Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

создавая новое дно океана. Когда свежий, богатый железом базальт на дне кристаллизуется и расходится по обе стороны от хребта, он приобретает магнитную сигнатуру — следы магнитного поля планеты на тот момент. Изменения магнитного поля — особенно периодические смены полярности — впечатываются в породы морского дна и обеспечивают спектр из полосок. Идею, что дно океана расширяется в стороны от океанических хребтов, уже высказывали, но именно геомагнитные данные по-настоящему помогли укрепиться теории «спрединга морского дна[33]» и в конечном итоге привели к теории тектоники плит.

Рисунок 12. Когда в разломах образуется новая океаническая кора, на ней остается магнитная сигнатура окружающего магнитного поля, существовавшего в момент образования; в результате получается симметричный рисунок магнитных полос на обеих сторонах центрального разлома. На этой схеме темные полосы изображают участки дна, где магнитная полярность соответствует нынешней, а белые — участки, созданные во времена обратной полярности. Ширина полос зависит от продолжительности промежутков той или иной полярности.

Одинаковые правильные спектры магнитных полос около хребтов обнаруживаются по всему океаническому дну. Как только это выяснилось, то из объяснения Вайна и Мэтьюза для этих полос ученым стало понятно, что океаническая кора должна быть относительно молодой с геологической точки зрения. Внезапно обрели также смысл наблюдения вроде тех, что делал Альфред Вегенер десятилетиями ранее. Если новое дно формируется вдоль Срединно-Атлантического хребта, то Атлантический океан должен расширяться. Самые молодые породы находятся вдоль хребта, самые старые — по краям океана, рядом с материками. Если запустить часы в обратную сторону, то Атлантика закроется, морское дно снова исчезнет в недрах Земли у центрального хребта, и общие геологические особенности у Африки и Южной Америки, зафиксированные Вегенером, будут образовывать единое непрерывное пространство. Континенты не дрейфовали через Атлантику, как он считал; наоборот, при разделении континентов образовался океанический бассейн.

Но здесь появляется очевидная проблема. Ведь если Земля не увеличивается, то невозможно создавать новые океанические бассейны размером во многие тысячи километров (как Атлантический океан). Единственное решение заключается в том, что где-то на планете такое же количество океанического дна должно исчезнуть. Именно это и происходит в тектонических процессах: по мере того как вдоль океанического хребта создается новое дно океана, такое же количество разрушается в так называемой зоне субдукции, где океаническая кора ныряет вглубь Земли (см. рисунок 13). Часто, но не всегда, зоны субдукции возникают на краю континентов, и морское дно погружается под материк как продолжающаяся плита. Между континентальной и океанической корой есть большая разница в плотности (континентальные породы намного легче), и поэтому таким образом в мантию возвращается только дно океана, а не континентальная кора.

Рисунок 13. Поперечное сечение границы между литосферными плитами, где сталкиваются океаническая и континентальная плиты, как происходит, например, вдоль западного побережья Южной Америки. Стрелки показывают относительное движение плит. Океаническая плита пододвигается под континентальную, высвобождая воду по мере нагрева. В горячей мантии над опускающейся плитой начинается плавление, и на поверхности над зоной субдукции (погружения плиты) появляются вулканы. Материал из верхней части океанической коры может попасть в магму.

Как уже отмечалось, литосферные плиты являются фрагментами твердой внешней оболочки Земли — литосферы. Поначалу этот термин может несколько сбивать с толку, поскольку эта оболочка включает и кору, и верхнюю часть мантии, как показано на рисунках 13 и 14. Литосферу выделяют не по химическому составу или типу пород, а по изменению физических свойств: материал, который лежит ниже, близок к температуре плавления и больше похож на мягкий пластик, чем на твердую породу, в то время как сама литосфера относительно тверда (греческое слово λιθος литос означает «камень»). Напротив, граница между корой и мантией определяется резкой сменой типа горных пород, что является следствием процессов плавления, формирующих кору. Толщина литосферы в среднем составляет 80–110 километров — под континентами она может быть значительно толще, у океанических хребтов — намного тоньше. Фрагменты этой оболочки, образующие литосферные плиты, могут иметь разные формы и размеры; они могут включать континентальную или океаническую кору, а зачастую и оба типа (рисунок 14). На границах между плитами могут располагаться океанические хребты, где создается новая литосфера; зоны субдукции, где плиты сталкиваются, и одна ныряет в мантию под другой; иногда просто разломы, когда две плиты скользят мимо друг друга. Относительное движение плит между собой во всех случаях — сталкиваются они, расходятся или скользят мимо — происходит медленно, обычно по несколько сантиметров в год.

Все это описание происходящего на поверхности Земли выглядит просто и понятно: примерно полтора десятка крупных литосферных плит сталкиваются друг с другом, непрерывно обновляются в зонах вдоль океанических хребтов и снова исчезают в зонах субдукции. Но почему эта идея произвела революцию в геологии? Как удалось понять процессы, ранее не имевшие удовлетворительного объяснения?

Рисунок 14. Схема, показывающая взаимосвязь между мантией, корой и литосферой. Континентальная и океаническая кора составлены из пород разных типов и обладают весьма различной толщиной, как показано на рисунке (реальный пример — восточная окраина Северной Америки). Сравните границу между океаном и континентом с такой же границей на рисунке 13, где океаническая литосфера подныривает под континент.

Для полного ответа на эти вопросы потребовалось бы больше места, чем есть в нашей книге, однако, возможно, будет полезным изучить несколько примеров. Рассмотрим, скажем, землетрясения, которые, естественно, были хорошо известны и изучены задолго до появления теории тектоники плит. Землетрясения происходят, когда горные породы сжимаются до точки разрушения, трескаются и перемещаются вдоль какого-то разлома. Большинство землетрясений происходит относительно близко к поверхности, где породы холодные, хрупкие и подвержены растрескиванию; однако сейсмологи давно знали, что существует несколько мест (например, вдоль западной окраины Тихого океана), где зоны землетрясений уходят на сотни километров вглубь планеты. Как такое может происходить, было неясно: ведь на таких глубинах породы мантии должны быть такими горячими, что при толчках они будут течь, а не разрушаться. Тектоника плит дала ответ: глубокие землетрясения происходят в регионах, где холодная хрупкая океаническая литосферная плита опускается в мантию. Давление на эти огромные плиты колоссально, и при медленных перемещениях они так же медленно и нагреваются, оставаясь достаточно холодными, чтобы разрушаться и вызывать землетрясения на глубине до 600 километров и более. По сути, нанося на карту точные места глубоких землетрясений, можно проследить путь литосферной плиты, погружающейся в мантию.