Краткая история планеты Земля: горы, животные, огонь и лед - Дж. Д. Макдугалл

Столкновения континента с континентом, подобные тому, что произвели на свет Гималаи, видимо, происходят регулярно на протяжении геологической истории. Хотя созданные ими высокие горы давно разрушились, следы таких событий можно распознать в древних породах по тому факту, что они образуют характерные длинные полосы сильно метаморфизованных пород, имеющих приблизительно одинаковый возраст. Хорошим примером такой области является провинция Грэнвиль в восточной части Северной Америки (рис. 4.3), которая была, без сомнения, в глубокой древности очень похожа на нынешние Гималаи.

РАЗЛОМ САН-АНДРЭАС

Разлом Сан-Андрэас в Калифорнии является, подобно Гималаям и среднеокеанским хребтам, границей плиты. Города Лос-Анджелес и Сан-Диего, лежащие западнее этого разлома, располагаются на Тихоокеанской плите и движутся в том же направлении, что и остров Гавайи, в то время как город Беркли, находящийся к востоку от разлома, движется вместе с Нью-Йорком и Майами на Северо-Американской плите (рис. 5.6). Границы между плитами, которые проходят по разломам, подобным разлому Сан-Андрэас, были названы трансформными разломами; они встречаются главным образом в океанах, соединяя между собой сегменты раздвигающихся хребтов. Именно они являются причиной того, что края плит имеют зигзагообразную форму. Около таких разломов нет ни схождения (сближения), ни расхождения (раздвига) плит; они просто движутся мимо друг друга. Если попробовать изобрести тектонику плит, разбив внешнюю оболочку шара на куски, которые заходили бы друг под друга на одних границах и обновлялись бы на других, то обнаружится, что особые формы, похожие на трансформные разломы, — это просто геометрическая необходимость.

Наиболее знаменитый или, если угодно, печально известный трансформный разлом — это разлом Сан-Андрэас в Калифорнии. Он также соединяет сегменты системы океанических хребтов, но в противоположность большинству трансформных разломов, прорезает часть континента. Эволюция разлома Сан-Андрэас весьма интересна (рис. 5.6). Около 50 или 60 миллионов лет назад существовала зона субдукции, протягивавшаяся вдоль всего Западного берега Северной Америки. Западнее от нее в море находился океанический хребет, вдоль которого в осевом разломе формировалось новое морское дно. Но Северо-Американская плита двигалась на запад быстрее, чем росло новое морское дно, и в конце концов континент просто переехал через океанический хребет. Это впервые случилось около тридцати миллионов лет назад и продолжалось с перерывами до тех пор, пока небольшая плита между хребтом и зоной субдукции не была постепенно попросту съедена. Сохранились кое-какие небольшие обломки ее против берегов Мексики и южнее, а также против штатов Орегон, Вашингтон и Британская Колумбия к северу. Но по мере исчезновения этой плиты появились новые границы между плитами, чтобы облегчить глобальное взаимодействие плит в их движении. В ответ на это литосфера раскололась около края континента. Небольшая часть Северо-Американской плиты прикрепилась к Тихоокеанской плите, и родился разлом Сан-Андрэас.

На мировой карте литосферных плит, как, например, на рис. 5.2, трансформные разломы имеют вид аккуратных тонких линий. В действительности они представляют собой очень сложные границы, особенно когда они располагаются на континентальной коре. Хотя на геологической карте есть только один большой разлом, обозначенный как «разлом Сан-Андрэас», который действительно имеет вид величественного ущелья, особенно сверху, на самом деле литосферные плиты скользят одна вдоль другой на протяжении очень широкой области Калифорнии, отличающейся множеством разломов и признаков деформации. Многие из них ориентированы более или менее параллельно по отношению к самому разлому Сан-Андрэас; большая часть проявлений столь известной сейсмической активности в Калифорнии сосредоточена вдоль этих менее известных разломов.

Рис. 5.6. Эти диаграммы (сверху вниз) показывают, как развивался западный край Северной Америки, постепенно надвигаясь на раздвигающийся среднеокеанический хребет (двойные линии) в Тихом океане. Вплоть до первой половины третичного периода вдоль всего побережья существовала зона субдукции (зубчатые линии), в которой дно Тихого океана подворачивалось под Северную Америку (верхняя схема). В настоящее время (нижняя схема) трансформный разлом — разлом Сан-Андрэас — соединяет сохранившиеся сегменты океанического хребта в Калифорнийском заливе и к западу от Ванкувера в северо-восточной части Тихого океана. Небольшой осколок континента, включающий Баджа (Baja), Калифорния, Лос-Анджелес и побережье Калифорнии к северу от Сан-Франциско, является сейчас частью Тихоокеанской плиты, движущейся на северо-запад относительно остальной части континента. Составлено согласно рис. 16.24 из книги: В. Дж. Скиннер и С. С. Портер «Динамическая Земля». Изд-во «Джон Уайли и Сыновья». Использовано с разрешения. 

Итак, суммируя вышеизложенное, отметим, что литосферные плиты придают поверхности Земли мозаичную структуру, имеют края, представляющие собой океанические хребты, от которых расходится морское дно, либо зоны субдукции или трансформные разломы; именно в этих краевых областях сосредоточена большая часть проявлений земного вулканизма, сейсмической активности и метаморфизма. Окружающая всю Землю система океанических хребтов, самые высокие горы Земли и ее самые прекрасные и самые опасные вулканы — все они располагаются на границах литосферных плит.

ГОРЯЧИЕ СТОЛБЫ В МАНТИИ

Из вышесказанного можно было бы сделать вывод, что внутренние части плит являются в геологическом плане спокойными областями земной коры, и по большей части это так и есть. Тем не менее есть и исключения. Например, при взгляде на карту Тихого океана сразу же бросается в глаза, что внутри Тихоокеанской плиты, вдалеке от ее краев, очень много островов. И все они являются вулканами. Многие из них уже неактивны («потухшие вулканы»), а некоторые даже целиком заросли кораллами, но все они образовались в результате вулканизма.

Но как возможна вулканическая активность в таком удалении от границ плит? Гавайские острова являются в этом отношении поучительным примером. Подобно многим другим островным группам в океанах они расположены цепочкой. В сущности, если обозначить на карте и подводные вулканы, то получится очень длинная и действительно впечатляющая цепь, простирающаяся от собственно Гавайских островов до Алеутского рва (рис. 5.7). В 1840-х годах американский геолог Джеймс Дэли заметил, что различные острова этой группы, видимо, прошли сходный путь геологической эволюции, но все более эродируются и поэтому, вероятно, чем восточнее, тем старше. Затем в 1963 году, в самом начале эпохи разработки тектоники плит, канадский геофизик Тьюзо Уилсон понял, что это закономерное увеличение возраста островов могло получиться при условии, что они возникали в поверхностной литосферной плите, перемещавшейся над неподвижным вулканическим источником, находящимся под нею. Уилсон предположил, что длинная цепь вулканов, протянувшаяся на северо-запад от острова Гавайи, представляет собой проявление на поверхности какой-то древней и глубоко укорененной локальной структуры в мантии.

Рис. 5.7. Цепь островов и подводных погасших вулканов простирается на запад от Гавайских островов в направлении к Алеутскому желобу. Определение абсолютного возраста пород из этих вулканов показало, что в направлении от ныне активных вулканов Гавайских островов на запад и северо-запад их возраст увеличивается (цифры на карте обозначают возраст в миллионах лет). Резкий изгиб цепи отражает изменение направления движения Тихоокеанской плиты около 45 миллионов лет назад. 

Хотя эта идея и не была сразу воспринята геологами и геофизиками, сейчас она составляет главную опору тектоники плит. Ее подтверждает также тот важный факт, что датировка лавы из разных островов Гавайской (и других аналогичных ей) островной цепи показала, что их возраст увеличивается при движении от ныне активного вулкана именно так, как предполагал Дэли (рис. 5.7). Большинство вулканов, расположенных во внутренних частях плит, образовалось, как сейчас считается, в результате деятельности мантийных столбов — неподвижных источников вулканического материала, которые поднимаются из глубин мантии. Их современные проявления, такие как остров Гавайи, называются «горячими точками». Большинство крупных и активных вулканов, расположенных внутри океанических плит, сопровождаются образованным горячей точкой «хвостом», или цепью еще более древних потухших вулканов, которые как бы маркируют или провешивают путь поверхностной литосферной плиты над глубоко сидящим мантийным столбом. Эти столбы, по-видимому, возникают на больших глубинах, возможно даже на границе между ядром и мантией, и многие из них очень долго сохраняют свою активность. Самые древние вулканы в цепи Гавайских островов, образующие «хвост», связанный с конкретной горячей точкой, имеют возраст, приближающийся к восьмидесяти миллионам лет. Острова Таити и остров Пасхи в Тихом океане, острова Реюньон и Маврикий в Индийском океане и вообще большая часть островов во всех океанах Земли обязаны своим существованием мантийным столбам.