Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

Рисунок 15. Места землетрясений, которые наблюдались между 1963 и 1998 годами (изображены черными точками). Подавляющее большинство происходило вдоль границ между литосферными плитами, что хорошо заметно при сравнении этой карты с рисунком 11. Обратите внимание, что вдоль океанических хребтов идет узкая полоска землетрясений, в то время как при столкновении плит масштабы сейсмичности гораздо больше. (Любезно предоставлено НАСА; авторы карты — Пол Лоумэн-мл. и Брайан Монтгомери).

Карта мира, где отмечено местоположение землетрясений за 35 лет (рисунок 15), показывает, что они четко обрисовывают границы плит; хотя землетрясения происходят не только на границах, но там их концентрация повышается (сравните рисунки 11 и 15). Вдоль океанических хребтов, где плиты расходятся, зона землетрясений узка и четко очерчена: землетрясения происходят на небольших глубинах в ответ на образование разлома в дне океана. Напротив, в местах столкновения плит зоны землетрясений гораздо шире, поскольку огромные напряжения, возникающие в результате столкновений, распространяются по большой территории, и землетрясения идут по всей погружающейся плите, когда она уходит в мантию. Например, в пределах широкой полосы землетрясений вдоль западного побережья Южной Америки глубины землетрясений неуклонно увеличиваются при движении с запада на восток — в соответствии с тем, как Тихоокеанская плита ныряет под континент.

При внимательном взгляде на рисунок 15 можно заметить, что существует несколько областей высокой сейсмической активности за пределами границ литосферных плит. Тем не менее во многих случаях они могут быть напрямую связаны с тектоникой плит: например, в западном и центральном Китае многие разломы, вызывающие землетрясения — это результат изменений континентальной коры после столкновения между Индией и остальной частью Азии, которое произошло много миллионов лет назад (подробнее об этом событии позже). В других областях — например, на востоке Соединенных Штатов — прямая связь с тектоникой плит менее очевидна. Похоже, что эти землетрясения происходят вдоль древних зон ослабления земной коры, которые каким-то образом снова стали активными — возможно, отчасти из-за общих напряжений, передаваемых двигающимися и толкающими плитами. В некоторых других случаях — например, вдоль Восточной Африки — сейсмичность сигнализирует о развивающемся разломе в земной коре, который, возможно, через многие миллионы лет расколет материк на части и создаст новый океанский бассейн.

Большинство землетрясений, удаленных от границ плит, происходит на материках, однако на рисунке 15 виден также изолированный кластер в середине Тихого океана — удаленный и от ближайшего океанического хребта, и от зон субдукции. Как вы уже догадались, это Гавайские острова: землетрясения связаны с протекающей здесь вулканической деятельностью. Подъем магмы под вулканом приводит к разрушению окружающих хрупких пород, заставляя их трескаться и порождать множество небольших землетрясений. Но это ставит еще один интересный вопрос, связанный с тектоникой плит: почему Гавайи вообще существуют? Как и землетрясения, основная часть земного вулканизма ограничена границами между литосферными плитами. И тем не менее, Гавайи в центре Тихоокеанской плиты — это массивная вулканическая структура, а если измерять ее высоту от основания на дне океана, то она окажется вдвое выше Эвереста, если измерять его высоту тоже от его основания до вершины[34].

Канадский геофизик Джон Тузо Уилсон, один из сторонников гипотезы спрединга и тектоники плит, первым понял природу гавайского вулканизма. Когда я был студентом, мне посчастливилось учиться у Уилсона, и этот рослый харизматичный человек быстро и с энтузиазмом рассказывал о тектонике плит. Моя первая встреча с ним произошла на первом году курса физики. Задачи для домашней работы на этом курсе были сложными и многочисленными, однако для облегчения этого бремени у нас проводились семинары, где какой-нибудь аспирант или даже профессор рассматривал вместе с нами эти задания. Однажды к нам пришел Уилсон, который был тогда профессором кафедры физики. «Ваши задания может разобрать кто угодно, — заявил он, — а я хочу рассказать вам о тектонике плит». На целый час мы были зачарованы; хотя нам не помогли с домашним заданием, этот семинар оказался в том году лучшим с большим отрывом. Вскоре после этого я решил изучать геологию.

Уилсон понял, что наземные и подводные вулканы в цепочке Гавайских островов, которая протянулась на две с половиной тысячи километров от «большого острова» Гавайи к северо-западу до самой зоны субдукции, граничащей с Алеутскими островами, постепенно становятся старше при движении на северо-запад. Сейчас активен только остров Гавайи; остальные вулканы в цепочке спят. Уилсон предположил, что все вулканы постепенно формировались, когда двигающаяся Тихоокеанская плита миновала какую-то «горячую точку» в мантии, проходя через неподвижный поток горячего вещества, поднимающегося из глубин Земли[35]. В настоящий момент эта горячая точка находится под островом Гавайи; по мере того, как Тихоокеанская плита постепенно двигается на северо-запад, сегодняшние действующие вулканы уснут, зато сформируется новый остров. Этот процесс уже начался. Океанографы обнаружили большой действующий подводный вулкан к юго-востоку от острова Гавайи. Его вершина находится примерно на 900 метров ниже уровня воды, и появление нового острова ожидается не ранее, чем через десятки тысяч лет. Формирование такой вулканической цепочки можно сравнить с тем, как кто-то подает дымовые сигналы с помощью костра: каждый клуб дыма поднимается и уносится ветром, и в результате в небе образуется длинная горизонтальная цепочка отдельных дымовых клякс. Физика дымовых сигналов и вулканов совершенно разная, однако этот образ вполне нагляден.

Такие горячие точки — неотъемлемая часть теории тектоники плит. Возможно, гавайская цепочка — самый яркий пример, но имеются и другие. С горячими точками связаны многие острова, особенно в Тихом океане: например, Самоа, Таити и Питкэрн. В Атлантике нужно выделить Исландию, где есть несколько вулканов, порожденных горячими точками. Явление не ограничивается океанами. Даже знаменитый гейзер Старый Служака в Йеллоустонском национальном парке в Вайоминге можно проследить до горячей точки: как мы позднее увидим в главе 11, гейзер находится в гигантском вулканическом кратере, образовавшемся в результате мощнейшего извержения 640 000 лет назад, магма для которого поступала из горячей точки.

Какими бы захватывающими ни были вулканы, порожденные горячими точками, основная часть вулканической деятельности происходит на границах плит, особенно вдоль океанических хребтов и над зонами субдукции. Характер вулканизма в этих случаях отличается, и эти различия объясняют заметную особенность топографии Земли — весьма различающуюся среднюю высоту океанского дна и континентальной коры (хорошая иллюстрация того, как теория тектоники плит дает основы для понимания функционирования планеты).

Для многих станет неожиданностью, что большая часть вулканической активности на Земле происходит глубоко в океане и остается незамеченной людьми (кроме ученых). По мере того как дно моря трескается и расходится вдоль океанических хребтов,