Добро пожаловать
Земля под вашими ногами кажется твёрдой. Постоянной. Неподвижной.
Ничего из этого не соответствует действительности.
Прямо сейчас, пока вы это читаете, земля под вами движется — медленно, неумолимо, примерно со скоростью роста ваших ногтей.
За миллионы лет это медленное смещение разорвало континенты, создало самые высокие горы на Земле и вызвало землетрясения, которые разрушали города.
Сегодня мы поймём механизм, приводящий всё это в движение.
Странное наблюдение
Человек, которому никто не верил
В 1912 году немецкий метеоролог Альфред Вегенер заметил что-то странное: восточное побережье Южной Америки и западное побережье Африки совпадают, как части головоломки.
Он предположил, что все континенты когда-то были объединены в один суперконтинент, который он назвал Пангея (с греч. 'все земли'), и что они медленно разошлись в разные стороны.
Учёные смеялись над ним. Они не могли представить силу, достаточно мощную, чтобы приводить в движение целые континенты. Вегенер умер в 1930 году во время экспедиции в Гренландию, так и не увидев признания своей идеи.
Потребовалось ещё 30 лет — и новые технологии для картографирования морского дна — прежде чем мир понял, что Вегенер был прав.
Что находится внутри Земли?
Слои планеты
Если бы вы смогли разрезать Землю пополам, вы увидели бы четыре основных слоя:
Земная кора — самый внешний слой. Он тонкий — пропорционально тоньше, чем кожица яблока. Океаническая кора имеет толщину около 7 км. Континентальная кора в среднем составляет 35 км. Это звучит много, но Земля имеет диаметр 12 742 км.
Мантия — ниже коры, примерно 2 900 км толщиной. Она состоит из горячей, плотной породы. Верхняя мантия частично расплавлена и течёт очень медленно — как густой мёд, нагреваемый на плите. Этот текущий слой называется астеносферой.
Внешнее ядро — слой жидкого железа и никеля, толщиной около 2 200 км. Оно настолько горячее (4 500–5 500°C), что металл находится в расплавленном состоянии. Этот текущий металл создаёт магнитное поле Земли.
Внутреннее ядро — твёрдый шар из железа и никеля в самом центре, с радиусом около 1 220 км. Это самая горячая часть Земли — более 5 400°C, горячее, чем поверхность Солнца.
Треснутая оболочка
Треснутая яичная скорлупа
Земная кора — это не одна сплошная оболочка. Она разломана примерно на 15 крупных литосферных плит (и множество меньших), которые совпадают как треснутая яичная скорлупа.
Эти плиты не тонкие — они включают земную кору и верхнюю часть мантии, вместе называемые литосферой. Литосфера жёсткая, толщиной 70–150 км, и плавает на более мягкой, частично расплавленной астеносфере под ней.
Некоторые плиты несут континенты (континентальные плиты). Некоторые несут морское дно (океанические плиты). Многие несут оба.
Самая большая плита — это Тихоокеанская плита, которая почти полностью состоит из океанической коры. Вы, вероятно, сидите на Североамериканской плите, которая простирается от Срединно-Атлантического хребта до западного побережья Соединённых Штатов.
Что их приводит в движение?
Конвекция: двигатель
Глубоко в мантии порода рядом с ядром чрезвычайно горячая. Горячая порода менее плотная, поэтому она поднимается. Когда она приближается к поверхности, она охлаждается, становится более плотной и снова опускается вниз. Это создаёт медленный круговой поток, называемый конвекционным течением.
Подумайте о кастрюле с водой, нагреваемой на плите: вода внизу нагревается, поднимается, охлаждается на поверхности и опускается снова. Мантия делает то же самое — только с породой, и невероятно медленно.
Эти конвекционные течения увлекают литосферные плиты, как предметы на медленно движущемся конвейере.
Процесс медленный — плиты движутся между 2 и 15 сантиметрами в год — но за миллионы лет это переформирует всю поверхность планеты.
Три типа границ
Где плиты встречаются
Самая драматичная геология на Земле происходит там, где плиты встречаются — на их границах. Есть три типа:
Дивергентные границы — плиты движутся врозь. Магма поднимается из мантии, чтобы заполнить щель, создавая новую кору. Срединно-Атлантический хребет — это дивергентная граница, проходящая по середине Атлантического океана. Исландия находится прямо на ней — вы можете буквально встать на границу между Североамериканской плитой и Евразийской плитой.
Конвергентные границы — плиты движутся друг к другу. Когда океаническая плита встречает континентальную плиту, более плотная океаническая плита проваливается под неё в процессе, называемом субдукцией. Когда две континентальные плиты сталкиваются, ни одна не проваливается — они деформируются и поднимаются в горные хребты. Гималаи образовались таким образом, где Индийская плита столкнулась с Евразийской плитой.
Трансформные границы — плиты скользят мимо друг друга горизонтально. Разлом Сан-Андреас в Калифорнии — это трансформная граница, где Тихоокеанская плита и Североамериканская плита трутся друг о друга. Это создаёт частые землетрясения.
Растущие горы
Гималаи: столкновение в замедленном темпе
Примерно 50 миллионов лет назад Индийская плита — которая двигалась на север геологически быстрым темпом — столкнулась с Евразийской плитой.
Ни одна плита не могла проваливаться под другую, потому что обе состояли из континентальной коры — толстой, плавучей и слишком лёгкой для погружения.
Поэтому кора деформировалась, изгибалась и поднималась вверх. Столкновение создало Гималаи, включая гору Эверест — наивысшую точку на Земле на 8 849 метров.
И столкновение не закончилось. Индийская плита всё ещё движется в Азию примерно на 1 сантиметр в год, и Гималаи всё ещё растут.
Огненное кольцо
Где происходят катастрофы
Если вы нанесёте на карту каждое крупное землетрясение и вулканическое извержение, сразу же выявится закономерность: они скапливаются вдоль границ плит.
Самый яркий пример — Огненное кольцо — подковообразный пояс вокруг Тихого океана, где Тихоокеанская плита встречается с несколькими другими плитами. Примерно 75% активных вулканов мира и 90% землетрясений мира происходят вдоль Огненного кольца.
Это не совпадение. Землетрясения происходят, когда плиты внезапно скользят друг мимо друга, высвобождая накопленное напряжение. Вулканы образуются там, где магма находит путь к поверхности — часто в зонах субдукции, где погружающаяся плита плавится и расплавленная порода поднимается.
Шкала Рихтера измеряет магнитуду землетрясения — высвобождаемую энергию. Каждое увеличение на целое число представляет примерно 32 раза больше энергии. Землетрясение магнитудой 7 высвобождает примерно в 1 000 раз больше энергии, чем землетрясение магнитудой 5.
Почему границы?
Соединяя точки
Внутренняя часть литосферной плиты относительно стабильна. Порода твёрдая, плита движется как единое целое, и нет причины для треска коры или плавления.
Но на границах плиты трутся, разрываются друг от друга или сталкиваются. Вот где накапливается напряжение, кора трескается и магма находит пути к выходу.
Подумайте об оконном стекле: середина прочная, но края и углы — это то место, где образуются трещины.
Как мы это знаем?
Доказательства везде
Вегенер предложил дрейф континентов в 1912 году, но он не мог объяснить механизм. Современные доказательства многократно подтвердили его правоту:
Распределение ископаемых — одинаковые ископаемые мезозавра (пресноводной рептилии) найдены и в Бразилии, и в Западной Африке, но больше нигде. Оно не могло плавать через Атлантику. Континенты должны были быть объединены.
Совпадающие типы пород — горные цепи в Шотландии идеально совпадают с Аппалачскими горами на восточном побережье Соединённых Штатов, когда вы сдвигаете континенты обратно. Одинаковые породы, одинаковый возраст, одинаковое происхождение — разделены океаном.
Следы ледников — древние ледниковые следы, найденные в Африке, Индии, Южной Америке и Австралии, все указывают на один ледяной щит, центр которого находился в Антарктиде — ровно там, где эти континенты находились бы в Пангее.
Измерения GPS — сегодня мы можем измерять движение плит непосредственно, используя спутники GPS. Северная Америка удаляется от Европы примерно на 2,5 см в год. Мы можем наблюдать это в реальном времени.
Будущая Земля
Куда мы направляемся?
Если плиты будут двигаться с текущей скоростью, геологи могут прогнозировать, где будут континенты в будущем.
Примерно через 250 миллионов лет континенты, как ожидается, столкнутся снова в новый суперконтинент. Учёные дали ему различные названия — Пангея Ультима, Амасия или Новопангея — в зависимости от того, какую модель они используют.
Атлантический океан закроется. Африка объединится с Европой. Австралия будет дрейфовать на север в Юго-Восточную Азию.
Это произошло раньше. Пангея была не первым суперконтинентом — было несколько, уходящих в прошлое на миллиарды лет. Цикл расщепления и переassembly занимает примерно 400–500 миллионов лет. Геологи называют это циклом суперконтинентов.
Что вы будете помнить?
Общая картина
Земля не статична. Это динамичная, бурлящая планета — тонкая кора, плавающая на море медленно движущейся породы.
Всё связано: конвекционные течения приводят в движение плиты; границы плит создают землетрясения, вулканы и горы; доказательства написаны в ископаемых, породах и данных GPS.
Альфред Вегенер увидел части головоломки век назад. Миру потребовались десятилетия, чтобы догнать его. Сегодня тектоника плит — одна из самых мощных основ всей науки — она объясняет всё, от того, почему в Японии землетрясения, до того, почему можно найти раковины на горных вершинах.