Ласкаво просимо
Земля під твоїми ногами здається міцною. Постійною. Нерухомою.
Вона не є ні однією з цих речей.
Прямо зараз, коли ти читаєш це, земля, на якій ти сидиш, рухається — повільно, невпинно, приблизно зі швидкістю, з якою ростуть твої нігті.
За мільйони років цей повільний рух розірвав континенти, побудував найвищі гори на Землі та спричинив землетруси, які порівняли з землею міста.
Сьогодні ми зрозуміємо двигун, який керує всім цим.
Дивна спостереження
Людина, якій ніхто не вірив
У 1912 році німецький метеоролог Альфред Вегенер помітив щось дивне: східне узбережжя Південної Америки та західне узбережжя Африки складалися разом, як деталі головоломки.
Він запропонував, що всі континенти були колись об'єднані в один суперконтинент, який він назвав Панґея (грецькою 'всі землі'), і що вони повільно дрейфували окремо один від одного.
Вчені над ним сміялися. Вони не могли уявити силу, достатньо потужну, щоб рухати цілі континенти. Вегенер помер у 1930 році під час експедиції в Гренландії, ніколи не бачивши, як його ідея буде прийнята.
Потреба у ще 30 років — і нову технологію, яка картографувала дно океану — перш ніж світ зрозумів, що Вегенер був правий.
Що всередині Землі?
Розкладаючи шари
Якби ти міг розрізати Землю навпіл, ти побачив би чотири основні шари:
Земна кора — зовнішній шар. Він тонкий — пропорційно тонший, ніж шкіра яблука. Кора океану має лише близько 7 км товщини. Континентальна кора в середньому має 35 км. Це звучить як багато, але Земля має 12 742 км в діаметрі.
Мантія — під корою, близько 2900 км товщини. Вона складається з гарячої, щільної скелі. Верхня мантія частково розплавлена і дуже повільно тече — як гарячий мед на плиті. Цей текучий шар називається астеносфера.
Зовнішнє ядро — шар рідкого заліза та нікелю, близько 2200 км товщини. Він настільки гарячий (4500–5500°C), що метал розплавлений. Цей текучий метал генерує магнітне поле Землі.
Внутрішнє ядро — тверда куля заліза та нікелю в самому центрі, приблизно 1220 км в радіусі. Це найгарячіша частина Землі — понад 5400°C, гарячіше, ніж поверхня Сонця.
Розбита оболонка
Тріснута шкаралупа яйця
Земна кора Землі не є однією суцільною оболонкою. Вона розбита на близько 15 основних тектонічних плит (та багато менших), що складаються разом, як тріснута шкаралупа яйця.
Ці плити не тонкі — вони включають кору та верхню частину мантії, разом називаючись літосферою. Літосфера жорстка, 70–150 км товщини, і вона плаває на м'якшій, частково розплавленій астеносфері під нею.
Деякі плити містять континенти (континентальні плити). Деякі містять морське дно (океанічні плити). Багато містять обидва.
Найбільша плита — Тихоокеанська плита, яка майже повністю складається з океанічної кори. Ти, ймовірно, сидиш на Північноамериканській плиті, яка розтягується від Серединного Атлантичного хребта аж до західного узбережжя США.
Що їх рухає?
Конвекція: двигун
Глибоко в мантії скала поблизу ядра надзвичайно гаряча. Гаряча скала менш щільна, тому вона піднімається. Коли вона наближається до поверхні, вона охолоджується, стає щільнішою і знову опускається вниз. Це створює повільний, циклічний потік, називаний конвекційним потоком.
Подумай про каструлю з водою, яка нагрівається на плиті: вода внизу нагрівається, піднімається, охолоджується на поверхні і знову опускається. Мантія робить те саме — крім того, з скелею, і неймовірно повільно.
Ці конвекційні потоки тягнуть тектонічні плити разом, як предмети, що плавають на повільно рухаючій стрічці конвеєра.
Процес повільний — плити рухаються між 2 та 15 сантиметрів на рік — але за мільйони років це переробляє всю поверхню планети.
Три типи меж
Де зустрічаються плити
Найбільш драматична геологія на Землі відбувається там, де плити зустрічаються — на їхніх межах. Існує три типи:
Дивергентні межи — плити рухаються розходяться. Магма піднімається з мантії, щоб заповнити щілину, створюючи нову кору. Серединний Атлантичний хребет — це дивергентна межа, що проходить посередині Атлантичного океану. Ісландія розташована прямо на ній — можна буквально стояти на межі між Північноамериканською плитою та Євразійською плитою.
Конвергентні межи — плити рухаються один до одного. Коли океанічна плита зустрічається з континентальною плитою, щільніша океанічна плита занурюється під неї в процесі, називаному субдукцією. Коли дві континентальні плити зіштовхуються, жодна не занурюється — вони мнуться вгору в гірські хребти. Гімалаї утворилися таким чином, де Індійська плита врізалася в Євразійську плиту.
Трансформні межи — плити ковзають один повз одного горизонтально. Розлом Сан-Андреас у Каліфорнії — це трансформна межа, де Тихоокеанська плита та Північноамериканська плита тертяться одна об одну. Це спричиняє часті землетруси.
Гори, що ростуть
Гімалаї: зіткнення в уповільненому русі
Приблизно 50 мільйонів років тому Індійська плита — яка дрейфувала на півночі геологічно швидко — врізалася в Євразійську плиту.
Жодна плита не могла занурити іншу, тому що обидві були континентальною корою — товстою, плавучою і занадто легкою для занурення.
Отже кора мнулася, вигиналася і штовхалася вгору. Зіткнення створило Гімалаї, включаючи гору Еверест — найвищу точку на Землі на висоті 8849 метрів.
І зіткнення ще не закінчилося. Індійська плита все ще штовхає Азію приблизно на 1 сантиметр на рік, і Гімалаї все ще ростуть.
Вогняне кільце
Де відбуваються катастрофи
Якщо нанести всі основні землетруси та вулканічні виверження на карту, закономірність помітна відразу: вони скупчуються на межах плит.
Найбільш драматичний приклад — Вогняне кільце — кільцеподібний пояс навколо Тихого океану, де Тихоокеанська плита зустрічається з кількома іншими плитами. Приблизно 75% активних вулканів світу та 90% землетрусів світу відбуваються вздовж Вогняного кільця.
Це не збіг. Землетруси відбуваються, коли плити раптово ковзають одна повз одну, звільняючи накопиченустрес. Вулкани утворюються там, де магма знаходить шлях до поверхні — часто в зонах субдукції, де занурена плита тане, а розплавлена скала піднімається.
Шкала Ріхтера вимірює магнітуду землетрусу — енергію, що вивільняється. Кожне ціле число означає приблизно в 32 рази більше енергії. Землетрус магнітудою 7 вивільняє приблизно в 1000 разів більше енергії, ніж землетрус магнітудою 5.
Чому межи?
З'єднання крапок
Внутрішня частина тектонічної плити відносно стабільна. Скала тверда, плита рухається як одне ціле, і нема причини для того, щоб земна кора тріскалась або плавилась.
Але на межах плити терлися, розходяться або зіштовхуються. Саме там накопичується стрес, земна кора тріскається, і магма знаходить шляхи для втечі.
Думай про це, як про скляну панель: середина міцна, але краї та кути — це місця, де утворюються тріщини.
Звідки ми знаємо?
Докази повсюди
Вегенер запропонував дрейф континентів у 1912 році, але не міг пояснити механізм. Сучасні докази багато разів довели його правоту:
Розповсюдження скам'янілостей — однакові скам'янілості Мезозавра (прісноводної рептилії) знайдені як у Бразилії, так і в Західній Африці, але більш ніде. Вона не могла переплити Атлантичний океан. Континенти мали бути об'єднані.
Збіги типів скель — гірські хребти в Шотландії ідеально збігаються з Аппалачськими горами на східному США, коли ти повертаєш континенти назад разом. Така ж скала, той же вік, та й само утворення — розділені океаном.
Льодовикові царапини — стародавні льодовикові сліди, знайдені в Африці, Індії, Південній Америці та Австралії, всі вказують на один льодовиковий щит, що був сконцентрований в Антарктиді — точно там, де ці континенти були б у Панґеї.
Вимірювання GPS — сьогодні ми можемо виміряти рух плит безпосередньо за допомогою супутників GPS. Північна Америка розходиться від Європи приблизно на 2,5 см на рік. Ми можемо спостерігати це в реальному часі.
Майбутня Земля
Куди ми йдемо?
Якщо плити продовжать рухатися з їхніх теперішніх швидкостей, геологи можуть передбачити, де будуть континенти в майбутньому.
Приблизно за 250 мільйонів років континентам очікується знову зіштовхнутись в новий суперконтинент. Вчені назвали його різними іменами — Панґея Ультима, Амасія чи Новопанґея — залежно від того, яку модель вони використовують.
Атлантичний океан закриється. Африка злиється з Європою. Австралія дрейфуватиме на північ в Південно-Східну Азію.
Це трапилось раніше. Панґея не була першим суперконтинентом — їх було кілька, починаючи з мільярдів років тому. Цикл розколу та переасамблювання займає приблизно 400–500 мільйонів років. Геологи називають це циклом суперконтинентів.
Що ти запам'ятаєш?
Велика картина
Земля не статична. Вона динамічна, бурхлива планета — тонка земна кора, що плаває на морі повільно рухаючої скали.
Все пов'язано: конвекційні потоки керують рухом плит; межи плит виробляють землетруси, вулкани та гори; докази написані в скам'янілостях, скелях та даних GPS.
Альфред Вегенер побачив деталі головоломки століття назад. Світу знадобилось кілька десятків років, щоб наздогнати. Сьогодні тектоніка плит — один з найпотужніших фреймворків у всій науці — вона пояснює все, від того, чому в Японії бувають землетруси, до того, чому на вершинах гір можна знайти раковини.