Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

извивающихся в океанах планеты, вверх поднимаются горячие мантийные породы. Когда они плавятся, получающаяся лава всегда представляет собой базальт — плотную темную породу, богатую железом. Всё дно океана (почти две трети поверхности Земли) состоит из пород этого типа, и колебания в их химическом составе между разными участками очень невелики. Океаническая кора довольно тонка (редко превышает 10–11 километров) и образует верхний слой океанической литосферной плиты. По мере того как литосфера отходит от хребта, она охлаждается, становится еще плотнее и глубже оседает в подстилающие пластичные породы мантии. В результате глубина океана увеличивается — от 2,5 километров над гребнем до примерно 5 километров в самых глубоких местах. Из-за своей высокой плотности океаническая литосфера[36] в конечном итоге снова уходит в глубины Земли в зоне субдукции.

Напротив, породы континентальной коры намного менее плотны. Процессы, которые их создают, сложнее, чем те, что порождают океаническую кору, однако отправной точкой для создания континентальной коры снова является вулканизм. Однако в этом случае вулканическая деятельность идет в зонах субдукции. Почему в этих областях должны быть вулканы? Оказывается, что при погружении литосферной плиты в мантию она увлекает за собой илистые отложения и океаническую кору, насыщенную водой. Эти компоненты (важнее всего тут вода) смешиваются с горячими породами мантии, понижая их температуру плавления и инициируя плавление — подобно тому, как разбрасывание соли на дорогах уменьшает температуру плавления льда и способствует его таянию. Вулканы в зоне субдукции неизменно формируются на поверхности непосредственно над местом, где погружающаяся литосферная плита достигает отметки примерно в 150 километров, что, по-видимому, является критической глубиной для процесса плавления. Лава, которая формирует вулканы зоны субдукции, по сравнению с базальтами океанского дна содержит меньше тяжелых элементов (вроде железа) и больше легких (вроде кремния и алюминия). Таким образом, за долгую геологическую историю тектоническая деятельность, отраженная в различных типах вулканизма, происходящего на океанических хребтах и в зонах субдукции, оказала огромное влияние на нашу планету: она привела к образованию двух весьма несходных типов коры — долгоживущей континентальной коры низкой плотности, которая не тонет из-за своей легкости, и плотной базальтовой коры относительно недолговечных океанических бассейнов, которая непрерывно возвращается обратно в мантию в зонах субдукции.

Это краткое описание формирования земной коры несколько упрощено, особенно в отношении континентальной коры. Не все континентальные породы состоят просто из лав зон субдукции — многие из них переплавились и трансформировались во время горообразования и других геологических явлений. Конечный продукт — континентальная кора, содержащая широкий спектр различных типов горных пород. Как указывалось в главе 2, хорошей аналогией может служить дистилляция, которая дает итоговый продукт, сильно отличающийся от исходного материала. С течением геологического времени эти процессы привели к образованию континентальной коры, которая обычно имеет толщину 30–40 километров, что в несколько раз больше, чем у океанической. Низкая плотность континентальных пород позволяет им «плавать» над плотной океанской корой, которая глубже погружается в твердую, но пластичную мантию.

Поскольку континентальная кора не проходит через процесс субдукции, она в среднем существенно старше, чем океаническая. Самые старые части морского дна расположены по окраинам Атлантического и Тихого океанов: им «всего» примерно 200 миллионов лет, в то время как некоторые части материков ведут счет на миллиарды. Одно из следствий описанных процессов корообразования состоит в том, что материки со временем должны были расти в размерах, и это, безусловно, было верно на ранних стадиях истории Земли. Но даже если континентальная кора не может погружаться в мантию непосредственно, на нее действует эрозия. В далеком прошлом нашей планеты поднимались и рассыпались в пыль крупные горные хребты. Материалы после разрушения в основном попадают на дно океана в виде отложений; когда океаническая плита дойдет до зоны субдукции, большая часть этого материала попадет в мантию (хотя часть «соскребется» и снова окажется на континенте; вот почему альпинисты обнаруживали морские окаменелости на самой вершине Эвереста). Вулканизм зоны субдукции увеличивает объем континентальной коры, а эрозия и субдукция его уменьшают.

Теория тектоники плит не только помогла ученым понять современные геологические процессы, такие как вулканизм и сейсмичность, но и радикально изменила их взгляды на прошлое. До этого крупномасштабные горизонтальные перемещения частей земной коры (подобные тем, что описывал Вегенер в своей теории дрейфа материков) казались невозможными. Сегодня понятно, что они являются естественным результатом тектоники плит. Это не только объясняет, почему породы в Африке и Южной Америке, разделенные тысячами километров океана, кажутся частью одного геологического объекта, но и помогает понять близкое расположение в континентальной коре пород резко различного возраста и разной природы. Тектоника плит постоянно меняет географию океанов и континентов Земли, так что два фрагмента континентальной коры, которые сейчас находятся рядом, могли сформироваться на противоположных краях земного шара. Популярная книга Джона Макфи «Собирая Калифорнию» описывает, каким образом сложная геология западной части Северной Америки составлена из множества различных небольших кусочков континентальной коры, первоначально образовавшихся в отдаленных местах, но в итоге объединенных перемещением плит.

Как это происходило? Один из способов ответить на вопрос — рассмотреть классический пример: столкновение Индии и Азии (здесь взаимодействовали два больших массива суши, а не много мелких, как в случае западной части Северной Америки, но принцип тот же самый). Если посмотреть на мир около 90 миллионов лет назад (реконструкцию можно увидеть на рисунке 27), можно обнаружить, что Индия — отдельный небольшой материк южнее Азии, почти у побережья Африки. Между Индией и Азией лежал океан. Однако океаническая литосферная плита двигалась на север и погружалась под Азию, и вместе с ней в том же направлении двигалась лежащая на плите Индия. В конце концов около 50 миллионов лет назад оба материка соприкоснулись. Породы Индийского континента были слишком легкими и не могли погрузиться, поэтому они стали крошиться и переслаиваться с азиатскими породами, порождая самую высокую горную систему в мире — Гималаи. В результате столкновения были захвачены осадочные породы из океанского бассейна, и некоторые из них вознеслись высоко — отсюда и морские окаменелости на вершине Эвереста. Эти два материка и по сей день продолжают надвигаться друг на друга, и вызванные этим напряжения — причина полосы землетрясений в северной Индии и Тибете (рисунок 15).

Восстановить древнюю географию плит не всегда бывает просто. О столкновении Индии с Азией хорошо известно, поскольку оно произошло относительно недавно. С помощью рисунка магнитных полос на морском дне можно довольно точно отследить движения плит до времен самой древней океанической коры — примерно 200 миллионов лет назад. Этот рисунок известен для океанов всего мира,