляд до невпізнанності, а відцентрові та приливні сили занадто слабкі, щоб служити для них "мотором". Один із критиків підрахував, що, якби приливний вплив був таким сильним, щоб настільки швидко рухати континенти (Вегенер оцінював їхню швидкість у 250 сантиметрів на рік), воно зупинило б обертання Землі менше ніж за рік.
До кінця 1930-х років теорія дрейфу континенту була відкинута як антинаукова, але до середини XX століття до неї довелося повернутися: були відкриті серединно-океанічні хребти і виявилося, що в зоні цих хребтів безперервно утворюється нова кора, завдяки чому і "роз'їжджаються" . Геофізики досліджували намагніченість порід уздовж серединно-океанічних хребтів і виявили "смуги" з різноспрямованою намагніченістю.
Виявилося, що нова океанічна кора "записує" стан магнітного поля Землі в момент утворення, і вчені отримали відмінну "лінійку" для вимірювання швидкості цього конвеєра. Так, у 1960-ті роки теорія дрейфу континентів повернулася вдруге, вже остаточно. І цього разу вчені змогли зрозуміти, що рухає континенти.
"Крижини" в киплячому океані
"Уявіть собі океан, де плавають крижини, тобто в ньому є вода, є лід і, припустимо, в деякі крижини вморожені ще дерев'яні плоти. Лід - це літосферні плити, плоти - це континенти, а плавають вони в речовині мантії", - пояснює член-кореспондент РАН Валерій Трубіцин, головний науковий співробітник Інституту фізики Землі імені О.Ю. Шмідт.
Він ще у 1960-ті роки висунув теорію будови планет-гігантів, а наприкінці XX століття почав створювати математично обґрунтовану теорію тектоніки континентів.
Проміжний шар між літосферою та гарячим залізним ядром у центрі Землі – мантія – складається з силікатних порід. Температура у ній змінюється від 500 градусів Цельсія у верхній частині до 4000 градусів Цельсія на межі ядра. Тому з глибини 100 кілометрів, де температура вже понад 1300 градусів, речовина мантії поводиться як дуже густа смола і тече зі швидкістю 5-10 сантиметрів на рік, розповідає Трубіцин.
В результаті в мантії, як у каструлі з окропом, виникають конвективні осередки - області, де з одного краю гаряча речовина піднімається вгору, а з іншого - охолоне опускається вниз.
"У мантії є приблизно вісім таких великих осередків і ще багато дрібних", - каже учений. Серединно-океанічні хребти (наприклад, в центрі Атлантики) - це місце, де речовина мантії піднімається до поверхні і народжується нова кора. Крім того, є зони субдукції, місця, де плита починає "підповзати" під сусідню і опускається до мантії. Зони субдукції – це, наприклад, західне узбережжя Південної Америки. Тут відбуваються найпотужніші землетруси.
"Таким чином плити беруть участь у конвективному кругообігу речовини мантії, яка під час знаходження на поверхні тимчасово стає твердою. Занурюючись у мантію, речовина плити знову нагрівається та розм'якшується", - пояснює геофізик.
Крім того, з мантії до поверхні піднімаються окремі струмені речовини - плюми, і ці струмені мають всі шанси знищити людство. Адже саме мантійні плюми є причиною появи супервулканів. Такі точки ніяк не пов'язані з літосферними плитами і можуть залишатися на місці навіть при русі плит. При виході плюма з'являється величезний вулкан. Таких вулканів багато, вони є на Гаваях, Ісландії, подібним прикладом є Йеллоустоунська кальдера. Супервулкани можуть породжувати виверження в тисячі разів потужніших, ніж більшість звичайних вулканів типу Везувія або Етни.
"250 мільйонів років тому такий вулкан на території сучасного Сибіру вбив майже все живе, вижили лише предки динозаврів", - каже Трубіцин.
Зійшлися – розійшлися
Літосферні плити складаються з відносно важкої і тонкої базальтової океанічної кори і легших, зате значно товстіших континентів. Плита з континентом та "намороженою" навколо нього океанічною корою може йти вперед, при цьому важка океанічна кора занурюється під сусіда. Але коли стикаються континенти, вони вже не можуть занурюватися один під одного.
Наприклад, приблизно 60 мільйонів років тому Індійська плита відірвалася від того, що потім стало Африкою, і вирушила на північ, а приблизно 45 мільйонів років тому зустрілася з Євразійською плитою, на місці зіткнення виросли Гімалаї – найвищі гори на Землі.
Рух плит рано чи пізно зведе всі континенти в один, як сходяться в один острів листя у вирі. В історії Землі континенти приблизно чотири-шість разів об'єднувалися та розпадалися. Останній суперконтинент Пангея існував 250 мільйонів років тому, до нього був суперконтинент Батьківщина, 900 мільйонів років тому, до нього ще два. "І вже, схоже, незабаром розпочнеться об'єднання нового континенту", – уточнює вчений.
Він пояснює, що континенти працюють як тепловий ізолятор, мантія під ними починає розігріватися, виникають висхідні потоки, і тому суперконтиненти через деякий час знову розпадаються.
Америка "понесе" Чукотку
Великі літосферні плити малюють у підручниках, їх може назвати будь-яка: Антарктична плита, Євразійська, Північно-Американська, Південно-Американська, Індійська, Австралійська, Тихоокеанська. Але на межах між плитами виникає справжній хаос із безлічі мікропліт.
Наприклад, кордон між Північно-Американською плитою та Євразійською проходить зовсім не Берінговою протокою, а набагато західніше, хребтом Черського. Чукотка, таким чином, виявляється частиною Північноамериканської плити. У цьому Камчатка частково перебуває у зоні Охотської мікроплити, а почасти - у зоні Беринговоморської мікроплити. А Примор'я розташоване на гіпотетичній Амурській плиті, західний край якої впирається у Байкал.
Зараз східна околиця Євразійської плити та західний край Північно-Американської "крутяться", як шестерні: Америка провертається проти годинникової стрілки, а Євразія за годинниковою. В результаті Чукотка може остаточно відірватися "по шву", і в цьому випадку на Землі може з'явитися гігантський круговий шов, який проходитиме через Атлантику, Індійський, Тихий і Північний Льодовитий океан (де він поки що закритий). А сама Чукотка продовжить рух "в орбіті" Північної Америки.
Спідометр для літосфери
Теорія Вегенера відродилася не в останню чергу тому, що вчених з'явилася можливість з високою точністю вимірювати зміщення континентів. Зараз для цього використовують супутникові системи навігації, але є інші методи. Усі вони потрібні для побудови єдиної міжнародної системи координат – International Terrestrial Reference Frame (ITRF).
Один із цих методів - радіоінтерферометрія з наддовгою базою (РСДБ). Суть її полягає в одночасних спостереженнях за допомогою кількох радіотелескопів у різних точках Землі. Різниця в часі отримання сигналів дозволяє з високою точністю визначати усунення. Два інших способи виміряти швидкість - лазерні далекомірні спостереження за допомогою супутників та доплерівські виміри. Всі ці спостереження, у тому числі за допомогою GPS, проводяться на сотнях станцій, всі ці дані зводяться докупи, і в результаті ми отримуємо картину дрейфу континентів.
Наприклад, кримський Сімеїз, де знаходиться станція лазерного зондування, а також супутникова станція визначення координат, "їде" на північний схід (азимутом близько 65 градусів) зі швидкістю приблизно 26,8 міліметра на рік. Підмосковний Звенигород рухається приблизно на міліметр на рік швидше (27,8 міліметра на рік) і курс тримає на схід - близько 77 градусів. А, скажімо, гавайський вулкан Мауна-Лоа рухається на північний захід у два рази швидше – 72,3 міліметри на рік.
Літосферні плити також можуть деформуватися, і їх частини можуть "жити своїм життям", особливо на кордонах. Хоча масштаби їх самостійності значно скромніші. Наприклад, Крим ще самостійно рухається на північний схід зі швидкістю 0,9 міліметра на рік (і при цьому росте на 1,8 міліметра), а Звенигород з тією самою швидкістю рухається кудись на південний схід (і вниз на 0 ,2 міліметри на рік).
Трубіцин каже, що ця самостійність частково пояснюється "особистою історією" різних частин континентів: основні частини континентів, платформи можуть бути фрагментами стародавніх літосферних плит, які "зрослися" зі своїми сусідами. Наприклад, Уральський хребет – один із швів. Платформи відносно жорсткі, але частини навколо них можуть деформуватися та їхати за своєю волею.
Відповідно до сучасної теорії літосферних плитвся літосфера вузькими та активними зонами – глибинними розломами – розділена на окремі блоки, що переміщуються у пластичному шарі верхньої мантії щодо один одного зі швидкістю 2-3 см на рік. Ці блоки називаються літосферними плитами.
Особливість літосферних плит - їх жорсткість і здатність за відсутності зовнішніх впливів тривалий час зберігати незмінними форму та будову.
Літосферні плити рухливі. Їхнє переміщення поверхнею астеносфери відбувається під впливом конвективних течій у мантії. Окремі літосферні плити можуть розходитися, зближуватися чи ковзати одна щодо одної. У першому випадку між плитами виникають зони розтягування з тріщинами вздовж меж плит, у другому - зони стиснення, що супроводжуються насувом однієї плити на іншу (насув - обдукція; підсування - субдукція), у третьому - зсувні зони - розломи, вздовж яких відбувається ковзання сусідніх плит .
У місцях сходження континентальних плит відбувається їхнє зіткнення, утворюються гірські пояси. Так виникла, наприклад, на межі Євразійської та Індо-Австралійської плит гірська система Гімалаї (рис. 1).
Мал. 1. Зіткнення континентальних літосферних плит
При взаємодії континентальної та океанічної плит плита з океанічною земною корою підсувається під плиту з континентальною земною корою (рис. 2).
Мал. 2. Зіткнення континентальної та океанічної літосферних плит
Внаслідок зіткнення континентальної та океанічної літосферних плит утворюються глибоководні жолоби та острівні дуги.
Розбіжність літосферних плит та освіту внаслідок цього земної кори океанічного типу показано на рис. 3.
Для осьових зон серединно-океанічних хребтів характерні рифти(Від англ. rift -ущелина, тріщина, розлом) — велика лінійна тектонічна структура земної кори завдовжки сотні, тисячі, шириною десятки, котрий іноді сотні кілометрів, що утворилася головним чином горизонтальному розтягуванні кори (рис. 4). Дуже великі рифти називаються рифтовими поясами,зонами чи системами.
Так як літосферна плита є єдиною пластиною, то кожен її розлом — це джерело сейсмічної активності та вулканізму. Ці джерела зосереджені в межах порівняно вузьких зон, уздовж яких відбуваються взаємні переміщення та тертя суміжних плит. Ці зони отримали назву сейсмічні пояси.Рифи, серединно-океанічні хребти та глибоководні жолоби є рухомими областями Землі та розташовуються на межах літосферних плит. Це свідчить про те, що формування земної кори в цих зонах в даний час відбувається дуже інтенсивно.
Мал. 3. Розбіжність літосферних плит у зоні серед нно-океанічного хребта
Мал. 4. Схема утворення рифту
Найбільше розломів літосферних плит на дні океанів, де земна кора тонша, проте трапляються вони і на суші. Найбільший розлом суші розташовується Сході Африки. Він простягся на 4000 км. Ширина цього розлому – 80-120 км.
В даний час можна виділити сім найбільших плит (рис. 5). З них найбільша за площею - Тихоокеанська, яка повністю складається з океанічної літосфери. Як правило, до великих відносять і плиту Наска, яка в кілька разів менша за розмірами, ніж кожна із семи найбільших. При цьому вчені припускають, що насправді плита Наска набагато більшого розміру, ніж бачимо її на карті (див. рис. 5), оскільки значна частина її пішла під сусідні плити. Ця плита також складається лише з океанічної літосфери.
Мал. 5. Літосферні плити Землі
Прикладом плити, яка включає як материкову, так і океанічну літосферу, може бути, наприклад, Індо-Австралійська літосферна плита. Майже повністю складається із материкової літосфери Аравійська плита.
Теорія літосферних плит має важливе значення. Насамперед вона може пояснити, чому в одних місцях Землі розташовані гори, а в інших — рівнини. За допомогою теорії літосферних плит можна пояснити та спрогнозувати катастрофічні явища, що відбуваються на межах плит.
Мал. 6. Обриси материків дійсно видаються сумісними
Теорія дрейфу материків
Теорія літосферних плит бере свій початок із теорії дрейфу материків. Ще XIX в. багато географів відзначали, що при погляді на карту можна помітити, що береги Африки та Південної Америки при зближенні здаються сумісними (рис. 6).
Поява гіпотези руху материків пов'язують із ім'ям німецького вченого Альфреда Вегенера(1880-1930) (рис. 7), який найповніше розробив цю ідею.
Вегенер писав: «У 1910 р. мені вперше спало на думку про переміщення материків..., коли я вразився схожістю обрисів берегів по обидва боки Атлантичного океану». Він припустив, що в ранньому палеозої на Землі існували два великі материки - Лавразія і Гондвана.
Лавразія - це був північний материк, який включав території сучасної Європи, Азії без Індії та Північної Америки. Південний материк - Гондвана поєднував сучасні території Південної Америки, Африки, Антарктиди, Австралії та Індостану.
Між Гондваною та Лавразією знаходилося перше морс — Тетіс, як величезна затока. Решта простору Землі була зайнята океаном Панталасса.
Близько 200 млн років тому Гондвана і Лавразія були об'єднані в єдиний континент Пангею (Пан загальний, Ге земля) (рис. 8).
Мал. 8. Існування єдиного материка Пангеї (біле – суша, крапки – неглибоке море)
Приблизно 180 млн років тому материк Пангея знову почав розділятися на складові, які перемішалися на поверхні нашої планети. Поділ відбувався так: спочатку знову з'явилися Лавразія і Гондвана, потім розділилася Лавразія, а потім розкололася і Гондвана. За рахунок розколу та розходження частин Пангеї утворилися океани. Молодими океанами можна вважати Атлантичний та Індійський; старим – Тихий. Північний Льодовитий океан відокремився зі збільшенням суші у Північній півкулі.
Мал. 9. Розташування та напрямки дрейфу континентів у крейдяний період 180 млн років тому.
А. Вегенер знайшов багато підтверджень існування єдиного материка Землі. Особливо переконливим видалося йому існування в Африці та Південній Америці залишків стародавніх тварин — листозаврів. Це були плазуни, схожі на невеликих гіпопотамів, що жили тільки в прісноводних водоймах. Значить, пропливти величезні відстані по солоній морській воді вони не могли. Аналогічні докази він знайшов і у рослинному світі.
Інтерес до гіпотези руху материків у роки XX в. дещо знизився, але в 60-ті роки відродився знову, коли в результаті досліджень рельєфу та геології океанічного дна були отримані дані, що свідчать про процеси розширення (спредингу) океанічної кори та «піднирування» одних частин кори під інші (субдукції).